无菌包装技术

【摘要】详细论述无菌包装技术中包装产品的灭菌、包装材料的灭菌、包装环境的灭菌和包装后完整的封合四个要素。

分类描述了灭菌的基本原理，各种灭菌方法和灭菌设备的特点，并介绍了高新技术在无菌包装中的作用．对从事无菌包装技术人员及无菌设备的选择具有帮助和指导作用。

【关键词】包装产品灭菌；包装材料灭菌；包装环境灭菌；填充与封合。

【引言】无菌包装技术包括包装产品的无菌、包装材料的无菌、包装环境的无菌和包装后完整的封合四个要素。

无菌包装与传统的灌装工艺和其他所有的食品包装的不同之处在于食品单独连续灭菌，包装也单独灭菌，两者相互独立。

上述四个环节中任何一个环节未能彻底灭菌都将影响产品的无菌效果，因而进行无菌包装应注意各个环节的灭菌操作。

一、包装产品的灭菌技术（一）灭菌技术食品物料的灭菌分为热力灭菌和冷灭菌、综合灭菌等。

食品物料包装的物料灭菌到目前为止主要是热力灭菌，又分为低温灭菌、高温短时灭菌和超高温短时灭菌。

主要灭菌介质有过热蒸汽、饱和蒸汽、干热蒸汽、湿热空气等；物料的冷灭菌方法主要指紫外线灭菌、辐射灭菌、微波灭菌等。

综合灭菌是指两种或两种以上的灭菌方法同时使用，达到提高灭菌效果和缩短灭菌时间的目的。

热力灭菌的基本原理是建立在食品品质及营养成分不遭受破坏的温度与微生物受热死。

亡的温度两者之间有很大差异这一规律之上的。

通常温度越高，杀灭微生物所需要的时间越短。

但损害食品品质、营养价值、色泽和风味真正重要的因素是加热时间过长，而不是高温。

在120℃以下灭菌时，食品成分的保存率为70％；而在130℃以上的高温短时灭菌与超高温短时灭菌中，食品成分的保存率上升到90％以上。

由于它有许多优点，特别是可以解决既能杀灭食品中的微生物，又能较好地保持食品品质与营养价值这一对矛盾，现广泛用于牛乳、果汁及果汁饮料等产品的生产。

（二）食品灭菌温度的选择选择食品灭菌温度的主要依据是食品内的细菌种类和细菌含量、物料的pH值、热敏性及易氧化性。

食品中最值得关注的微生物是梭状芽孢杆菌，在无氧环境中生长，它比使食物腐败的普通细菌更受到重视，因肉毒芽孢引起的污染是致命的，又不显示出危险的征兆，如腐败的气味和味道。

相对来说，高酸度的食物不易受梭状芽孢杆菌在内的微生物的污染。

梭状芽孢杆菌在pH值≤4．6的介质中不生长，凶此，pH值的大小也是决定物料灭菌温度的主要因素。

（三）食品灭菌的分类（1）热灭菌①低温灭菌(巴氏灭菌)巴氏灭菌条件为61～63℃130min或72～75℃／15—20min。

巴氏灭菌方法既可直接作用于产品，也可将产品充填并密封于包装容器后，在上述条件下杀灭包装容器内的细菌。

巴氏灭菌可以杀灭多数致病菌，而对于非致病的腐败菌及其芽孢的杀灭能力不够，是一种比较温和的热处理形式，巴氏消毒处理不会引起食品营养价值的重大损失。

但需与其它储存手段如冷藏、冷冻、脱氧等保藏方法相配合，才可达到一定的保存期要求。

高酸性食品的pH值小于3.7，在此酸度下致病菌无法生长，腐败菌也无法生长。

因此灭菌并不是需要特别注意的问题，保持品质成为首要目的。

一般采用巴氏灭菌就可满足要求。

巴氏灭菌技术主要用于柑橘、苹果汁饮料食品的灭菌，灭菌的对象是酵母、霉菌和乳酸杆菌等。

此外，巴氏灭菌果酱、糖水水果罐头、啤酒、酸渍蔬菜类罐头、酱菜等的灭菌。

对于那些不耐高温处理的低酸性食品，只要不影响消费习惯，常利用加酸或借助于微生物发酵产酸的手段，使pH值降至高酸或酸性食品的范围，可以利用低温灭菌达到保存食品品质和耐藏的目的。

此法所需时间较长，对热敏食品不宜采用。

②高温短时灭菌(HTST)灭菌条件为85～90℃13—5min或95℃／12min，主要用于低温流通的无菌奶和低酸性果汁饮料的灭菌。

采用换热器在瞬间把物料加热到接近100℃，然后速冷至室温。

此方法需时较短，效果较好，有利于产品保质，主要用于杀灭酵母菌、霉菌、乳酸菌等。

酸性食品的pH值在3.7~4.5之间，食品中的致病菌不易生长，但腐败菌可以生长，一般采用超高温瞬时灭菌或高温短时灭菌。

对低酸性食品可通过加酸或发酵的方法使之转化为酸性食品，从而降低灭菌要求，提高货架寿命，此法用于处理食品中的番茄汁、乳酪等。

③超高温瞬时灭菌(UST)超高温瞬时灭菌是指在温度和时间分别为135～150℃和2～8s的条件下，对乳品或其它食品进行处理的一种工艺。

低酸性食品pH值大于4.6，可以为致病微生物提供理想的生长条件，且腐败微生物也可良好地生长。

一般采用超高温瞬时灭菌，可较好保持产品的营养、风味，其典型应用是对牛乳制品的灭菌以及部份蔬菜制品灭菌。

液体食品的超高温瞬时灭菌是将食品在瞬问加热到高温而达到灭菌目的，有二种方法：1.直接加热法。

是利用直接加热设备将食品和加热介质直接接触，用高压蒸气直接向食品喷射，使食品以最快速度升温，几秒钟内达到140℃一160℃维持数秒钟，再在真空室内除去水分，然后用无菌冷却机冷却到室温。

如对牛奶采用直接加热的UHT灭菌技术，可先将牛奶迅速(15—20s)加热到140—150℃，保持2～4s，随后在15—20s内冷却至室温。

由于食品与蒸汽有了直接的接触，因此对蒸汽品质有持殊要求。

2.间接加热法。

是利用换热器使产品与热介质分隔，产品与热介质间完全没有直接接触。

因此，对蒸汽纯度的要求不需要太高，蒸汽和高温热水均可作为热介质。

(2)紫外线灭菌紫外线对液体物料的灭菌效果较为理想，使用时，可使液体物料如饮料、牛奶等以薄层状通过紫外线照射区即可灭菌。

(3)磁力灭菌把需灭菌的食品放人0．6特磁场的N极与s极之间，经过连续搅拌，不需加热，即可达到灭菌的效果，而对食品中的营养成份无任何影响，此技术主要适合于流动性食品的灭菌。

(4)欧姆法加热灭菌技术欧姆法加热灭菌技术在国外已经进入工业应用阶段，一些厂家已生产出可供食品厂应用的欧姆加热器。

其优点是可以加工粘度较高或颗粒较大的液体食品。

颗粒直径可达2．5厘米。

目前存在的主要问题是系统的预灭菌仍需采用过热蒸汽。

因此在无菌系统的配置时要配成混合式。

(5)膜分离技术膜分离技术在水的净化、乳清的分离中已有广泛的应用。

在食品加工中则是组合膜的开发和应用。

主要用于浓缩果汁，可以浓缩到600BX。

方法是水果原汁超滤得到澄清汁与果酱两大部分，前者成为水、维生素c、芳香成份等低分子物，后者成为悬浮固形物、细菌、真菌等物。

将澄清汁反渗透除去一部分水，将果酱灭菌后与脱去水的浓缩清汁调配即得浓缩果汁。

膜分离技术浓缩果汁产品浓度高，风味与营养成份损失很少，是果汁饮料加工有效的浓缩和灭菌方法。

二、热力灭菌设备的选择（一）热力灭菌设备的分类热力灭菌的关键设备是热交换设备。

食品粘度和颗粒大小的不同决定了换热器的不同。

换热器分为直接加热式和间接加热式两种。

直接加热式换热器又称混合式换热器，这类换热器是利用冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热的。

直接加热式换热器具有传热效率高、单位容积提供的传热面积大，设备结构简单，在生产中较少积垢，因而可延长生产连续时间，价格便宜等优点。

但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。

常用的间接加热式换热器有板面式换热器、管式换热器和刮扳式换热器三种。

根据食品的粘度和内含物颗粒大小选用换热器。

（二）板面式换热器板面式换热器适用于果肉含量不超过1％一3％的液体食品。

这类换热器都是通过板面进行传热的换热器。

板面式换热器按传热板面的结构形式可分为以下四种：螺旋板式换热器、板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器。

板面式换热器的传热性能要比管式换热器优越，由于其结构上的特点，使流体能在较低的速度下就达到湍流状态，从而强化了传热。

板面式换热器采用板材制作，在大规模组织生产时，可降低设备成本，但其耐压性能比管式换热器差。

（三）管式换热器管式换热器对产品的适应范围较广，可加工高果肉含量的浓缩果蔬汁等液体食品。

凡用板式换热器会产生结焦和阻塞，面黏度又不足用刮板式换热器的产品，都可采用管式换热器。

这类换热器都是通过管子壁面进行传热的换热器。

按传热管的结构形式不同可分为蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器。

管式换热器虽然在换热效率、结构紧凑性(换热器在单位体积中的传热面积m2／m2)和单位传热面积的金属消耗量(kg／m2)等方面都不如其他新型换热器，但它具有结构坚固、可靠、适应性强、易于制造、能承受较高的操作压力和温度等优点。

在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。

（四）刮板式换热器刮板式换热器是一种专门用于粘稠产品和颗粒产品的无菌加工系统，装有带叶片的旋转器，在加热面上刮动而使高黏度食品向前推送，达到加热灭菌的目的。

三、包装容器的灭菌技术由于无菌包装材料种类多、性质差异大、灭菌时容器形状不同及采用的灭菌介质不同等原因，使灭菌方式很多。

（一）按照容器的灭菌方法划分（1）金属罐的灭菌金属罐是无菌包装使用最早的包装材料之一，主要有马口铁罐和铝罐两种，目前世界上金属罐无菌包装的最先进的典型代表是美国的多尔无菌罐装系统。

该系统的金属罐采用过热蒸气灭菌。

当空罐在输送链上通过灭菌室时，过热蒸汽车从上下喷射45s，这时罐温上升到221～224℃，罐盖也采用287～316℃的过热蒸汽灭菌75～90s，此温度足以杀灭全部的耐热细菌。

由于所有容器和设备都采用过热蒸汽灭菌，因此无菌程度高，罐头内部顶隙残留空气极少，且处于高真空状态，产品的质量安全可靠。

（2）玻璃瓶的灭菌玻璃瓶的无菌包装始于1942年，但由于易碎、重量大、不耐热冲击等，所以一直未形成大规模工业化生产。

近年来随着玻璃制品制造技术的发展，出现了轻质强化玻璃瓶，使玻璃瓶的重量减轻、耐热冲击性也大大提高，即使内外温差800℃以上也不致破裂，这就大大推动了玻璃瓶的应用。

英国乳业研究所建立了NIRD无菌充填系统，即向玻璃瓶吹送154℃，0.48MPa 的蒸气加热1.5～2s，灭菌之后充填无菌牛奶，封口即形成无菌包装产品。

(3)塑料容器的灭菌塑料是无菌包装中发展最快、应用最广的材料，它的成本较低、形式多样化，机械适应性强，特别是近年来塑料薄膜的共挤复合以及容器成形技术的不断发展，塑料将成为无菌包装的主角。

对于塑料包装材料的要求主要是具有对食品的保护保存性、适应流通的机械强度。

(4)箱中袋的灭菌大包装一般采用铝塑复合软袋，灭菌方法主要为加热法和辐射法。

部分厂家生产时已将大包装袋用钴60照射灭菌，袋上已压有灌装嘴，出厂时用盖子密封好。

使用时必须在无菌环境中打开盖子进行灌装。

如果袋是未经灭菌的，在灌注前可用过热蒸汽灭菌，随即在无菌环境中进行灌装。

(5)纸塑料类复合包装容器的灭菌纸塑料复合包装容器的灭菌方法有物理方法和化学方法两种。

物理方法有加热处理、紫外线辐射、高频电场处理等。

对纸塑料包装材料进行彻底的热处理会使其材料发脆而难以封口，单独使用紫外线照射灭菌处理和高频电场灭菌处理，其灭菌效果差。