无菌包装的发展与优势.doc

一、无菌包装的发展与优势 1无菌包装的发展 无菌包装诞生于40年代，应用于6o年代，发展于7O年代，到9O年代中，国外已有数十家生产各种无菌包装设备的公司，目前，国外发达国家的液体食品包装中，无菌包装已占65 以上，且每年以超过5 的速度增长。我国的无菌包装技术起步于70年代，到80年代末90年代初迅速地发展起来，从最初的引进国外成套无菌设备生产线及包装耗用材料到自主研究开发，我国的无菌包装技术经过了从无到有，并逐渐走向成熟的过程。 无菌包装技术的发展与无菌包装材料的发展及包装设计的改造有着密切的关系。屋顶型纸盒在本世界20年代末期已初具雏形，此时纸盒内壁是采用涂蜡工艺。60年代，这种工艺被挤压涂塑所取代。到了70年代，标准的半品脱包装纸盒诞生了。随后不久，容量为226796g的“经济包”问世，1986年，“厚壁包”高相，这种包装不仅能抵制果汁的酸性，同时能保留果汁的香味，延长产品的货架期。1990年，帽塞屋顶型纸盒“保鲜屋”面世。1995年，美国国际纸业公司下属的长青包装机械公司研制出一套完整的“长青罐装机和厚壁纸包材系列”，使“新鲜屋”包装的鲜牛奶货架期延长到28天。 现在，无菌包装技术仍然在不断发展，即使在工业比较发达的国家，无菌包装技术也是一项高新技术，也需要加强投入进行技术创新。对于包装企业来说，就加强与乳品、饮料及其他相关企业的合作，一方面改进用于无菌包装的材质的包装盒的设计；另一方面要扩大无菌包装的使用范围，如对无菌包装用的材质进一步开发，以方便对含汽饮料、带颗粒饮料和固体食品的包装。产品生产企业则要抓紧落实废弃包装盒回收分离再造优质原料工程，在这方面，德国、日本的学校设立了牛奶纸盒回收箱，从小让孩子养成良好习惯。及时回收废弃的纸盒进行分离利用，可以减少环境污染，造福人类。 2无菌包装的优势 无菌包装技术有许多优点，一是可以使食品的营养成份得以完好的保存；二是复合包装材料和真空状态可以使产品免受光、气、异昧和微生物的侵入，使食品不必加防腐剂，运输、仓储不需冷藏：三是无菌包装的产品外形一般呈砖形，原材料为纸质，产品的空间利用率高、重量轻，因此成本也不算高，用于饮料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：四是该包装符合环保包装潮流。由于无菌包装具有以上优点，该技术目前已在食品、饮料、乳制品和食用油以及酿酒、调味品、医药、化妆品等产品包装上得到应用。 现以奶制&)jn-r例，看无菌包装技术的优势：一是可以使牛奶的营养成分得以完好的保存；二是复合包装材料和真空状态可以使产品免受光、气、异味和微生物侵入，使牛奶中不必加防腐剂，运输、仓储也不需冷藏；三是无菌包装的产品外形呈砖(或屋顶)形，包装材料使用纸质，产品的空间利用率高、重量轻，成本不算高，据计算，以牛奶为例，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是牛奶；四是该包装符合现在环保包装的潮流。由于无菌包装具有以上优点，除了乳制品外，该技术目前已被广泛应用于饮料、小食品、食用油等多种行业。今天，发达国家的绝大多数牛奶和半数以上的果汁采用了无菌包装。此项包装工艺正在我国推广，并被业内人士广泛看好。 二、无菌包装材料 1纸盒 纸盒是无菌包装中用得较多的一种形式。用于无菌包装的复合纸板材料有五层和七层两种，由聚乙稀、纸、铝箔等复合而成。常用纸盒包装有屋顶包和砖形包两种形式，容量一般在200lO00ml左右，包装物有奶制品、果汁、饮料等。目前市场还出现了枕形、三角形、斧形、 方柱形、圆柱形等，除了可插管饮用外还可加上一个嘴和防盗盖。 2无菌杯、无菌袋 无菌杯、无菌袋包装使用的材料为多层共挤无菌包装片材，其结构为PPPEADHPvDc或EVOHADHPS等。其中PP为剥离的无菌包装保护膜，PVDC、EVOH为高阻隔材料，Ps为结构材料，无菌包装用的杯盖材是ALPEPET的多层复合材料，其中PET为可剥离层。杯式无菌包装的容量一般在50-500ml左右，袋包装的容量一般在200-500ml左右。 3大包装无菌袋 对于一些饮料的底料、各种水果、蔬菜的原汁及浓缩汁的保鲜和包装，可采用无菌大包装袋的形式。无菌大包装采用的也是铝塑复合材料，包装容量可从5卜2ooL，目前国内采用2OL一25L的袋子居多。无菌大包装袋灌装后一般放入外包装箱或捅内，以防止机械损伤，目前这种包装形式已基本取代了铁桶或塑料捅的包装。 4瓶装 无菌包装用瓶包括玻璃瓶和塑料瓶两种，目前塑料瓶发展较快。塑料瓶可以在成型时灭菌并立即灌装，也可以在灌装前灭菌。灭菌的瓶子在无菌室中灌装和压盖。 三、无菌包装的杀菌方法 (一)包材的杀菌 1过氧化氢杀菌 1971年，Formseal公司研发出第一代无菌包装机，采用过氧化氢为机器表面和原材料消毒。灭菌过程只利用了氧气的作用和水蒸汽的释放，其过程完全天然，由于材料的引进和最终包装物的卸出，使机器不能处于完全密封和不透气的环境下，因此机器的密封形式主要是维持超大气压的无菌空气，以阻止空气内的污染物进入。 EF320型过氧化氢设备能处理容积为125250cm3的杯子，包装能力高达12，000个h，塑料薄膜最宽为320ram，机器配备有包围塑料薄膜的完全密封式隧道，其内部并没有辅助薄膜传送的运动部件。事实上，位于密封区与切割工具之间的移动夹钳，以及塑料槽出口的电动滚筒，会不断进给自由移动的塑料卷环，从而确保隧道区内的物流运动，并在无菌的环境下将薄膜输送。 其包装材料的消毒主要是通过不断将过氧化氢流经过滤器和加热元件，保证浓度和温度分别在35和55的水平来完成。材料被浸泡lOmin后，两个模压滚筒会在箔片的每个表面留下固定厚度的过氧化物层。实际的灭菌过程是在于干燥箱内进行。l20无菌空气能分解过氧化物而释放出可作为强氧化剂的单原子氧，对于芽孢杆菌、枯草菌素及各种耐热杆菌来说，除菌率大于105 。经过10s的干燥时间，包装物上的过氧化物残留率可少于05个百万分率。隧道区的灭菌主要是以雾化的过氧化氢消毒，然后在热交换器中蒸发。充装上单原子态氧的无菌空气，在8O下进入预热隧道，能杀死隧道内表面的所有微生物。在这个阶段，模件会停留在被密封闸密封的隧道下方，隧道末端的密封部件同样被密封闸密封，从而确保周围的空气不会含有过氧化物，为了避免产品再次被污染，在离开隧道区前，覆盖层会侧向地与塑料箔片密封在一起。 2紫外线杀菌 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。波长在250260mm左右的紫外线灭菌能力最强。使用时，只需将紫外线照射于需灭菌的物品表面即可，但需根据紫外线灯管的功率确定照射距离和时间。紫外线灭菌最为简单，无药剂残留、效率高、速度快，目前使用最为普遍。 紫外线杀菌或过氧化氢杀菌单独使用时，其效果受到了-定限制，两者结合使用其杀菌效果惊人。使用浓度低于l的过氧化氢，加上高强度的紫外线，在常温下产生杀菌效力是两者单独使用时的百倍。由于过氧化氢浓度很低，对于残留的过氧化氢也无须采取措施，避免了传统氧化氢杀菌需高温、长时间等问题。 3红外线杀菌 这是一种热线杀菌法，它靠波的频率引起包材和食品分子的共振摩擦产生热量，从而杀菌，一般把波长在4 m以上的光称为远红外线，其杀菌效果同被幅射的食品和包材的吸收红外线的能力有很大关系，吸收红外线能力愈强，杀菌效果愈高。一般来讲远红外线可以透过25mm以下厚度的塑料薄膜、片材及容器，大于25mm厚度，由于渗透的红外线量少，效果就差。 把食品包装在塑料薄膜或塑料容器里后，再进行远红外线的幅照杀菌，效果较佳，透过包装材料的远红外线，部分被包材吸收起到杀菌作用，这特别适宜于对含有空气的食品包装进行杀菌。 4过热蒸汽灭菌 用温度为130160C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。 5中性无菌系统 为了消除包装物上的残余化学物，Erca公司研发出非化学加工工艺，即利用复合挤压多层材料过程中的时间温度关系进行净化。其特点是当多层材料的外层被剥去后，会露出不被污染的无菌表面，这被称为中性无菌系统的技术，曾于1984年获美国食品及药物管理局(FDA)颁发的一级荣誉。 6臭氧杀菌 臭氧有极强的杀灭细菌的作用，如果单独使用臭氧，则要求双氧水的浓度较高，当双氧水浓度高达20 一30以上时，表面印刷了的油墨在双氧水的作用下会发生脱色现象。这时，如果采用臭氧同紫外光结合在一起的方法对包材进行杀菌，则双氧水的浓度可以大大降低，只需使用5 7的双氧水，即可有效杀菌。双氧水经消毒后，应使用干燥热空气把残留在薄膜表面上的臭氧吹掉，包装膜上臭氧残留量按美国FDA标准应在001ppm以下，而进入食品中的H202量应在100ppm以下。臭氧杀菌，只能使用在包材下，不能直接使用在食品包装上，这是臭氧杀菌的缺点，它主要使用在Fetrapak公司的无菌纸塑铝多层复合软罐头饮料包装上。 7超高温短时间杀菌 此法常用于高粘度液体食品的杀菌上。如：牛乳、番茄酱、糖酱等的包装中，在一个不锈钢高压消毒容器中，在高压下使牛乳同150C以上的高压水蒸气混合20s左右，进行杀菌消毒，然后进入抽真空室，把多余的水份蒸发出去，达到原先的牛奶浓度，再进入无菌室中，用无菌的包材包装起来。目前我国牛奶的这种包装膜主要采用151tin左右厚的共挤复合膜，常温下可放置1个月，如果共挤复合膜中含有高阻隔的EVAL或PVDC，则可在常温下放置3个月，若使用铝纸塑的多层膜包装，可在常温一上放置6个月以上。 8共挤出热杀菌 这种无菌包装是法国re8公司发明的，它是利用生产共挤出多层薄膜过程中高度的热量，在无菌室中进行无菌包装时，把共挤出的内层面上相容性不好的二层剥离去，露出清洁的无菌内层面来充灌食品成型密封成袋。 9微波杀菌 微波炉已广泛用于家庭烹调，微波同远红外线一样，是一种热线杀菌，适宜使用在可透过电磁波的塑料包装材料上，尤其适宜于含有空气的食品杀菌包装，可以迅速加热到140C短时间杀灭细菌。 (二)内容物的杀菌 灭菌的方法目前常用的有巴氏灭菌(低温灭菌)和超高温瞬时灭菌(UHT)两种。 1低温灭菌 又称巴氏灭菌，是将被包装物在61 63C条件下保持30min，这种灭菌方法可直接作用于产品，可将食品充填于蒸煮袋、玻璃罐等后，浸渍于热水中，低温灭菌的缺点是：包装容量不能太大，否则受热不匀严重：食品受热时间长，营养成份和风味损失大。 2超高温瞬时杀菌(UHT) 目前广泛采用的无菌包装技术，它是将食品在120140C的高温下灭菌几秒钟，并很快冷却至室温，然后在灭菌区内灌装和封盖。牛奶的UHT灭菌参数是135140C、34s。瞬时高温灭菌的方法有以下几个优点：包装材料可以不耐高温：包装容量可大可小，受热都是均匀的： 食品受热时间短，营养成份和风味损失较小。 3欧姆法加热技术 欧姆法加热技术在国外已经进入工业应用阶段，一些厂家已生产出可供食品生产厂家应用的欧姆加热器。其优点是可加工粘度较高或颗粒较大的液体食品，颗粒直径可到25cm。目前存在的主要问题是系统的预杀菌仍需采用过热蒸汽。因此，在无菌系统的配置时要配成混合式。目前，国内的研究开发工作已有相当基础，希望有关生产厂家能和他们合作。 4超高压杀菌 它是将产品置于500MPa以上的压力下杀菌一段时间，杀死其中的大部分或全部的微生物、钝化本酶的活性，从而达到保存食品的目的，由于几百个MPa的压力不会使食品的温度升高，因此没有色、香、味及营养成分的劣变，可以较多地保留食品原有的风味。 5微波灭菌 与欧姆加热杀菌的主要区别在于前者采用高频(2500MHz左右)而后者采用工频。微波灭菌除了加热效应以外，还有相当的非热杀菌效应。生物体内的极性分子在微波场中产生强烈的旋转效应，这种旋转使微生物的营养细胞失去活性或破坏微生物的酶系统，造成微生物的死亡。微波灭菌的工业规模的研究目前还不充分，例如，功率消耗，微波的防护，微波对常见菌种的热死系数，微波对有益的氨基酸的影响等等。因此，在国外尚未查找到工业应用的微波加热器资料。预测，微波灭菌在固体食品方面会首先得到应用。 6放射线杀菌 将产品收入由钴60为原料的放射室中，由其产生的Y射线进行杀菌。目前，这种方法主要用于无菌大包装袋的成批杀菌。由于放射线的方向控制难度很大，防护技术要求很高，预计直接用在无菌包装生产线上的可能性不大。 7磁力杀菌 把需杀菌的食品放入06特磁场的N极与S极之间，经过连续搅拌，不需加热，即可达到杀菌的效果，而对食品中的营养成份无任何影响。此种技术主要适合于流动性食品的杀菌。 8高压电场杀菌 将食品送入装有相互平行的两个脉冲管内，触点接通后电容器通过一对碳极放电，在几秒钟内完成杀菌，该技术可以克服因加热而导致的蛋白质变性和微生物破坏、可用于果品蔬菜的杀菌与贮藏保鲜技术。 9、静电杀菌 食品不直接处在电场中，而是利用电场放电形成的粒子空气和臭氧处理，可以取得良好的杀菌效果，该技术可用于瓶装食品、罐装食品、糖谷类、果蔬类食品的杀菌与保鲜。 l0、膜分离技术 膜分离技术在水的净化，乳清的分离中已有广泛的应用。在食品加工中则是组合膜的开发和应用。主要用于浓缩果汁，可以浓缩到600Bx，方法是将水果原汁超滤得澄清汁与果酱两大部分，前者成份为水，维生素C、芳香成份等低分子物，后者成份为悬浮固形物、细菌、真菌等物，将澄清汁反渗透除去部分水，将果酱杀菌后与脱去水的浓缩清汁调配即得浓缩果汁。膜分离技术浓缩果汁产品浓度高，风味与营养成份损失很少，是果汁加工有效的浓缩和杀菌方法。 目前我国液态奶中，巴氏处理奶占60，超坑温灭菌奶占211，乳酪占L9，其中超高温灭菌奶呈明显上升趋势。 四、国际市场无菌包装技术动态 近几年是应用新的无菌包装技术方面引人注目的几年。新形状、新材料和附带新注入口的相关技术全部实用。这是包装业界为了适应乳制品和软饮料生产公司改革包装方面的要求而做出努力的结果。 1、特茄帕克公司 特茄帕克公司是全球闻名的包装设计、加工生产的巨头，经常在全球包装业中推出令人耳目一新的包装产品设计思维和形式。不久前该公司的加拿大分公司又推出了一款lL容量的八厩体无菌棱柱形包装盒，这种包装盒除了造型别致，还有一个设计独特的盒盖系统。 目前，这种最新形式的包装容器在加拿大安大略省能见到，是一家公司盛装果汁的新包装。这家公司名为拉松德公司，他们已经将这种新包装盒用于灌装阿伦牌果汁、包括100纯苹果汁、纯橙汁、葡萄汁、桃汁及梨汁等，它开启方便，且盒口采用最新设计，倾倒时平稳顺畅。 去年，特茄帕克公司就已推出了容量为250ml的八面体无菌棱柱形包装盒，也由拉松德公司首先推向市场的。当时盛装的是果汁鸡尾酒，为了在货架上能显得与众不同，这种小容量的包装盒外涂了一层银白色金属粉。事实证明，这种别具匠心的包装一下子就吸引了顾客的注意力，拉松德公司这种果汁鸡尾酒的最初销售额超过了预期的目标，很快便占领了市场，这种八面体无菌棱柱形包装盒也从此树立了市场形象。 特茄帕克公司设计生产的包装容器中，70以纸板为原料，这样的容器刚性好，能有效隔绝光线。在纸板盒内外壁均紧贴一层聚乙烯薄膜，主要是为防止渗漏和反复污染。在内壁薄膜和纸板之间，还夹入一层00065mm厚的铝箔，这层铝箔可以更有效地防止空气的侵入，可以防止果汁香味的散逸。由于在盒壁上采用了“无菌化”处理，所以，即使不用冰箱，不添加防腐剂，果汁也有较长的货架寿命。 为表彰特茄帕克公司和拉松德公司在包装设计和使用上的环保意识和责任心，最近，加拿大包装协会授予这两家公司“环境智慧奖”。授予这个奖，需要考虑获奖产品所用包装材料在整个使用周期中对环境的影响，包括考虑包装原料的减少，可重复使用性能、可再生性能，标签的环保性，以及回收程度。对于这种新型无菌包装盒来说，特茄帕克公司通过对遍及70以上家庭的包装盒的回收处理上，可以较大程度地实现资源再生。因此，这两家公司获奖当之无愧。 2、利乐公司 利乐公司由丹尔蒙特公司的新产品而实用化的利乐方砖无菌螺纹圈形新包装是兼有明显的开启圈、再封性和易开性的纸盒包装，已经先后由凯浦、海浪公司和王子软饮料公司采用，这种新纸盒包装已成为这几家公司里生产的高品质制品的包装。 新开发的另一种新纸盒容器是四面多棱体无菌包装容器，它新颖的八角形形状令人注目，其250mi和330ml的容器已经实用化。目前，全世界已有28个国家的69台充填灌装机在运转使用。 其它大的变化是英国乳品企业在采用了利乐砖形无菌包装的500ad和1000 的纸盒容器包装牛乳后，很快获得了市场人气。在1998年伦敦的长保鲜牛乳市场占有4的市场份额，到1999年下半年便很快增加到24。 利乐公司研究开发了PET瓶的无菌充填系统RFA一40。该系统于1998年夏天安装在台湾一公司内，用于生产600ml水果香味的瓶装水生产。 利乐公司的塑料包装部门在12个月之内连续开发成功了两种用于啤酒、果汁和碳酸饮料市场的新阻隔性PET技术。一个是叫做“透明内衣”的PET瓶内壁涂以氧化硅技术。另一个是称为“密封外层)的新技术，是在注射成形过程中在预压坯料上涂以高阻 隔性高分子外层的技术。 3，埃洛帕克公司 埃洛帕克公司在西班牙的两家专门从事休闲食品生产的公司在市场上获得了成功。1999成立的阿尔伐拉(AlvoHe)公司将天然生物原料提取加工而成的新世纪食品和果汁投放市场。公司以消费者认可的价格提供天然的高品质制品，采用的是完美包装(PurePak)公司的山墙顶式纸盒包装。另一家公司是JGarciaCarrionSA公司，它生产的食品和饮料在欧洲市场发展迅速。该公司在生产新型果汁制品”绅士西蒙”的成功实质上是研究应用完美包装公司包装产品方面所取得的成果。该公司开发的叫做“绅士西蒙”的生物学水果和蔬菜汁制品是含有水果和蔬菜纤维、脱脂乳、维生素A、C、E等营养成分的新世纪功能饮料，使用的包装容器为1L装家用规格的包装制品，完美包装在价格上比PET更有竞争力，这种山墙顶式纸盒包装以向消费者传送纯美的鲜果汁为概念，强有力的战略方式进行市场销售。 4、康美盒公司 康美盒公司在过去的数年间，欧洲市场上牛乳消费的增长现已趋于钝化。因此，许多乳品加工业者在商品陈列架上采用更引人注意的新包装的转换。瑞士的密恪洛思(Migros)公司推出的超高温杀菌制品是最明显的例子。它采用了康美盒公司生产的1L康美盒纸盒包装，以“Valflora”这个品牌推出了3种牛乳制品 “美容娇肤”牛奶、维他奶和补钙奶。 RexamCombiboloc该公司的新一代充填机CFA712是每h可以充填12000个纸盒的高速充填机，兼备高生产效率、废次品少和生产成本效果好三大优点。通过四个转向架操作系统取代历来采取的双行道方式，这不仅使生产量增加，而且还可以延缓填充速度而达到总体上提高生产效率的目的。同时，还通过缩短准备时间和减少可动部件数，达到减少部件磨损消耗和延长维修保养间隔时间的目的。 这种新系统可以以同一机械完成6种规格纸盒(150ml到350m1)包装的充填灌装，只需数分钟就可以替换包装规模，提高了设备的柔软性。 五、我国无菌包装发展现状和未来 目前，在世界上许多地方，无菌包装已成为与人们生活最密切相关的包装形式之一。作为包装业的后起之秀，无菌包装在奶制品生产上的广泛应用已成为乳品业发展的新亮点。 80年代中期，我国开始陆续引进瑞典利乐公司、美国国际纸业公司等生产的无菌包装生产线及耗用的包装材料。但随着无菌包装行业的发展，光靠进口已不能满足生产需要。面对日益扩大的无菌包装市场和激烈的市场竞争，国内的无菌包装设备厂，也开始了自主研究和开发，由安微省科苑集团研制生产的全自动无菌包装机，其综合性能已经达到了国际先进水平。杀菌工艺采用双氧水和强紫外线灭菌系统，保证了液态奶在包装过程中的卫生要求，包装成品率达到98，具有良好的货架形象。杭州中亚包装有限公司生产的酸奶塑杯成型灌装生产线，在产量、自动化程度上都很高。还有上海人民塑料印刷厂等也先后研制出的适用于各种机型的复合纸等，都达到相当水平。国内企业已迈出了自主研发的步子，打破了无菌设备长期依赖进口的局面。 有关专家认为，目前中国包装行业总体水平与一些发达国家相比落后许多，但这一差距也显示出中国包装行业成长的潜力。以无菌包装的产品来说，在发达国家中，此类包装已占整个饮料包装的65以上，平均每