1、第十二章 食品无菌包装技术,一、无菌包装的定义,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。或者指将流质或半流质食品经超高温瞬时杀菌(UHT)或高温短时杀菌(HTST)后,迅速冷却至30一40,在无菌环境下将物料充人已灭菌的包装容器内密封的一种包装技术。,无菌包装(Aseptic Packaging)的最大特点是被包装食品和包装材料分别杀菌。 无菌包装的食品一般为液态或半液态流动性食品，其特点为流动性好、可进行高温短时杀菌(HTST)或超高温瞬时杀菌(UHT)，产品色、香、味和营养素的损失小。例如维生素能保存95，且无论包装尺寸大小，
2、质量都能保持一致，这对热敏感食品，如牛奶、果蔬汁等的风味品质保持具有重大意义。处在无菌条件下的被包装食品，可在常温下贮存流动而不会变质。,无菌包装技术于20世纪40年代发明，最初是为了生产不能用传统的高压釜灭菌，且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感食品)而开发的。,二、无菌包装食品的分类和特点,1.常温保存的无菌食品 指采用包装机把连续杀菌过程和无菌容器包装结合起来,以获得能在常温下储存的商业无菌食品。一般来说,超高温瞬时杀菌和其他方法预杀菌的乳及乳制品、布丁、甜食、蔬菜汁、果汁、汤竹、沙司以及带颗粒状的食品均可无菌包装。,2.低温保存的无菌食品指在无菌环境下将没有杀菌的新
3、鲜食品,如发酵乳、甜食、酸乳酪等包装起来,以使食品在冷藏链中免受霉菌、酵母菌等的再污染,延长食品的货架寿命。,无菌包装与传统罐装工艺及其他所有的食品包装的不同之处在于： 1.食品单独连续杀菌，包装也单独杀菌，两者相互独立，这就使得比普通罐头制品的杀菌耗能量少，且不需用大型的杀菌装置； 2.可实现连续杀菌灌装密封，生产效率高。但是，若在加工、包装、充填、封合的各个环节中有任一地方未能彻底杀菌，就会影响产品的无菌效果。 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。,传统的罐头使食品无菌，但一般来说食品的营养成分和风味品质在加工过程中受到
4、了损害。无菌包装技术使食品单独连续杀菌，很好地解决了传统罐头的缺点，可使热敏性食品的货架寿命得到保证，而且使包装食品营养更丰富、味道更鲜美。,三、无菌包装的基本原理,食品无菌包装基本上由以下三部分构成:一是食品物料的预杀菌;二是包装容器的灭菌;三是充填密封环境的无菌。这是食品无菌包装的三大要素。 由于无菌包装技术的关键是要保证无菌,所以其基本原理是以一定方式杀死微生物,并防止微生物再污染为依据。,四、无菌包装材料,一般来说,对食品包装材料的性能要求是:要能保持食品的品质,提高食品的商品价值,适应生产的连续化,保证食品的卫生安全,具备生产应用上的经济性。,无菌包装对包装材料性能的要求,对无菌包装
5、用的材料,一般要求具备以下性能。 热稳定性在无菌热处理期间不产生化学变化或物理变化。 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。 热成型稳定性在无菌处理或千制的热处理过程中,容器外形不发生明显改变。 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。 防潮性阻止水分的穿透,以保持产品应有的含湿量。 韧性和刚性具有合适的韧性和刚性,便于机械化充填、封口。 避光性阻隔光线的穿人。 卫生性材料应是无毒的、符合食品卫生标准,且易杀菌。 经济性来源丰富,成本低。,无菌包装基础材料一般可分为四类:塑料、纸板、金属和玻璃。 从完全阻隔分子扩散而
6、言,金属和玻璃是理想的材料。使用这些材料,其良好的保藏性能取决于容器的密封性及牢固性,但包装成本较高。纸板和塑料价格较便宜,可大大降低包装成本,因此二者是无菌包装系统中最常用的包装材料。,常用无菌包装材料,1.利乐包包装材料 2.康美盒包装材料 3.芬包塑料袋包装材料 4.塑料瓶包装材料 5.埃卡(NAS)塑料杯包装材料 6.大袋包装材料,1.利乐包包装材料,利乐包的包装材料是由纸基与铝箔及塑料复合层压成,厚约0.35mm。包装材料以纸板为基材(占80%),纸板复合了几层塑料和一层铝箔包装材料,不包括印刷的油墨层共6层,最内层的PE (或其他塑料)阻止液体食品泄露。铝箔阻气,并保护食品防止氧化
7、和免受光照影响。PE使铝箔与纸板之间紧密相连。纸板赋予包装应有的机械强度以便成型,且便于油墨印刷。外层的PE层保护印刷的油墨并防潮,且当包装叠起时保护封口表面。,2.康美盒包装材料,康美盒的包装材料为6层复合, 图52是康美盒无菌包装材料结构示意图。纸盒的基材由优质纸板以单层或多层加工而成,用于装液体食品的纸盒多有复合材料制成。最外层的LDPE覆盖层保证有良好的印刷表面，同时有防潮性和密封性。从纸板和第二 LDPE层往内有一层6.5m厚的铝箔,其作用是阻氧避光。从铝箔再往内还有一层LDPE,以提供黏合性。整片复合纸板由70%的纸板、25%的PE和5%的铝组成。,3.芬包塑料袋包装材料,塑料袋包
8、装材料也要求采用pvDc或EVOH高阻隔层的复合塑料膜或铝塑复合膜,以取得较长的货架期;也可用包装成本低的聚乙烯包装材料,但货架期较短。芬包采用外层白色而内层黑色的LDpE黑白复合膜,亦可采用铝塑复合膜等高阻隔性包装材料。芬包的黑白膜厚度为0.o9mm,无菌奶包装在常温下的货架期可达3个月,而采用铝塑复合膜则货架期可达6个月。由于牛奶中所含维生素B和维生素C在自然光照射2h后损失80%,采用黑白膜包装可以避光而减少营养素的损失,而且包装成本低。,4.塑料瓶包装材料,塑料瓶无菌包装型有预制瓶和吹塑瓶两种类型。塑料瓶无菌包装可用于各种中性或低酸食品,也可用于包装高酸食品 。,预制瓶的基本包装材料有
9、多种,如PP, PC, PET等,其中主要是PET,如与阻隔性包装材料共挤可得到气密性能非常好的容器。一般价格较低的PET瓶,由于未经结晶化,只能承受74以下的温度。 吹塑瓶是以热塑性颗粒塑料为原料,采用吹模工艺制成的容器。由于塑料粒子在挤出机挤出时的温度达200一220,再用无菌空气吹成瓶已是无菌,接着在模中直接充填、封口。,5.埃卡(NAS)塑料杯包装材料,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。这种包装材料的特点是中性、无菌和高阻隔性。其含义是:中性即NAS片材适合包装属中性、低酸、低脂肪的食品,其PH一般在4一7之间;无菌即NAS片材表面有一层无菌保护
10、膜,片材在进人包装机的无菌区后剥离保护,然后进行热成型、灌装和封口,因此可省略包装容器的灭菌程序;高阻隔性是塑料复合层中采用了对气体高阻隔性的PVDC或EVOP,因而能较好地保持食品的风味和质量,无菌包装产品的货架期可达一年,与传统的马口铁罐或玻璃瓶不相上下。,图5-3是NAs杯材的结构,由6或8层塑料用共挤法加工成片材卷。杯材最外层的PP层作为无菌保护层,它与第二层PE界面是光滑和无粘连的,但两层之间又紧贴且无缝隙,在进人包装机无菌区揭开保护膜后露出无菌的PE层。用作保护膜的PP层要求有较好的韧性,以免在剥离时断裂,并且和PE一起有很好的共挤流动稳定性能。PE层的功能有两方面:一是作为与食品
11、接触的无毒包装材料;二是作为易于盖膜密封的热封材料和阻隔水蒸气。PE层采用LDPE或LLDPE。第三、五层是用EVA作为第四层EVOH或PVDC与PE层和HIPS的黏合剂,每层的厚度约占总厚度的1%一2%。EVOH和PVDC是高阻隔层,具有最优异的氧气阻隔性能,但EVOH对水蒸气特别敏感,在受到水蒸气侵人后,会降低氧的阻隔性。由于和食品接触的PE层有很高的水蒸气阻隔性,因而可避免水蒸气对EVOH层的影响。EVOH或PVDC的厚度,一般根据用户提出包装容器允许的氧气渗透量,然后由供应厂商计算出片材中EVOH或PVDC的最低厚度。一般阻隔层占片材总厚度的3%一10%。目前,NAS片材使用的阻隔层均
12、为PVDC。最外层,即第六层,是HIPS(高抗冲击聚苯乙烯),具有优良的热成型性能。如NAS片材在热成型包装机上的拉伸比L/D为1.5:(1一2)。此外,HIPS作为杯体的外表面,具有很好的韧性和耐冲击性以及与商标材料黏结性能。,6.大袋包装材料,图5-5包装袋由带有两个未固定的直链低密度聚酯(LLDPE)内衬袋的复合材料构成。该LLDPE内衬袋可承受140蒸汽短时杀菌。包装袋的阻光、隔绝氧气、防温作用主要由共挤层及铝箔承担。铝箔外层喷涂聚酯以抗挠裂。,无菌包装材料的选用,五、无菌包装体系的杀菌方法,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
13、作环境的杀菌处理。,1UHT(Ultra High Temperature Short Time) 即超高温瞬时杀菌，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 工作原理如图3-62所示，用高压蒸汽直接向食品喷射，使食品以最快速度升温，在几秒内达到 140160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。,1、超高温瞬时杀菌,(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换热器、管式换热器、刮板式换热器。,片式换热器适用
14、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。,2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。,借助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，常规的换热器间接
15、加热杀菌方式，其热量首先由加热介质通过间壁传递给食品物料中的液体，然后靠液体与固体颗粒之间的对流和传导传给固体颗粒，最后是固体颗粒内部的传热。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1-2S)，从而得到高品质的产品。,3欧姆杀菌,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立即产生杀菌效果，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。,4H2O2和
16、紫外线并用的杀菌方法,要防止食品受到来自系统外部的微生物污染，由此在输送过程中，要保持接管处、阀门、热交换器、均质机、泵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。要求输送线路尽可能简单，以利于清洗。无菌包装系统设备杀菌处理一般采用CIP原位清洗系统实施，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汽杀菌,5 连续作业生产线杀菌,6操作环境的杀菌 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
17、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。,六、食品无菌包装系统,无菌包装系统的研究始于20世纪20年代，20世纪50年代由美国推出了世界上第一个无菌包装系统(Dole Aseptic Canning System)，接着又推出了玻璃瓶无菌包装机( Aseptic G1ass Filler)。多尔无菌包装系统在世界上已超过120多个，主要使用金属罐，用高温饱和蒸汽对空罐和盖预先杀菌，然后充填流动性无菌食品，布丁、奶酪、调味汁和汤类食品在美国多采用多尔系统加工包装。,(一) 纸盒无菌包装系统我国引进的主要是利乐砖型包无菌
18、包装机和国际纸业公司的SA-50型无菌包装系统。,(二) 采用预成型容器的无菌包装系统这种无菌包装系统不用卷筒材料，而是用预先压痕并接缝的筒形材料，在机器无菌区之外预先成型，然后用H2O2加热杀菌，用于牛奶和果汁饮料之类的无菌包装。由于纸盒在系统之外预制好，大大简化了无菌包装系统的纸盒成型部分。,包装材料用纸板铝箔PESurlyn树脂等组成。成平整状的半成型容器进入装置后，由真空作用使容器自动弹起打开，接着覆盖在容器底部的PE由热空气加热软化、成型和密封，然后传送到无菌填充部分 无菌填充部分由导入的无菌空气形成轻微的正压力，以防止来自装置外的空气进入无菌区而产生污染。容器内部用H2O2喷雾、2
19、00的热风加热消毒、蒸发干燥，使容器内表面残存的H2O2低于1mgkg。 填充食品后用超声波密封上口，并在容器侧面曲折向上，形成开口用的“舌头”，即为成品。,(三)塑料瓶(杯)无菌灌装系统塑料瓶(杯)无菌灌装系统为采用卷筒材料的塑料容器成型/充填/封合无菌灌装系统。该系统采用H2O2杀菌处理，底部材料和上部盖材用H2O2槽浸渍，而后经加热干燥器使材料带上的H2O2完全分解蒸发而达到无菌，然后在过压无菌空气环境下完成容器成型、充填、封口。,(四)衬袋盒(箱)(Bag-In-Box)无菌包装 衬袋盒(箱)是液体或半液体食品方便又经济的一种包装形式，有三部分组成：一个柔性的可折叠多层复合袋；封盖和管
20、嘴，产品通过它灌装和流出取用；刚性的外盒或外箱，根据容积大小可用瓦楞纸板或木板等材料制成。,衬袋盒(箱)无菌包装系统以瑞典ALFA-LAVAL公司的STAR-ASEPT较为典型，采用蒸汽杀菌，安全可行，且可进行杀菌温度和时间的测量记录，可适用酸性和低酸性食品，如牛奶、各种果蔬汁和浓缩汁等不含颗粒和纤维的液体食品的无菌充填；无菌取料，通过管嘴可随意取用部分产品而包装内部仍保持无菌状态；由于包装顶隙极小，充填嘴区域内氧气的渗透小，减小了因氧变质的危险性。该机采用CIP原位清洗系统，与UHT杀菌配套，操作管理简便。,(五)固体食品的无菌填充系统 固体食品无菌包装的最大难点是食品本身的杀菌处理。固体食品自热渗透速度比液体食品慢很多，有可能发生酶钝化不彻底的问题。也难以克服易碎固体在处理过程的受损问题，因此，至今没有一种能真正适合于固体食品的无菌包装系统。,
