第八章2无菌包装技术

1、1一、无菌包装的原理及意义一、无菌包装的原理及意义无菌包装（无菌包装（aseptic packaging）技术）技术：是指把被包装食品、：是指把被包装食品、包装材料容器包装材料容器分别杀菌分别杀菌，并在无菌环境条件下完成充填、密，并在无菌环境条件下完成充填、密封的一种包装技术。封的一种包装技术。广泛应用于液态或半液态流动性食品，如：果蔬汁、液态乳类、广泛应用于液态或半液态流动性食品，如：果蔬汁、液态乳类、酱类食品和营养保健类食品。酱类食品和营养保健类食品。食品可在常温下贮存流通。食品可在常温下贮存流通。第三节第三节 食品无菌包装技术食品无菌包装技术2无菌包装技术发明于无菌包装技术发明于20世纪

2、世纪40年代，最初是为了生年代，最初是为了生产不能用传统的高压釜灭菌、但要求有较长货架产不能用传统的高压釜灭菌、但要求有较长货架寿命的产品（如乳制品及香蕉泥之类的寿命的产品（如乳制品及香蕉泥之类的热敏性食热敏性食品品）而开发的。）而开发的。3无菌包装技术的发展历史无菌包装技术的发展历史 1913年，丹麦年，丹麦丁丁尼森尼森就曾对牛乳进行热杀菌并实施无菌包装，于就曾对牛乳进行热杀菌并实施无菌包装，于1921年取得无菌保藏加工方面的专利。年取得无菌保藏加工方面的专利。 上世纪上世纪20年代，美国研究了年代，美国研究了加热加热-冷却冷却-充填充填(HCF)无菌加工，主要研无菌加工，主要研究罐头的灌装

3、、封口设备。罐头和盖子以饱和蒸汽杀菌，以蒸汽或究罐头的灌装、封口设备。罐头和盖子以饱和蒸汽杀菌，以蒸汽或蒸汽与空气混合气体保持封口空间的正压。蒸汽与空气混合气体保持封口空间的正压。 40年代末，瑞典乳品业和机械制造业合作研究开发出年代末，瑞典乳品业和机械制造业合作研究开发出超高温瞬时杀超高温瞬时杀菌技术菌技术，用于乳品加工，同时还成功地开发了生产上可行的装置。，用于乳品加工，同时还成功地开发了生产上可行的装置。该装置是后来乳品加工中该装置是后来乳品加工中利乐包利乐包(Tetra Pak)无菌包装系统无菌包装系统的必要组的必要组成部分。成部分。 40年代，美国开始了年代，美国开始了多尔多尔-马丁

4、马丁(Dole-Martin)无菌罐装系统无菌罐装系统的研制，的研制，1950年市场上出现了第一台工业无菌充填装置。年市场上出现了第一台工业无菌充填装置。 在近在近2030年期间，无菌包装技术的研究取得了很大的进展，它不年期间，无菌包装技术的研究取得了很大的进展，它不仅应用于乳品工业，而且广泛应用于其他食品工业。尤其是果汁、仅应用于乳品工业，而且广泛应用于其他食品工业。尤其是果汁、蔬菜汁、豆奶、酱类食品、营养保健食品类的无菌包装，其应用更蔬菜汁、豆奶、酱类食品、营养保健食品类的无菌包装，其应用更为面广量大。为面广量大。4特点：被包装食品和包装材料容器单独杀菌特点：被包装食品和包装材料容器单独杀

5、菌1.食品的杀菌时间短，使产品的色、香、味和营养素损失小；食品的杀菌时间短，使产品的色、香、味和营养素损失小；2.比普通罐头制品的杀菌耗能量少，且不需大型的杀菌装置，可比普通罐头制品的杀菌耗能量少，且不需大型的杀菌装置，可实现连续杀菌灌装密封，生产效率高；实现连续杀菌灌装密封，生产效率高；3.包装材料、容器表面杀菌技术较易，对耐热性要求不高；包装材料、容器表面杀菌技术较易，对耐热性要求不高；4.与包装后杀菌相比，食品与容器之间不易发生反应，包装材料与包装后杀菌相比，食品与容器之间不易发生反应，包装材料向食品中迁移减少。向食品中迁移减少。尽管无菌包装有如此多的优点，但仍存在一些缺点：尽管无菌包装

6、有如此多的优点，但仍存在一些缺点：（1）很难用于流动性差的高粘度包装物品；）很难用于流动性差的高粘度包装物品；（2）设备复杂，规模较大，造价高，因此起始成本高；）设备复杂，规模较大，造价高，因此起始成本高；（3）对操作管理要求十分严格，一旦发生污染，整批产品就要全）对操作管理要求十分严格，一旦发生污染，整批产品就要全部报废。部报废。56二、无菌包装的包装体系杀菌方法二、无菌包装的包装体系杀菌方法（一）无菌包装食品的杀菌方法（一）无菌包装食品的杀菌方法1.超高温瞬时杀菌超高温瞬时杀菌UHT（ultra high temperature instantaneous time）1)直接加热杀菌法：用

7、高压蒸汽直接向食品喷射，使食品以最快速直接加热杀菌法：用高压蒸汽直接向食品喷射，使食品以最快速度升温，在几秒钟内达到度升温，在几秒钟内达到140-160高温并维持几秒钟，再在真高温并维持几秒钟，再在真空室内除去多余水分，然后用无菌冷却机冷却到室温。空室内除去多余水分，然后用无菌冷却机冷却到室温。如：对牛奶的如：对牛奶的UHTUHT杀菌工艺采用：杀菌工艺采用：原料（5）预热（15-20s）到75-80迅速加热到140-150 保持（2-4s）迅速降温至80 冷却（15-20s）至室温7表表 牛奶的加热温度与孢子死灭时间、褐变以及成分变化关系牛奶的加热温度与孢子死灭时间、褐变以及成分变化关系加热温

8、度（加热温度（） 相对孢子破坏度相对孢子破坏度 孢子死亡时间孢子死亡时间 相对褐变度相对褐变度 食品有效成分残留率食品有效成分残留率100 1 400min 1 0.7 110 10 36min 2.5 33 120 100 4min 6.2 73 130 1，000 30s 15.6 92 140 10，000 4.8s 39.0 98 150 100，000 0.6s 97.5 9982）间接加热杀菌法）间接加热杀菌法采用换热器，根据食品的黏度和颗粒大小可选用采用换热器，根据食品的黏度和颗粒大小可选用片式换热器：果肉含量不超过片式换热器：果肉含量不超过1-3 %的液体食品；的液体食品；管式

9、换热器：适应范围较广；管式换热器：适应范围较广；刮板式换热器：高粘度食品。刮板式换热器：高粘度食品。92.高温短时杀菌高温短时杀菌HTST（high temperature short time）主要用于低温流通的无菌奶和低酸性果汁饮料的杀菌，可采用主要用于低温流通的无菌奶和低酸性果汁饮料的杀菌，可采用换热器在瞬间把液料加热到换热器在瞬间把液料加热到100 以上，然后速冷至室温，以上，然后速冷至室温，可完全杀灭液料中的酵母和细菌，并能保全产品的营养和可完全杀灭液料中的酵母和细菌，并能保全产品的营养和风味。风味。3.欧姆杀菌（欧姆杀菌（ohm sterilizing）对于带颗粒的液态食品对于带颗

10、粒的液态食品如牛肉丁和胡萝卜丁的汤汁类液态食品。如牛肉丁和胡萝卜丁的汤汁类液态食品。10（二）无菌包装材料和容器杀菌方法（二）无菌包装材料和容器杀菌方法杀菌方法视材质而不同杀菌方法视材质而不同玻璃、金属可采用加热杀菌法：过热蒸汽杀菌玻璃、金属可采用加热杀菌法：过热蒸汽杀菌纸塑类：物理方法纸塑类：物理方法：紫外线辐射杀菌：紫外线辐射杀菌波长波长250-270nm，杀，杀菌效果与照射强度、时间、距离和空气温度、材料表面状菌效果与照射强度、时间、距离和空气温度、材料表面状态；态； 化学方法化学方法：H2O2杀菌或环氧乙烷等进行杀菌杀菌或环氧乙烷等进行杀菌杀菌效果与杀菌效果与H2O2的温度和浓度有关的

11、温度和浓度有关H2O2H2O + O11 灭菌方法：1、高压蒸汽直接喷射（用于食品和玻璃容器杀菌）2、紫外光照射+H2O2喷雾处理（用于纸塑容器杀菌）12图图8-1 H2O2的温度对细菌存活率的影响的温度对细菌存活率的影响13图图8-2 H2O2的浓度对细菌成活率的影的浓度对细菌成活率的影响响14 采用溶槽浸渍或喷雾方法采用溶槽浸渍或喷雾方法，使包装材料表面有一层均匀的，使包装材料表面有一层均匀的H2O2液，然后对其进行热辐射，减少液，然后对其进行热辐射，减少H2O2在包装材料表在包装材料表面的残留量，使面的残留量，使H2O2完全蒸发分解成无害的水蒸气和氧，完全蒸发分解成无害的水蒸气和氧，同时

12、增强灭菌效果。同时增强灭菌效果。 H2O2灭菌工艺只有在灭菌工艺只有在H2O2溶液溶液温度和浓度温度和浓度较高时才有可较高时才有可能应用于无菌包装。一般当能应用于无菌包装。一般当H2O2浓度达到浓度达到30，灭菌温，灭菌温度为度为80时，即可取得较好的杀菌效果。时，即可取得较好的杀菌效果。 采用采用H2O2溶液灭菌时，须考虑其与包装材料或容器表面溶液灭菌时，须考虑其与包装材料或容器表面的润湿性，只有良好的润湿性，才能实现更好的杀菌效果。的润湿性，只有良好的润湿性，才能实现更好的杀菌效果。因而有时需要结合使用有效的润湿剂。因而有时需要结合使用有效的润湿剂。 配备热空气喷射（配备热空气喷射（901

13、00的热空气）的热空气），以增强，以增强H2O2的的灭菌效能。灭菌效能。 15图图8-3紫外线和双氧水相结合杀菌方法的杀菌效果紫外线和双氧水相结合杀菌方法的杀菌效果16（三）包装系统设备及操作环境的杀菌方法（三）包装系统设备及操作环境的杀菌方法1.包装系统设备的杀菌包装系统设备的杀菌食品经杀菌到无菌充填、密封的连续作业生产线上，要防止食品食品经杀菌到无菌充填、密封的连续作业生产线上，要防止食品受到来自系统外部的微生物污染，因此在输送过程中，要保受到来自系统外部的微生物污染，因此在输送过程中，要保持接管处，要保持接管处、阀门、热交换器、均质机、泵等持接管处，要保持接管处、阀门、热交换器、均质机、

14、泵等的的密封性和系统内部保持正压状态密封性和系统内部保持正压状态，以保证外部空气不进入。，以保证外部空气不进入。同时要求同时要求输送线路尽可能简单，以利于清洗。输送线路尽可能简单，以利于清洗。CIP2.操作环境的杀菌操作环境的杀菌定期进行紫外线照射、空气过滤定期进行紫外线照射、空气过滤17三、食品无菌包装系统三、食品无菌包装系统1.利乐包纸盒无菌包装系统利乐包纸盒无菌包装系统菱形袋与砖形盒菱形袋与砖形盒1961年，利乐与年，利乐与Alpure公司合作，成功研发出无菌包装系统，公司合作，成功研发出无菌包装系统，解决了灭菌与包装一体化的难题，堪称液态食品包装发展的解决了灭菌与包装一体化的难题，堪称

15、液态食品包装发展的里程碑。里程碑。 Tetra Pak无菌装置的特点无菌装置的特点（1）包装材料以板材卷筒形式引入；）包装材料以板材卷筒形式引入；（2）所有与产品接触的部件及机器的无菌腔均经灭菌；）所有与产品接触的部件及机器的无菌腔均经灭菌；（3）包装的成型、充填、封口及分离在一台机器上进行。）包装的成型、充填、封口及分离在一台机器上进行。18使用卷材来制作容器的优势使用卷材来制作容器的优势 （1）机器操作人员的工作任务比较简化，只需安装包装材料，）机器操作人员的工作任务比较简化，只需安装包装材料，劳动强度低；劳动强度低；（2）因为只是平整的无菌材料进入机器的无菌区，可保证高）因为只是平整的无

16、菌材料进入机器的无菌区，可保证高度无菌；度无菌；（3）集成型、充填、封口为一体，不需要工序间的往返运输；）集成型、充填、封口为一体，不需要工序间的往返运输；（4）包装材料的存储空间小，且无需空容器的存储空间；）包装材料的存储空间小，且无需空容器的存储空间；（5）包装材料利用率高。）包装材料利用率高。19包装材料的组成包装材料的组成1.聚乙烯聚乙烯(外层外层)2.印刷层印刷层 3.纸板纸板(双层双层)4. 聚乙烯聚乙烯(拉伸拉伸)5.铝箔铝箔 6.聚乙烯聚乙烯7.聚乙烯聚乙烯(抗氧化性抗氧化性)图图8-4 利乐包包装材料组成利乐包包装材料组成20包装的过程包装的过程 下面以下面以L-TBA8无菌

17、包装机为例说明这类无菌包装无菌包装机为例说明这类无菌包装的典型过程。全过程大致分为以下几步：的典型过程。全过程大致分为以下几步：（1）机器的灭菌；）机器的灭菌；（2）包装材料的灭菌；）包装材料的灭菌；（3）包装的成型、充填、封口和割离；）包装的成型、充填、封口和割离；（4）带顶隙包装的充填；）带顶隙包装的充填；（5）单个包装的最后折叠。）单个包装的最后折叠。 21图图8-5 L-TBA/8充填系统的灭菌充填系统的灭菌首先是空气加热器预热和纵向纸带加热器预热，在达到360的工作温度后，将35H2O2溶液通过喷嘴分布到无菌腔及机器其它待灭菌的部位。 H2O2的喷雾量及喷雾时间是自动控制的，以确保最

18、佳的杀菌效果。喷雾之后，用无菌热空气使之自动干燥。22图图8-6 包装材料的灭菌包装材料的灭菌包装材料引入后即通过一充满35H2O2溶液(温度约75)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，再经挤压拮水辊和空气刮水刀，除去残留的H2O2，然后进入无菌腔。 23图图 TB/TBA的纵向密封的纵向密封图图 充填管充填管(Tetra Pak Nr. O4:15/J-09)242.纸盒预制无菌包装纸盒预制无菌包装 Combibloc无菌包装系统无菌包装系统典型设备是德国典型设备是德国PKL公司的公司的Combibloc无菌包装设备。无菌包装设备。 操作过程机器的灭菌操

19、作过程机器的灭菌预制筒开袋、封底预制筒开袋、封底容器的灭菌容器的灭菌充填充填消泡消泡封顶封顶盒顶成型。盒顶成型。使预制筒张开、封底形成一个开顶的容器，然后用进行灭菌。使预制筒张开、封底形成一个开顶的容器，然后用进行灭菌。在无菌环境区内将灭菌过的物料灌入无菌容器。在无菌环境区内将灭菌过的物料灌入无菌容器。如果需要产品有可摇动性的形状，则需留足够的顶隙空间，以便如果需要产品有可摇动性的形状，则需留足够的顶隙空间，以便充以氮气等惰性气体。充以氮气等惰性气体。最后封顶，并进行盒顶成型后送往下道工序。最后封顶，并进行盒顶成型后送往下道工序。 2526图图8-8 康美盒无菌包装机康美盒无菌包装机1盒坯输送

20、台盒坯输送台 2盒坯底部加热装置盒坯底部加热装置 3活动吸盘活动吸盘 4定形轮定形轮 5顶部折纹装置顶部折纹装置 6H2O2蒸气收集罩蒸气收集罩 7热空气干燥装置热空气干燥装置 8灌装机构灌装机构 9热印装置热印装置 10顶部压平装置顶部压平装置 11传送轮传送轮 12盒顶部封口装置盒顶部封口装置 等组成。等组成。273.金属罐的无菌包装金属罐的无菌包装图8-9无菌罐装包装系统1包装罐灭菌部位；2充填部位；3包装罐盖灭菌部位；4封罐部位。28 金属罐：金属罐是无菌包装使用最早的包装形式之一，主金属罐：金属罐是无菌包装使用最早的包装形式之一，主要分马口铁罐和铝罐两种，目前世界上金属罐无菌包装的要

21、分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最先进的典型代表是美国的多尔无菌装罐系统美国的多尔无菌装罐系统。 多尔系统所采用的金属罐灭菌方法是干热灭菌，即采用高多尔系统所采用的金属罐灭菌方法是干热灭菌，即采用高温过热蒸汽来灭菌。当空罐在输送链上通过灭菌室时，过温过热蒸汽来灭菌。当空罐在输送链上通过灭菌室时，过热蒸汽从上下喷射热蒸汽从上下喷射45s，这时，这时罐温上升到罐温上升到221224，罐盖也采用罐盖也采用287316的过热蒸汽灭菌的过热蒸汽灭菌75s90s，这样，这样的高温足以杀灭全部的耐热细菌。由于所有容器和设备均的高温足以杀灭全部的耐热细菌。由于所有容器和设备均

22、采用过热蒸汽灭菌，因此无菌程度高，罐头内部顶隙残留采用过热蒸汽灭菌，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。空气极少，且处于高真空状态，产品的质量安全可靠。294.塑料瓶的无菌包装塑料瓶的无菌包装塑料瓶无菌包装系统有塑料瓶无菌包装系统有吹塑瓶和预制瓶吹塑瓶和预制瓶两种类型，前者吹塑制瓶两种类型，前者吹塑制瓶时构成无菌状态并充填和封口，后者将预制瓶在无菌包装机时构成无菌状态并充填和封口，后者将预制瓶在无菌包装机内再杀菌后充填和封口。内再杀菌后充填和封口。 30（1）吹塑瓶无菌包装系统）吹塑瓶无菌包装系统吹塑瓶无菌包装系统是以热塑性颗粒塑料为原料，采用吹模吹

23、塑瓶无菌包装系统是以热塑性颗粒塑料为原料，采用吹模工艺制成容器，在无菌环境下，直接在模中进行物料的充工艺制成容器，在无菌环境下，直接在模中进行物料的充填、封口。其显著特点是容器不需要二次灭菌，因为在挤填、封口。其显著特点是容器不需要二次灭菌，因为在挤压吹模成型后，模中的容器已是无菌的了，故在无菌环境压吹模成型后，模中的容器已是无菌的了，故在无菌环境下可直接进行充填、封口。下可直接进行充填、封口。该系统可包装各种产品，如超高温灭菌乳、果味奶、巧克力该系统可包装各种产品，如超高温灭菌乳、果味奶、巧克力饮料、婴儿配方乳、水果饮料、柠檬汁以及不充的其他饮饮料、婴儿配方乳、水果饮料、柠檬汁以及不充的其他

24、饮料料(碳酸饮料除外碳酸饮料除外)。塑料瓶的造型随市场需要而变化，但。塑料瓶的造型随市场需要而变化，但同时也受吹模工艺及经济的影响。设备的生产能力取决于同时也受吹模工艺及经济的影响。设备的生产能力取决于模具的数量、充填体积等。模具的数量、充填体积等。 用于制造容器的主要材料是聚烯烃类，如聚乙烯、聚用于制造容器的主要材料是聚烯烃类，如聚乙烯、聚丙烯及其共聚物等。丙烯及其共聚物等。31（2）吹塑瓶无菌包装的过程）吹塑瓶无菌包装的过程 吹模中容器的成型吹模中容器的成型吹模中的无菌充填、封口吹模中的无菌充填、封口制品脱模制品脱模封口封口定量给料装置的在线清洗定量给料装置的在线清洗32图8-10塑料瓶无

25、菌包装系统1材料卷筒；2、9过氧化氢槽；3吸气吸液；4、11干燥空气；5加热元件；6热塑材料成型（用无菌空气）；7无菌充填部位；8充填区域（无菌通道）；10负压干燥；12真空封口；13铝材料卷筒（上盖）；14冲剪模；15输出。335.玻璃瓶和预制塑料瓶无菌包装过程玻璃瓶和预制塑料瓶无菌包装过程 玻璃瓶和预制塑料瓶无菌包装系统的主要特性是在生产玻璃瓶和预制塑料瓶无菌包装系统的主要特性是在生产过程中，包装系统内部始终充填着略高于大气压的无菌空气，过程中，包装系统内部始终充填着略高于大气压的无菌空气，使外界大气中的细菌等不能进入，从而达到包装时无菌环境使外界大气中的细菌等不能进入，从而达到包装时无菌

26、环境的要求。其包装过程如下：的要求。其包装过程如下：（1）瓶子的灭菌）瓶子的灭菌 （2）瓶盖的灭菌）瓶盖的灭菌 （3）无菌填充）无菌填充（4）封盖）封盖34（1）瓶子的灭菌）瓶子的灭菌瓶子经一段时间预热后，被送至灭菌工序。瓶子经一段时间预热后，被送至灭菌工序。灭菌剂管逐渐插入瓶内，吹出灭菌剂管逐渐插入瓶内，吹出蒸汽与热空气的混合物蒸汽与热空气的混合物，对容，对容器的全部内表面进行灭菌。器的全部内表面进行灭菌。待灭菌剂管完全插入后，瓶子上升，稍稍上升，稍稍离位，待灭菌剂管完全插入后，瓶子上升，稍稍上升，稍稍离位，流出灭菌剂进入环隙的通路，如此容器内外表面经一定时流出灭菌剂进入环隙的通路，如此容器内外表面经一定时间的灭菌作用之后，凝结在内外表面上的水蒸汽由热的无间的灭菌作用之后，凝结在内外表面上的水蒸汽由热的无菌空气吹干。菌空气吹干。灭菌剂流速、温度和浓度等操作可按不同容器的要求来调节。灭菌剂流速、温度和浓度等操作可按不同容器的要求来调节。 35（2）瓶盖的灭菌）瓶盖的灭菌瓶盖的灭菌要根据瓶盖材料的特性采用不同的方法。瓶盖的灭菌要根据瓶盖材料的特性采用不同的方法。若瓶盖为热敏性的，则采用前述的溶液灭菌法；若瓶盖为热敏性的，则采用前述的溶液灭菌法；若瓶盖为非热敏性的，则可采用饱和蒸汽热灭菌等方法。若瓶盖为非热敏性的，则可采用饱和蒸汽热灭菌等方法。无论采用何种方法，均要确保整