乳制品的无菌包装技术
牛奶包装设计分析
牛奶包装设计分析一、牛奶变质的原因鲜乳是微生物的天然培养基，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。
引起鲜乳败坏的因素主要为：1、微生物的影响：受到微生物污染后会出现酸败、发臭、发粘、结块、变色。
2、氧化：多数乳制品中脂肪的含量都较高，一般以脂肪球粒或游离脂肪存在，所以在氧气作用下，脂肪被激活，乳脂肪就在脂肪的作用下分解产生游离脂肪酸，从而带来脂肪分解的酸败气味，特别在温度较高时这种作用就会更明显。
3、光辐射：光照使牛奶变味，营养成分遭破坏，使各种维生素及胡萝卜素分解。
4、冷冻：冷冻使鲜乳发生凝聚、分层、引起异味，破坏了乳品的物理结构。
二、牛奶包装的目的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。
消毒奶经过验收后的原料乳必须要净化，目的是除去乳中的机械杂质并减少微生物的数量，可采用过滤净化或离心净化等。
净化后的原料乳要进行加热杀菌，有三种形式：低温长时间杀菌、高温短时杀菌和超高温瞬时杀菌。
现在多数厂家采用板式换热器超高温瞬时杀菌法对原料乳进行杀菌，杀菌后的鲜奶中几乎没有微生物存活。
三、牛奶包装材料的介绍牛奶是一种极易变质的营养食品，对包装材料的要求很高。
目前，国内牛奶包装主要形式是薄膜类包装、纸质类包装、塑料瓶、玻璃瓶。
1、薄膜类包装的材料结构简易牛奶包装膜，一般为单层膜，它是由各种聚乙烯料添加一定比例的白色母料，经吹膜而成。
牛奶包装黑白膜主要是采用三层或多层共挤方式，选用LDPE、LLDPE、EVOH、MLLDPE等树脂，配合黑、白母料共挤吹制而成的高性能复合膜。
根据层数不同，基本可以分为单层包装膜、3层共挤包装膜和5层共挤包装膜。
根据液态奶的消毒方式不同，又分为超高温灭菌包装、巴氏杀菌包装和普通杀菌包装等。
图片 1薄膜类包装2、纸质类包装的材料结构“利乐包”最主要的成分是纸板，纸板由原生的长纤维制成，这些纤维有些经过漂白有些未经过漂白，为了增加纸板的厚度，纸板生产过程中通常添加部分化学热磨浆（CTMP)，为了使纸板表面光滑便于印刷，纸板的外面还有一层薄涂层。
《无菌包装技术》课件
无菌包装技术的智能化发展
总结词
智能化技术的发展为无菌包装提供了新的可能性，使无菌包装更加便捷、高效和安全。
详细描述
通过引入智能化技术，无菌包装可以实现自动化生产、实时监控、智能识别等功能。例 如，利用传感器和物联网技术，可以实时监测包装内的气体组成和温度等参数，确保产
品的无菌状态。
无菌包装技术的环保与可持续发展
03 无菌包装材料
塑料无菌包装材料
塑料无菌包装材料具有轻便、防水、防潮、耐摔等优点，广泛应用于食品、药品等 领域。
常见的塑料无菌包装材料有聚乙烯、聚丙烯、聚酯等，这些材料经过特殊处理，能 够在无菌环境中保持较长时间。
塑料无菌包装材料的生产工艺主要包括注塑、吹塑、拉伸等，不同的工艺对材料性 能和成本也有影响。
药品无菌包装
总结词
高标准要求，确保药品质量
详细描述
药品无菌包装对包装材料、生产环境、工艺流程等都有严格的高标准要求。药品 无菌包装能够确保药品在流通和使用过程中不受外界微生物的污染，保证药品的 质量和疗效。
其他无菌包装应用领域
总结词
拓展至其他行业，满足特殊需求
详细描述
除了食品和药品领域，无菌包装技术还拓展至其他行业，如医疗器械、化妆品、卫生用品等。这些行 业对产品的无菌要求较高，无菌包装技术的应用满足了它们的特殊需求，推动了各行业的发展。
灭菌技术
用于杀死包装材料和灌装 设备中的微生物的技术， 如高温、紫外线、气体等 。
无菌包装技术的灭菌方法
高温灭菌法
通过高温处理杀死微生物 ，常用的高温灭菌法包括 湿热灭菌和干热灭菌。
紫外线灭菌法
通过紫外线照射杀死微生 物，适用于表面灭菌。
气体灭菌法
通过使用具有杀菌作用的 惰性气体或化学气体杀死 微生物，如环氧乙烷灭菌 法。
乳制品与无菌包装
乳制品与无菌包装（三）无菌包装系统乳制品无菌包装基本上由三部分构成：一是乳制品的预杀菌；二是包装材料或容器的灭菌；三是充填密封环境的无菌。
无菌包装的过程是：乳品灭菌→包装材料成型→灭菌→无菌包装→无菌产品2.包装材料灭菌物理法杀菌1）过热蒸汽灭菌：用温度130℃－160℃的过热蒸汽喷射于需灭菌的包装容器内，在数秒钟即完成灭菌操作，但这种方法仅适用于耐热容器，如金属容器、玻璃容器等。
2）微波加热法：该方法能够使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，能迅速产生热量，而不迅速传导扩散。
其结果是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。
塑料包装材料采用微波加热后会出现针孔，同时由于温度和拉力使材料的强度削弱。
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。
3）紫外线灭菌：紫外线能使微生物细胞内核蛋白分子构造发生变化而引起死亡。
波长250nm－260nm左右的紫外线灭菌。
化学法灭菌1）双氧水灭菌：一般是将浓度为25%－30%的双氧水加热到60℃－65℃，喷射于包装容器内，再烘干，达到灭菌效果。
2）环氧乙烷灭菌：可以低温杀菌，一般与CO2等混合后作为预制纸盒或塑杯的杀菌。
化学物理并用方法灭菌1）双氧水和紫外线并用灭菌，是一种经济高效杀菌法。
2）紫外线与柠檬酸或乙醇并用杀菌，两者结合可在3秒－5秒内达到杀菌要求。
3.无菌包装设备与环境灭菌无菌包装系统设备及操作环境的杀菌包括两个方面的内容。
①包装系统设备杀菌：食品经杀菌到无菌充填、密封的连续作业生产线上，为了防止食品受到来自系统外部的微生物二次污染，在输送过程中，必须保持接管处、阀门、热交换器、均质机、泵等的密封性和系统内部保持正压状态，以保证外部空气不进入无菌工作区。
同时，要保证输送线路尽可能简单，以利于清洗。
无菌包装系统设备杀菌处理一般采用CIP原位清洗系统实施，根据产品类型，可按杀菌要求设定清洗程序。
常用的工艺路线为热碱水洗涤→稀盐酸中和→热水冲洗→清水冲洗→高温蒸汽杀菌。
食品无菌包装技术
无菌包装的基本原理
无菌包装基本由三部分组成：食品物料的预杀菌；无 菌包装材料的杀菌；包装系统设备及操作环境的杀菌。
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）。
这种方法特别适宜于对热特 别敏感的流质食品的灭菌处理，但 易使产品香味挥发损失。
（2）间接加热杀菌法 采用换热器进行间接加热杀菌，
根据食品的黏度和颗粒大小可选用 片式换热器、管式换热器、刮板式 换热器。不同种类换热器应用于不 同类型的食品物料。
高温短时杀菌HTST
（high temperature short time）
杀菌方法
紫外线杀菌
过氧化氢（H₂O₂）杀菌
H₂O₂和紫外线并用杀 菌 紫外线与乙醇或柠檬酸并用杀菌
紫外线杀菌
•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，可采用换热器在瞬间把液料加热到100℃以上，然后速冷 至室温，可以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。
（二）无菌包装材料和容器杀菌方法
无菌包装材料的杀菌方法视材质而不同。目前无 菌包装普遍使用纸塑类多层复合软包装材料或片材热 成型容器，这类材料在复合加工时的温度高达200℃ 左右，这相当于对包装材料进行了一次灭菌处理，为 防止在加工运输过程中微生物的二次污染，必须对包 装材料单独进行杀菌处理。
•考虑材料的特性，尤其是复合材料 的内层材料；
食品工艺-乳制品重点整理
第二章：乳的成分及性质【重点】●乳是哺乳动物为哺育幼儿从乳腺分泌的一种白色或稍带黄色的不透明液体。
●乳的组成：水分（90%）、脂肪、蛋白质、乳糖、盐类、维生素、酶类及气体等。
【填空】●正常牛乳中各种成分的组成大体上是稳定的，但也受乳牛的品种、泌乳期、挤奶方法、环境、温度及健康状态等因素的影响，其中，乳脂肪和蛋白质变化最大。
【填空】●乳中各种成分是如何存在的？牛乳是一种复杂的胶体分散体系。
[1]乳糖、水溶性盐类呈小分子或离子状态；[2]乳白蛋白及乳球蛋白呈大分子态，直径约为15～50 nm；[3]酪蛋白在乳中形成酪蛋白酸钙—磷酸钙复合体胶粒；[4]乳脂肪呈脂肪球状，形成乳浊液；[5]少量气体或溶于牛乳中，或乳中形成泡沫状态●脂肪球在乳中会逐渐上浮，其直径越大，上浮速度就越快。
形成—个脂肪层，称为稀奶油层。
●脂肪球膜的组成：蛋白质、磷脂、甘油三酸酯、胆甾醇、维生素A、金属及一些酶类构成，同时还有盐类和少量结合水，图见课件。
●脂肪球膜的作用：（1）使脂肪能稳定的存在于乳中，形成稳定的乳浊液。
（2）当脂肪球膜遭到破坏后，乳脂肪球就会聚集在一起，上浮分层，形成奶油。
●乳脂肪的化学组成：乳脂肪是由一个甘油分子和三个脂肪酸分子组成的甘油三酸酯的混合物。
●乳脂肪风味良好，易于消化的原因:乳脂肪酸组成中，因水溶性挥发性脂肪酸含量和比例很高，●牛乳中蛋白质分类：酪蛋白和乳清蛋白。
●酪蛋白（Casein）的概念：20℃时，调节脱脂乳pH值至4.6时沉淀的一类蛋白质●制造干酪时，有些乳常发生软凝块或不凝固现象产生的原因：就是由于蛋白质中含磷量过少的缘故。
●酪蛋白酸钙-磷酸钙复合体胶粒概念：乳中的酪蛋白与钙结合成酪蛋白酸钙，再与胶体状的磷酸钙形成酪蛋白酸钙-磷酸钙复合体，以胶体悬浮液的状态存在于牛乳中。
●牛乳的自然酸败现象：乳中由于微生物作用，使乳中的乳糖分解为乳酸，从而使pH降至酪蛋白等电点时，同样会发生酪蛋白的酸沉淀。
第五章食品包装新技术——无菌包装技术
塑料材料。
27
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； • 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。
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。
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。
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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
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
的食品杀菌。
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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。
（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。
包装工艺新技术1：无菌包装技术
提高提高产品安全卫生性和品质风味质量，便于过程控制和降低操 作费用，均有关键作用。
◆ 欧姆杀菌技术
◆ 紫外线杀菌技术
机理：紫外线能使微生物细胞内核蛋白分子构造发生变 化而引起死亡。只需用紫外线照射需灭菌的物体表面即 可。这种方法操作简单、效率高、速度快，但需要根据 紫外线灯管的功率确定照射距离和时间。
◆ 欧姆杀菌技术
工艺过程：首先是装置预杀菌，用热导率与待杀菌物料相近的一定 浓度硫酸钠循环加热，达到杀菌温度，从而也使产品杀菌温度能平 衡有效的过渡到正常值。杀菌完毕后，进行冷却，达到稳定状态后 排掉杀菌液，同时产品引入系统进行杀菌。加热系统的工艺流程如
图2所示。用该方法颗粒加热速度与液体加热速度相接近，并可获得
双氧水+紫外线
10 2
10 1 0
0.5 1.0 3.0
3.5
双氧水浓度/%
图2 H2O2和紫外线并用的 灭菌效果
应用：用于酸性及低酸食品的的灭菌。例如，柑橘、苹果汁饮 料食品的灭菌；果酱、糖水水果罐头、啤酒等。
特点：包装容器不能太大；受热时间长，营养成分和风味损大
◆ 超高温杀菌技术 机理：是目前广泛应用的杀菌技术，是将食品在瞬时加
热到高温而达到杀菌的目的。分为直接加热和间接加热 法。 应用：主要应用于食品品质及营养成分遭受热力破坏的 温度及微生物受热死亡的温度之间有很大差异的食品。 多用于流体产品，牛奶、果汁等的灭菌。
2．无菌包装的机理 热杀菌机理：热杀菌， 就是通过加热杀死细 菌孢子。 ▲ 食品经过一定温度
和时间的加热，它的 香味、色素和各种维 生素会发生不同程度 的变化。
爱克林包装设计简析
三、EcoleanAir包装设计特点
作为乳制品包装，一定要满足以下三个基本要求：
1、防污染、保安全：牛奶的包装要能够防止微生物的侵染，同时杜绝有毒、有害物质的污染，保证产品的卫生安全。
2、隔水性：牛奶的含水量较大，包装要保证牛奶的含量，使牛奶不能渗出
3、保鲜性：保持牛奶的结构，延缓外界对营养成分的侵害
1、重量比较。下图为爱克林产品Ecolean® Air与其他包装的重量比较。包装规格1L。
图1 Ecolean® Air与其他包装的重量比较
2、废水排放。图2给出了每生产1升装的100,000个包装所产生的污水总量，其中包括生产包装用的原材料，中间步骤和生产步骤所用水(不包括冷却水) 。
3、能量消耗。图3给出了每生产1升装的100,000个包装所需的能源总量，其中包括包装的整个生命周期中用的原材料，中间步骤和生产步骤能源的消耗。
这种包装具有创新的使用功能：自动二次封口技术使包装袋中的剩余酸奶不易与空气接触，最大限度保持酸奶新鲜度；与传统包装相比，爱克林包装酸奶挂壁少；由于采用碳酸钙为主要原料，产品无包装异味；独特的充气把手设计，使酸奶携带倾倒更加便利；独有的针对巴氏奶可以直接使用微波炉加热功能。
一、EcoleanAir包装发展历史
爱克林
一、EcoleanAir包装发展历史
二、EcoleanAir包装原材料
三、EcoleanAir包装设计特点
四、EcoleanAir包装生产与罐装技术
五、结语
摘要：
瑞典爱克林（Ecolean)公司设计生产的爱壳包装，爱壳包的主要特点是：①、爱克林包装主要成分为碳酸钙， 无包装物污染，不会影响酸奶的新鲜口味；②、包装阻隔性能优越，有效隔光、隔热，抵抗微生物的渗透；③、在运达乳制品工厂时爱克林包装已经是密封的成品包装，有效避免包装在运输和生产过程中被污染，影响酸奶品质；④、包装印刷采用德国进口食品专用油墨，充分保证酸奶新鲜，不会被污染。
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105~110℃不等，历时20~40min。
这里说的无菌鲜奶中并不是绝对无菌的，主要是消灭了 细菌，可能残留一些耐热的孢子。这种鲜奶的货架寿 命通常可达7天至1个月左右。
包装机的紫外灯灭菌室，无菌空气管和无菌腔内用 0.15MPa的高温蒸气杀菌20min。同时因为他们并不 封闭，所以杀菌完毕后还要充入比大气压力大的无菌 空气，以防止被外界环境污染。
空气过滤与杀菌设备
无菌空气采用特制的过滤器除尘和高温蒸气杀菌后获得。
经过以上的杀菌过程后，如一般一样进行灌装，热封， 装箱等等操作。
塑料薄膜的杀菌
塑料薄膜采用双氧水和紫外灯管双重杀菌方式。
包装塑料薄膜先经1%的双氧水浸浴杀菌，接着进入包 装机上部的紫外灯照射室再次杀菌。
为了保证紫外灯室不受外界环境污染，同时要喷入 0.1~0.2MPa压力的无菌空气，使室内的无菌空气对 外界保持正压。
机器预杀菌和无菌腔
包装机的物料管道，阀门和充填部件用电阻式UHT加热 器提供的0.4MPa压力的130℃过热水在管道内循环杀 菌20min，当表面温度升到120℃达到无菌要求。
实验证明，把135℃和4s杀菌条件结合起来，达到了含 菌量不超过1%的要求。这时“杀菌效率”的值大于9。
利乐盒装无菌包装牛奶的全部包装过程
无菌牛奶的包装过程，与一般液体物质的灌装工艺基本 一致。
这里仅介绍无菌牛奶包装中的灭菌过程。
机器消毒灭菌
无菌包装开始前，所有与无菌物料直接或间接接触的机 器部件都必须进行消毒灭菌。
它的工艺过程如下图：
冷水冷却到24°C
57°C
3°C
热水加热至72°C
值得一提的是，所有巴氏杀菌都把结核菌作为微生物的 控制指标。消灭了所有的结核菌，就意味着其它的病 菌也会被消灭。
同时，经过巴氏灭菌处理以后的鲜奶，也仍然会发生腐 败。
超高温灭菌法
超高温灭菌是把鲜奶加热到135℃或更高的温度，经过 1~2s，可以把所有的植物细胞和孢子杀死，同时可以 去除鲜奶中的饲料味和畜舍味。
无菌包装（AP，Aseptic Packaging)：
主要用于鲜奶高温短时杀菌或超高温瞬时杀菌（UHT） 后，在迅速冷却至25℃左右，然后在无菌环境下充填 入无菌的包装容器内并热封。这种包装方法称为加热冷却-充填包装，常用于牛奶等流质食品的无菌包装。
无菌罐装的牛奶在常温下可以存储半年到一年。
无菌包装的牛奶不仅通过各种杀菌处理杀死了牛奶中的 细菌，同时牛奶还保持了原有的色，香，味，且营养 素损失很少，能在常温下储藏和流通，并有较长的货 架期。
灭菌发酵酸奶
灭菌发酵酸奶
鲜奶发酵，加入一定量的稳定剂，进行质化处理，罐装。 加压灭菌，在4~6℃下冷藏24h。
不需要冷冻储藏，保质期6个月。 黏稠度，味道都优于一般的酸奶。
液态奶的无菌包装技术
鲜奶的特性 鲜奶的包装现状 液态奶的杀菌技术 利乐盒装无菌包装牛奶的全部包装过程 塑料袋装无菌包装牛奶的全部包装过程
鲜奶的特性
人们所引用的鲜奶主要取自于奶牛和羊。生奶中含有大 量的细菌，据统计，奶牛的奶液每毫升包含500个 以上的细菌。
而控制鲜奶的质量关键在于及时冷却，灭菌，加强容器 的消毒并防止受到二次污染。
一般是先在机器的部件上喷射35%的双氧水消毒灭菌 （电子控制喷雾量和喷雾时间），继而用无菌热空气 干燥。
机器灭菌过程需要大约45min。
包装材料杀菌
塑料袋装无菌包装牛奶的全部包装过程
我国的塑料袋包装占整个液态奶市场的70%。塑料袋无菌 包装设备主要以加拿大的“百利包”和芬兰的“芬包” 为代表。
同样，这里只介绍塑料袋包装牛奶的灭菌过程。
高温灭菌法（保鲜奶）：经过120℃，15s高温短时 间灭菌的方法。4~6℃下，保质期为10天。
超高温灭菌法（UHT灭菌奶）：经135~150℃， 2~4s超高温灭菌的方法。室温下，保质期为6个月。
巴氏杀菌
最常采用的巴氏杀菌法是高温短时间杀菌（HTST），即 把生奶加热到70~72℃，历经12~15分钟。
当然，真正意义上的无菌包装，与上面是完全不同的。
液态奶包装材料的发展
1. 玻璃瓶 2. 单层聚乙烯塑料薄膜，10℃以下存放1~2天 3. 两层聚乙烯复合容器，10℃以下存放3~4天 4. 三层复合纸盒（聚乙烯/纸/聚乙烯） 5. 低压聚乙烯吹塑中空容器 6. “屋形”纸质包装盒，保鲜期10天
以上包装方法都只适用于10℃以下的低温保存，因此探 索牛奶的常温保存方法是十分必要的。
液态奶的杀菌技术
这里需要注意的是，从杀死微生物的观点来看，牛奶的 热处理强度是越强越好。但是，强烈的热处理对牛 奶的外观，味道和营养价值产生不良影响，牛奶中 的蛋白质在高温下也会变性。因此，时间和温度组 合的选择必须考虑微生物和产品质量两个方面。
三种杀菌技术的对比情况
巴氏灭菌法（巴氏消毒奶）：4~6℃下，保质期为1 天。
超高温灭菌工艺有两种： 间接加热法，是通过热交换器器壁之间的介质间接加
热制品的方法。冷却也是间接通过各种冷却介质来实 现。 直接加热法，是乳制品先用蒸汽直接加热（喷射式和 注入式），接着急剧冷却。
超高温灭菌中，通常使用某些孢子来检验各种超高温处 理的效果，并采用“杀菌效率”这一概念。一般“杀 菌效率”值大于9，即能达到灭菌的目的。