食品无菌包装技术的发展概况

孙书静

食品无菌包装技术的发展概况

孙书静

近年来，各种无菌包装的商品在世界各国的超级市场上十分流行。采用无菌包装的食品营养损失小，风味色泽基本不变，无需冷藏便可长期贮存，这些优点越来越受到广大厂家和消费者的喜爱，是未来食品包装发展的必然趋势。

食品 无菌包装 发展

食品的无菌加工及包装技术就是将食品与包装容器分别灭菌，再将已灭菌的产品在无菌条件下充填入已灭菌的包装容器中并密封而成产品。虽然早在1913年丹麦人金森就开始了对牛奶的无菌灌装，而美国人佟克莱于1917年也得到了食品无菌保藏方法的世界首项专利，但无菌包装技术的广泛兴起还是上世纪70年代末以后展开的。特别是近年来，在研究开发和应用方面都发展得极为迅速，各种无菌包装的商品在世界各国的超级市场上十分流行。采用无菌包装的食品营养损失小，风味色泽基本不变，无需冷藏便可长期贮存，这些优点越来越受到广大厂家和消费者的喜爱，是未来食品包装发展的必然趋势。改革开放后，我国食品行业也逐渐引进了无菌包装技术，但自行研制和开发的水平仍与国外有很大差距。由于我国的食品无菌包装刚兴起不久，因而及时了解世界无菌包装技术的发展状况，对于我国自身技术的发展和提高都是非常必要的。本文从无菌包装技术的三个核心环节，即包装材料、包装内容物和包装环境及设备的无菌化对该项技术的发展状况作一概括性介绍。

一、包装材料及容器的无菌化

传统的食品包装材料主要包括铁、铝、玻璃和塑料等，包装容器以金属罐装为主流。近年来，随着塑料工业的发展，又产生了很多新型的包装材料及容器，如多层铝箔、纸及塑胶的复合材料，聚乙烯（PE），聚二氯烯（PVDC）及乙烯醇（EVOH）等高阻隔性塑胶材料，以及由共挤出加工技术制成的多层材料和容器，如PET等。而包装容器也从硬质倾向于软质和半硬质，包括第一代的纸质方形盒及第二代的塑料制杯形物等。

包装材料和容器的多样性，决定了其灭菌方法的多元化。对特定材料灭菌方法的选择需要考虑到材料本身的特性。如外观、机械适性和保护性的变化，各方面的杀菌效率、经济性及安全性等诸因素。目前商业化无菌包装系统的包装材料灭菌方法主要有4种：（1）加热法：（2）紫外线（UV）照射法；（3）化学药剂处理法；（4）放射线杀菌法。加热法使用过热蒸气、饱和蒸气或干热空气对材料进行高温灭菌。具有无毒、无残留有害物质等优点。但目前应用并不很多。

紫外线杀菌在常温下即可进行，安全性高，可干式处理且价钱便宜，很适合包材的杀菌。新厂的试验显示15W的紫外线在20mm高垂直照射移动的包装材料可将0～10个／cm2的细菌数在4．8s内完全杀死，对100个／cm2的细菌数也仅需5．6s。紫外线的缺点是易受物体表面凹凸不平的影响，杀菌效果随菌种不同而有较大差异。

化学药剂灭菌包括使用过氧化氢（H2O2）酒精和乙烯氧化物（EO）等。从对包装材料的适应性、杀菌的安全性和可信性而言，H2O2是最佳的，也是当前无菌包装容器灭菌采用最多的药剂。在高温、高浓度条件下，H2O2在短时间内即有显著的杀菌效果，但H2O2对人体有刺激性。美国食品与药品管理局（HA）规定：包装容器内的H2O2含量不得超过0．1ppm，在操作现场含量不得超过1ppm。这一规定促使了采用H2O2杀菌工艺的革新。其中一种方法就是采用H2O2雾剂沉积杀菌法，将H2O2雾滴控制在直径3μm左右，并均匀而稠密地分布在包装容器的内壁上，但不得过量喷射，这样既能保证规定的微生物致死率，又能保证在包装容器内和生产车间的残留H2O2含量在允许的范围内。通过低温干燥甚至可以完全排除包装材料上的H2O2。采用EO杀菌具有渗透力强的特点，可进行堆叠方式处理。EO在常温下为气体，其杀菌效果随温度和浓度的提高而增加。但须注意其残留毒性，生产上采用无菌热风加速其挥发。

如果不考虑成本，射线杀菌是最合适的方法，因为它既高效又安全。一般用CO60放射的γ射线在常温下处理，穿透力强，杀菌可靠性高。

另外电子射线也可以用在包装材料的灭菌上。电子射线由电子加速器发射，穿透力不如γ射线。但安全性及输出能量容易控制。用300kev照射2张重叠的包材可达到完全的杀菌效果，400kev则可穿透4张重叠材料而完全杀菌。

各种杀菌方法各有其特点，针对不同的材料和不同的条件，选择合适的灭菌方法尤为重要。而各种杀菌方法也可结合起来运用，以达到优良的杀菌效力。例如以纸为基材的铝箔，PE多层结构的容器采用涂抹H2O2，再加热吹干。或纸盒先以环氧乙烯（EOG）杀菌，充填前再浸渍H2O2溶液，热风干燥。成型／充填／封口的作业方式则先将材料浸渍H2O2溶液，并热风干燥及UV照射，或以130～150℃温度直接加热及蒸气杀菌，盒中袋可以用EOG杀菌，或以γ射线处理。塑料袋状容器常采用H2O2与UV合并使用。金属罐、复合罐则用过热蒸气杀菌。塑料瓶还可用热胚在200℃下吹塑成型。

目前常用的包装材料杀菌方法及其在商业化包装系统中的应用见表1。

表1 常用包装材料的灭菌方法及其在商业化包装系统中的应用

二、包装内容物的无菌化

包装内容物（即食品的灭菌）是无菌包装技术中极其重要的部分。食品的无菌化方法包括加热、微波处理、紫外线照射、超高压处理和过滤等。其中加热法是目前最经济和应用最多的方法。食品在加热过程中会发生褐变、风味及营养成分的变化，其化学反应的活化能为20000～26000cal／mol，而热破坏细菌的活化能为6500cal／mol。从保护食品营养成分的保留率看，高温短时灭菌可以有效破坏微生物细胞，抑制食品营养成分的化学变化。例如灭菌温度为120℃时，杀死细菌芽孢需4min，成分保留率为70%，当温度提高到132℃和150℃时，芽孢致死时间急剧减少，成分保留率则分别提高到90%和98%。现在广泛应用的超高温（UHT）杀菌工艺就是应用这一原理而设计的。例如对牛奶的灭菌，UHT杀菌通过在热交换器中以最佳热量传递方式在很短的时间内把牛奶加热到136～138℃，保温2～8s后又在很短的时间内把牛奶冷却到20℃。

根据食品的性质不同，UHT灭菌装置分为固体和液体装置两大类。固体UHT装置主要用于粉粒原料的灭菌，其中气流式灭菌法工作时，一边将粉粒原料在管道上输送，一边进行高温蒸气灭菌。而搅拌式灭菌则将粉粒食品在充满过热蒸气的压力容器内高速搅拌而达到灭菌效果。

对液体食品的UHT灭菌具有直接和间接两种形式。直接加热工艺是将食品和加热介质（优质蒸气）直接接触，混合而达到灭菌效果。间接加热工艺则是通过热交换器间接地完成食品与加热介质（水、蒸气）之间的热传导，间接加热装置具有多种形式，一般对均质液体食品采用片式、管式、自由流动式热交换器，对于含有固体颗粒的液体食品，依据颗粒块度的增加，可以依次选用片式、自由流动式、管式、心管式、间歇式搅拌锅、连续式、刮板式直至无液相的固体颗粒的流化床。热交换器的选择正确与否。直接影响到食品UHT工艺的安全性、经济性和食品质量。从工艺角度而言，含固体的液体食品的连续高温杀菌作业是相当困难的，主要体现在：难以精确计算热是在液体食品和固体颗粒之间传递时的热传导系数，难以确定热量在固体颗粒中的传递方向，难以求出含固体颗粒的液体食品在刮板式热交换器和保温管道中的流动条件。这些都需要加强科学研究。

三、包装环境的无菌化

无菌包装技术的一个非常重要的条件就是包装的工作空间无菌，以此避免不洁空气对产品的二次污染。通常采用空气净化技术把空气中的含尘量控制在一定范围内，空气经过净化后杀菌处理，杀死附着在尘埃里面的细菌，这样的工作室即称为无菌室。建造一间高质量的无菌室费用较高，因此在许多无菌包装系统中把充填灌装部分的工作室设计成一个一等级的无菌室，它要求包装机内腔无菌，并要求具有一定压力。因此常用情性气体发生器产生惰性气体注入到罐装部分和封口处使其压力大于外界压力，以便灌装并阻止外界污浊空气进入。目前包装机大多采用H2O2灭菌，然后用无菌热风干燥。由于系统的无菌化程度要求高，所以作业生产线实行自动控制，并定期检查、清洗、灭菌。

四、结论

无菌包装从上世纪70年代在欧美兴起到目前，包装工艺和包装材料都取得了巨大进步，并广泛应用于发达国家的食品、饮料、乳制品、蛋奶制品、调味品等多种生产企业。它的优点是最大限度地减少食品在杀菌包装过程中营养成分和原有风味的损失，延长了罐装的货架寿命，同时降低了包装费用。与传统包装技术相比，无菌包装具有杀菌包装一体化方式的优点，采用的材料多为铝塑、纸塑等密闭性很好的复合材料。因此能使食品在常温下保存很长时间。未来无菌包装将继续朝着包装材料的多样化、包装形态杀菌方法多元化的方向迈进，包装技术方面将重点攻克高粘性食品、固体食品、低酸性食品、含颗粒大的液体食品的包装工艺问题，而这些都有待相关包装技术的进一步发展。

The development of food aseptic packaging technology

Sun Shujing

in recent years，a variety of aseptic packaging of goods is very popular in the world of the supermarket．Theloss of nutrients in food aseptic packaging of small，flavor and color unchanged，long-term storage withoutrefrigeration，these advantagesmore and more by the vast number ofmanufacturers and consumers，is the inevitabletrend of future development of food packaging．

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