无菌加工学习手记

无菌加工学习手记

无菌加工目前是商业热灭菌的液体产品主要技术。在无菌条件下把无菌的（通常是）食品或药品包装到预杀菌的容器中，生产不需要冷藏的货架稳定的产品。无菌加工在液体食品的加工中，几乎完全取代了食品的预包装杀菌，产品包括牛乳、果汁、浓缩物、乳油、酸乳、沙拉酱、液体鸡蛋和冰淇淋混料。产品还包括含有少量的离散颗粒的物料，如农家乳酪、婴儿食品、番茄制品、水果和蔬菜、汤、大米甜食等。

无菌加工包括三个主要步骤：产品的热灭菌、包装材料的灭菌和包装过程的无菌。为了保证商业无菌性，需要无菌加工设备记录和保存相应的生产文件，表明在设施的所有区域中实现和维持商业无菌条件。任何违反加工或包装系统的预定过程意味着受影响的产品必须被销毁、再加工或隔离并保留以供进一步的评估后处理。此外，加工和包装系统必须在处理和/或包装操作重新开始之前进行清洗和再消毒。包装设备和包装材料使用各种介质（即饱和蒸汽、过热蒸汽、过氧化氢和热等）进行消毒。

1 食品无菌加工发展的历史

食品无菌加工的历史源自于1927-冷灌装机（HCF），HCF成功地改善了加工后的巧克力牛乳的感官质量。但是与灌装加热杀菌产品相比，该设备的使用受到成本、维护阻碍，处理不同尺寸容器不灵活而致机器失败。

在20世纪40年代，George Grindrod开发AVOSET工艺，使用AvoSET工艺加工的食品包装在紫外线灯下，正压室内消毒空气，防止污染物进入加工室。采用126.6—147.7℃蒸汽直接喷射，然后冷却。用这种技术处理的食品被描述为“优质乳油状产品”，每分钟加工75—100个容器。

在20世纪40年代后期，McKinley Martin开发了Dole无菌工艺。该工艺加工的食品包括汤、专用酱汁、水果和乳制品。该工艺涉及四个步骤：

1.通过加热和立即冷却对产品进行灭菌。

2.使用蒸汽对容器和盖子灭菌。

3.在无菌容器中无菌灌装无菌产品。

4.在饱和或过热蒸汽下封盖。

Dole无菌机克服了HCF问题的障碍，因为它能够处理不同尺寸的容器，维护时间较少，成本更低。由于其加工时间短，热敏产品的加工质量与原食品的重要特征几乎一致。然而Dole无菌机用140.5—146.1℃下热处理豌豆汤，保持时间为8.8秒，并在14—17秒冷却至32.2℃，消费者将其与121℃的40-70分钟的正常处理产品相比，缺乏兴趣，致使Dole无菌机终止用于处理食品。

Erik Wallenberg首先发明了利乐包。Roy Graves在20世纪40年代开始对牛乳进行消毒，牛乳经过管道，进入真空罐，然后被加热到140.5℃，然后冷却到室温。该产品以金属罐包装，不能获得新鲜牛乳的消费者和美国军方广泛接受这种产品。

1959年，食品工业出现了纸箔塑料叠层容器称为四面体。1962年，利乐公司把该容器引入美国市场，在容器里售卖巴氏杀菌的牛乳和饮料。Roy Graves公司开始用氯气消毒该容器，并能无菌灌装和密封容器。这些容器的使用由于其不易开启而不被美国消费者接受，但被美国海军广泛使用。

在1981，FDA批准过氧化氢用于容器消毒。今天，用于远洋运输的船只配备了无菌罐运送果汁。另一种运输无菌加工食品的方法是使用无菌袋。

2 无菌加工食品灭菌的方法

无菌加工允许食品在容器外部进行灭菌，灌入预灭菌的容器中，并将容器在无菌环境中密封。大多数系统使用超高温（UHT）灭菌为所包装食品灭菌。UHT在高温下杀菌通常在135℃以上1—2秒。通常在高温（130—150℃）几秒钟，可以更好地保持感官和营养特性。无菌产品具有常温保质期数月至数年。无菌包装材料灭菌是无菌食品加工中的关键环节。必须杀灭在容器中成型、运输和灌装过程中存在的微生物。有许多方法用于对容器灭菌，最常用的方法包括：热、热水、化学消毒剂（过氧化氢或过乙酸）和γ辐射或几种方法的组合。采用直接或间接的加热方法对无菌食品进行灭菌处理，通过蒸汽喷射喷射和蒸汽扩散可实现直接传热。使用蒸汽喷射器处理的食品经过注射段，其中蒸汽（150℃）喷射产品，然后将产品闪蒸冷却至70°C。直接加热适用于热敏性食品，如牛乳。然而，只有低粘度的液体可以通过蒸汽喷射来处理，并且需要高质量的蒸汽来确保灭菌。蒸汽扩散

的食品产品涉及食品自由落入高压蒸汽之中，将食品加热至约145℃，然后将其闪蒸冷却至65-70℃的蒸汽扩散与蒸汽喷射相比，提供了更好的控制，减少了热损伤，并且降低了过热风险。与蒸汽喷射相比，它能加工高粘度的食品，但有存在堵塞机械喷嘴的风险。间接传热形式包括：板式换热器、管式换热器或刮板式换热器。板式换热器价廉在生产过程中容易更换，应用广泛。管状和刮板表面可以加热粘性食品的颗粒或浆料含量高的物料，引起损害最小。

3 无菌加工设备的基本要求

设备与系统必须在食品和饮料无菌加工加工前消毒，并在加工过程中保持无菌。在设计无菌加工设备时，要考虑六个基本要求：（1）设备必须具有彻底清洗的能力；（2）必须能够用蒸汽、化学品或高温水消毒，（3）灭菌介质应能接触设备的所有表面，这意味着设备不含任何裂纹、裂缝或死点，（4）设备必须能够保持在无菌状态，（5）设备必须能连续使用，（6）最后，设备必须符合规定。

无菌包装一般分为以下几类：填充、直立、成型、热成型、吹塑、散装包装和储存系统。

1.填充和密封。容器在无菌环境中填充和密封，以避免污染。

2.直立、灌装和密封。塑料容器竖立后消毒、填充和密封。

3.成型、填充和密封。在该系统中，首先对一卷胶卷进行消毒。灭菌后，形成所需形状，填充并密封。

4.热成型、填充和密封。一卷薄膜被加热并在无菌表面或环境中热成型。然后在无菌环境中填充和密封。

5.吹塑、充填和密封。该过程需要先将可挤压的材料先吹塑成无菌包装，然后再进行填充和密封。该过程通常用来生产瓶装产品，如果汁和苏打水。

6.散装包装和储存系统（IBC）。用于散装储存的包装（桶、袋、笼架箱\罐等）用热或消毒剂消毒。灭菌后，填充和密封。

4 利乐包无菌包装材料

包装材料无菌包装包括用无菌产品填充和密封无菌包装材料。无菌包装材料不仅要保证包装内的无菌条件，并保护产品免受物理损伤，而且要保持包装内产品的质量。为了实现这一目的，复合层压材料由以下组成：半刚性纸（70%）为包装提供了刚度、强度和有效的砖状。低密度聚乙烯（24%），最常用的无菌包装材料，位于最内层，形成使包装液体密封的密封件。铝箔（6%）位于无菌包装的内部，形成了阻挡光和氧气的屏障，从而满足了不使用防腐剂和冷藏防止腐败的需要。无菌包装所用的大多数包装材料是用塑料代替金属或者玻璃容器，因为与金属和玻璃相比，塑料材料的生产成本相对较低。塑料比金属或玻璃更轻，更便宜，更容易运输。塑料加工比金属和玻璃所需的能量少得多。这些因素使塑料成为无菌加工中使用的包装材料。

5 无菌容器的选择

无菌容器的选择有很多因素影响产品选择无菌容器的类型。下列因素可能影响无菌加工产品的包装材料的选择：塑料聚合物的功能特性（气体和水蒸气阻隔性能、化学惰性、风味和气味吸收或解吸、塑