D 值(Decimal reduction time)是在一定温度下将目标菌减少到 1/10(1-log)所需的时间 [min]。Z 值是 D 值变化 10 倍时所需的温度差 [°C],表示菌的热抵抗的温度依存性。F 值是换算到基准温度(通常 121.1°C)的总致死量 [min],计算公式为 F = ∫10^((T-Tref)/z)dt。低酸性罐头的 F0 ≥ 3 min 是 commercial sterility 的基准,对应 C. botulinum 芽孢的 12-log 削减。
C. botulinum(肉毒杆菌)芽孢在 pH > 4.6 的低酸性食品(肉类·鱼类·蔬菜罐头等)中能增殖,产生致命的肉毒杆菌毒素。在 121.1°C 下的 D 值约为 0.21 min,是热抵抗最强的菌,实现 12D(10^12 倍削减 = 1 万亿分之一)需要 12 × 0.21 = 2.52 min ≈ 3 min,这就是 F0 ≥ 3 min 的根据。FDA 21 CFR 113、Codex Alimentarius 等全球规制都采用同一基准。
HTST(High Temperature Short Time)对牛奶进行 72-75°C·15 秒,对果汁进行相当的处理,能将 L. monocytogenes 等病原菌削减 5-log 以上,比低温长时灭菌(LTLT 63°C/30min)更有效。UHT(Ultra High Temperature)为 135-150°C·2-5 秒,可将包括芽孢在内的菌几乎无菌化,实现常温流通的纸包牛奶。本工具通过改变温度和时间可同时再现两种处理。Z 值越小的菌越适合高温短时,Z 值越大的品质指标(C 值)越适合高温短时,这是 HTST/UHT 的本质。
F 值(灭菌充分性)和 C 值(品质劣化的进行)虽然公式形式相同,但 Z 值差异很大。芽孢灭菌的 Z 值约 10°C,维生素 B1·颜色·风味的 Z 值约 25-33°C。Z 值越大的品质指标,即使升高温度,劣化的加速也不大。反之菌的死灭随温度升高而急速进行。因此通过「高温·短时」处理,可在满足 F 值(灭菌)≥ 必要值的同时,使 C 值(品质劣化)≤ 允许值,这就是 UHT 灭菌和 HTST 灭菌的理论根据。本工具同时显示 F 值和 C 值,可找到既确保安全又不牺牲品质的最优条件。