無菌包裝技術(shù)

關(guān)于無菌包裝技術(shù)1第1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2無菌包裝技術(shù)發(fā)明于20世紀(jì)40年代，最初是為了生產(chǎn)不能用傳統(tǒng)的高壓釜滅菌、但要求有較長貨架壽命的產(chǎn)品（如乳制品及香蕉泥之類的熱敏性食品）而開發(fā)的。第2頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3無菌包裝技術(shù)的發(fā)展歷史1913年，丹麥丁·尼森就曾對牛乳進(jìn)行熱殺菌并實(shí)施無菌包裝，于1921年取得無菌保藏加工方面的專利。上世紀(jì)20年代，美國研究了加熱-冷卻-充填(HCF)無菌加工，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)出超高溫瞬時殺菌技術(shù)，用于乳品加工，同時還成功地開發(fā)了生產(chǎn)上可行的裝置。該裝置是后來乳品加工中利樂包(TetraPak)無菌包裝系統(tǒng)的必要組成部分。40年代，美國開始了多爾-馬丁(Dole-Martin)無菌罐裝系統(tǒng)的研制，1950年市場上出現(xiàn)了第一臺工業(yè)無菌充填裝置。在近20～30年期間，無菌包裝技術(shù)的研究取得了很大的進(jìn)展，它不僅應(yīng)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、醬類食品、營養(yǎng)保健食品類的無菌包裝，其應(yīng)用更為面廣量大。第3頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月4特點(diǎn)：被包裝食品和包裝材料容器單獨(dú)殺菌1.食品的殺菌時間短，使產(chǎn)品的色、香、味和營養(yǎng)素?fù)p失?。?.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）很難用于流動性差的高粘度包裝物品；（2）設(shè)備復(fù)雜，規(guī)模較大，造價高，因此起始成本高；（3）對操作管理要求十分嚴(yán)格，一旦發(fā)生污染，整批產(chǎn)品就要全部報廢。第4頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月5第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月6二、無菌包裝的包裝體系殺菌方法（一）無菌包裝食品的殺菌方法1.超高溫瞬時殺菌UHT（ultrahightemperatureinstantaneoustime）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)除去多余水分，然后用無菌冷卻機(jī)冷卻到室溫。如：對牛奶的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）至室溫第6頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月7

表牛奶的加熱溫度與孢子死滅時間、褐變以及成分變化關(guān)系加熱溫度（℃）相對孢子破壞度孢子死亡時間相對褐變度食品有效成分殘留率1001

400min10.7％11010

36min2.533％120100

4min6.273％1301，000

30s15.692％14010，000

4.8s39.098％150100，000

0.6s97.599％第7頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月82）間接加熱殺菌法采用換熱器，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：高粘度食品。第8頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月92.高溫短時殺菌HTST（hightemperatureshorttime）主要用于低溫流通的無菌奶和低酸性果汁飲料的殺菌，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)品的營養(yǎng)和風(fēng)味。3.歐姆殺菌（ohmsterilizing）對于帶顆粒的液態(tài)食品如牛肉丁和胡蘿卜丁的湯汁類液態(tài)食品。第9頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月10（二）無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250-270nm，殺菌效果與照射強(qiáng)度、時間、距離和空氣溫度、材料表面狀態(tài)；

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+[O]第10頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月11

滅菌方法：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）第11頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月12圖8-1H2O2的溫度對細(xì)菌存活率的影響第12頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月13圖8-2H2O2的濃度對細(xì)菌成活率的影響第13頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月14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)分解成無害的水蒸氣和氧，同時增強(qiáng)滅菌效果。H2O2滅菌工藝只有在H2O2溶液溫度和濃度較高時才有可能應(yīng)用于無菌包裝。一般當(dāng)H2O2濃度達(dá)到30％，滅菌溫度為80℃時，即可取得較好的殺菌效果。采用H2O2溶液滅菌時，須考慮其與包裝材料或容器表面的潤濕性，只有良好的潤濕性，才能實(shí)現(xiàn)更好的殺菌效果。因而有時需要結(jié)合使用有效的潤濕劑。配備熱空氣噴射（90～100℃的熱空氣），以增強(qiáng)H2O2的滅菌效能。第14頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月15圖8-3紫外線和雙氧水相結(jié)合殺菌方法的殺菌效果第15頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月16（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，要保持接管處，要保持接管處、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。同時要求輸送線路盡可能簡單，以利于清洗。CIP2.操作環(huán)境的殺菌定期進(jìn)行紫外線照射、空氣過濾第16頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月17三、食品無菌包裝系統(tǒng)1.利樂包紙盒無菌包裝系統(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。

TetraPak無菌裝置的特點(diǎn)（1）包裝材料以板材卷筒形式引入；（2）所有與產(chǎn)品接觸的部件及機(jī)器的無菌腔均經(jīng)滅菌；（3）包裝的成型、充填、封口及分離在一臺機(jī)器上進(jìn)行。第17頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月18使用卷材來制作容器的優(yōu)勢

（1）機(jī)器操作人員的工作任務(wù)比較簡化，只需安裝包裝材料，勞動強(qiáng)度低；（2）因?yàn)橹皇瞧秸臒o菌材料進(jìn)入機(jī)器的無菌區(qū)，可保證高度無菌；（3）集成型、充填、封口為一體，不需要工序間的往返運(yùn)輸；（4）包裝材料的存儲空間小，且無需空容器的存儲空間；（5）包裝材料利用率高。第18頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月19包裝材料的組成1.聚乙烯(外層)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第19頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月20包裝的過程

下面以L-TBA／8無菌包裝機(jī)為例說明這類無菌包裝的典型過程。全過程大致分為以下幾步：（1）機(jī)器的滅菌；（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）單個包裝的最后折疊。第20頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月21圖8-5L-TBA/8充填系統(tǒng)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35％H2O2溶液通過噴嘴分布到無菌腔及機(jī)器其它待滅菌的部位。H2O2的噴霧量及噴霧時間是自動控制的，以確保最佳的殺菌效果。噴霧之后，用無菌熱空氣使之自動干燥。第21頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月22圖8-6包裝材料的滅菌包裝材料引入后即通過一充滿35％H2O2溶液(溫度約75℃)的深槽，其行徑時間根據(jù)滅菌要求可預(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)擠壓拮水輥和空氣刮水刀，除去殘留的H2O2，然后進(jìn)入無菌腔。

第22頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月23圖TB/TBA的縱向密封圖充填管(TetraPakNr.O4:15/J-09)第23頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月242.紙盒預(yù)制無菌包裝－－Combibloc無菌包裝系統(tǒng)典型設(shè)備是德國PKL公司的Combibloc無菌包裝設(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。使預(yù)制筒張開、封底形成一個開頂?shù)娜萜鳎缓笥眠M(jìn)行滅菌。在無菌環(huán)境區(qū)內(nèi)將滅菌過的物料灌入無菌容器。如果需要產(chǎn)品有可搖動性的形狀，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。第24頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月25圖8-7康美盒無菌包裝系統(tǒng)工藝過程第25頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月26圖8-8康美盒無菌包裝機(jī)1盒坯輸送臺2盒坯底部加熱裝置3活動吸盤4定形輪5頂部折紋裝置

6H2O2蒸氣收集罩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。第26頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月273.金屬罐的無菌包裝圖8-9無菌罐裝包裝系統(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。第27頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月28金屬罐：金屬罐是無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菌包裝的最先進(jìn)的典型代表是美國的多爾無菌裝罐系統(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滅菌。當(dāng)空罐在輸送鏈上通過滅菌室時，過熱蒸汽從上下噴射45s，這時罐溫上升到221℃～224℃，罐蓋也采用287℃～316℃的過熱蒸汽滅菌75s～90s，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)備均采用過熱蒸汽滅菌，因此無菌程度高，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。

第28頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月294.塑料瓶的無菌包裝

塑料瓶無菌包裝系統(tǒng)有吹塑瓶和預(yù)制瓶兩種類型，前者吹塑制瓶時構(gòu)成無菌狀態(tài)并充填和封口，后者將預(yù)制瓶在無菌包裝機(jī)內(nèi)再殺菌后充填和封口。

第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月30（1）吹塑瓶無菌包裝系統(tǒng)吹塑瓶無菌包裝系統(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，模中的容器已是無菌的了，故在無菌環(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需要而變化，但同時也受吹模工藝及經(jīng)濟(jì)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。第30頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月31（2）吹塑瓶無菌包裝的過程

①吹模中容器的成型②吹模中的無菌充填、封口③制品脫模④封口⑤定量給料裝置的在線清洗第31頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月32圖8-10塑料瓶無菌包裝系統(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（用無菌空氣）；7—無菌充填部位；8—充填區(qū)域（無菌通道）；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。第32頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月335.玻璃瓶和預(yù)制塑料瓶無菌包裝過程

玻璃瓶和預(yù)制塑料瓶無菌包裝系統(tǒng)的主要特性是在生產(chǎn)過程中，包裝系統(tǒng)內(nèi)部始終充填著略高于大氣壓的無菌空氣，使外界大氣中的細(xì)菌等不能進(jìn)入，從而達(dá)到包裝時無菌環(huán)境的要求。其包裝過程如下：（1）瓶子的滅菌（2）瓶蓋的滅菌（3）無菌填充（4）封蓋第33頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月34（1）瓶子的滅菌瓶子經(jīng)一段時間預(yù)熱后，被送至滅菌工序。滅菌劑管逐漸插入瓶內(nèi)，吹出蒸汽與熱空氣的混合物，對容器的全部內(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)一定時間的滅菌作用之后，凝結(jié)在內(nèi)外表面上的水蒸汽由熱的無菌空氣吹干。滅菌劑流速、溫度和濃度等操作可按不同容器的要求來調(diào)節(jié)。

第34頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月35（2）瓶蓋的滅菌瓶蓋的滅菌要根據(jù)瓶蓋材料的特性采用不同的方法。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。無論采用何種方法，均要確保整體無菌。第35頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月36玻璃瓶無菌包裝系統(tǒng)圖8-11玻璃瓶的無菌包裝系統(tǒng)之一左：洗瓶機(jī)，瓶子倒立；中：瓶子殺菌機(jī)；右：瓶子的充填和封蓋第36頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月37圖8-12玻璃瓶的無菌包裝系統(tǒng)之二第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月386.熱成型塑料杯無菌包裝設(shè)備

熱成型塑料杯無菌包裝設(shè)備主要有法國的Erca、美國的Thermoform和Bosh等公司生產(chǎn)的機(jī)型。圖8-13熱成型塑料杯外形及蓋膜結(jié)構(gòu)第38頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月39?？ǎ‥rca）熱成型塑料杯無菌包裝設(shè)備

Erca熱成型塑料杯無菌包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)類似臥式熱成型—充填—真空封口(FFS)包裝機(jī)，但杯材的熱成型、充填、熱封均在封閉的無菌室內(nèi)進(jìn)行，然后分割成4或6個一組的成品。第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月40圖8-14Erca熱成型塑料杯無菌包裝設(shè)備第40頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月417.箱中襯袋無菌包裝

STAR-ASEPT無菌包裝過程圖8-15STAR—ASEPT充填裝置的殺