无菌包装

摘要

本文阐述了无菌包装的含义、原理，以及包装过程中的要求，并对产品、包装容器、材料、包装环境的灭菌方法分别进行了详细的论述，最后放眼未来就无菌包装的现状与发展做了分析。

关键词：高温、灭菌、包装、无菌

目录

一、无菌包装的含义 (1)

二、无菌包装食品的分类和特点 (1)

三、无菌包装的基本原理 (1)

四、无菌包装对包装材料性能的要求 (2)

五、无菌包装材料及容器的杀菌方法 (3)

六、食品物料杀菌方法 (2)

七、包装环境的无菌 (5)

八、无菌包装的现状与发展前景 (6)

九、参考文献 (6)

一、无菌包装的含义

无菌包装（AP，Aseptic Packaging）主要用于流质或半流质食品高温短时杀菌（UHT，Ultra Temperature Short Time）后，再迅速冷却至20～30℃，然后在无菌环境下填充入无菌的包装容器内并热封。这种包装方法亦称为加热—冷却—填充包装（HCF， Heat—Cool—Fill），常用于牛奶、果汁、果酱等流质食品的无菌包装。经过灭菌包装的食品其色、香、味和营养素的损失较小，而且无论包装尺寸大小，产品质量均能保持一致。经过无菌包装的食品在常温下可以储存12～18个月，风味可以保持6～8个月，且无须冷藏库储存，冷藏车运输，冷藏柜销售，特别适合于特敏性食品包装。

二、无菌包装食品的分类和包装特点

目前，用于无菌包装的食品主要分为两大类：

1.常温保存的无菌食品

指采用包装机把连续杀菌过程和无菌容器包装结合起来，以获得能在常温下储存的商业无菌食品。一般来说，超高温瞬时杀菌和其他方法预杀菌的乳及乳制品、布丁、甜食、蔬菜汁、果汁、汤汁、沙司及带颗粒状的食品均可无菌包装。

2.低温保存的无菌食品

指在无菌环境下将没有杀菌的新鲜食品，如发酵乳、甜食、酸乳酪等包装起来，以使食品在冷藏链中免受霉菌、酵母菌等的再污染，延长食品的货架寿命。

采用无菌包装有以下特点：

①对包装内容物可采用最适宜的杀菌方法（HTST法、UHT法等）进行杀菌，使食品的色泽、风味、质构和营养成分等品质少受损害。

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溶渗减少。

③由于容器表面杀菌技术比较容易，且与内容物杀菌无关，故包装材料的耐热性要求不高，强度要求也没有那么严格。

④适合于自动化连续生产，既省工有节能。

三、无菌包装的基本原理

食品无菌包装基本上由以下三部分构成：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，这是食品无菌包装的三大要素。由于无菌包装技术的关键是要保证无菌，所以其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。微生物致死的机理主要有以下三种：

⑴机械破坏机制它是假设微生物存在一个决定其存活的所谓“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。

⑵化学作用机制强调由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。

⑶生命力原理以代谢过程中的局部干扰作为杀菌机制的基础。它要求用定性的生化分析数据来说明。

要确定无菌化包装技术，就要综合性地灵活运用现有的杀菌和除菌技术，使食品、容器、操作环境都得到规定的杀菌水平。

四、无菌包装对包装材料性能的要求

对无菌包装用的材料，一般要求具备以下性能：

①热稳定性在无菌热处理期间不产生化学变化或物理变化

②抗化学性、耐紫外性用化学剂或紫外线进行无菌处理过程中，材料的有机

结构不改变

③热成型稳定性在无菌处理或干制的热处理过程中，容器外形不发生明显改

变

④阻气性一方面能阻隔外部空气中氧气渗入；另一方面能保持充入容器的惰

性气体不外渗

⑤防潮性阻止水分的穿透，以保持产品应有的含湿量

⑥韧性和刚性具有合适的韧性和刚性，便于机械化充填、封口

⑦避光性阻隔光线的穿入

⑧卫生性材料应是无毒的、符合食品卫生标准，且易杀菌

⑨经济性来源丰富，成本低

五、食品物料杀菌方法

（一）超高温瞬时杀菌法

超高温瞬时杀菌（UTH）法是将食品在瞬间加热到高温而达到杀菌目的。UTH法的杀菌温度为135～145℃，仅需3～5s就可将微生物孢子完全杀死。随着杀菌温度的升高，微生物孢子致死速度远比食品质量受热发生化学变化而劣变的速度快，因而瞬间高温既可以达到完全灭菌，有对食品质量影响不大，基本保持食品原有的色、香味，，这对牛乳、果蔬汁等热敏感性食品尤其重要。

UHT过程根据物料与加热介质直接接触与否，可分为直接加热UHT法和间接加热UHT 法两种。直接加热UHT法是用高热纯净蒸汽直接加热物料，传热效率高，但不易控制；间接加热UHT法是加热介质通过热交换器进行加热。但无论何种方式的UHT设备均必须保证物料瞬时超高温杀菌和加热后迅速冷却，以保证食品质量。

1.直接加热UHT法

直接加热UHT法一般采用高热蒸汽作为加热介质。蒸汽加热系统有两种方式：一是喷射式加热器，即将蒸汽喷射到待杀菌物料中；二是注射式加热器，即将待杀菌物料注射蒸汽气流中。

⑴喷射式加热器

采用喷射式加热器的超高温杀菌，其基本工作过程是将蒸汽喷射到待杀菌物料中，使物料迅速加热到150℃左右，随后通过真空罐瞬间冷却到80℃。

⑵注射式加热器

注射式UHT基本原理是把待杀菌物料注射到过热蒸汽加热器中，由蒸汽瞬间加热到杀菌温度而完成杀菌过程。

2．间接加热UHT法

间接加热UHT法利用热交换器进行间接加热杀菌，热交换器可分为板式、环形套管式和刮板式三种类型。板式热交换器适用于果肉含量不超过1%～3%的液体食品。套管式热交换器对产品适用范围较广，可加工高果肉含量的浓缩果蔬汁等液体食品。凡是利用板式热交换器产生结焦或阻塞、而黏度又不足于用刮板式热交换器的产品，均可采用套管式热交换器。刮板式热交换器带叶片的旋转器，在加热面上刮动而使高粘度的食品向前移动，达到加热杀菌的目的，主要用于高粘度食品的加热。在生产中，应根据食品黏度和颗粒的大小不同灵活选用热交换器。

（二）欧姆杀菌方法

欧姆杀菌是通过电极经电流直接导入含颗粒的流质食品，利用食品本身的介电性质，使电能转变为热能而加热食品。

欧姆加热的应用取决于食品的电导率。它能使颗粒部分的加热速率与液体部分的加热速率相接近，获得比传统加热方法更快的颗粒加热速率（约1～2℃/s），可缩短食品加热杀菌的时间，从而得到高质量的食品。含大颗粒或块状的流体食品由于含有适度溶解的盐粒子的游离水分，因此可以有效应用欧姆效应加热，实现了含大颗粒或块状的流体食品连续的加热杀菌包装。

（三）电阻式加热UHT杀菌方法

电阻式加热UHT杀菌是借助大部分配制食品含有适度溶解的盐离子的游离水分，具有较好的导电性，根据欧姆定律，将电流通过连续流动的物料通道即可对物料进行加热，加热范围与食品导电率均匀性和食品在电热器中停留时间有关的直接加热超高温杀菌系统。

六、无菌包装材料及容器的杀菌方法

无菌包装的实现是在对其内容食品进行杀菌的同时，还必须将包装食品所用的容器或包装材料表面锁黏附的微生物彻底杀死。无菌包装过程应满足以下要求：

①D值低，现代高速包装机必然要求在很短时间内完成对包装材料（容器）表

面的灭菌。

②杀菌剂与包装材料或容器之间有良好的润湿性。

③杀菌剂应易于从包装材料或容器表面除去。

④所用的杀菌方法对操作者无害，对消费者也无害。

⑤残留杀菌剂要不影响产品品质及消费者健康。

⑥杀菌方法应对所用的包装材料无腐蚀性。

⑦具有与环境之间的相适应性。

⑧方法应用上是可靠的，经济的。

包装材料及容器的杀菌按机理分为物理方法、化学方法、化学和物理并用三大类。

（一）物理法

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。热力方法一般不宜用于纸质和塑料容器的加热杀菌，而金属罐和玻璃容器则可通过加热，即采用饱和蒸汽、过热蒸汽或热风处理而达到充分杀菌的目的。无论从机械设备还是从人工操作角度看，这种加热处理在常压条件下完成较为有利。但这样就达不到200℃以上的高温，难以达到短时间内杀死包括耐热的细菌芽孢在内的所有微生物。过热蒸汽虽有极好的杀菌效果，但因其压力过高，故仅适用于耐压容器，如金属罐的杀菌。

玻璃容器如同金属罐一样，也能利用加热杀菌，但要考虑玻璃不耐热冲击的特性，另外，还必须注意对瓶盖进行杀菌。常用的方法是杀菌是逐步使瓶子升温，充填时控制玻璃瓶温度与食品温度的温差在20～30℃范围内，或者采用加热蒸汽对瓶内、外进行均匀加热的杀菌方法。

利用微波进行加热实际上也属于热致死的杀菌方法。该方法能够是含有中等水分的包装材料很快地升温。尤其是包装材料的内表面，能迅速产生热量，而不迅速传导扩散，其结果使包装中最易受污染且最需彻底灭菌的部分都得到了灭菌消毒。由于微波辐射具有加热时间短、便于调整热能强度、提高加热效率、操作灵活、控制方便等特点，所以是食品包装工业中有效的一种新技术。塑料包装材料采用微波加热后出现针孔，同时由于温度和拉力使材料的强度消弱。铝箔材料由于对电磁辐射具有反射功能，所以不宜采用微波杀菌。

2.紫外线杀菌

对于用纸、塑料薄膜及其符合材料制成的容器，不适合用加热法进行杀菌。对于这类材料表面的杀菌，必须首先考虑冷杀菌，即采用化学方法或辐射方法，靠共挤工艺得到的符合板材，其无菌表面的保持是靠表面覆盖的一层称为保护层的薄膜（剥离层）来实现的。采用辐射杀菌法，包装材料和容器可通过高效紫外线照射达到灭菌目的。

紫外线的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。对于压凹铝箔的表面，其杀菌照射时间比平面的要长5倍。采用紫外线杀菌时，也需考虑材料的特征，尤其是那些作为复合材料内层的材料，例如氯乙烯/乙酸乙烯、聚偏二氯乙烯和低密度聚乙烯等塑料，受紫外线照射后会降低其热封程度（约50%）。紫外线还可与干热、过氧化氢或乙醇等灭菌方法结合使用，以增强杀菌效率。

3.离子辐射法杀菌

利用离子辐射方法来处理包装材料，也可以控制微生物的生长。德国包装专家早在1962年就对食品包装材料的辐射灭菌进行了研究，认为辐射剂量以10～60kGy 为宜。许多研究结果表明，多数的食品包装材料采取辐射灭菌消毒是可行的，且当辐射剂量为10kGy 或更低时，包装材料的机械性能和化学性能的变化甚微。当辐射剂量较大时，则包装材料固有性质有明显变化，尤其是塑料材料，会使高聚物发生交联反应或主链的分裂，不饱和键的活化，放出氢气或其他气体，以及促进氧化反应，形成过氧化物（当辐射在空气中进行时）。含卤素的塑料对辐射剂量十分敏感，会放出卤化氢气体。纤维素受到辐射后，分子会断裂，发生分解，并丧失其抗张等机构强度。

（二）化学法

1.过氧化氢杀菌

22O H 是一种杀菌能力很强的杀菌剂，毒性小，对金属无辐射作用，在高温下可分解为“新生态”氧。

22O H →O H 2＋[]O

这种分解的“新生态”氧极为活泼，有极强的杀菌能力,而水在高温下可立即汽化，使22O H 在包装材料上的残留量很少。

目前，单独使用22O H 杀菌的无菌包装机采用30%～35%较高浓度的22O H ，用无菌热空气加热包装材料表面至120℃左右即可使22O H 分解成水和氧，可达到较好的杀菌效果。

2.环氧乙烷杀菌

环氧乙烷在常温下为气体，沸点10.4℃，对细胞具有广泛的杀菌效果，其特点是可以低温杀菌，对非阻气性包装材料亦可杀菌。缺点是杀菌时间较长、可燃性、有一定的毒性和散逸时间长。因此，在无菌包装食品中环氧乙烷一般与2CO 等气体混合后，作为预制纸盒或塑料杯的杀菌剂。

（三）化学和物理并用法

1. 22O H 和紫外线并用杀菌

22O H 和紫外线晾着结合将产生惊人的杀菌效果紫外线和浓度低到0.1%的22O H 溶液结合使用，也有相当大的杀菌效果。在此浓度下使用，1L 容量的纸盒包装材料仅用0.1mL 22O H .这是一种经济、高效的杀菌法，且对于22O H 法定残留的最低限量无须采用任何措施。

2.紫外线与柠檬酸或乙醇并用杀菌

70%的乙醇、柠檬酸单独使用时无杀菌效果，但与紫外线结合使用后可在3～5s 内达到杀菌要求。

七、包装环境的无菌

无菌包装系统主要分为敞开式无菌包装系统和封闭式无菌包装系统。它们之间最大的区别是封闭式无菌包装系统具备无菌室, 在无菌室内进行包装材料杀菌、成形、灌装。

由于无菌室连续通有无菌气体并保持其正压, 所以无菌室能有效防止微生物的污染，在实际生产中被广泛应用。

无菌包装开始前, 所有与无菌物料直接或间接接触的机器部件都必需进行消毒灭菌。主要杀菌方法有加热法和化学法。

无菌包装机的消毒灭菌可先在机器的部件上喷射双氧水液消毒灭菌, 继而用无菌热空气干燥。

对敞开式无菌包装机而言, 在无菌充填之前, 其杀菌是通过无菌热空气 无菌热蒸汽 实现的。在杀菌过程中, 无菌热空气 无菌热蒸汽 接接触包装机与产品接触的表面进行杀菌。

封闭式无菌包装机的杀菌除保证包装机内与产品接触的表面必须杀菌外, 还须保证封闭空间的无菌, 即无菌室的杀菌。生产前, 无菌室一般用双氧水喷雾和无菌空气干燥来实现。杀菌时, 液态双氧水喷射至无菌热空气中并瞬时蒸发, 这样无菌空气和双氧水气体的混合物进入无菌室进行杀菌, 冷凝在内表面的双氧水通过无菌热空气进行干燥, 从而完成无菌室的杀菌。

作为环境的杀菌一般采用洗涤、加热、药物、紫外线照射等措施, 对与食品相接触的装置和整个容器表面进行杀菌处理, 空间环境则多采用药物杀菌。整个包装系统无菌状态的维持则靠连续注入无菌空气并使整个系统保持一定的正压, 以阻止外部空气中微生物的侵入。

设备停机时微生物会繁殖, 须及时进行清洗。目前商用无菌包装系统在停止生产后, 机器所有与产品接触的部件通过CIP系统（就地清洗系统）自动进行清洗, 同时可减少因人工清洗操作使机器污染的危险。设备在清洗后应尽量抽干, 以防水或溶液残留。八、无菌包装的现状与发展前景

无菌包装技术在二十世纪七十年代引入我围。此后国外许多知名厂家纷纷与国内合作建厂或将产品销往国内。从而推动了我国无菌包装技术的应用与发展。目前, 国内拥有引进或自制的各种无菌包装设备大约有300多台, 年生产能力150多万吨。

北京航空工艺研究所于1988年底研制成功国内第一条大袋无菌包装生产线。此后又建立了许多无菌包装生产线，但从总体上看, 我国食品无菌包装发展情况还不够理想,技术水平、设备精度、外观、可靠性等还远未达到国外先进水平。在产量上, 国外的包装设备生产量已达7000包/小时, 国内的包装设备生产量约为2500包/小时。

无菌包装是当今世界上发展速度最快的包装技术之一。随着科学技术的进步和社会的发展, 无菌包装技术必将会得到进一步的发展与完善。无菌包装是与人们生活最密切相关的包装形式，应该可以相信，随着我国经济的发展, 人民生活水平的不断提高, 食品无菌包装技术将会在我国越来越呈现出巨大的发展潜力和广阔的应用前景。

九、参考文献

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