第八讲--食品的无菌包装与杀菌新技术

第八讲食品无菌包装和杀菌新技术

无菌包装是一种高技术的食品保存方法，是指被包装的食品在包装前经过短时间的灭菌，然后在包装物、被包装物、包装辅助器材均无菌条件下、在无菌的环境中进行充填和封合的一种包装技术，以达到食品不添加防腐剂、不经冷藏条件下，就得到较长的货架寿命（在常温下可以保持一年至一年半不变质）的目的，大大节省了能源和设备。也可以简单的说，无菌包装是先灭菌后包装，非无菌包装是先包装后灭菌或者只包装不灭菌。

无菌包装食品，是指包装前使食品呈无菌状态，用无菌材料包装，不需要再加热杀菌的食品。

1.无菌包装的基本概念和基本原理

1.1无菌包装的概念

食品的无菌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的技术。无菌包装技术是在包装物、被包装物、包装辅助器材均无菌的条件下，在无菌的环境中进行充填和封合的一种包装技术。

目前，用于无菌包装的食品主要分为以下两大类：一是能在低温下保存的无菌食品，即在无菌环境下将没有杀菌的新鲜产品，如发酵乳、甜食、酸乳酪等包装起来；二是能在常温下保存的无菌食品，即采用包装机把连续杀菌过程的物料和无菌容器包装组合在一起，形成乳及乳制品、甜食、蔬菜、果汁等包装产品。

1.2无菌包装的特点

优点：①对包装的内容物可以采用最适宜杀菌方法如HTST法、UHT法等进行杀菌，使色泽、风味、质构和营养成分等食品品质少受损害。无菌包装的主要优点是在保证无菌的条件下能最大限度地保留食品中原有的营养成分和风味，减少损失。

②由于包装容器和食品分别进行杀菌处理，所以不管容器容量大小如何，都能得到品质稳定的产品，甚至还能生产出普通罐装法根本无法生产的大型包装食品。再者与包装后杀菌相比，食品与容器之间不易发生反应，包装材料成分向食品迁移减少。

③由于容器表面杀菌技术较易，且与内容物杀菌无关，故对包装材料的耐热性要求不高，强度也没有那么严格。

④适合于进行自动化连续生产，既省工又节能。以饮料为例，据计算，用软包装的成本只有金属罐的四分之一，装满后总重量的 97%是饮料。

⑤无菌包装符合现在环保包装的潮流。无菌包装材料使用纸质，易于降解，有利于保护环境。由于无菌包装具有以上优点，该技术目前已被广泛应用于食品、饮料、乳制品等多种行业。今天，发达国家的绝大多数牛奶和半数以上的果汁均采用了无菌包装。

缺点：①无菌包装技术很难用于包装流动性差的高黏度的食品。

②它所采用的设备复杂、规格一般比较大、造价高，因此其初始成本较高。

③对操作管理要求十分严格，一旦发生污染，整个一批产品就要全部报废。

④一般设备都是高度自动化、系统化，不能面向小规模生产，设备应用缺乏广泛性。

1.3无菌包装的分类

目前,国际上的无菌包装按用途和容量通常分为两大类。

①无菌袋式大包装,主要用于包装水果和蔬菜的浓缩汁等粘稠物料,其包装容量一般从几升到200L,大容量的甚至可以达到1000L。具有代表性的生产商是美国CHERRY - BURRELL公司和 SCHOLL ECOR公司,这种包装方式具有保鲜好、便于存储运输、无须冷藏的特点,一般可在常温下保持 9～12个月不变质, 风味可保持6～8个月。

②无菌小包装,主要是包装直接饮用品,以供市场零售。目前主要有杯式与盒式两种形式。具有代表性的是国际纸业 ( International Paper)的无菌液体包装系统、法国ERCA公司无菌杯式包装生产线的“埃卡包”(Erca Pak)；另一种是瑞典利乐(L EAL ER)公司无菌盒式包装线生产的“利乐包”(Tet ra Pak) 。

1.4无菌包装的基本原理

食品的无菌包装基本上由三部分构成：食品物料的预杀菌；包装容器的灭菌；充填密封环境的无菌。这也可以说是食品无菌包装的三大要素。由于无菌包装技术的关键是保证无菌，所以它的基本原理是以一定方式杀死微生物，并防止微生物再污染为依据。

2.无菌包装的国内外现状

无菌包装属于现代高新技术的包装手段，真正用于生产实践仅有几十年的历史。随着科技的飞速发展以及相关应用技术不断提高，无菌包装在食品包装中的应用日益广泛。食品安全性第一与营养功能兼顾性原则逐步为消费者所认同，为无菌包装技术及装备市场化应用开拓了广阔的空间，以致业内公认无菌包装是未来食品包装业的发展方向。

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。由于无菌包装的优越性很快为广大消费者所认识，市场迅速扩大。无菌包装技术，设备，材料得到迅速发展。到90年代初，无菌包装在食品包装中所占的比例，大包装超过80%，小包装超过50%。截至90年代中期，国外共有30多家公司生产各种无菌包装设备，另有许多生产杀菌系统，包装材料，元器件的配套厂家。国内研制生产无菌包装设备及配套杀菌系统，包装材料的单位也在逐渐增加。

生产大包装设备的厂家有意大利ELPO公司，ASTEPO公司，瑞典利乐公司，德国KF公司，芬兰ELECSTER公司等。生产砖型包及屋顶包设备的厂家有瑞典利乐公司，美国国际纸业公司，德国的PKL公司，KF公司等。生产塑料杯型包装设备的厂家有德国的GASTI公司，BOSCH 公司，HASSIA公司，法国ERCA公司等。生产塑料袋包装设备的厂家有德国KF公司，芬兰ELECSTER公司，日本城南公司等。生产塑料瓶包装设备的厂家有瑞士TOMMELAG公司，法国SERAC公司，意大利SIPA-PROCOMAC公司，荷兰STORK公司等。

此外，为了增强竞争能力，有些公司组成了集团。例如，利乐公司和阿法拉伐公司联合组成了利乐拉伐公司，ERCA公司加入了JAGENBERG集团。有些大的集团公司开发生产了无菌包装设备，例如，美国国际纸业，德国BOSCH，荷兰STORK等公司都生产无菌包装设备。

国内有关领导机关从一开始就十分重视无菌包装技术的发展，“七五”期间轻工业部（现轻工总会）就把开发食品无菌包装技术列入国家“七五”重点科技攻关计划项目之内。中国包装技术协会，中国食品工业协会都建立了无菌包装委员会以推动无菌包装技术的发展。中国乳业协会，中国饮料工业协会都对无菌包装给予特别的关注。

越来越多的国内单位从事无菌包装设备，材料，工艺，元器件的开发与生产。北京航空工艺研究所开发生产了大袋无菌包装生产线，通过了国家鉴定，获得了国家级奖励。沈阳自动化仪表研究所，广东远东食品包装机器公司分别开发生产了大袋，砖型包无菌包装设备。宁波轻工机械厂开发生产了盘管式换热器。扬州昌隆无菌包装公司，陇西复合软包装材料厂，广州金威龙实业公司分别开发生产了大袋无菌包装用袋。北京长空公司片材厂，河北埃卡包装材料公司分别开发生产了塑料杯无菌包装用复合片材，标材和顶盖材料。

3.无菌包装的操作要点

进入无菌灌装系统的食品物料、包装容器、操作设备及环境都应是无菌的,任一环节未能彻底杀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。

3.1无菌包装食品的灭菌方法

（1）食品的性质决定采用的热杀菌工艺

①均质液体食品：高速流动的低粘度均质液体可以进行很好的温度平衡，有很高的热传导系数，因而加热温度可以较高,均质液体食品的加热时间很短。

②含有较小固体颗粒的液体食品需要较长的加热、保温和冷却时间来平衡颗粒的内部温度，所以其温度平衡只能在缓慢的热传导过程中完成。如果其液相物质的粘度较高，就需要采用刮板式热交换器进行加热和冷却；反之则采用片式或管式热交换器进行加热和冷却。如果食品中固体颗粒的直径或边长达到了15mm，可以采用双层管式和刮板式热交换器进行加热和冷却。

③含有较大固体颗粒的液体食品：这种食品要达到温度平衡，就需用很长的时间，因而加热、保温和冷却的时间均必须大大延长。例如液体中含有边长达15～25mm的土豆块或块状蔬菜。这类食品的常用高温杀菌工艺为：将液相与固相分离，对液相物质进行连续作业的UHT 工艺；对固相物质则在无菌容器中断续地用蒸气直接进行杀菌，然后在无菌的条件下将液相与固相重新混合并灌注。

（2）液体食品的超高温短时杀菌 (UHT) 及高温短时杀菌 (HTST)

超高温短时杀菌是将食品在瞬间加热到高温而达到杀菌目的，有二种方法:

①直接加热法：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140～160℃,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杀菌技术，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。

②间接加热法：根据食品的粘度和颗粒大小，选用板式换热器、管式换热器、刮板式换热器。

高温短时杀菌( HTST)：HTST杀菌法主要用于果汁等饮料的灭菌。可采用换热器在瞬间把果汁加热到接近100℃, 然后速冷至室温，可完全杀灭果汁中的酵母和细菌，并能保全果汁中的丰富的维生素等营养成分。

3.2包装容器的灭菌方法

（1）纸塑料类包装容器的杀菌

用于纸塑料包装容器的杀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杀菌处理和高频电场杀菌处理，其杀菌效果差。因此，实际工程中常采用化学药物灭菌技术或化学方法与物理方法相结合的灭菌技术。纸基包装材料采用药物灭菌方法有较好的效果，所用的杀菌剂必须杀菌力强，对设备无腐蚀，杀菌过程中不会生成

有害物质，同时在包装材料上的药物残留少。

目前最常用的杀菌剂是过氧化氢 (H2O2 )。过氧化氢的杀菌力与其浓度和温度有关，浓度越高且温度越高，杀菌效力就越好。常用于杀菌的H2O2的浓度为 25 %～30 % , 温度为 60～65 ℃。杀菌采用溶槽浸渍或喷雾方法，使包装材料或容器表面有一层均匀的H2O2液，然后对其进行热辐射加热使存留在包装材料或容器表面上的H2O2和热空气一起完全蒸发，分解成无害的水蒸气和氧。

（2）金属罐、盖的杀菌方法

金属罐、盖一般采用过热蒸气杀菌。在容器内外加热 45s , 使容器温度达到 221～232 ℃, 罐盖用过热蒸气加热 75～90s , 使其温度达到 289～325 ℃, 即达到完全灭菌之目的。

（3）玻璃瓶的杀菌方法

关于玻璃瓶的无菌包装，最初是由美国 VOSE 公司研究的，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℃418MPa的蒸气加热115～2s，杀菌之后充填无菌牛奶，封口即形成无菌包装产品。

（4）包装机械及操作环境的灭菌处理

食品包装前，首先应对包装机械及操作环境进行无菌处理。包装机械可用热碱水洗涤，经稀盐酸中和，热水冲洗，再用高温蒸气杀菌。操作环境可采用化学灭菌和物理灭菌并用的方法进行无菌处理，并定期地进行紫外线照射以杀灭游离于空气中的微生物。一般无菌室安装有空气过滤装置和紫外线灭菌装置用以保持无菌室经常性的无菌状态。无菌室的洁净度、温度和湿度都应符合规定的标准(温度一般为18±2℃,湿度一般为55% ±10%RH)。

无菌包装要求从杀菌到包装密封的整个工艺过程中防止外部微生物的侵入污染，食品流经的各个连接部位要保证可靠的密封。在无菌包装过程要充分注意微生物二次污染的可能性，尽量缩短杀菌过的食品和包装容器与空气直接接触的时间。一般要在无菌操作环境设立检测装置以监控环境中微生物数量，保证包装产品的无菌。

4.无菌包装在食品中的应用

物品由于在生产、包装、运输、储存过程中不断受到各种微生物的污染，而使得物品带有种类繁多的微生物。虽然可以运用化学药剂、气调、高温、低温等灭菌技术进行杀菌。然而仅仅进行杀菌是不够的，因为许多物品不可能随保存在杀菌环境中，特别是某些食品，所以，无菌包装技术被广泛地应用到食品包装中。所谓无菌包装技术是在被包装物、包装容器或材料、包装辅助器材无菌的情况下，在无菌的环境中进行充填和封合的一种包装技术。4.1无菌包装在乳品行业的应用

乳品营养丰富，又易被人体消化吸收，是一种理想食品。目前，我国人均年消费乳制品约10kg左右，不足世界平均消费水平的十分之一，发达国家消费水平的三十分之一。虽然这与饮食习惯有关，但从另一方面也看出我国乳制品行业有极大的发展空间。事实上，我国乳制品行业一直持续发展，年增长率超过20％。2004年，奶类产量达2300万吨，2005年前两个季度增幅达25％。乳品产业的发展带动了乳品包装的发展，适宜乳品包装又促进了乳品的消费。

乳品含有大量的蛋白质、脂肪、乳糖、矿物质等多种营养成份，在环境中受到氧气、光线、温度、尘埃等因素作用，易发生腐败变质。面对鲜乳这种复杂而又极易腐败的液体食物，包装储存就不可避免地成为其最重要环节之一。包装对食品的保护性、方便储运和消费、便于货架展示，提高商品价值、增加花色品种的功能，在乳品包装上获得了最充分的体现。

保质、营养、卫生、安全、食用方便，对于乳品包装的这些要求不断促进了其包装方式、

包装结构、包装机械的发展和进步。乳品包装与乳品加工技术相辅相成，乳品包装促使了无菌包装系统的发展。

包装已成为乳品品牌的重要载体，对包装的依赖度之高在食品工业中是绝无仅有的。利乐包、利乐枕、百利包几乎成了乳制品本身品牌的一部分。乳品包装直接影响到乳品的质量、档次和市场销售，乳品市场的竞争在一定程度上演化为乳品包装的竞争。

乳制品包装的分类：

乳品包装的多样性使得超市货架琳琅满目，以下面就从各种不同角度对乳品包装进行分类：按包装形式可分为盒包装、杯包装、袋包装、瓶包装；

按包装系统及材料生产厂家的不同，可分为利乐包、屋顶包、康美包、埃卡杯、百利包、芬包、爱克林新鲜壶、怡乐包、好利包、万客包等；

按包装的档次分为高档包装：无菌砖、屋顶包、埃卡杯、怡乐包；中档包装：无菌枕、芬包、爱克林爱克包、高阻隔百利包；低档包装：普通黑白膜、单层塑料；按照包装材料分为纸铝塑复合材料、纸塑复合材料、铝塑复合材料、金属材料、玻璃材料、塑料共挤膜、塑料容器。

目前，无菌包装在我国乳制品中仅占 10%，而发达国家占 65%。另外，牛奶在我国人均占有量为 5.1 千克，而世界人均 38 千克。按照我国“十五”计划，到 2005 年，我国人均奶类占有量将达到 10 千克，总产量达到 1350 万吨；到 2030 年，我国奶类人均占有量将达到 25 千克，总产量为 4250 万吨。同时，国家已将液态奶无菌包装列为优先开发项目，并斥资 20 亿元扶持液态奶工业的发展。由此可见，我国液态奶无菌包装具有极大的发展空间，市场前景光明。

无菌包装技术在乳制品行业的应用具有其独特的优越性。无菌包装的主要优点是在保证无菌的条件下能最大限度地保留食品中原有的营养成分和风味，减少损失。它能较方便地使用超高温瞬时杀菌方法来消毒包装前的食品，而其他包装方法则很难做到这一点。由于乳制品具有保鲜要求高、加工周期短、难于储存与运输等特点，决定了其对包装技术的要求非常高。采用超高温瞬间灭菌技术（UHT）解决了液态奶运输、储存、保鲜难的问题，目前发达国家已普遍采用这一技术进行鲜奶加工：将牛奶加热至超过摄氏 135 度，仅保持几秒便迅速降至常温，然后在密封无菌条件下，用 6 层纸铝塑复合无菌材料灌装、封盒而成。它可最大限度地保持牛奶的营养成分，又杀灭了细菌，解决了保鲜难的问题，使人们可以更方便、放心地享用营养丰富、美味的牛奶。

4.2无菌包装在饮料行业的应用

随着国内消费者对牛奶、果汁等饮料需求量的不断上升，乳品、饮料行业迅速崛起，饮

料无菌包装市场的需求也在以每年20％～30％的速度增长。国内的主要乳品、饮料企业都在使用瑞典利乐以及瑞士SIG集团康美包技术生产线。其中排名第一的利乐和排名第二的康美包垄断了国内九成市场份额，二者比例分别占到75％和15％。目前，利乐手头已握着伊利、光明、三元、蒙牛、娃哈哈、汇源等国内几大乳业及饮料行业巨头，康美包也拥有汇源、完达山等客户。国内九成以上的无菌包装市场被这两大巨头垄断。

目前，我国饮料包装制品主要包括聚酯瓶（PET）、金属易拉罐、纸塑复合材料、玻璃瓶等形式，其中PET、玻璃瓶的比重均达到30％左右。今后几年，这四大类型饮料包装制品将面临不同的市场机遇。

5.无菌包装的发展趋势

纵观无菌包装业近几十年的发展历史，我们可以清楚地看到，无菌包装技术的发展无不伴随着现代高新技术的进步而发展，并日益显现出四大显著趋势。

5.1向高新技术集成性和高可靠要求的方向发展

无菌包装技术是一项对食品及药品的安全性实现综合技术保障的系统工程，它集光机电一体化技术、现代化学、物理学、微生物学、自动控制、计算机通讯等多项高新技术为一体。为满足产品的安全性要求，系统本身的每一个子系统无不包含着新技术、新材料、新工艺的成果。为了满足高可靠度的要求，每一个子系统从设计到制造，从运行实验到运行监控，以及信息反馈与补偿修正都要融入现代质量的理念，达到设备固有可靠性与运行可靠性统一。高可靠度意味最终产品的高安全性，而实现高可靠度必须有诸多相关学科的高新技术做支撑。尽管各类无菌包装设备的技术指标与最终产品的环境特性相关而存在着差异性，但最终必须以实现安全性保障为终极目标。

5.2向多个产业的应用领域发展和延伸

众所周知，无菌的概念和要求是医学发展的产物。随着现代微生物学和应用灭菌技术的发展，人类对杀灭包括细菌芽孢在内的全部病原微生物和非病原微生物有了更新的认识和控制手段。商业无菌作为评价食品安全性的技术指标为相关行业和市场认同。无菌包装技术进入食品工业首先以乳制品为切入点，以TETRA.PAK公司为代表率先解决了牛乳这种高营养和高时效性食品的无菌包装技术，打破了牛乳生产与销售的时间与空间的限制，无疑是一项革命性的突破。近几十年来，伴随着新型包装材料和灭菌新工艺的不断涌现，以及生物技术产品的市场消费的推动，无菌包装从药品到乳品向啤酒、果汁、软饮料行业的热敏性食品领域扩展延伸，最具代表性的是啤酒、果汁、茶饮料的无菌包装。欧美发达国家的先进无菌包装设备逐步进入国内市场，而国内厂商为了构建和引领更新的市场消费理念和销售热点，不惜

重金引进设备，也正说明了这一点。

5.3无菌包装设备向单一高速型方向发展

无菌包装设备无论从技术含量和技术指标要求上都属于包装机械中的高端产品，应用领域涵盖了药品、食品的各个行业。对于使用厂家而言，这种技术和资本双重密集性的设备定位必须以提高生产效率为方向，而不同于现代包装机械向多功能和单一高速型两极化发展。从技术层面上讲，高可靠度的装备向多功能型发展，将意味着诸多工程技术中有待解决的问题出现，将加大技术上的难度。虽然设备使用厂商为了构建自身产品的差异化优势而具有产品多样化的需求，但要达到装备的固有可靠性和运行可靠性的统一，从而保障投资的回报，单一高速型应该是最佳选择。

5.4向以技术创新优化性价比的方向发展

无菌包装设备本身的高技术含量和可以创造与众不同的产品商机的特殊功能，决定了其高投入的特点。引进国外的一条生产线，少则上千万元，加上可观的运行费用，使多少企业望而却步。显然国内装备企业要推动无菌包装行业的健康发展，为市场提供价格适中，性价比优良的设备以推动消费市场，需要优化性价比来降低投入。那么要达到这一目的的惟一出路，就是走技术创新的道路。技术创新应采取集成性与突破性相融合的技术策略。所谓集成性，就是对国内外现已发展成熟的相关技术成果进行集成整合，以降低研发成本，简化人机界面。突破性则是对关键工艺和器件进行重点研究和突破。目前，国内致力于无菌包装发展的厂商在乳品、啤酒和果汁行业的无菌灌装设备的研发上已取得了长足的进步，为市场提供优良性价比的无菌包装设备已为期不远了。

无菌包装技术是一门多学科的系统工程。每一台无菌包装设备都具有不可或缺的机械、控制、微生物栅栏和质量监控保障系统。每个系统彼此既相对独立又相互联系，在主控计算机的监控下整体协同运行。随着科技成果向应用技术领域的转化速度加快，现代工程技术领域的技术创新是以工程技术专家对技术要素的优化整合为特征，无菌包装作为行业的前沿和高端技术自然给新技术的应用开拓了新的天地。一台性能优良的无菌包装设备可以集中体现现代科技、现代制造与控制技术的精华，也是一个企业乃至一个国家整体技术水平的综合体现。

就机械与控制系统而言，光机电一体化技术的应用，使整机的固有可靠性和运行可靠性得到了空间的提升。从传动到终端执行部件，从物料输送到精确计量灌装，从控制到信号测控反馈与补偿，各部件、器件的高质量专业化生产为实现整机理想技术状态奠定了坚实的基础。CAD与CAM技术、传感器及计算机现场总线技术等多项新技术得到了广泛的应用。

从事无菌包装设备技术开发的工程师都知道，评价设备整机运行可靠性以及最终产品的

安全性保障，很大程度上取决于无菌包装设备中微生物栅栏系统的优劣。目前，即使最先进的设备也存在着成品染菌率的指标，虽然每种产品贮存环境特性各异，但要将染菌率有效控制在最小的限度内，无疑是最具挑战性的课题。

微生物栅栏系统是指从包材及达到商业无菌要求的物料进入设备并完成无菌包装过程输出机外，并包括CIP、SIP系统功能的无菌保障的综合系统。其对外来微生物采取阻隔与灭菌两种技术手段。

阻隔采用的是物理过滤方法，目前大都采用通过直径为0.3μm的高效纤维层过滤器，但这种过滤器效率和耐压低，污染及损伤失效概率高，使用寿命短。近期开发应用的PVDF折叠式空气除菌过滤器和金属烧结型过滤器以及高分子膜过滤器，过滤精度可达到0.01μm，而且流量大，耐温性、耐压性好，安装方便，可进行蒸汽灭菌，从而保证了阻隔系统始终处在最佳工作状态，可稳定可靠的为系统提供安全、高可靠度的微生物阻隔技术支持。

微生物灭杀装置主要是包装容器和材料以及设备内在相关系统的无菌保障，按技术手段划分可分为化学灭菌和物理灭菌。

在无菌包装上采用的化学灭菌多采用强氧化剂，包括H2O2、过氧乙酸、环氧乙烷、卤素等，主要是依靠强氧化剂的氧化能力与细胞酶蛋白中的-SH-巯基结合转化为-SS-基，破坏蛋白质的分子结构，干扰细菌酶系统的代谢，使其失去活性。按照分子生物学的观点，就是对细胞的DNA进行氧化性损伤，从而抑制细胞的增殖。使用化学灭菌会对容器和包材以及设备产生一定量的残留污染，必须采取严格的措施控制残留，以保障最终产品的安全性。

物理灭菌可分为蒸汽、电磁波和辐照三种方式，蒸汽灭菌属于经典式的灭菌方法，而电磁波灭菌多采用2450nm和915nm微波灭菌和超声波灭菌。辐照灭菌可分为离子性辐照和非离子性辐照。非离子性辐照采用最广泛的是253.7nm波长的紫外线，由于光源发出的强度所限，虽不存在残留问题，但以上物理灭菌方法都有一定的局限性。

目前，最具备应用前景的是近期开发的激发态紫外光脉冲杀菌技术，它不同于常规的物理灭菌手段，采用特制的光源和电源器件，在高频高压下产生单一波长253.7nm的紫外光，其强度可达到200mw/立方厘米以上，是常规紫外线装置发光强度的200-300倍，其脉冲可达到纳秒级，其能量足以打断细胞DNA结构中的C-H键、C-N 键和O-H键，使DNA结构产生致死性损伤。实践验证，它可以在几百毫秒时间内使物体表面和空气中10的9次方对数级细菌和10 的5次方对数级芽孢致死。如果和低浓度H2O2协同作用，不但可以增大灭菌强度，同样可以使残留的H2O2分解。这种新技术的应用将为无菌包装设备的微生物栅栏系统提供更加强有力的技术支持。

在质量监控和保障系统中，现代传感技术和计算机及远程控制、通讯技术的采用，为设

备的运行可靠性提供了技术支撑。现场总线技术的应用可以使设备的每个关键环节运行状态信号始终处在主控计算机的严密监控之下，从各种信号的跟踪反馈预警补偿修正进行闭环控制，保证整机处在良好的运行状态，从而保障了最终产品质量的稳定性。

无菌包装设备在使用中有严格的规定使用技术条件，这也是设备良好运行不可或缺的必要条件。所有的外围设备必须严格按照GMP规范设计施工，并引入HACCP程序，以确保整体目标的实现。

目前，国内使用的无菌包装设备多为欧美发达国家的产品。就其设备本身技术密集性和高价位以及未来市场的高成长性，使国内具备一定实力的包装机械制造商纷纷介入。今年，中国标准化委员会和中国包协无菌包装委员会会同国同外相关厂商编制了《液体食品包装设备验收规范》的国家标准，旨在与国际标准接轨，规范市场行为，促进企业技术创新，提高技术水平和竞争力。随着无菌包装行业的发展，要逐步建立无菌包装设备的认证制度，充分发挥行业引导和监督作用，为无菌包装设备的国产化和赶上国际先进水平，为企业营造更加科学合理、公正的市场环境。

6.食品包装新技术

6.1细菌侦测技术

肉类食品自屠宰场到市场，如果对食品卫生稍有疏忽就很容易带菌给消费者。最新研制的一种可以侦查细菌的特殊薄膜，即在普通食品包装薄膜表面涂覆一层特殊涂层，使其具有能侦查细菌的特殊功能。如，用于生熟肉类包装的侦菌薄膜，如果所包装的肉类食品已经不新鲜，有害细菌含量超出食品卫生标准，用这种薄膜包装则会使原来透明无色的包装薄膜变为警告色，使顾客立即知道已不能食用。

6.2绿色食品包装技术

绿色包装是指对生态环境无污染，对人体健康无毒害、能回收或再生利用、可促进持续发展的包装。它具有生态环境保护和资源再生两个特征。在食品中采用绿色包装技术可以促进国民经济发展，同时也为解决食品污染提供了一条切实可行的途径。比如它能监督食品有效期——当食品超过有效期，其包装便开始自动分解、松散、破裂，随着失效期增加，这种现象就越来越严重，直到完全与食品脱落，表明商品已丧失市场价值，不应出售和进食。这种包装的另一重要意义是不构成各种污染。

6.3无菌包装技术

无菌包装门类很广，包括包装的工艺技术、包装材料及包装容器、包装辅助器材和包装机械设备、包装辅助材料、包装工程等，并涉及相关产业和学科。无菌包装就方法而言是指

产品、包装容器、材料或包装辅助器材经灭菌后，在无菌的环境中进行充填和封合的一种包装方法。无菌包装除了能在常温下长时间保持新鲜而不变质、变色、变味外，还具有耗能低、耗用包装材料少、制造成本低、包装效率高、经济效益好、重量轻、便于长途运输以及废弃包装可回收再循环利用等优点。

6.4气调包装技术

气调包装是采用具有气体阻隔性能的包装材料包装食品，再将一定比例的混合气体充入包装内，防止食品在物理、化学、生物等方面发生质量下降或延缓质量下降的速度，从而使食品能有一个相对较长的保质期。由于食品本身的生理特性不同以及食品在运销环节中遇到的条件也不一样，对其包装的要求变化很大，使用食品气调包装技术时需考虑的因素非常多，其中的要素是适当比例的气体混合物、气体阻隔膜、储藏温度、食品质量及微生物环境。这些要素互相联系且缺一不可，它们的共同作用决定了食品保质期的长短。当然由于所包装食品的不同，对各要素的要求也各不相同。

根据食品水分活性的高低，可将食品分为三类，即不含水分的干食品，含较少水分的微湿食品和含水量高的高湿食品。

①干食品的气调包装：干食品的内部几乎没有水分，一般微生物无法繁殖生长。一般可采用真空充氮法，能将氧气含量降到1%以下，从而抑制食品的氧化作用。同时还必须防止食品吸潮，包装材料应采用对氧气和水蒸气阻隔性好的薄膜。

②微湿食品的气调包装：对这类食品包装时，一般将氧气控制在一个较低的水平，并加入一定量的二氧化碳来抑制食品的氧化作用和微生物的生长。包装材料可采用对氧气、二氧化碳和水蒸气阻隔性好的薄膜，多采取低温储藏方式。如果设计得当，气调包装可将这类食品的保质期提高四倍以上。

③高湿食品的气调包装：鱼肉、果蔬均属水分含量高的食品，水分活性值高达0.98 以上，这种环境很适合微生物的生长繁殖，包括厌氧微生物和喜氧微生物。施行气调包装时一般采用二氧化碳、氧气和氮气的混合气体，其中二氧化碳的浓度大于20%，氧气的浓度为45%～80%。包装材料采用气体高阻隔膜，但对水蒸气透过量的要求并不严格，储藏多采用冷冻方式以抑制微生物的生长。

6.5可食性包装技术

近年来，可食性包装已成为热门技术。如英国一家公司研制成了一种可食用的果蔬保鲜剂，它是由糖、淀粉、脂肪酸和聚酯物调配而成的半透明乳液，可采用喷雾、涂刷或浸渍等方法覆盖于苹果、柑橘等水果蔬菜的表面。由于这种保鲜剂在水果表面形成一层密封膜，因此能防止氧气进入果蔬内部，从而延长了熟化过程，起到保鲜作用。涂上这种保鲜剂的水果

蔬菜保鲜期可长达200天以上。采用这种保鲜剂的水果蔬菜保鲜期可长达200天以上。这种保鲜剂还可以同果蔬一起食用。

6.6纳米包装技术

①纳米技术在食品包装领域中具有广阔的应用前景：提高包装品质和增加货架寿命。在包装材料(如塑料及复合材料)中加入纳米微粒，使其产生除异味、杀菌消毒的作用。

②增加包装材料的韧性。陶瓷容器与玻璃容器有易碎的缺点。将纳米微粒加入陶瓷或玻璃中，可得到富有韧性的陶瓷或玻璃材料。

③使保鲜包装效果更佳和工艺简单化。在果蔬保鲜包装树料中加入纳米Ag粉，便可将果蔬食品释放出的乙烯加速氧化，减少乙烯含量，从而达到良好的保鲜效果。

④使食品包装容器的加工性能大大提高。在饮料及食品包装用金属罐的用材方面，国产材料一直存在着韧性差和延展性差的缺陷，加工易产生裂纹等技术问题。在制罐金属材料中加入纳米微粒，可使其韧性和延展性大大提高，使包装容器的成型加工工艺大大减化，并提高其可靠性和成品率。

油菜塑料：一种油菜塑料包装材料最近由英国研制成功。它是从制作生物聚合物的细菌中提取了三种能产生塑料的基因，再转移到油菜的植株中，经过一段时期便产生一种塑料性聚合物液，经提炼加工便可得到一种油菜塑料。用这种塑料加工制成的包装材料或食品快餐包装材料，弃后能自行分解，没有污染残留物。

小麦塑料：这是利用小麦面粉添加甘油、甘醇、聚硅油等混合干燥，再经每平方米加150千克压力热压成为半透明的可塑性塑料薄膜，用小麦塑料包装食品的优势是，可由微生物加以分解。

细菌塑料：英国科研人员新近研制开发出了一种PHB细菌塑料。它是先用糖培育出一种细菌，然后通过加工制成与聚丙烯相似的材料。这种材料无毒，而且易于生物分解，是加工制作食品包装袋的理想材料，同时，弃后对环境没有污染。

7.食品杀菌新技术

随着人们生活水平的提高，对食品的卫生、安全和营养性要求越来越高，开发高效、安全、无毒、性能稳定和广谱的食品杀菌技术成为食品科学研究和应用的一个热点。

7.1辐照杀菌技术

辐照杀菌技术是利用放射线同位素钴60、铯157 产生的T 射线或低能加速器放射出的D 射线对包装食品进行辐照处理。加拿大、以色列、法国、日本等国家普遍使用放射物质钴60，它放射出的强力r 射线可彻底摧毁细菌的遗传因子，彻底破坏它们的生理活性，使用高

剂量时几乎可以消灭任何细菌。

辐照完全杀菌：将密封包装后的食品以2500 千拉德～5000 千拉德辐照，能使所有损坏食品的致病性微生物死灭，从而达到商品消毒目的。辐射前可在食品中加入食盐和三磷酸钠等，能减少食品的水分损失，又能增强射线对细菌的杀伤能力。经辐照完全杀菌法处理后的牛肉、鸡肉、火腿、猪肉、香肠、鱼虾等在常温(21℃～38℃)下能贮藏2 年以上，可保持色香味俱佳。

辐照消毒杀菌：剂量100千拉德～1000 千拉德，可有效地限制有损大众健康的生物及致败性微生物生长，能有效清除对高蛋白质食品(如肉类、乳制品、蛋制品)危害极大的沙门氏菌，也能杀死冷冻食品深处的沙门氏菌。辐照食品安全可靠，辐照食品从未发现有放射性物质残留，能保持原有质量和色香味。辐照食品的优点是贮藏期长，照射一次可保鲜数年，既杀死细菌，又抑制与延缓食品本身的新陈代谢，消除了食品变质根源。辐照杀菌后可节省大量能量。任何食物用辐照法杀菌后仅采用普通包装便可贮藏，省去大量制罐，冷冻冷藏等材料以及能量。辐射保藏已可代替部分冰箱。

7.2食品电阻加热杀菌技术

电阻加热技术(ohmic heating)又称为欧姆加热，将电流通过食品利用其电阻抗产生热能达到杀菌目的的一种杀菌方法。主要是针对含颗粒流体食品的无菌加工，解决了液体和固体颗粒间的加热杀菌程度不均匀的问题。

电阻加热技术原理：是以交流电电流通过食物，因食物中所含的盐分或有机酸均为电解质，无论流体或固体电流均可通过。热由食品内部产生，其原理是利用食品本身的导电性，及不良导体产生大的电阻抗特性来产生热能，将电阻电热技术运用在含颗粒流体食品时，其加热形态与传统的加热方法明显不同，而传统蒸汽加热时，固体颗粒的温度必然小于液体的温度，反过来，电阻加热时，固体颗粒的温度常与周围液体的温度相当，有时甚至会超过液体温度。由此可知，对于含颗粒流体食品(尤其是低酸性者)的电阻加热技术有突破性发展，目前电阻加热技术在欧洲及日本已有商业生产装置，美国也同意以电阻加热技术为含颗粒流体食品的商业杀菌技术。

欧姆杀菌的优点：①可以生产新鲜的、含固形物的高营养价值的产品；②没有热传导界面，因此可以连续加热；③热量在液体中产生，不需借助其液体的传导或对流；④过程易于控制，可立即终止或启动。⑤对流体和固体快速均匀加热，具最少热破坏和最短加工时间；

⑥生产很安静；污染少；⑦本法热能转换率可高达90％，而其它方法热能效率只有45～50％。

电阻加热技术使用过程中的注意事项：

①食品能否适合欧姆加热取决于该食品的导电性。绝缘体不能直接使用欧姆加热法，如不能离子化的共价键流体如油脂、乙醇、糖浆以及非金属的固体物质如骨质成分、纤维素、冰的结晶等。绝大多数食品均含有溶解了一定量离子盐的游离水，因此便成了导体。

②能用泵送的食品其水份含量都在30％以上，具有导电性，所以可有效地使用欧姆加热法进行杀菌。

③在欧姆加热法中，为了增加导电性，一般不适宜使用未加盐的自来水。

7.3食品超高压杀菌技术

食品超高压技术（ultra—high pressure processing 简称UHP）是当前备受各国重视、广泛研究的一项食品高新技术，它可简称为高压技术（High pressure processing，简称HPP）或高静水压技术（High Hydrostatic process，简称HHP）。

上个世纪八十年代中后期，高压处理技术在食品中的应用才开始引人注目。1986年，日本京都大学林力丸教授率先发表了用高静压处理食品的报告，引起日本食品工业界、学术界的高度重视。1990年4月，明治屋公司首创的采用高压代替加热杀菌而生产的果酱（High Pressure Jam）投放市场，制品无需热杀菌即可达到一定的保质期，且由于其具有鲜果的色泽、风味和口感而倍受消费者青睐。目前，日本在该领域的研究仍处于世界领先地位。成套的超高压处理设备业已面市。

从1986年起，日本每年都专门召开有关高压技术应用的学术研讨会。欧洲亦在1992年10月于法国召开首次有关高压技术应用于食品工业的会议，欧共体随即贷款资助高压食品开发的多国联合研究计划。美国食品最高学术权威组织IFT在专题报告中，将高压食品开发列入21世纪美国食品工程的主要研究项目。我国的国家食品工业发展计划也将高压杀菌作为九十年代十六项重点开发技术之一。

超高压杀菌技术作为一种新型的冷杀菌技术，在我国的研究起步较晚。该技术属于物理杀菌技术，包括静态杀菌和动态杀菌，静态杀菌即超高静压杀菌，动态杀菌也称瞬时高压杀菌，目前研究较多的是超高压均质杀菌技术。

（1）超高静压杀菌技术

超高静压杀菌是将100～1 000 MPa的静态液体压力施加于食品、生物制品等物料上并保持一定的时间，起到杀菌、破坏酶等作用。处理过程中的物料可以是包装的或未包装的，通常采用能够传递压力的柔性材料密封包装，一般在常温下进行。

①超高静压可改变微生物的细胞形态结构，使微生物体积减小，影响细胞的形态，使分化减慢。

②超高静压破坏了微生物细胞膜和细胞壁，使受压的细胞膜表现出通透性的变化，发生功能障碍，导致细胞内容物流失，可使细胞壁遭到不同程度的破坏。

③超高静压抑制了微生物的生化反应，压力改变了细胞内的物理化学平衡，阻遏了细胞的新陈代谢过程，细胞分裂减慢，导致微生物生长滞后，甚至停止。

④超高静压影响DNA复制，压力直接影响着微生物的遗传与变异，影响基因表达和蛋白质的合成。

⑤超高静压钝化酶的活性，破坏酶分子内部结构，使活性部位上的构象发生变化，致使主要酶类变性失活。

例如利用超高静压技术处理奶制品，500MPa处理20min，大肠埃希氏菌致死率为99.9981%，猪霍乱沙门氏菌猪霍乱亚种致死率为99.9994%；在200～500 MPa时，随着压力的升高，杀菌效果直线上升；在500～600 MPa时，杀菌效果增幅不明显。所以超高压处理鲜牛奶的最优工艺是500 MPa下处理30 min。

超高静压杀菌的影响因素包括微生物的种类、压力大小和加压时间、施压方式、处理温度、pH值、介质成分等。革兰阳性菌比革兰阴性菌对压力更具对抗性，芽孢菌的芽孢耐压性强于非芽孢类细菌；在一定范围内压力越高灭菌效果越好，在相同压力下灭菌时间越长灭菌效果也有一定程度的提高；超高静压的灭菌方式中，对于芽孢菌，间歇式循环加压灭菌效果好于连续式加压；温度是微生物生长代谢最重要的外部条件，不同温度与超高静压的协同灭菌有利于杀灭细菌芽孢；压力会改变介质的pH值，影响微生物的生命活动；超高静压杀菌时，物料的化学成分对灭菌效果有显著影响。

（2）超高压均质杀菌技术

超高压均质杀菌是一种用物理方法动态连续进行的液态物料破碎的冷杀菌技术。在动力杀菌中，液态物料中的微生物受到压力瞬间释放产生的强烈剪切、高速撞击等动力作用，尽管这些作用产生的基本条件仍为高压，但形式已远不止超高静水压杀菌中单纯的挤压作用。

超高压均质的杀菌机理是：利用超高压产生对液态物料的挤压，以及压力释放时强烈剪切和高速撞击等联合作用，使其中细菌的细胞结构发生破坏和改变，从而失去或钝化其生物活性，达到杀菌目的。

（3）超高静压杀菌与超高压均质杀菌比较

①承受压力不同。两者杀菌时的压力都很高，超高静压范围为100～1 000 MPa，超高压均质压力一般为40～60 MPa，最高可达100～200 MPa，超高压均质杀菌的常用压力小于超高静水压常用处理压力。

②作用机理不同。超高静水压杀菌的原理主要是高压对微生物的挤压致死作用，导致微

生物原有功能破坏或发生不可逆的变化；超高压均质杀菌是利用超高压对液体物料的挤压，以及压力释放产生的强烈剪切和高速撞击等动力作用，使细菌的结构发生破坏和改变。

③处理工艺不同。超高静水压杀菌是在一定温度下，把物料装入柔性材料中密封后放于水中对水进行高压处理的过程，处理量较小，难以实现工业上的连续化。而超高压均质杀菌是呈流动状态，可以实现工业上的连续化操作。

④选用的设备不同。超高静水压杀菌由专门的高压杀菌设备来完成，高压容器是整个加压装置的核心；超高压均质杀菌由超高压均质机同时完成了物料的均质乳化和杀菌作用。

⑤处理时间不同。超高静水压的杀菌效果遵循施加压力越高，处理时间越短的规律，一般处理时间为5～30min。超高压均质杀菌由于连续化操作，处理时间极其短暂，整个过程只需1～5 s。并且处理次数是一个关键因素，一般处理2～3次的效果较理想。

7.4微波杀菌

微波杀菌是利用电磁场的热效应和非热生物效应共同作用的结果。

微波对细菌的热效应是指微波能在微生物体内转化热能，使其本身温度升高，从而使其体内蛋白质变性凝固，使细菌失去营养和生存条件，最终丧失繁殖的功能而死亡。

微波对细菌的非热生物效应是指微波电场可改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞膜周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，使细菌由此丧失营养，结构功能变得紊乱，无法进行正常的新陈代谢，生长发育受到抑制而死亡。此外，决定细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA），是由若干氢键紧密连接而成的卷曲形大分子，足够强的微波可以导致氢键松驰、断裂和重组，从而诱发遗传基因突变或染色体畸变，甚至断裂，从而使其丧失繁殖功能。

微波杀菌就是用微波使水分子发生振动，利用分子产生的摩擦热进行杀菌，适用于导热不良的食品和因加热而易降低品质的食品，亦适用于以塑料类等包装的蔬菜汁、肉汤、清凉饮料和咖啡饮料等食品，能在包装原状下，短时间内从食品中心加热杀菌，还能防止二次污染。

微波杀菌只适用于霉菌、酵母菌、大肠杆菌等不耐热的微生物，但对附着在食品背面，水分含量低的食品和无水分、诱导小的塑料或玻璃上的微生物，因温度不能充分提高，效果不显著。微波加热法有烤炉或导管式两种，后者应用于处理液体，液体流过斜贯于导管的玻璃管中被加热。

与食品等行业的巴氏加热杀菌法比较，实验数据表明微波有以下显著特点：

同样杀菌温度下，所需杀菌时间短；在相同杀菌条件下，菌致死的温度比较低；能同时对被杀菌物料表里实施整体杀菌。极大地缩短杀菌周期，并保证杀菌工艺地一致性。

7.5紫外线照射

紫外线照射是利用紫外线杀伤目标微生物的DNA，使之发生化学变化，形成嘧啶二聚物，以破坏遗传因子而失去繁殖能力或死亡，杀菌效果以250nm～260nm 最强。国外研制的强力紫外灯，照射强度达200mW／cm，为高性能紫外线装置。对包装材料杀菌安全有效。

优点（1）操作简便（2）系统价格比其他杀菌系统低

缺点（1）只能用于透明液体薄膜的表面系统杀菌（2）紫外线必须穿透进入产品，接触到要杀灭的微生物体上，且施与足够的能量。

7.6食品加工的栅栏技术

栅栏技术是由Leistner（德国肉类研究中心微生物和毒理学研究所所长）在长期研究的基础上率先提出。食品要达到可贮性和卫生安全性，这就要求在其加工中根据不同的产品采用不同的防腐技术，以阻止残留的腐败菌和致病菌的生长繁殖。已知的防腐方法根据其防腐原理归结为高温处理（H），低温冷藏或冻结（t），降低水分活性（aw），酸化（pH），降低氧化还原值和添加防腐剂等几种，即可归结为少数几个因子。我们把存在于肉制品中的这些起控制作用的因子，称作栅栏因子（Hurdle Factor）。栅栏因子共同防腐作用的内在统一，称作栅栏技术（Hurdle Technology Leistner,1994）。

栅栏效应：研究表明，肉制品中各栅栏因子之间具有协同作用（即“魔方”原理，Leistner,1985）。当肉制品中有两个或两个以上的栅栏因子共同作用时，其作用效果强于这些因子单独作用的叠加。这主要是因为不同栅栏因子进攻微生物细胞的不同部位，如细胞壁、DNA、酶系统等，改变细胞内的pH值、aw、氧化还原电位，使微生物体内的动平衡被破坏，即“多靶保藏”效应（Leistner,1979）。但是对于某一个单独的栅栏因子来说，其作用强度的轻微增加即可对肉制品的货架稳定性产生显著的影响（即“天平”原理）。

栅栏技术亦可称为组合式的抑菌技术，是利用温度、PH值、气调、辐射、防腐剂等多种方法，最大限度地减少微生物的含量和食品腐败的可能性。从不同的侧面抑制引起食品腐败的微生物,形成对微生物的多靶攻击,从而改善食品质量,保证食品的卫生安全性。

栅栏因子 (Hurdle Factor)即为加工中各种防腐保鲜方法：

（1）物理性栅栏：包括温度(杀菌、杀菁、冷冻、冷藏)；照射(UV、微波、离子)；电磁能(高电场脉冲、振动磁场脉冲)；超音波；压力(高压、低压)；气调包装(真空包装、充氮包装、CO2包装)；活性包装；包装材质(积层袋、可食性包膜)。

（2）物理化学栅栏：包括水活性(高或低)；pH值(高或低)；氧化还原电位(高或低)；烟熏；气体(CO2、O2、O3)；保藏剂(有机酸、醋酸钠、磷酸钠、己二烯酸钾…等等) （3）微生物栅栏：包括有益的优势菌；保护性培养基：抗菌素、抗生素。

（4）其他栅栏：包括游离脂肪酸、脱乙酰壳多糖chitosan、氯化物。

不同种类的产品有其特有抑菌栅栏相互作用着，两个或两个以上之栅栏因子的作用不仅仅是单一栅栏作用的累加，这即是栅栏效应 (Hurdle Effect)的原理。