無菌包裝技術(shù)

關(guān)于無菌包裝技術(shù)1第一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一2無菌包裝技術(shù)發(fā)明于20世紀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。第二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一3無菌包裝技術(shù)的發(fā)展歷史1913年，丹麥丁·尼森就曾對牛乳進行熱殺菌并實施無菌包裝，于1921年取得無菌保藏加工方面的專利。上世紀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。第三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一4特點：被包裝食品和包裝材料容器單獨殺菌1.食品的殺菌時間短，使產(chǎn)品的色、香、味和營養(yǎng)素損失?。?.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，但仍存在一些缺點：（1）很難用于流動性差的高粘度包裝物品；（2）設(shè)備復雜，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格，一旦發(fā)生污染，整批產(chǎn)品就要全部報廢。第四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一5第五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一6二、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，然后用無菌冷卻機冷卻到室溫。如：對牛奶的UHT殺菌工藝采用：原料（5℃）預熱（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）至室溫第六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一7

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％第七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一82）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。第八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一92.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菌，并能保全產(chǎn)品的營養(yǎng)和風味。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。第九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一10（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，殺菌效果與照射強度、時間、距離和空氣溫度、材料表面狀態(tài)；

化學方法：H2O2殺菌或環(huán)氧乙烷等進行殺菌殺菌效果與H2O2的溫度和濃度有關(guān)H2O2H2O+[O]第十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一11

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）第十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一12圖8-1H2O2的溫度對細菌存活率的影響第十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一13圖8-2H2O2的濃度對細菌成活率的影響第十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一14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H2O2濃度達到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H2O2的滅菌效能。第十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一15圖8-3紫外線和雙氧水相結(jié)合殺菌方法的殺菌效果第十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一16（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、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)境的殺菌定期進行紫外線照射、空氣過濾第十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一17三、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（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器上進行。第十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一18使用卷材來制作容器的優(yōu)勢

（1）機器操作人員的工作任務(wù)比較簡化，只需安裝包裝材料，勞動強度低；（2）因為只是平整的無菌材料進入機器的無菌區(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。第十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一19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十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一20包裝的過程

下面以L-TBA／8無菌包裝機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。第二十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一21圖8-5L-TBA/8充填系統(tǒng)的滅菌首先是空氣加熱器預熱和縱向紙帶加熱器預熱，在達到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。第二十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一22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)滅菌要求可預先在機械上設(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，然后進入無菌腔。

第二十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一23圖TB/TBA的縱向密封圖充填管(TetraPakNr.O4:15/J-09)第二十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一242.紙盒預制無菌包裝－－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。操作過程機器的滅菌→預制筒開袋、封底→容器的滅菌→充填→消泡→封頂→盒頂成型。使預制筒張開、封底形成一個開頂?shù)娜萜?，然后用進行滅菌。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，以便充以氮氣等惰性氣體。最后封頂，并進行盒頂成型后送往下道工序。第二十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一25圖8-7康美盒無菌包裝系統(tǒng)工藝過程第二十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一26圖8-8康美盒無菌包裝機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。第二十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一273.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。第二十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一28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。

第二十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一294.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，后者將預制瓶在無菌包裝機內(nèi)再殺菌后充填和封口。

第二十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一30（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，直接在模中進行物料的充填、封口。其顯著特點是容器不需要二次滅菌，因為在擠壓吹模成型后，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。第三十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一31（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三十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一32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—負壓干燥；12—真空封口；13—鋁材料卷筒（上蓋）；14—沖剪模；15—輸出。第三十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一335.玻璃瓶和預制塑料瓶無菌包裝過程

玻璃瓶和預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，使外界大氣中的細菌等不能進入，從而達到包裝時無菌環(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）封蓋第三十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一34（1）瓶子的滅菌瓶子經(jīng)一段時間預熱后，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)。

第三十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一35（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。第三十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一36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，瓶子倒立；中：瓶子殺菌機；右：瓶子的充填和封蓋第三十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一37圖8-12玻璃瓶的無菌包裝系統(tǒng)之二第三十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一386.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)的機型。圖8-13熱成型塑料杯外形及蓋膜結(jié)構(gòu)第三十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一39埃卡（Erca）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的結(jié)構(gòu)類似臥式熱成型—充填—真空封口(FFS)包裝機，但杯材的熱成型、充填、熱封均在封閉的無菌室內(nèi)進行，然后分割成4或6個一組的成品。第三十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一40圖8-14Erca熱成型塑料杯無菌包裝設(shè)備第四十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期一417.箱中襯袋無菌包裝

STAR-ASEPT無菌包裝過程圖8-15STAR—ASEPT充填裝置的殺菌和充填工序(1)蒸汽殺