食品无菌包装及其它包装技术

食品包装专用技术

食品无菌包装技术

一、无菌包装(aseptic packaging)概念

所谓食品无菌包装技术，是指把被包装食品、包装材料容器分别杀菌，并在无菌环境条件下完成充填、密封的一种包装技术。

无菌包装包括包装材料的无菌、包装产品的无菌、包装环境的无菌和包装后完整封合四个要素。

二、无菌包装的特点及分类

（一）无菌包装的特点：

①对包装内容物可采用最适宜的杀菌方法（如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，既省工又节能。

（二）分类：

1.按保存温度分：

1）常温保存的无菌食品：把连续杀菌过程和无菌容器包装结合起来，以获得常温储存的商业无菌食品。

如鲜乳及乳制品、布丁、蔬菜汁、果汁、汤汁及带颗粒的食品。

2）低温保存的食品：在无菌环境下将没有杀菌的新鲜食品（如发酵乳、酸乳酪等）包装起来，以使食品在冷藏链中免受霉菌、酵母菌污染。

2.按包装大小分成：大包装和小包装

1）大包装包装容量为5-220L ，最大可到1000L，主要供食品厂家进行分装销售；

生产大包装设备的厂家有瑞典利乐公司、意大利ELPO公司、芬兰ELECSTER公司、我国的北京航空工艺研究所、沈阳自动化仪表研究所等。

2）小包装容量为70-1200ml，供市场销售，直接供应消费者。又可分为砖型包、塑料杯、塑料袋、塑料瓶等几种形式。

生产砖型包设备的厂家有瑞典利乐公司、美国国际纸业公司、德国的PKI公司、KF公司、我国的广东远东公司等；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ELEC-STER公司、日本城南公司等；生产塑料瓶包装设备的厂家有瑞士TOMME-LAG公司、荷兰STORK公司等。

三、无菌包装材料

（一）无菌包装对包装材料的要求

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的氧气渗入；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。

（二）无菌包装常用包装形式及使用的材料

无菌包装材料一般有金属罐、玻璃瓶、塑料容器、复合罐、纸基复合材料、多层复合软包装等几种。

1.无菌砖

无菌砖是由纸、铝及塑料复合层压加工而成，厚约 0.35mm，典型结构为：

利乐包：PE／纸板／粘合层／Al／PE／PE；

康美包：PE／白纸板／PE／Al／粘合层／PE。

内层为热封和包容食品作用，铝箔提供了最好的阻氧、阻水及避光性，粘结层使铝箔与纸板之间相连结，纸板提供了刚性挺度及印刷性，外层的 PE 保护油墨及纸板。

2.无菌枕

无菌枕也是多层纸、铝、塑复合材料，与砖包接近，但是纸板材料不同。

其结构为：PE／纸／粘合层／Al／粘合层／PE。纸张为印刷层，可柔印也可胶印，具有良好的阻隔性、避光性。

3.屋顶包

屋顶型包装材料，一是PE/纸板/粘合树脂/铝箔/粘合树脂/PE，具有类似砖包的保质期；

二是PE/纸板/PE三层结构的新鲜层，通常屋顶包一般指三层复合的材料。

4.无菌杯

无菌杯以埃卡杯（NAS）为典型代表。

埃卡杯（NAS）的无菌包装材料分为杯材、盖材和商标材三部分，其结构和生产工艺要求比较复杂NAS塑料杯无菌包装系统用的包装材料称为中性无菌包装材料，简称NAS片材。其结构为：PP/PE/EV A/EVOH (乙烯-乙烯醇共聚物) /HIPS；PP/PE/EV A/PVDC/HIPS (高抗冲击聚苯乙烯) ；PP/PE/EV A/PS/PVDC/HIPS。

PP层是无菌保护层，PE层是密封层及隔水层，EVA是粘合层，PVDC、EVOH是阻隔层。

无菌杯盖材结构为Al/PE/EV A/PP；Al/PE/EVA/PET。

PP、PET为保护层，PE膜为带孔膜，Al箔可揭开露出饮料孔。

无菌杯商标材结构为Al/PE/纸/热熔胶结构。

5.芬包、百利包

芬包与百利包可采用多种复合包装材料：

一是铝塑复合膜，

二是三层黑白膜（PE＋白色母/PE＋白色母/PE＋黑色母），

三是PE＋白色母/粘合树脂/EVOH/粘合树脂/PE＋黑色母。不同结构的材料保质期有很大差

6.软塑袋

除了常见的三层、五层共挤膜材料外，还有以下材料：

①单层塑膜：结构为LDPE＋LLDPE＋白色母吹塑膜。

②PVDC涂布膜：结构为PVDC/三层共挤膜

③PE镀铝膜：结构为印刷层/PE/PE/VMPE。

④干式复合膜：结构为BOPP/PE，其结构不常用

8.纸杯纸杯由杯身与盖材构成，杯身结构为PE/纸/PE，杯盖为PET/Al/LDPE结构。

9.塑杯塑杯材料主要为PP及PS两种，PP杯表面光洁、耐温性好，PS杯挺度好，耐低温性好。

10.塑瓶、塑桶塑瓶材料为HDPE、PP及PET，塑桶一般为HPPE材料。

四、无菌包装的包装体系杀菌方法

食品无菌包装的关键是包装体系的杀菌，即包装食品的杀菌、包装容器材料的杀菌处理、包装系统设备及操作环境的杀菌处理。

(一)无菌包装食品的杀菌方法

1．超高温瞬时杀菌( UHT，ultra high temperature short time) 是把食品在瞬间加热到高温(135℃以上)而达到杀菌目的。

(1)直接加热杀菌法(2)间接加热杀菌法

(1)直接加热杀菌法

用高压蒸气直接向食品喷射，使食品以最快速度升温，在几秒内达到140～160℃高温维持几秒钟，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。

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。如对牛奶的UHT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)至室温的杀菌工艺。这种杀菌方式使牛奶在高温段时间很短，能使产品完全杀菌，且能基本保持牛奶的营养和风味。目前国际上采用的有UHT喷射式杀菌(UHT in jectionsteriliser)和UHT注入式杀菌(UHT infusion steriliser)两种类型的设备。

(2)间接加热杀菌法即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（板式）换热器、管式换热器、刮板式换热器。

片式换热器适用于果肉含量不超过1％～3％的液体食品；

管式换热器对产品的适应范围较广，可加工高果肉含量的浓缩果蔬汁等液体食品，凡用片式换热器会产生结焦或阻塞，而黏度又不足用刮板式换热器的产品，都可采用管式换热器。

刮板式换热器装有带叶片的旋转器，在加热面上刮动而使高黏度食品向前推送，达到加热杀菌之目的。主要用于高黏度食品的加热。

在生产中应根据食品黏度和颗粒大小不同灵活选用。

2)环形套管式UHT系统

荷兰斯托克(Stock)公司生产的环形套管式热交换器是由两根不锈钢管套装在一起并构成螺旋盘管状，内管流动的物料与在外管与内管之间逆向流动的蒸汽进行热交换，快速并均匀地加热物料。

环形套管式蒸汽间接加热UHT杀菌系统与其他UHT杀菌系统相比有下列特点：

①物料以强烈的湍流输送，保证了物料均匀受热和较长的运行周期。

②大功率的高压泵使物料在各热交换器间流动，一直输送到包装机的灌装间，从而减少了灭菌产品二次污染的可能性。

2．无菌包装的其它杀菌方法

1）欧姆杀菌方法

欧姆杀菌是一种借通入电流使液态食品内部产生热量达到杀菌目的的新型加热杀菌技术。

对于带颗粒(粒径小于15mm)的液态食品，采用欧姆杀菌技术，可使颗粒加热速度与液体加热速度相接近，并可获得比常规传热杀菌方法更快的加热速度(颗粒升温约1～2℃／s)，从而得到高品质的产品。

2）电阻加热UHT杀菌方法

借助大部分配置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。

3）高温短时杀菌HTST

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100℃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风味。

(二)无菌包装材料和容器杀菌方法

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，但贮运、印刷等加工过程会重新被微生物污染，如果直接用来包装食品则会造成微生物的二次污染，因此，在无菌包装时必须对包装材料单独进行杀菌处理。

纸塑类包装容器的杀菌有物理和化学两种方法：

物理方法常用紫外线辐射杀菌，

化学方法常用H2O2杀菌。

1．紫外线杀菌

紫外线在波长250～270μm范围内有较好的灭菌效果

紫外杀菌与照射强度、时间、距离和空气温度有关。

如采用高强度的紫外杀菌灯照射长度为76.2cm的软包装材料，照射距离为1.9cm，照射时间为45s就能获得较好的灭菌效果。

紫外杀菌还与材料表面状态有关，对于表面光滑无灰尘的包装材料，采用紫外线可杀灭表面上的细菌；对于压凸的铝箔表面，杀菌时间比光滑表面长3倍；对不规则形状的包装容器表面，则灭菌照射时间要比平面长5倍。

同时，采用紫外杀菌时还需考虑材料的特性，特别是复合材料的内层，如PVC、PVDC、LDPE等材料受紫外线照射后会降低其热封强度约50％。

2．过氧化氢(H2O2)杀菌

H2O2是一种杀菌能力很强的杀菌剂，对微生物具广谱杀菌作用，毒性小，在高温下可分解成氧和水：H2O2→H2O+[O]

“新生态氧”[O]极为活泼，有极强的杀菌力。

其杀菌力与H2O2 的浓度和温度有关：

H2O2浓度越高、温度越高，其杀菌效力就越好。H2O2的浓度小于20％时，单独使用杀菌效果不好，当浓度为22％H2O2在85℃时杀菌可得到97％的无菌率，而浓度为15％H2O2在125℃时杀菌可得到99.7％的无菌率。

H2O2杀菌常采用溶槽浸渍或喷雾方法，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H2O2在包装材料表面的残留量，使H2O2完全蒸发分解成无害的水蒸气和氧，同时增强灭菌效果。3．H2O2和紫外线并用杀菌方法

此方法比H2O2杀菌结合加热处理的杀菌效力更显著。即使采用低浓度H2O2 (<1％)溶液，加上高强度的紫外线辐射杀菌处理，也可取得惊人的杀菌效果；

这种杀菌方法只需在常温下施行就可产生立即的杀菌效果，比单一使用H2O2 (即使在高，温下用高浓度的H2O2)或单一使用紫外线照射杀菌，其杀菌效果大上百倍。

4．紫外线与乙醇或柠檬酸并用的杀菌方法

图7-24和图7—25为紫外线与乙醇和柠檬酸并用的杀菌效果图。70％的乙醇、柠檬酸液单独使用时无杀菌效果，但与紫外线并用后均可在3～5s内达到杀菌要求，其中最引人注意的是紫外线与柠檬酸并用的杀菌效果，当枯草杆菌孢子污染程度达106个/cm2时，可在3s内达到无菌状态。

(三)包装系统设备及操作环境的杀菌

1．包装系统设备

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。

1）要保持接管处、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。

2）要求输送线路尽可能简单，以利于清洗。

3）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→高温蒸气杀菌

2．操作环境

操作环境的无菌包括除菌和杀菌两项工作。

杀菌可采用化学和物理方法并用进行，并定期进行紫外线照射，杀灭游离于空气中的微生物。

除菌是防止细菌和其他污物进入操作环境，除菌主要采用过滤和除尘方法实现。

一般无菌操作空间的空气需经消毒、二级过滤和加热消毒产生无菌过压空气，其过压状态保证避免环境有菌空气渗入无菌工作区。