第八章無(wú)菌包裝技術(shù)

1、一、無(wú)菌包裝的原理及意義無(wú)菌包裝（aseptic packaging）技術(shù)：是指把被包裝食品、包裝材料容器分別殺菌，并在無(wú)菌環(huán)境條件下完成充填、密封的一種包裝技術(shù)。廣泛應(yīng)用于液態(tài)(yti)或半液態(tài)(yti)流動(dòng)性食品，如：果蔬汁、液態(tài)(yti)乳類、醬類食品和營(yíng)養(yǎng)保健類食品。食品可在常溫下貯存流通。第三節(jié) 食品(shpn)無(wú)菌包裝技術(shù)1共六十頁(yè)無(wú)菌包裝技術(shù)發(fā)明于20世紀(jì)40年代，最初是為了(wi le)生產(chǎn)不能用傳統(tǒng)的高壓釜滅菌、但要求有較長(zhǎng)貨架壽命的產(chǎn)品（如乳制品及香蕉泥之類的熱敏性食品）而開發(fā)的。2共六十頁(yè)無(wú)菌包裝(bozhung)技術(shù)的發(fā)展歷史1913年，丹麥丁尼森就曾對(duì)牛乳進(jìn)行熱殺菌并

2、實(shí)施無(wú)菌包裝，于1921年取得無(wú)菌保藏加工方面的專利。上世紀(jì)20年代，美國(guó)研究了加熱-冷卻-充填(HCF)無(wú)菌加工，主要研究罐頭的灌裝、封口設(shè)備。罐頭和蓋子以飽和蒸汽殺菌，以蒸汽或蒸汽與空氣混合氣體保持封口空間的正壓。40年代末，瑞典乳品業(yè)和機(jī)械制造業(yè)合作研究開發(fā)出超高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)，用于乳品加工，同時(shí)還成功地開發(fā)了生產(chǎn)上可行的裝置。該裝置是后來(lái)乳品加工中利樂包(Tetra Pak)無(wú)菌包裝系統(tǒng)的必要組成部分。40年代，美國(guó)開始了多爾-馬丁(Dole-Martin)無(wú)菌罐裝系統(tǒng)的研制，1950年市場(chǎng)上出現(xiàn)了第一臺(tái)工業(yè)無(wú)菌充填裝置。在近2030年期間，無(wú)菌包裝技術(shù)的研究取得了很大的進(jìn)展，它不僅應(yīng)

3、用于乳品工業(yè)，而且廣泛應(yīng)用于其他食品工業(yè)。尤其是果汁、蔬菜汁、豆奶(du ni)、醬類食品、營(yíng)養(yǎng)保健食品類的無(wú)菌包裝，其應(yīng)用更為面廣量大。3共六十頁(yè)特點(diǎn)：被包裝食品和包裝材料容器單獨(dú)殺菌1.食品的殺菌時(shí)間短，使產(chǎn)品的色、香、味和營(yíng)養(yǎng)素?fù)p失??；2.比普通罐頭制品的殺菌耗能量少，且不需大型的殺菌裝置，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)殺菌灌裝密封，生產(chǎn)效率高；3.包裝材料、容器表面殺菌技術(shù)較易，對(duì)耐熱性要求不高；4.與包裝后殺菌相比，食品與容器之間不易發(fā)生反應(yīng)，包裝材料向食品中遷移減少。盡管無(wú)菌包裝有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但仍存在一些缺點(diǎn)：（1）很難用于流動(dòng)性差的高粘度包裝物品；（2）設(shè)備復(fù)雜，規(guī)模較大，造價(jià)高，因此(ync)起

4、始成本高；（3）對(duì)操作管理要求十分嚴(yán)格，一旦發(fā)生污染，整批產(chǎn)品就要全部報(bào)廢。4共六十頁(yè)5共六十頁(yè)二、無(wú)菌包裝的包裝體系殺菌方法（一）無(wú)菌包裝食品的殺菌方法1.超高溫瞬時(shí)殺菌UHT（ultra high temperature instantaneous time）1)直接加熱殺菌法：用高壓蒸汽直接向食品噴射，使食品以最快速度升溫，在幾秒鐘內(nèi)達(dá)到140-160高溫并維持幾秒鐘，再在真空室內(nèi)(sh ni)除去多余水分，然后用無(wú)菌冷卻機(jī)冷卻到室溫。如：對(duì)牛奶的UHT殺菌工藝采用：原料（5）預(yù)熱（15-20s）到75-80迅速加熱到140-150 保持（2-4s）迅速降溫至80 冷卻（15-20s）至

5、室溫6共六十頁(yè)表 牛奶(ni ni)的加熱溫度與孢子死滅時(shí)間、褐變以及成分變化關(guān)系加熱(ji r)溫度（） 相對(duì)孢子破壞度 孢子死亡時(shí)間 相對(duì)褐變度 食品有效成分殘留率100 1 400min 1 0.7 110 10 36min 2.5 33 120 100 4min 6.2 73 130 1，000 30s 15.6 92 140 10，000 4.8s 39.0 98 150 100，000 0.6s 97.5 997共六十頁(yè)2）間接加熱殺菌法采用(ciyng)換熱器，根據(jù)食品的黏度和顆粒大小可選用片式換熱器：果肉含量不超過1-3 %的液體食品；管式換熱器：適應(yīng)范圍較廣；刮板式換熱器：高

6、粘度食品。8共六十頁(yè)2.高溫短時(shí)殺菌HTST（high temperature short time）主要用于低溫流通的無(wú)菌奶和低酸性果汁(guzh)飲料的殺菌，可采用換熱器在瞬間把液料加熱到100 以上，然后速冷至室溫，可完全殺滅液料中的酵母和細(xì)菌，并能保全產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味。3.歐姆殺菌（ohm sterilizing）對(duì)于帶顆粒的液態(tài)食品如牛肉丁和胡蘿卜丁的湯汁類液態(tài)食品。9共六十頁(yè)（二）無(wú)菌包裝材料和容器殺菌方法殺菌方法視材質(zhì)而不同玻璃、金屬可采用加熱殺菌法：過熱蒸汽殺菌紙塑類：物理方法：紫外線輻射殺菌波長(zhǎng)250-270nm，殺菌效果與照射強(qiáng)度、時(shí)間、距離(jl)和空氣溫度、材料表面狀態(tài)

7、； 化學(xué)方法：H2O2殺菌或環(huán)氧乙烷等進(jìn)行殺菌殺菌效果與H2O2的溫度和濃度有關(guān)H2O2H2O + O10共六十頁(yè) 滅菌方法(fngf)：1、高壓蒸汽直接噴射（用于食品和玻璃容器殺菌）2、紫外光照射+H2O2噴霧處理（用于紙塑容器殺菌）11共六十頁(yè)圖8-1 H2O2的溫度(wnd)對(duì)細(xì)菌存活率的影響12共六十頁(yè)圖8-2 H2O2的濃度(nngd)對(duì)細(xì)菌成活率的影響13共六十頁(yè)采用溶槽浸漬或噴霧方法，使包裝材料表面有一層均勻的H2O2液，然后對(duì)其進(jìn)行熱輻射，減少H2O2在包裝材料表面的殘留量，使H2O2完全蒸發(fā)分解成無(wú)害的水蒸氣和氧，同時(shí)增強(qiáng)滅菌效果。H2O2滅菌工藝只有在H2O2溶液溫度和濃度

8、較高時(shí)才有可能應(yīng)用于無(wú)菌包裝。一般當(dāng)H2O2濃度達(dá)到(d do)30，滅菌溫度為80時(shí)，即可取得較好的殺菌效果。采用H2O2溶液滅菌時(shí)，須考慮其與包裝材料或容器表面的潤(rùn)濕性，只有良好的潤(rùn)濕性，才能實(shí)現(xiàn)更好的殺菌效果。因而有時(shí)需要結(jié)合使用有效的潤(rùn)濕劑。配備熱空氣噴射（90100的熱空氣），以增強(qiáng)H2O2的滅菌效能。 14共六十頁(yè)圖8-3紫外線和雙氧水相結(jié)合殺菌方法(fngf)的殺菌效果15共六十頁(yè)（三）包裝系統(tǒng)設(shè)備及操作環(huán)境的殺菌方法1.包裝系統(tǒng)設(shè)備的殺菌食品經(jīng)殺菌到無(wú)菌充填、密封的連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)線上，要防止食品受到來(lái)自系統(tǒng)外部的微生物污染，因此在輸送過程中，要保持接管(jigun)處，要保持接管

9、(jigun)處、閥門、熱交換器、均質(zhì)機(jī)、泵等的密封性和系統(tǒng)內(nèi)部保持正壓狀態(tài)，以保證外部空氣不進(jìn)入。同時(shí)要求輸送線路盡可能簡(jiǎn)單，以利于清洗。CIP2.操作環(huán)境的殺菌定期進(jìn)行紫外線照射、空氣過濾16共六十頁(yè)三、食品無(wú)菌包裝系統(tǒng)1.利樂包紙盒無(wú)菌包裝系統(tǒng)菱形袋與磚形盒1961年，利樂與Alpure公司合作，成功研發(fā)出無(wú)菌包裝系統(tǒng)，解決了滅菌與包裝一體化的難題，堪稱液態(tài)食品包裝發(fā)展的里程碑。 Tetra Pak無(wú)菌裝置的特點(diǎn)（1）包裝材料以板材卷筒形式引入；（2）所有與產(chǎn)品(chnpn)接觸的部件及機(jī)器的無(wú)菌腔均經(jīng)滅菌；（3）包裝的成型、充填、封口及分離在一臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行。17共六十頁(yè)使用(shyng

10、)卷材來(lái)制作容器的優(yōu)勢(shì) （1）機(jī)器操作人員的工作任務(wù)比較簡(jiǎn)化(jinhu)，只需安裝包裝材料，勞動(dòng)強(qiáng)度低；（2）因?yàn)橹皇瞧秸臒o(wú)菌材料進(jìn)入機(jī)器的無(wú)菌區(qū)，可保證高度無(wú)菌；（3）集成型、充填、封口為一體，不需要工序間的往返運(yùn)輸；（4）包裝材料的存儲(chǔ)空間小，且無(wú)需空容器的存儲(chǔ)空間；（5）包裝材料利用率高。18共六十頁(yè)包裝材料的組成(z chn)1.聚乙烯(外層(wi cn)2.印刷層 3.紙板(雙層)4. 聚乙烯(拉伸)5.鋁箔 6.聚乙烯7.聚乙烯(抗氧化性)圖8-4 利樂包包裝材料組成19共六十頁(yè)包裝(bozhung)的過程 下面以L-TBA8無(wú)菌包裝機(jī)為例說(shuō)明這類無(wú)菌包裝的典型過程。全過程大致

11、分為以下幾步：（1）機(jī)器的滅菌(mi jn)；（2）包裝材料的滅菌；（3）包裝的成型、充填、封口和割離；（4）帶頂隙包裝的充填；（5）單個(gè)包裝的最后折疊。 20共六十頁(yè)圖8-5 L-TBA/8充填系統(tǒng)(xtng)的滅菌首先是空氣加熱器預(yù)熱和縱向紙帶加熱器預(yù)熱，在達(dá)到360的工作溫度后，將35H2O2溶液通過噴嘴分布到無(wú)菌腔及機(jī)器其它待滅菌的部位。 H2O2的噴霧量及噴霧時(shí)間是自動(dòng)控制的，以確保最佳的殺菌(sh jn)效果。噴霧之后，用無(wú)菌熱空氣使之自動(dòng)干燥。21共六十頁(yè)圖8-6 包裝材料的滅菌(mi jn)包裝材料引入后即通過一充滿35H2O2溶液(溫度約75)的深槽，其行徑時(shí)間根據(jù)滅菌要求可

12、預(yù)先在機(jī)械上設(shè)定。包裝材料經(jīng)由滅菌槽之后，再經(jīng)擠壓(j y)拮水輥和空氣刮水刀，除去殘留的H2O2，然后進(jìn)入無(wú)菌腔。 22共六十頁(yè)圖 TB/TBA的縱向(zn xin)密封圖 充填(chn tin)管(Tetra Pak Nr. O4:15/J-09)23共六十頁(yè)2.紙盒預(yù)制無(wú)菌包裝(bozhung) Combibloc無(wú)菌包裝(bozhung)系統(tǒng)典型設(shè)備是德國(guó)PKL公司的Combibloc無(wú)菌包裝設(shè)備。 操作過程機(jī)器的滅菌預(yù)制筒開袋、封底容器的滅菌充填消泡封頂盒頂成型(chngxng)。使預(yù)制筒張開、封底形成一個(gè)開頂?shù)娜萜?，然后用進(jìn)行滅菌。在無(wú)菌環(huán)境區(qū)內(nèi)將滅菌過的物料灌入無(wú)菌容器。如果需要

13、產(chǎn)品有可搖動(dòng)性的形狀，則需留足夠的頂隙空間，以便充以氮?dú)獾榷栊詺怏w。最后封頂，并進(jìn)行盒頂成型后送往下道工序。 24共六十頁(yè)圖8-7 康美盒無(wú)菌包裝系統(tǒng)(xtng)工藝過程25共六十頁(yè)圖8-8 康美盒無(wú)菌包裝機(jī)1盒坯輸送臺(tái) 2盒坯底部加熱裝置 3活動(dòng)吸盤 4定形輪 5頂部折紋裝置 6H2O2蒸氣(zhn q)收集罩 7熱空氣干燥裝置 8灌裝機(jī)構(gòu) 9熱印裝置 10頂部壓平裝置 11傳送輪 12盒頂部封口裝置 等組成。26共六十頁(yè)3.金屬罐的無(wú)菌包裝(bozhung)圖8-9無(wú)菌罐裝包裝(bozhung)系統(tǒng)1包裝罐滅菌部位；2充填部位；3包裝罐蓋滅菌部位；4封罐部位。27共六十頁(yè)金屬罐：金屬罐是無(wú)

14、菌包裝使用最早的包裝形式之一，主要分馬口鐵罐和鋁罐兩種，目前世界上金屬罐無(wú)菌包裝的最先進(jìn)的典型代表是美國(guó)的多爾無(wú)菌裝罐系統(tǒng)。多爾系統(tǒng)所采用的金屬罐滅菌方法是干熱滅菌，即采用高溫過熱蒸汽來(lái)滅菌。當(dāng)空罐在輸送鏈上通過滅菌室時(shí)，過熱蒸汽從上下噴射45s，這時(shí)罐溫上升到221224，罐蓋也采用287316的過熱蒸汽滅菌75s90s，這樣的高溫足以殺滅全部的耐熱細(xì)菌。由于所有容器和設(shè)備(shbi)均采用過熱蒸汽滅菌，因此無(wú)菌程度高，罐頭內(nèi)部頂隙殘留空氣極少，且處于高真空狀態(tài)，產(chǎn)品的質(zhì)量安全可靠。28共六十頁(yè)4.塑料瓶的無(wú)菌包裝(bozhung)塑料瓶無(wú)菌包裝系統(tǒng)有吹塑瓶和預(yù)制瓶?jī)煞N類型，前者吹塑制瓶時(shí)構(gòu)

15、成無(wú)菌狀態(tài)(zhungti)并充填和封口，后者將預(yù)制瓶在無(wú)菌包裝機(jī)內(nèi)再殺菌后充填和封口。 29共六十頁(yè)（1）吹塑瓶無(wú)菌包裝系統(tǒng)吹塑瓶無(wú)菌包裝系統(tǒng)是以熱塑性顆粒塑料為原料，采用吹模工藝制成容器，在無(wú)菌環(huán)境下，直接在模中進(jìn)行物料的充填、封口。其顯著特點(diǎn)是容器不需要二次滅菌，因?yàn)樵跀D壓吹模成型后，模中的容器已是無(wú)菌的了，故在無(wú)菌環(huán)境下可直接進(jìn)行充填、封口。該系統(tǒng)可包裝各種產(chǎn)品，如超高溫滅菌乳、果味奶、巧克力飲料、嬰兒配方乳、水果飲料、檸檬汁以及不充的其他飲料(碳酸飲料除外)。塑料瓶的造型隨市場(chǎng)需要而變化，但同時(shí)也受吹模工藝及經(jīng)濟(jì)(jngj)的影響。設(shè)備的生產(chǎn)能力取決于模具的數(shù)量、充填體積等。 用于制

16、造容器的主要材料是聚烯烴類，如聚乙烯、聚丙烯及其共聚物等。30共六十頁(yè)（2）吹塑瓶無(wú)菌包裝(bozhung)的過程 吹模中容器的成型吹模中的無(wú)菌充填(chn tin)、封口制品脫模封口定量給料裝置的在線清洗31共六十頁(yè)圖8-10塑料瓶無(wú)菌包裝系統(tǒng)1材料卷筒；2、9過氧化氫槽；3吸氣吸液；4、11干燥空氣；5加熱元件；6熱塑材料成型（用無(wú)菌空氣）；7無(wú)菌充填部位；8充填區(qū)域(qy)（無(wú)菌通道）；10負(fù)壓干燥；12真空封口；13鋁材料卷筒（上蓋）；14沖剪模；15輸出。32共六十頁(yè)5.玻璃瓶和預(yù)制塑料瓶無(wú)菌包裝(bozhung)過程 玻璃瓶和預(yù)制塑料瓶無(wú)菌包裝系統(tǒng)的主要特性是在生產(chǎn)過程中，包裝系統(tǒng)

17、內(nèi)部始終充填著略高于大氣壓的無(wú)菌空氣，使外界大氣中的細(xì)菌等不能進(jìn)入，從而達(dá)到包裝時(shí)無(wú)菌環(huán)境的要求。其包裝過程如下：（1）瓶子的滅菌(mi jn) （2）瓶蓋的滅菌 （3）無(wú)菌填充（4）封蓋33共六十頁(yè)（1）瓶子(png zi)的滅菌瓶子經(jīng)一段時(shí)間預(yù)熱后，被送至滅菌工序。滅菌劑管逐漸插入瓶?jī)?nèi)，吹出蒸汽與熱空氣的混合物，對(duì)容器的全部?jī)?nèi)表面進(jìn)行滅菌。待滅菌劑管完全插入后，瓶子上升，稍稍上升，稍稍離位，流出滅菌劑進(jìn)入環(huán)隙的通路，如此容器內(nèi)外表面經(jīng)一定時(shí)間的滅菌作用之后，凝結(jié)(nngji)在內(nèi)外表面上的水蒸汽由熱的無(wú)菌空氣吹干。滅菌劑流速、溫度和濃度等操作可按不同容器的要求來(lái)調(diào)節(jié)。 34共六十頁(yè)（2）瓶

18、蓋的滅菌(mi jn)瓶蓋的滅菌要根據(jù)瓶蓋材料的特性采用不同的方法(fngf)。若瓶蓋為熱敏性的，則采用前述的溶液滅菌法；若瓶蓋為非熱敏性的，則可采用飽和蒸汽熱滅菌等方法。無(wú)論采用何種方法，均要確保整體無(wú)菌。35共六十頁(yè)玻璃瓶無(wú)菌包裝(bozhung)系統(tǒng)圖8-11 玻璃瓶的無(wú)菌包裝系統(tǒng)(xtng)之一左：洗瓶機(jī)，瓶子倒立；中：瓶子殺菌機(jī)；右：瓶子的充填和封蓋36共六十頁(yè)圖8-12 玻璃瓶的無(wú)菌包裝(bozhung)系統(tǒng)之二37共六十頁(yè)6.熱成型(chngxng)塑料杯無(wú)菌包裝設(shè)備 熱成型塑料杯無(wú)菌包裝(bozhung)設(shè)備主要有法國(guó)的Erca、美國(guó)的Thermoform和Bosh等公司生產(chǎn)的

19、機(jī)型。圖8-13 熱成型塑料杯外形及蓋膜結(jié)構(gòu)38共六十頁(yè)?？ǎ‥rca）熱成型塑料杯無(wú)菌包裝設(shè)備 Erca熱成型塑料杯無(wú)菌包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)類似臥式熱成型充填真空(zhnkng)封口(FFS)包裝機(jī)，但杯材的熱成型、充填、熱封均在封閉的無(wú)菌室內(nèi)進(jìn)行，然后分割成4或6個(gè)一組的成品。39共六十頁(yè)圖8-14 Erca熱成型塑料杯無(wú)菌包裝(bozhung)設(shè)備40共六十頁(yè)7.箱中襯袋無(wú)菌包裝(bozhung) STAR-ASEPT無(wú)菌包裝過程圖8-15 STARASEPT充填裝置的殺菌和充填工序(1)蒸汽(zhn q)殺菌 (2)充填產(chǎn)品 (3)蒸汽(zhn q)沖洗 (4)充填完畢先用鉗子提起充填嘴，按預(yù)設(shè)的溫度和時(shí)間進(jìn)行蒸汽殺菌。殺菌過程由內(nèi)部組裝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)控制