无菌包装技术

关于无菌包装技术12无菌包装技术发明于20世纪40年代，最初是为了生产不能用传统的高压釜灭菌、但要求有较长货架寿命的产品（如乳制品及香蕉泥之类的热敏性食品）而开发的。第2页,共60页，2024年2月25日，星期天3无菌包装技术的发展历史1913年，丹麦丁·尼森就曾对牛乳进行热杀菌并实施无菌包装，于1921年取得无菌保藏加工方面的专利。上世纪20年代，美国研究了加热-冷却-充填(HCF)无菌加工，主要研究罐头的灌装、封口设备。罐头和盖子以饱和蒸汽杀菌，以蒸汽或蒸汽与空气混合气体保持封口空间的正压。40年代末，瑞典乳品业和机械制造业合作研究开发出超高温瞬时杀菌技术，用于乳品加工，同时还成功地开发了生产上可行的装置。该装置是后来乳品加工中利乐包(TetraPak)无菌包装系统的必要组成部分。40年代，美国开始了多尔-马丁(Dole-Martin)无菌罐装系统的研制，1950年市场上出现了第一台工业无菌充填装置。在近20～30年期间，无菌包装技术的研究取得了很大的进展，它不仅应用于乳品工业，而且广泛应用于其他食品工业。尤其是果汁、蔬菜汁、豆奶、酱类食品、营养保健食品类的无菌包装，其应用更为面广量大。第3页,共60页，2024年2月25日，星期天4特点：被包装食品和包装材料容器单独杀菌1.食品的杀菌时间短，使产品的色、香、味和营养素损失小；2.比普通罐头制品的杀菌耗能量少，且不需大型的杀菌装置，可实现连续杀菌灌装密封，生产效率高；3.包装材料、容器表面杀菌技术较易，对耐热性要求不高；4.与包装后杀菌相比，食品与容器之间不易发生反应，包装材料向食品中迁移减少。尽管无菌包装有如此多的优点，但仍存在一些缺点：（1）很难用于流动性差的高粘度包装物品；（2）设备复杂，规模较大，造价高，因此起始成本高；（3）对操作管理要求十分严格，一旦发生污染，整批产品就要全部报废。第4页,共60页，2024年2月25日，星期天5第5页,共60页，2024年2月25日，星期天6二、无菌包装的包装体系杀菌方法（一）无菌包装食品的杀菌方法1.超高温瞬时杀菌UHT（ultrahightemperatureinstantaneoustime）1)直接加热杀菌法：用高压蒸汽直接向食品喷射，使食品以最快速度升温，在几秒钟内达到140-160℃高温并维持几秒钟，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。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）至室温第6页,共60页，2024年2月25日，星期天7

表牛奶的加热温度与孢子死灭时间、褐变以及成分变化关系加热温度（℃）相对孢子破坏度孢子死亡时间相对褐变度食品有效成分残留率1001

400min10.7％11010

36min2.533％120100

4min6.273％1301，000

30s15.692％14010，000

4.8s39.098％150100，000

0.6s97.599％第7页,共60页，2024年2月25日，星期天82）间接加热杀菌法采用换热器，根据食品的黏度和颗粒大小可选用片式换热器：果肉含量不超过1-3%的液体食品；管式换热器：适应范围较广；刮板式换热器：高粘度食品。第8页,共60页，2024年2月25日，星期天92.高温短时杀菌HTST（hightemperatureshorttime）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。3.欧姆杀菌（ohmsterilizing）对于带颗粒的液态食品如牛肉丁和胡萝卜丁的汤汁类液态食品。第9页,共60页，2024年2月25日，星期天10（二）无菌包装材料和容器杀菌方法杀菌方法视材质而不同玻璃、金属可采用加热杀菌法：过热蒸汽杀菌纸塑类：物理方法：紫外线辐射杀菌——波长250-270nm，杀菌效果与照射强度、时间、距离和空气温度、材料表面状态；

化学方法：H2O2杀菌或环氧乙烷等进行杀菌杀菌效果与H2O2的温度和浓度有关H2O2H2O+[O]第10页,共60页，2024年2月25日，星期天11

灭菌方法：1、高压蒸汽直接喷射（用于食品和玻璃容器杀菌）2、紫外光照射+H2O2喷雾处理（用于纸塑容器杀菌）第11页,共60页，2024年2月25日，星期天12图8-1H2O2的温度对细菌存活率的影响第12页,共60页，2024年2月25日，星期天13图8-2H2O2的浓度对细菌成活率的影响第13页,共60页，2024年2月25日，星期天14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。H2O2灭菌工艺只有在H2O2溶液温度和浓度较高时才有可能应用于无菌包装。一般当H2O2浓度达到30％，灭菌温度为80℃时，即可取得较好的杀菌效果。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，只有良好的润湿性，才能实现更好的杀菌效果。因而有时需要结合使用有效的润湿剂。配备热空气喷射（90～100℃的热空气），以增强H2O2的灭菌效能。第14页,共60页，2024年2月25日，星期天15图8-3紫外线和双氧水相结合杀菌方法的杀菌效果第15页,共60页，2024年2月25日，星期天16（三）包装系统设备及操作环境的杀菌方法1.包装系统设备的杀菌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，因此在输送过程中，要保持接管处，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。同时要求输送线路尽可能简单，以利于清洗。CIP2.操作环境的杀菌定期进行紫外线照射、空气过滤第16页,共60页，2024年2月25日，星期天17三、食品无菌包装系统1.利乐包纸盒无菌包装系统菱形袋与砖形盒1961年，利乐与Alpure公司合作，成功研发出无菌包装系统，解决了灭菌与包装一体化的难题，堪称液态食品包装发展的里程碑。

TetraPak无菌装置的特点（1）包装材料以板材卷筒形式引入；（2）所有与产品接触的部件及机器的无菌腔均经灭菌；（3）包装的成型、充填、封口及分离在一台机器上进行。第17页,共60页，2024年2月25日，星期天18使用卷材来制作容器的优势

（1）机器操作人员的工作任务比较简化，只需安装包装材料，劳动强度低；（2）因为只是平整的无菌材料进入机器的无菌区，可保证高度无菌；（3）集成型、充填、封口为一体，不需要工序间的往返运输；（4）包装材料的存储空间小，且无需空容器的存储空间；（5）包装材料利用率高。第18页,共60页，2024年2月25日，星期天19包装材料的组成1.聚乙烯(外层)2.印刷层3.纸板(双层)4.聚乙烯(拉伸)5.铝箔6.聚乙烯7.聚乙烯(抗氧化性)图8-4利乐包包装材料组成第19页,共60页，2024年2月25日，星期天20包装的过程

下面以L-TBA／8无菌包装机为例说明这类无菌包装的典型过程。全过程大致分为以下几步：（1）机器的灭菌；（2）包装材料的灭菌；（3）包装的成型、充填、封口和割离；（4）带顶隙包装的充填；（5）单个包装的最后折叠。第20页,共60页，2024年2月25日，星期天21图8-5L-TBA/8充填系统的灭菌首先是空气加热器预热和纵向纸带加热器预热，在达到360℃的工作温度后，将35％H2O2溶液通过喷嘴分布到无菌腔及机器其它待灭菌的部位。H2O2的喷雾量及喷雾时间是自动控制的，以确保最佳的杀菌效果。喷雾之后，用无菌热空气使之自动干燥。第21页,共60页，2024年2月25日，星期天22图8-6包装材料的灭菌包装材料引入后即通过一充满35％H2O2溶液(温度约75℃)的深槽，其行径时间根据灭菌要求可预先在机械上设定。包装材料经由灭菌槽之后，再经挤压拮水辊和空气刮水刀，除去残留的H2O2，然后进入无菌腔。

第22页,共60页，2024年2月25日，星期天23图TB/TBA的纵向密封图充填管(TetraPakNr.O4:15/J-09)第23页,共60页，2024年2月25日，星期天242.纸盒预制无菌包装－－Combibloc无菌包装系统典型设备是德国PKL公司的Combibloc无菌包装设备。操作过程机器的灭菌→预制筒开袋、封底→容器的灭菌→充填→消泡→封顶→盒顶成型。使预制筒张开、封底形成一个开顶的容器，然后用进行灭菌。在无菌环境区内将灭菌过的物料灌入无菌容器。如果需要产品有可摇动性的形状，则需留足够的顶隙空间，以便充以氮气等惰性气体。最后封顶，并进行盒顶成型后送往下道工序。第24页,共60页，2024年2月25日，星期天25图8-7康美盒无菌包装系统工艺过程第25页,共60页，2024年2月25日，星期天26图8-8康美盒无菌包装机1盒坯输送台2盒坯底部加热装置3活动吸盘4定形轮5顶部折纹装置

6H2O2蒸气收集罩7热空气干燥装置8灌装机构9热印装置10顶部压平装置

11传送轮12盒顶部封口装置等组成。第26页,共60页，2024年2月25日，星期天273.金属罐的无菌包装图8-9无菌罐装包装系统1—包装罐灭菌部位；2—充填部位；3—包装罐盖灭菌部位；4—封罐部位。第27页,共60页，2024年2月25日，星期天28金属罐：金属罐是无菌包装使用最早的包装形式之一，主要分马口铁罐和铝罐两种，目前世界上金属罐无菌包装的最先进的典型代表是美国的多尔无菌装罐系统。多尔系统所采用的金属罐灭菌方法是干热灭菌，即采用高温过热蒸汽来灭菌。当空罐在输送链上通过灭菌室时，过热蒸汽从上下喷射45s，这时罐温上升到221℃～224℃，罐盖也采用287℃～316℃的过热蒸汽灭菌75s～90s，这样的高温足以杀灭全部的耐热细菌。由于所有容器和设备均采用过热蒸汽灭菌，因此无菌程度高，罐头内部顶隙残留空气极少，且处于高真空状态，产品的质量安全可靠。

第28页,共60页，2024年2月25日，星期天294.塑料瓶的无菌包装

塑料瓶无菌包装系统有吹塑瓶和预制瓶两种类型，前者吹塑制瓶时构成无菌状态并充填和封口，后者将预制瓶在无菌包装机内再杀菌后充填和封口。

第29页,共60页，2024年2月25日，星期天30（1）吹塑瓶无菌包装系统吹塑瓶无菌包装系统是以热塑性颗粒塑料为原料，采用吹模工艺制成容器，在无菌环境下，直接在模中进行物料的充填、封口。其显著特点是容器不需要二次灭菌，因为在挤压吹模成型后，模中的容器已是无菌的了，故在无菌环境下可直接进行充填、封口。该系统可包装各种产品，如超高温灭菌乳、果味奶、巧克力饮料、婴儿配方乳、水果饮料、柠檬汁以及不充的其他饮料(碳酸饮料除外)。塑料瓶的造型随市场需要而变化，但同时也受吹模工艺及经济的影响。设备的生产能力取决于模具的数量、充填体积等。用于制造容器的主要材料是聚烯烃类，如聚乙烯、聚丙烯及其共聚物等。第30页,共60页，2024年2月25日，星期天31（2）吹塑瓶无菌包装的过程

①吹模中容器的成型②吹模中的无菌充填、封口③制品脱模④封口⑤定量给料装置的在线清洗第31页,共60页，2024年2月25日，星期天32图8-10塑料瓶无菌包装系统1—材料卷筒；2、9—过氧化氢槽；3—吸气吸液；4、11—干燥空气；5—加热元件；6—热塑材料成型（用无菌空气）；7—无菌充填部位；8—充填区域（无菌通道）；10—负压干燥；12—真空封口；13—铝材料卷筒（上盖）；14—冲剪模；15—输出。第32页,共60页，2024年2月25日，星期天335.玻璃瓶和预制塑料瓶无菌包装过程

玻璃瓶和预制塑料瓶无菌包装系统的主要特性是在生产过程中，包装系统内部始终充填着略高于大气压的无菌空气，使外界大气中的细菌等不能进入，从而达到包装时无菌环境的要求。其包装过程如下：（1）瓶子的灭菌（2）瓶盖的灭菌（3）无菌填充（4）封盖第33页,共60页，2024年2月25日，星期天34（1）瓶子的灭菌瓶子经一段时间预热后，被送至灭菌工序。灭菌剂管逐渐插入瓶内，吹出蒸汽与热空气的混合物，对容器的全部内表面进行灭菌。待灭菌剂管完全插入后，瓶子上升，稍稍上升，稍稍离位，流出灭菌剂进入环隙的通路，如此容器内外表面经一定时间的灭菌作用之后，凝结在内外表面上的水蒸汽由热的无菌空气吹干。灭菌剂流速、温度和浓度等操作可按不同容器的要求来调节。

第34页,共60页，2024年2月25日，星期天35（2）瓶盖的灭菌瓶盖的灭菌要根据瓶盖材料的特性采用不同的方法。若瓶盖为热敏性的，则采用前述的溶液灭菌法；若瓶盖为非热敏性的，则可采用饱和蒸汽热灭菌等方法。无论采用何种方法，均要确保整体无菌。第35页,共60页，2024年2月25日，星期天36玻璃瓶无菌包装系统图8-11玻璃瓶的无菌包装系统之一左：洗瓶机，瓶子倒立；中：瓶子杀菌机；右：瓶子的充填和封盖第36页,共60页，2024年2月25日，星期天37图8-12玻璃瓶的无菌包装系统之二第37页,共60页，2024年2月25日，星期天386.热成型塑料杯无菌包装设备

热成型塑料杯无菌包装设备主要有法国的Erca、美国的Thermoform和Bosh等公司生产的机型。图8-13热成型塑料杯外形及盖膜结构第38页,共60页，2024年2月25日，星期天39埃卡（Erca）热成型塑料杯无菌包装设备

Erca热成型塑料杯无菌包装机的结构类似卧式热成型—充填—真空封口(FFS)包装机，但杯材的热成型、充填、热封均在封闭的无菌室内进行，然后分割成4或6个一组的成品。第39页,共60页，2024年2月25日，星期天40图8-14Erca热成型塑料杯无菌包装设备第40页,共60页，2024年2月25日，星期天417.箱中衬袋无菌包装

STAR-ASEPT无菌包装过程图8-15STAR—ASEPT充填装置的杀菌和充填工序(1)蒸汽杀菌(2)充填产品(3)蒸汽冲洗(4)充填完毕先用钳子提起充填嘴，按预设的温度和时间进行蒸汽杀菌。杀菌过程由内部组装的监测系统来控制和录下。当杀菌结束后，袋子松开，以便充填。然后充填阀打开，充填嘴被拉向后，物料冲入袋中直至达到预定的重量。于是充填阀关闭，充填阀与充填嘴之间的小间隙则在用蒸汽冲洗之后才闭合。最后充填嘴关闭。一旦充填过程全部完成，袋