食品无菌包装技术的发展概况

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四、结论
无菌包装从上世纪 70 年代在欧美 兴起到目前, 包装工艺和包装材料都取 得了巨大进步, 并广泛应用于发达国家 的食品、饮料、乳制品、蛋奶 制 品 、调 味 品
等多种生产企业。它的优点是最大限度 地减少食品在杀菌包装过程中营养成分 和原有风味的损失, 延长了罐装的货架 寿命, 同时降低了包装费用。与传统包 装技术相比, 无菌包装具有杀菌包装一 体化方式的优点, 采用的材料多为铝 塑 、纸 塑 等 密 闭 性 很 好 的 复 合 材 料 。因 此 能使食品在常温下保存很长时间。未来 无菌包装将继续朝着包装材料的多样 化、包装形态杀菌方法多元化的方向迈 进, 包装技术方面将重点攻克高粘性食 品 、固 体 食 品 、低 酸 性 食 品 、含 颗 粒 大 的 液体食品的包装工艺问题, 而这些都有 待相关包装技术的进一步发展。
2007 技术交流
BAO ZHUANG
食品
无菌包装技术
的发展概况
■孙书静
食品的无菌加工及包装技术就是将 食品与包装容器分别灭菌, 再将已灭菌 的产品在无菌条件下充填入已灭菌的包 装容器中并密封而成产品。虽然早在 1913 年丹麦人金森就开始了对牛奶的 无菌灌装, 而美国人佟克莱于 1917 年 也得到了食品无菌保藏方法的世界首项 专利, 但无菌包装技术的广泛兴起还是 上世纪 70 年代末以后展开的; 特别是 近年来, 在研究开发和应用方面都发展 得极为迅速, 各种无菌包装的商品在世 界各国的超级市场上十分流行。采用无 菌包装的食品营养损失小, 风味色泽基 本不变, 无需冷藏便可长期贮存, 这些 优点越来越受到广大厂家和消费者的喜 爱, 是未来食品包装发展的必然趋势。
一 、包 装 材 料 及 容 器 的 无 菌 化
传统的食品包装材料主要包括铁、 铝、玻璃和塑料等, 包装容器以金属罐
装为主流。近年来, 随着塑料工业的发 展, 又产生了很多新型的包装材料及容 器, 如多层铝箔、纸及塑胶的 复 合 材 料, 聚 乙 烯( PE) , 聚 二 氯 烯( PVDC) 及 乙 烯 醇 ( EVOH) 等 高 阻 隔 性 塑 胶 材 料 , 以 及 由共挤出加工技术制成的多层材料和容 器, 如 PET 等。而包装容器也从硬质倾 向于软质和半硬质, 包括第一代的纸质 方形盒及第二代的塑料制杯形物等。
改革开放后, 我国食品行业也逐渐 引进了无菌包装技术, 但自行研制和开 发的水平仍与国外有很大差距。由于我 国的食品无菌包装刚兴起不久, 因而及 时了解世界无菌包装技术的发展状况, 对于我国自身技术的发展和提高都是非 常必要的。本文从无菌包装技术的三个 核心环节, 即包装材料、包装内容物和包 装环境及设备的无菌化对该项技术的发 展状况作一概括性介绍。
牛 奶 、果 汁 、咖 啡 、奶 粉 、点 心
塑料袋
冰淇淋
塑 料 膜 、铝 箔
乳 酸 、点 心
纸 、铝 箔 、塑 料 袋 、PE 多层结构
牛 奶 、果 汁 、蕃 茄 汁
塑料袋
奶精
玻璃、粒化热塑料、 预成型塑料
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20000 ~26000c a l / mol , 而 热 破 坏 细 菌 的 活 化 能 为 6 5 0 0 c a l / mo l 。 从 保 护 食品营养成分的保留率看, 高温短时灭 菌可以有效破坏微生物细胞, 抑制食品 营养成分的化学变化。例如灭菌温度为 1 2 0 ℃时, 杀死细菌芽孢需 4 mi n , 成分 保留 率 为 7 0 %, 当 温 度 提 高 到 1 3 2 ℃和 150℃时, 芽孢致死时间急剧减少, 成 分保留率则分别提高到 9 0 %和 9 8 %。 现 在 广 泛 应 用 的 超 高 温 ( UHT) 杀 菌 工 艺 就 是应用这一原理而设计的。例如对牛奶 的 灭 菌 , UHT 杀 菌 通 过 在 热 交 换 器 中 以最佳热量传递方式在很短的时间内把 牛奶加热到 1 3 6 ~1 3 8℃, 保温 2 ~8 s 后 又在很短的时间内把牛奶冷却到 20℃。
上采用无菌热风加速其挥发。 如果不考虑成本, 射线杀菌是最合
适的方法, 因为它既高效又安全。一般 用 CO6 0 放 射 的 γ射 线 在 常 温 下 处 理 , 穿透力强, 杀菌可靠性高。
另外电子射线也可以用在包装材料 的灭菌上。电子射线由电子加速器发 射, 穿透力不 如 γ射 线 。 但 安 全 性 及 输 出能量容易控制。用 300kev 照射 2 张 重叠的包材可达到完全的杀菌效果, 400kev 则可穿透 4 张重叠材料而完全 杀菌。
紫外线杀菌在常温下即可进行, 安 全性高, 可干式处理且价钱便宜, 很适 合包材的杀菌。新厂的试验显示 1 5 W的 紫 外 线 在 2 0 mm 高 垂 直 照 射 移 动 的 包 装 材 料 可 将 0 ~1 0 个/ c m2 的 细 菌 数 在 4 . 8s 内完全杀死, 对 1 0 0 个/ c m2 的细 菌数也仅需 5 . 6 s 。紫外线的缺点是易受 物体表面凹凸不平的影响, 杀菌效果随 菌种不同而有较大差异。
(收稿日期: 2007- 05- 18)
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化学药剂灭菌包括使用过氧化氢 ( H2O2) 酒精和乙烯氧化物( EO) 等。从对 包装材料的适应性、杀菌的安全性和可 信 性 而 言, H2O2 是 最 佳 的, 也 是 当 前 无 菌包装容器灭菌采用最多的药剂。在高 温、高浓度条件下, H2O2 在短时间内即有 显著的杀菌效果, 但 H2O2 对人体有刺激 性。美国食品与药品管理局( HA) 规定: 包 装 容 器 内 的 H2O2 含 量 不 得 超 过 0 . 1 p p m, 在 操 作 现 场 含 量 不 得 超 过 1 p p m。这一规定促使了采用 H2O2 杀菌工 艺的革新。其中一种方 法 就 是 采 用 H2O2 雾剂沉积杀菌法, 将 H2O2 雾滴控制在直 径 3 μm 左 右 , 并 均 匀 而 稠 密 地 分 布 在 包装容器的内壁上, 但不得过量喷射, 这样既能保证规定的微生物致死率, 又 能保证在包装容器内和生产车间的残留 H2O2 含量在允许的范围内 。 通 过 低 温 干 燥甚至可以完全排除包装材料上的 H2O2。 采 用 EO 杀 菌 具 有 渗 透 力 强 的 特 点, 可进行堆叠方式处理。EO 在常温下 为气体, 其杀菌效果随温度和浓度的提 高而增加。但须注意其残留毒性, 生产
பைடு நூலகம்
性、经济性和食品质量。从工艺角度而 言, 含固体的液体食品的连续高温杀菌 作业是相当困难的, 主要体现在: 难以 精确计算热是在液体食品和固体颗粒之 间传递时的热传导系数, 难以确定热量 在固体颗粒中的传递方向, 难以求出含 固体颗粒的液体食品在刮板式热交换器 和保温管道中的流动条件。这些都需要 加强科学研究。
表 1 常用包装材料的灭菌方法及其在商业化包装系统中的应用
灭菌方法 过热蒸气 过氧化氢 H2O2
环氧乙烯 EOG 紫外线 UV H2O2+UV γ射 线 热胚吹塑成型
应用包材及容器
内容物
金 属 、塑 料 膜 、铝 箔 、 纸/ Al / PE/ 复合罐
点 心 、布 丁 、果 汁 、果 酱
纸 、铝 箔 、PE、多 层 结 构 、塑 料 膜 、可 热 成 型 塑 料 、塑 料 杯 、袋 、 玻璃
各种杀菌方法各有其特点, 针对不 同的材料和不同的条件, 选择合适的灭 菌方法尤为重要。而各种杀菌方法也可 结合起来运用, 以达到优良的杀菌效 力。例如以纸为基材的铝箔, PE 多层结 构 的 容 器 采 用 涂 抹 H2O2, 再 加 热 吹 干 。 或纸盒先以环氧乙烯( EOG) 杀菌, 充填 前 再 浸 渍 H2O2 溶 液, 热 风 干 燥 。 成 型/
根 据 食 品 的 性 质 不 同 , UHT 灭 菌 装置分为固体和液体装置两大类。固体 UHT 装 置 主 要 用 于 粉 粒 原 料 的 灭 菌, 其 中气流式灭菌法工作时, 一边将粉粒原 料在管道上输送, 一边进行高温蒸气灭 菌。而搅拌式灭菌则将粉粒食品在充满 过热蒸气的压力容器内高速搅拌而达到 灭菌效果。
包装材料和容器的多样性, 决定了 其灭菌方法的多元化。对特定材料灭菌 方法的选择需要考虑到材料本身的特 性 。如 外 观 、机 械 适 性 和 保 护 性 的 变 化 , 各方面的杀菌效率、经济性及安全性等 诸因素。目前商业化无菌包装系统的包 装材料灭菌方法主要有四种: ( 1) 加热
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目前常用的包装材料杀菌方法及其 在商业化包装系统中的应用见表 1。
二、包装内容物的无菌化
包装内容物( 即食品的灭菌) 是无菌 包装技术中极其重要的部分。食品的无 菌化方法包括加热、微波 处 理 、紫 外 线 照 射 、超 高 压 处 理 和 过 滤 等 。其 中 加 热 法 是 目前最经济和应用最多的方法。食品在 加热过程中会发生褐变、风味及营养成 分的变化, 其化学反应的活化能为
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法 ; ( 2 ) 紫 外 线( UV) 照 射 法; ( 3 ) 化 学 药剂处理法; ( 4 ) 放射线杀菌法。加热法 使用过热蒸气、饱和蒸气或干热空气对 材 料 进 行 高 温 灭 菌 。具 有 无 毒 、无 残 留 有 害物质等优点。但目前应用并不很多。
对 液 体 食 品 的 UHT 灭 菌 具 有 直 接 和间接两种形式。直接加热工艺是将食 品和加热介质( 优质蒸气) 直接接触, 混 合而达到灭菌效果。间接加热工艺则是 通过热交换器间接地完成食品与加热介 质( 水、蒸气) 之 间 的 热 传 导, 间 接 加 热 装置具有多种形式, 一般对均质液体食 品采用片式、管式、自由流动式热交换 器, 对于含有固体颗粒的液体食品, 依 据颗粒块度的增加, 可以依次选用片 式、自由流动式、管式、心管 式 、间 歇 式 搅 拌锅、连续式、刮板式直 至 无 液 相 的 固 体 颗粒的流化床。热交换器的选择正确与 否 。 直 接 影 响 到 食 品 UHT 工 艺 的 安 全
三、包装环境的无菌化
无菌包装技术的一个非常重要的条 件就是包装的工作空间无菌, 以此避免 不洁空气对产品的二次污染。通常采用 空气净化技术把空气中的含尘量控制在 一定范围内, 空气经过净化后杀菌处 理, 杀死附着在尘埃里面的细菌, 这样 的工作室即称为无菌室。建造一间高质 量的无菌室费用较高, 因此在许多无菌 包装系统中把充填灌装部分的工作室设 计成一个一等级的无菌室, 它要求包装 机内腔无菌, 并要求具有一定压力。因 此常用惰性气体发生器产生惰性气体注 入到罐装部分和封口处使其压力大于外 界压力, 以便灌装并阻止外界污浊空气 进 入 。 目 前 包 装 机 大 多 采 用 H2O2 灭 菌, 然后用无菌热风干燥。由于系统的无菌 化程度要求高, 所以作业生产线实行自 动控制, 并定期检查、清洗、灭菌。
充填/ 封口的作业方式则先将材料浸渍 H2O2 溶 液, 并 热 风 干 燥 及 UV 照 射 ; 或 以 1 3 0 ~1 5 0 ℃温 度 直 接 加 热 及 蒸 气 杀 菌; 盒中袋可以用 EOG 杀菌, 或以 γ射线处 理。塑 料 袋 状 容 器 常 采 用 H2O2 与 UV 合 并 使 用 。金 属 罐 、复 合 罐 则 用 过 热 蒸 气 杀 菌。塑料瓶还可用热胚在 200℃下吹塑 成型。
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