无菌包装的发展趋势与新技术应用.pdf

薹 无菌包装的发展趋势与新技术应用 一 马 明驼 无菌包装是应用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的不断提高，无菌包装在食品及 药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，从而为无菌包 装技术及装备市场化应用开拓了广阔的空间。无菌包 装将是未来食品包装业的发展方向，同时它的发展也 将面临着前所未有的机遇和挑战。 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4 大显著趋势。 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安全性实施综 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 与运行可靠性的统一。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由于与 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。 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 物有了更新的认识并不断完善控制手段。商业无菌作 为评价食品安全性的技术指标己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， 以利乐 ( T e 仃 a P a k ) 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。目前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更新 的市场消费理念和引领销售热点， 不惜重金引进设备， 也正说明了这一点。 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上， 都 属于包装机械中的高端产品， 其应用领域覆盖了药品、 食品的各个行业。 对使用厂家而言， 这种技术和资本双 重密集性设备的定位必须以提高生产效率为方向， 而 不同于其它现代包装机械的多功能和单一高速型两极 化发展趋势。 从技术层面上讲， 高可靠度的装备向多功 能型发展，将意味着因诸多工程技术中有待解决问题 的出现而加大技术上的难度。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， 保障投资的回报， 单一高速型应该是最佳选择。 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， 至少上千万元， 加上可观的运 行费用， 使许多企业望而却步。因此， 国内装备企业应 尽快推动无菌包装设备的健康发展，积极为市场提供 价格适中、 性价比高的设备， 同时需要优化性价比来降 机 电信 息2 0 0 4年第 1 7期总第 7 7期 3 】 维普资讯 机 电锫 粤 低投入。要达到这一 目的唯一出路就是走技术创新的 道路， 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经取得了长足的进步，为市 场提供高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的加快，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前的 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。C A D与C A M技术、 伺服控制技术、 传感器 以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，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的整个过 程， 包括 C I P 、 S I P系统功能的无菌保障综合系统， 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 3 u m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 3 2 机 电信 息2 0 0 4年 第 1 7期 总第 7 7期 期开发应用的P V D F 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 0 1 u m， 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， 可稳定可靠地为系统提供安全、 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H O z 、 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 一 S H 一巯基结合 转化为 一 S S 一 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D N A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 2 4 5 0 n m和 9 1 5 n m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2 5 3 7 n m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2 5 3 7 n m的紫外光， 其强度可达到 2 0 0 M W e m 以上， 是常规紫外线装置发光强度的 2 0 0 - 3 0 0 倍，其脉冲可 达到纳秒级， 其能量足以打断细胞 D N A结构中的C H 键、 C N键和 O H键，使 D N A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 1 0 对数级细菌和 1 0 对数级芽孢致死。 如果和低 浓度 H ： O ： 协同作用， 不但可以增大灭菌强度， 而且可 以使残留的 H ： O ： 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。 维普资讯 行业 t i x “ r 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、 通讯技术的应用， 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规定的使用技术条 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 G MP规范设计施工，并引入 H A C C P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。设备本身具有的技术密集性和高价位以及 | 0 毒 譬 ：l 鼹 _ll 一 。 一 。 警薯 量 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， 包装行业要逐步 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。 来稿 日期： 2 0 0 4 0 8 0 2 马明驼， 中国包装技术协会无菌包装委员会 塑料 凹印油墨 常见 的故障及排除方法 I 水波纹 原 因 ： 印版太深 ： 油墨粘度低或添加了过量衡释剂。 解决 方法 ： 制版时控制好印版深度 ； 控 制油墨粘度 ； 采用版 风或调整刮 刀角度 。 2 咬色 原 因 ： 油 墨慢 干 ： 第二色压力太大 ， 印刷太快， 粘度过高。 解决 方法 ： 在第一 色中加入快 干溶剂 ， 加 大热风量 ； 在第二色减小压力； 降低第 二色油墨粘度及减 慢印速。 3 粘连 ( 俗称 反粘 ) 原 因 ： 溶剂慢 干 ( 特别 甲苯含有难挥发物 、 气 味臭 ) ； 印刷过程 中收卷压 力太大 ， 印刷后叠放压 力过大 ； 印刷中烘干的热风温度过高 ，一般不应超过 4 0 1 2 5 0 ( 3 ( 如有特殊要求在收卷前也应加冷风吹， 以降低薄膜 温度 ) ， 加 上潮湿 ( 相对湿 度 大干 9 0 以上 ) 使油 墨不 能 彻底干燥 ； 电子处理过大 ( 标准 3 8达 因已符合印刷要求 ) 单面 印刷但薄膜进行了双面电子处理， 或局部处理效果太强。 解决 方法 ： 更换快干及纯度高的溶剂 ； 调整 收卷张 力使收卷 与牵引同步 ， 印刷品叠放不能过