食品包装新技术 无菌包装技术

灵活性大，可以摄影不同大小的包装盒，变化时间仅 需2 min； 纸盒外形较美观，且较结实； 产品无菌性也很可靠； 生产速度较快，而设备外形高度低，易于实行连续化 生产。
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纸筒的预制
覆盖层保证有良好的印刷表面， 防潮和密封
提供粘合性
6.5 um厚，阻氧避光
制成的纸筒是开口的，成扁平片状装箱


①能常温保存的无菌食品；
②能在低温下保存的无菌食品。
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无菌包装的特点：

包装内容物：采用最适宜杀菌方法，使色泽、风味、
质构和营养成分等食品品质少受损失。
•
低温杀菌法（巴氏杀菌）
巴氏杀菌系将混合原料加热至 68～70℃，并保持此温度 • 高温杀菌 30min ，以后急速冷却到4-5℃。因为一般细菌的致死点均 • 高温短时杀菌(HTST)和超高温瞬时杀菌(UHTST） 主要适用于罐装、瓶装及蒸煮袋食品的杀菌。将食品驻入 为温度68℃与时间30min以下，所以将混合原料经此法处 高温短时杀菌：食品经100℃以上,130℃以下的杀菌处理， 包装容器和食品分别杀菌：不管容器大小都能得到 包装容器中完全密封，用蒸汽或热水蒸馏杀菌。一般罐头 理后，可杀灭其中的致病性细菌和绝大多数非致病性细菌； 一般几 min；超高温瞬时杀菌：利用直接蒸汽或热交换器， 食品在115℃左右进行 60-90 min的杀菌处理，普通蒸煮袋 品质稳定的产品。 混合原料加热后突然冷却，急剧的热与冷变化也可以促使 使食品在130℃ -150℃（一般 141-142 ），保持几秒或者几十 采用115-120℃杀菌 20-40 min ，高温蒸煮袋 (HiBP-F)采 细菌的死亡。 包装材料：耐热性、强度要求不高。 秒（ 2s）加热杀菌后，迅速冷却，使细菌无法存活、生长。 用121130℃杀菌8-20 min。 这是两种适合于流动性液态或半液态食品的短时杀菌方法， 适合：自动化连续生产，省工节能。 能有效地保全食品原有的营养和风味质量，常用于无菌包装 7 的食品杀菌。
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•
当0.5<α<0.7，属于中等极性分子，如聚氟乙稀、 尼龙和甲基丙烯酸甲酯等。 当α >0.7，属于强极性分子，如酚醛塑料、聚酯和 聚乙烯醇等。其水蒸气透过率和透气率较大。
•
（3）塑料的结晶度：
•
聚合物结晶度高，其气体透过的扩散系数小，透 气率较小。但水蒸气的透过率未必也是小的，如
尼龙和聚乙烯醇材料。
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一、卷材纸盒包装 Tetra Pak 特 点


包装材料以板材卷筒型式引入； 所有与产品接触的部件及机器的无菌腔均经灭菌； 包装的成型、充填、封口及分离在一台机器上进行。
使用卷材来制作容器的好处

劳动强度降低 仅无菌材料进入机器的无菌区，可保证高度无菌 集成型、充填、封口为一体，不需工序间的往返运输 包装材料存贮空间小，生产效率高
• •
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离子辐射法杀菌
•
多数食品包装材料采用辐射灭菌消毒是可行的；
•
辐射剂量为10 kGy或更低：包装材料的机械性能和化
学性能的变化甚微。
•
辐射剂量较大：材料固有的性质有明显变化，尤其是 塑料材料。
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3、化学杀菌法
（1）H2O2杀菌
• • •
广谱杀菌作用，但其杀菌效果与其温度有关； 同温度下H2O2的杀菌效果则与其溶液浓度有关；
过热蒸汽或热风）充分杀菌； 玻璃容器：考虑玻璃不耐热冲击的特性和瓶 盖的杀菌。
•
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常压热处理：温度达不到200 oC以上，做不到 秒杀微生物。
•
芽孢：杀菌温度为200oC以上；低水分活度
或干燥状态下，也需要100oC以上

过热蒸汽：杀菌效果好，但压力过高，仅适用 于耐压容器，如金属罐的杀菌。 微波杀菌：中等水分的包装材料。
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用于该装置的包装材料，其中80%为纸板，纸板复 合了几层塑料和一层铝箔。
包装材料各层的作用：



外层的PE(聚乙烯)层：保护印刷的油墨并防潮，且当 包装叠起时保护封口表面。 纸板：赋予包装应有的机械强度以便成型，且便于油 墨印刷。 PE：使铝箔与纸板之间能紧密相连。 铝箔：阻气，并保护产品防止氧化和免受光照影响。 最内层的PE（或其他塑料）：提供液体阻隔性。
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二、纸盒预制无菌包装（Combibloc） 特点

纸筒的预制作为独立分开的一步先
行完成，然后进入成型—填充—封
口装置系统（FFS）。

包装材料：纸塑铝复合材料； 不同：先由卷筒薄膜分割预制成开
口的小纸筒，避免了冗长连续纸带
在无菌腔中的灭菌和卷制。
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二、纸盒预制无菌包装（Combibloc） Combibloc无菌包装设备的优点

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2、化学作用机制 强调有抗代谢作用产生的重要物质的量的变 化。它要求用定量的化学分析数据来说明。


3、生命力原理
以代谢过程中局部干扰作为杀菌机制的基础。 它要求用定性的生化分析论据来说明。

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第二节 无菌包装材料及其杀菌方法
一、无菌包装用的包装材料
1、包装材料性能

具备以下性能：热稳定性；抗化学性、耐
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（4）材料中分子的排列规律
•
热塑性塑料的分子排列大都属于线型结构的，但
线型排列的规整程度可以不同，有定向的和非定 向的。 经过定向处理的材料，其透气率降低，而透明度 和机械强度都相应的提高。
•
（5）聚合物主链上基团的类型
17
H
*
H C R
*
C H
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二、包装材料（容器）的杀菌 工业应用的杀菌过程应满足以下条件
•
主要用于包装机有关部件、包装容器和封口材料的 消毒灭菌。 对乙烯基塑料有渗透作用，在用环氧乙烷杀菌时，
•
要采取升温和减压的方法让环氧乙烷挥发排出。
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第三节 无菌包装设备与无菌包装过程
根据无菌包装对象物料状态分
液体食品的无菌包装 固体食品的无菌包装
无菌包装设备主要有以下几种类型

卷材纸盒无菌包装设备（瑞典Tetra Brik L-TBA） 纸盒预制无菌包装设备（德国Combibloc FFS） 无菌瓶装包装 箱中衬袋无菌大包装设备
二、无菌包装的基本原理

食品无菌包装的三大要素
无菌包装基本由三部分组成：一是食品物
料的预杀菌；二是包装容器的灭菌；三是
充填密封环境的无菌。

关键：保证无菌（以一定方式杀死微生物，
并防止微生物再污染）。

微生物致死机理：①机械破坏机制；②化
学作用机制；③生命力原理。
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1、机械破坏机制 假设微生物存在一决定其存活的所谓“控制 中心”。破坏此控制中心，即可使微生物致 死。这可从致死的靶理论（Target theory） 及对数致死规律得到说明，符合实际上的统 计数字分析。


图 充填管 (Tetra Pak Nr. O4:15/J-09)
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4、带顶隙包装的充填

填充高粘度（颗粒或纤维）的产品；
包装内部顶隙：引入无菌空气或其他
惰性气体。 特点：只对单个包装的顶隙充以惰性 气体，不会像别种设备那样过量供应 惰性气体而造成浪费。

5、单个包装的最后折叠
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三九砖形无菌纸盒包装

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2、辐射法杀菌法

辐射杀菌法：适合于纸、塑料薄膜及其复合材料
制成的容器的灭菌；
紫外线照射法：
离子辐射法杀菌
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紫外线照射法：
•
灭菌效果：与照射强度、照射时间、空气温度和照射
距离有关，也与被照射材料的表面状态有关；
• •
压凸铝箔表面：杀菌时间要比光滑平面长3倍； 不规则形状的包装容器表面：灭菌照射时间比平面的 要长5倍； 考虑材料的特性，尤其是复合材料内层的材料； 可与干热、过氧化氢或乙醇等灭菌方法结合使用，以 增强杀菌效力。
条件：H2O2浓度达到30%，灭菌温度为80 oC时，即可
取得较好的灭菌效果。 采用H2O2溶液灭菌时，须考虑其与包装材料或容器表 面的润湿性。
•
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化学杀菌法
温度对存活率的影响
存 活 率
存 活 率
过氧化氢的浓度对存活率的影响

只有在H2O2溶液温度和浓度较高时才有可能应用 于无菌包装。
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（2）环氧乙烷杀菌
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L-TBA/8无菌包装机的无菌包装过程

1、机器的灭菌
2、包装材料的灭菌 3、包装的成型、填充、封口和割离 4、带顶隙包装的充填 5、单个包装的最后折叠
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1、机器的灭菌
机器灭菌时间
约：45 min 35% H2O2
360 oC
2、包装材料的灭菌
包装材料引入后即通 过一充满 35%H2O2 溶 液（75 oC）的深槽， 其行径时间根据灭菌 要求可预先在机械上 设定。包装材料经由 灭菌槽之后，再经挤 压和空气刮水刀，除 去残留的 H2O2，然后 进入无菌腔。
第 五 章 无 菌 包 装 技 术
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浙 江 工 业 大 学 周 绪 霞
本章主要内容
5.1 无菌包装的基本概念和基本原理
5.2 无菌包装材料及其杀菌方法
5.3 无菌包装设备与无菌包装过程
2
无菌包装（aseptic packaging）
基本介绍

1913年：丹麦丁尼森对牛乳进行热杀菌并无菌包装， 1921年取得了无菌保藏加工方面的专利。

1979年：广东罐头厂首先引进瑞典利乐公司的砖型 盒包装机，用于生产甘蔗汁、番石榴汁等饮料。
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国内自制无菌包装设备和生产线的研制和生产尚处 于刚起步的状况。
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第一节 无菌包装的基本概念和基本原理
一、无菌包装的基本概念

在无菌条件下，把无菌的或预杀 菌的产品充填到无菌容器并密封 之。 用于无菌包装的食品主要分为：
3、包装的成型、充填、封口和割离
包装材料进入无菌腔。 依靠成型元件形成纸筒， 纸筒在纵向加热元件上 密封。
Hale Waihona Puke Baidu
密封塑带是朝向食品封 在内侧包装材料两边搭 接部位上的。
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无菌的制品：通过进料管进入纸筒 纸筒中制品：液位由浮筒控制 横封：利用高频感应加热原理，以加 热包装复材内的铝箔层，以融化内部 的PE层，在封口压力下被粘到一起。
紫外性；热成型稳定性；阻气性；防潮性； 韧性和刚性；避光性；卫生性；经济性。
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热稳定性
在无菌热处理期间不产生化学或物理变化
抗化学性、 耐紫外性 热成型 稳定性
阻气性 防潮性
在用化学剂或紫外线进行无菌处理过程中，材料的有 机结构不变化
在无菌处理或干制的热处理过程中，容器外型不发生 改变 阻隔空气中的氧气；保持充入容器的惰性气体不外渗 阻止水分的穿透
•
纸板和塑料：最常用的包装材料。
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3、材料的性能与分子结构关系
O
（1）分子极性：极性小或分子中含极性基团如 （2）材料分子的偶极距 α ：
•
C
O
和
-OH少的材料，其亲水倾向较小，防潮性能较高。
当α=o，属于非极性分子材料，如聚乙烯（PE）、
聚丁烯（PB）和聚四氟乙烯（PTEF）等。
•
当α≤0.5，属于弱极性分子，如聚苯乙烯、聚异丁烯 和天然橡胶等。

D值（Decimal reduction time）低：在一定温度
下，杀灭90%微生物（或残存率为10%）所需的灭 菌时间（min）。

杀菌剂与包装材料（容器）之间的良好的润湿性 杀菌剂应易于从包装材料表面除去

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所用的杀菌方法对操作者、消费者无害 对于不可避免的残留杀菌剂要不损害产品品质及消 费者健康 杀菌方法应对所用的包装材料无腐蚀性 具有与环境之间的相适应性 应用上是可靠的、经济的

上世纪20年代：美国研究了加热-冷却-充填（HCF）
无菌加工， 主要研究罐头的灌装、封口设备。
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40年代末：超高温瞬时杀菌（UHTST）技术，用于 乳品加工。该装置是后来乳品加工中利乐包（Tetra
Pak，瑞典）无菌包装系统的必要组成部分。

40年代：研制了多尔-马丁（Dole-Martin）无菌灌装 系统。1950年市场上出现了第一台工业无菌填充装置， 它采用210oC的蒸汽加热。




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包装材料（容器）的杀菌方法
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常压热处理
加热杀菌法
过热蒸汽杀菌 微波杀菌
杀菌方法
辐射杀菌法
紫外线照射法杀菌 离子辐射法杀菌
化学杀菌法
H2O2杀菌
环氧乙烷杀菌
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1、加热杀菌法

不同的杀菌方法适用于不同的包装材料及容器
•
热力方法：不宜用于纸质和塑料容器的加热 杀菌；
•
金属罐和玻璃容器：通过加热（饱和蒸汽、
韧性和刚性 便于机械化充填、封口 避光性 卫生性 经济性
阻隔光线的穿入 材料应是无毒的、符合食品卫生标准、且易杀菌 来源丰富，成本低。
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2、包装材料分类：

一般分为四类：金属、纸板、塑料和玻璃。
•
金属和玻璃：完全阻隔分子扩散，是理想的
材料。使用这些材料的其良好保藏性能取决 于容器的密封性及牢固性，但包装成本高。
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康美盒无菌包装系统工艺过程