无菌冷灌装(1)

无菌冷灌装工艺的应用研究 以及完备的解决方案 无菌冷灌装工艺的应用研究 以及完备的解决方案 无菌 工艺 灌装 研究 应用 一 无菌包装技术简介 一 无菌包装技术简介 无菌包装技术诞生于二十世纪三十年代 1961 年利乐公司首先将纸盒 Tetra Pak 无菌包装技术用于商业生产 现在 PET 无菌冷灌装生产线采用 无菌空间进行杀菌 确保整个灌装过程达到无菌要求 无菌冷灌装是指在无菌条件下对饮料产品进行冷 常温 灌装 这是相对于通常采用在一般条件下进行的高温热灌装方式而言的 在无菌条件下灌无菌冷灌装是指在无菌条件下对饮料产品进行冷 常温 灌装 这是相对于通常采用在一般条件下进行的高温热灌装方式而言的 在无菌条件下灌 装时 设备上可能会引起饮料发生微生物污染的部位均保持无菌状态 所以不必在饮料内添加防腐剂 也不必在饮料灌装封口后再进行后期杀菌 装时 设备上可能会引起饮料发生微生物污染的部位均保持无菌状态 所以不必在饮料内添加防腐剂 也不必在饮料灌装封口后再进行后期杀菌 就可以满足长货架期的要求 同时可保持饮料的口感 色泽和风味 就可以满足长货架期的要求 同时可保持饮料的口感 色泽和风味 无菌冷灌装技术的关键是保证灌装封口后的饮料内微生物控制在允许范围内 即商业无菌 为了保证无菌冷灌装的成功 生产线必须满足以下基 本要求 产品经过超高温瞬时杀菌达到无菌状态 包装材料和密封容器要无菌 灌装设备达到无菌状态 灌装和封盖要在无菌环境下进行 关键控 制点的建立 监测 记录和控制 冷热灌装全方位对比冷热灌装全方位对比 虽然 PET 无菌冷灌装发展时间不长 但世界几大著名饮料设备生产商已具有比较成熟的无菌冷灌装工艺 以下是无菌冷灌装和热灌装的详细 比较 热灌装一般分为两种 一种是高温热灌装 即物料经过 UHT 瞬时杀菌后 降温到 85 92 进行灌装 同时进行产品回流以保持恒定的灌装温度 然后保持该温度对 瓶盖进行杀菌 一种是物料杀菌灌装后在 65 75 进行巴氏杀菌并添加防腐剂 这两种方式无需对瓶子和盖子进行单独灭菌 只需将产品在高温下保持足够长的 时间即可达到杀菌效果 PET 无菌冷灌装首先对物料进行 UHT 瞬时杀菌 然后快速降温至常温 25 进入无菌罐中暂存 其次用化学消毒剂将瓶子 盖子进行 杀菌 然后在无菌环境下进行灌装 直至完全密封后才离开无菌环境 整个过程物料受热时间短 灌装操作均在无菌环境下进行 灌装设备和灌装 区也都经过消毒处理 产品的安全性可以得到保证 PET 无菌冷灌装与热灌装相比的突出优点在于 一 采用超高温瞬时杀菌技术 UHT 对物料的热处理时间不超过 30 秒 最大程度地保证了产品的口感和色泽 并最大限度地保存了物料中维 生素 热敏性营养素 的含量 二 灌装操作均在无菌 常温环境下进行 产品中不添加防腐剂 从而保证了产品的安全性 三 提高了生产能力 节约了原材料 降低了能源损耗 使产品制造成本降低 四 技术的先进性 可以广泛适用于灌装各种饮料 五 洁净概念在饮料无菌包装中的应用 洁净概念在无菌生产中的应用已有数十年的历史 随着科技和工艺的进步 目前洁净概念已在饮料厂被广泛应用 从而使饮料产品生产的卫生 性及安全性在不断提高 空气洁净室根据空气中控制对象分为两类 控制尘埃者称为无尘室 IndustrialClean Room 通常工业用 控制微生物者称为无菌室 Bio CleanRoom 在食品工业上应用 即防止微生物污染 在无菌状态下加工及包装 不用防腐剂 以求维持一定时间内食品不会腐败变质 保持新鲜度及原有风味并延长风味时间为目的 无菌室的洁净度 一般从 100 至 100 000 级 级数的定义是以每立方英尺空气中所含微尘粒径大于 0 5 m 的粒子总数为基准 饮料工厂的 空气洁净室 一般级数设计在 10 000 左右 充填包装作业可能严格控制在 100 而原料调配 加工及杀菌区建议在 100 000 级 为维持洁净室 内正压 一般是排气量较外界进气量少 25 左右 无菌室与一般房间的必要压差要求在 200Pa 而洁净级数不同的无菌室互相之间要求在 66 66Pa 无菌风过滤器又称 HEPA 过滤器 它是过滤器中的超高性能过滤器 对 0 3 m 以上空气粒子的捕集效率达 99 995 以上 除过滤致 病菌外 空气中所有微生物几乎可全部滤除而达到绝对过滤 无菌加工的饮料包装技术主要应用于可连续输送的流体食品 无菌过程是非常复杂的 连续式生产过程 在这过程中任何一项失误或产品的微生物再污染 都会影响整个无菌系统的失败 同时影响整批产品的卫生安全 目前 洁净概 念在无菌灌装机安全生产方面有着非常重要的应用 包装系统内必须建立并产生一个无菌洁净环境 使已杀菌产品能在此区域内灌装到无菌的包装 容器中 然后密封 目前康美包灌装机能建立一个稳定的 100 级的洁净环境 从而保证无菌生产 无菌风的产生 使正压的无菌层流空气能达到所 需的洁净度 康美包灌装机使用一道过滤网 两个 HEPA 精密过滤网 充分保证了无菌层流空气 同时在生产之前会对过滤网进行杀菌 从而保证 无菌风的有效 二 技术应用 二 技术应用 介绍了茶饮料无菌冷灌装生产工艺及设备 以此技术加工的产品能最大限度地保持茶饮料原有的营养成分营养成分和风味 而且极大地降 低了生产成本 具有较好的经济效益和发展前景 茶饮料 无菌冷灌装 成本 Tea beverage Cold aseptic filling Cost 目前 茶饮料生产工艺以热灌装为主 但是热灌装不仅产品成本高 工艺复杂 设备投资大 许多中小企业无力承担 而且热灌装由于其本身工艺上的 缺陷 产品口感欠佳 因此 采用无菌冷灌装技术生产茶饮料成为发展趋势 所谓无菌冷灌装是指在无菌的环境中 将先进行灭菌处理后的饮料充填 到经过灭菌处理的包装容器中 并进行无菌密封 茶饮料无菌冷灌装技术就其工艺特点而言 较适合于生产纯茶饮料 在保色 保香等方面具有热灌装工艺无可比拟的优势 一 工艺及设备 一 工艺及设备 1 设备设备 沉浸式 PET 瓶消毒机 无菌灌装机 沉浸式瓶盖消毒机 净化室 1 100 级 净化室 2 10000 级 调配罐 脱气机 纯净水制备系统 多级 浇渗式提取装置 远红外线超高温瞬时灭菌机 UHT CIP 就地清洗系统 生产线监控系统 双联过滤器 离心过滤器 精密过滤器 超滤器 2 工艺流程工艺流程 原水 水处理 去离子 煮沸 冷却 pH 调整为 6 10 茶叶浸提 60 80 2 4 min 过滤 200 目尼龙滤布 调和 加入维生素维生素 C 远红外线超高温瞬时灭菌 UHT 冷却 无菌灌装 充氮 密封 灯检 套标 缩膜 喷码 成品 空瓶 浸泡消毒 无菌水冲洗 瓶盖 浸泡消毒 无菌水冲洗 吹干 二 工艺技术及设备选配 二 工艺技术及设备选配 1 空瓶 瓶盖消毒 空瓶 瓶盖消毒 一次性 PET 空瓶和瓶盖的消毒主要是使用浸泡式消毒机消毒 空瓶和瓶盖进入消毒液时尚残留有未消毒的空气 这些空气需 要用真空装置全部抽出 瓶的内外表面也必须完全浸没于消毒液 并停留一段时间 保证细菌被完全杀灭 然后将瓶的消毒液倾倒完后引进无菌水浸泡 槽内浸泡 在输出前用无菌水对 PET 瓶进行短暂的内 外喷身处理 接着用与瓶内同等压力的无菌空气 100 级 吹淋 尤其是瓶盖必须要求吹干 进 一步确保处理过程在无菌环境下进行 因此 消毒池成了一种将无菌空气与非无菌空气环境分开的气锁 2 纯净水 纯净水 水是茶饮料生产中使用量最大的原料 水中离子和溶解氧的多少 pH 值的大小等均可能对茶饮料的品质产生影响 自来水因其含有较 多的离子和溶解氧等而不适宜 而蒸馏水所生产的茶饮料品质也欠佳 因此 一般使用纯净水 但是 纯净水也需要采取一定的措施将溶解氧限制在一 定含量以下 因为水中溶解的氧在加工过程中可能氧化茶汤中的茶多酚和维生素 C 等 从而使茶汤色泽加深并改变风味 减少溶解氧的措施可以是在 萃取前通过将纯净水煮沸除去 也可以通过通入 N2 及 CO2 除去 纯净水的制备一般需配备机械过滤器 精密过滤器 活性碳过滤器 一级或二级 RO 反渗透装置 具体情况可根据当地的水质报告作相应的调整 3 茶叶 茶叶 茶叶要求选择当年的茶叶 最好是新茶 如果是陈茶 或贮藏过久的茶 宜通过适当烘烤以改善原料茶的品质 不同厂家可根据自身的实 力选择不同等级的茶叶原料 水质一般选用纯净水 用纯净水萃取茶叶前最好先加热煮沸以除去水中的溶解氧 防止游离氧引起茶叶内含成分的氧 化和汤色的褐变 4 浸提浸提影响茶叶浸提效果的因素有茶水比 浸提温度 浸提时间 茶叶颗粒大小等 茶饮料中茶叶浓度以 1 左右较适合消费者口味 但是 在生 产中茶水比如果按 1 8 20 的比例生产浓缩茶汁 配制时再稀释即可 浸提时应遵循的原则是 在保证充分萃取出茶叶中有效成分和茶汤品质的 前提下 尽量降低萃取温度和减少萃取时间 常用的提取设备有 单级浸泡式提取装置 多级浇渗式提取装置和连续逆流提取装置 单级浸泡式提取 装置适用于规模较小的茶饮料厂家 但在工艺上应尽可能缩短提取时间 以减少茶汁风味的损失 后两种设备更适合于规模较大的饮料生产企业 5 化糖 化糖 白糖 CMC Na 等配料在高速化糖锅中加热溶解后 经双联过滤器过滤后 泵入调配罐中搅拌混合均匀 6 过滤澄清 过滤澄清 茶饮料加工过程中中最常见的问题是出现混浊或沉淀 特别是在低温下 浓缩茶汁中含有淀粉 果胶 蛋白质 茶多糖等大分子物 质 以及小分子物质如当的方法进行澄清过滤处理 这些物质就会在低温下或在贮藏中产生混浊沉淀 澄清过滤处理一般是采用常规过滤 精密过滤 和超滤相结合的方法 常规过滤主要是将茶汁中的较粗的颗粒物质除去 设备有袋式过滤器 板框式过滤器和离心分离机 精密过滤器主要 是为消除茶汁中的其余细小固形物 以降低超滤的使用成本 而超滤则主要用于去除大分子物质 如蛋白质 果胶 此外 还能去除微生物 尤其是酵 母菌和霉菌 达到滤液无菌的目的 经超滤后的茶饮料基本上达到滤液澄清 透明 无沉淀 7 调配 调配 由于茶饮料极易氧化褐变 并改变茶饮料的风味 因此调配时需要加入一些抗氧化剂 常用的抗氧化剂是维生素 C 及其钠盐 也可使用异 构抗坏血酸及其钠盐 如茶饮料偏酸 则需调整 pH 一般使用碳酸氢钠调节 在茶饮料滋味允许的前提下 宜将 pH 值调低一些 这样既有利于保持 茶饮料中茶素等成分的稳定性 还具有防止微生物滋长的作用 8 杀菌及冷却 杀菌及冷却 茶饮料含有丰富的营养成分 微生物极易生长繁殖 因此必须进行杀菌处理 但由于茶汤体系极不稳定 对加热十分敏感 如果采用 常规加热杀菌 则产品色泽会加深 而且会产生熟汤味 所以一般采用超高温瞬时灭菌机 UHT 灭菌 灭菌温度为 125 时间 8 12s 出口温度保持 在 30 35 如果饮料温度仍不能满足工艺上的需要 可使用板式换热器继续冷却 9 灌装 灌装 由于采用的是无菌冷灌装工艺 所以无需耐热 PET 瓶 使用普通的 PET 瓶即可 灌装设备可采用喷瓶 冲瓶 灌装 封盖无菌灌装机组 但是环境的无菌要求较高 灌装净化室 1 必须达到 100 级以上的空气净化要求 灌装阀门结构必须简单 易于清洗 阀内无夹缝等卫生死角 经过三 级过滤后所得到的无菌空气进入灌装室多采用密集流线散流器 顶部送风方式 并保证灌装室内正压为 115 130 mm 水柱 灌装室外的净化室 2 则 只需达到 10000 级以上的空气净化要求即可 但必须保证工作时正压为 109 115mm 水柱 而且无菌风通过扰流板后要求能平衡地保持风压均匀 PET 瓶是通过空气输送道进入灌装机组 喷瓶机 冲瓶机 灌装机 封盖机 通过星轮将 PET 瓶送进喷瓶机 在整个组合机内 PET 瓶的传送均是 依靠颈夹牢固地夹住颈环而进行的 10 包装 包装 灌装后的瓶子需经喷淋风干 然后套标 缩膜 分为电热和蒸汽加热两种 喷码 装箱 11 净化系统 净化系统 净化室的任务是将整个消毒 灌装 封盖区域维持在无菌状态下 并利用微过滤和低紊流微压力的无菌空气将普通空气阻隔于净化室 外 首先 PET 瓶和瓶盖从浸泡式消毒机 无菌水浸泡槽出来后 利用颈夹传送系统输送 经过一个无菌空气气锁将普通空气阻隔于净化室外 然后 在喷瓶机内 通过连续供给高纯度无菌空气 以及利用双氧水 蒸汽等对 PET 瓶进行消毒处理 从而实现绝对无菌的生产环境 净化室有两个 净化 室 1 100 级 位于消毒机到灌装机和封盖机之间 与整套机械连成一体 净化室 2 10000 级 与气锁系 统相连 其范围是从消毒机无菌水冲洗和无菌空气吹干的输出口开始 延伸到灌装机和封盖机长约 115m 这两个净化室均装有无菌空气过滤器 吹风 机 照明灯和净化室监测仪器 12 CIP 清洗系统 清洗系统 全自动就地清洗和消毒系统 CIP 包括对所有产品和介质接触的设备进行内 外清洗和消毒 设备内部包括内表面进行清洗 杀菌和消毒 设备外部的清洗和消毒包括对净化区进行泡沫处理 瞬时消毒和无菌水冲洗 系统包括盛装酸 碱 热水的三个槽 泵 阀及加热器 温度 液位测量及电脑控制等部分组成 统相连 其范围是从消毒机无菌水冲洗和无菌空气吹干的输出口开始 延伸到灌装机和封盖机长约 115m 这两个净化室均装有无菌空气过滤器 吹风 机 照明灯和净化室监测仪器 13 结束语 1 无菌冷罐装一方面由于采用常规 PET 瓶盖代替耐热 PET 瓶盖 不需要恒温循环系统 倒瓶杀菌和喷淋冷却等装置 所以生产成本可大大降低 另 一方面该工艺采取的是常温灌装 不仅避免了茶饮料的高温氧化所引起的颜色改变和产品中有效成分的损失 而且口感更宜人清爽 所以 与热灌装