液体无菌包装材料的生产工艺与流程研究

刘宝忠

（山东新巨丰科技包装股份有限公司 山东新泰 271200）

液体无菌包装是一种对先进技术加以运用保存液体类食品或其他具有保存需求的液体类物质的方法。主要指的是在包装处理之前，先用比较短的时间对液体进行杀菌处理，基于包装物、被包装物及包装辅助器材均无菌这一前提条件，在无菌的环境下，对已经经过杀菌处理的液体进行充填与封合。与传统意义上的包装形式相比，液体保鲜无菌包装有以下较为突出的优点：产品没有冷藏的必要，也不需要对任何化学防腐剂加以使用，能够存放的时间在半年及以上。尽管优点突出，但此类包装材料并不需要支付很高的成本，生产过程中对于能源及材料的耗费并不多，在商业上有明显的可行性。除此之外，基于自身所具有的容易储藏的优势，这类包装材料很容易被生产厂家使用，消费者对其的接纳程度亦比较高。

1 液体无菌包装材料形式与生产流程

1.1 无菌包装材料与形式

目前，较为常见的无菌包装材料主要有以下几种［1］。（1）纸材：主要为纸基复合包装材料，表现出价格低、重量小、易降解、可回收、能够采用印刷方式进行装饰等优势，不过，此类材料没有很好的密封性。（2）铝塑材：下方是铝膜，两边位置都是聚酯塑料膜，可以很好地实现对防潮、气密及耐酸碱等要求的满足。（3）塑料瓶：以硬质聚氯乙烯瓶的应用比较多，可表现出透光均匀、表面光滑、不易碎等优点，但是透气性并不理想。

从形式上来看，无菌包装主要包括以下几种类型。（1）无菌包装袋（盒）。通过对纸包装材料或是塑料复合膜加以运用，能够将有着多样化形式的包装袋（盒）制作出来。现阶段，比较常见的无菌包装袋（盒）主要有两种，一种是四角盒包装容器，形状为长方形，罐装的精度能够达到误差在1mL 以内，所用材料是无菌纸材；另外一种是分块包装容器，主要是顶置式，相较于四角盒而言，分块包装容器的利用率要低一些，它可以在制造企业灌装车间完成生产作业以后间接使用，所用包装材料同样是无菌纸材。（2）双盒袋。针对一些容量比较大的无菌包装，可以采用一盒袋的形式对双盒袋进行替换，主要是在经过灭菌处理之后，将食品或是其他需要无菌保存的物品倒入无菌塑料袋内部，装袋后，采用木制或纸制外包装箱或者是钢桶对其进行进一步的包装，包装的容量通常可达5～220L，最多不超过1000L，主要用到的包装材料是浓缩纸浆或基材。（3）装瓶。在塑料瓶成型之后，可以在第一时间进行消毒灌装处理，亦可以在完成灌装作业以后对其进行消毒。消毒瓶可以在无菌操作室内进行装填与加盖。一般情况下，瓶子具有不可再利用的特点，像PVC瓶与聚丙烯瓶等，不过，若是对聚碳酸酯瓶加以使用，则能够进行循环再利用，但整体而言，其市场占有率并不是很高。

1.2 液体无菌包装材料生产流程

从主要的生产流程上来看，可大致对液体无菌包装材料生产作业的进行作如表1所示概括［2］。

表1 液体无菌包材生产流程

2 液体无菌包装材料结构

根据前文的生产流程介绍，液体无菌包装材料的结构一共有7 层，如表2所示，由外至内依次为PE 层、油墨层、原纸层、复合层、铝箔层、Tie层及PE层［3］。

表2 无菌包装材料结构

3 无菌包装材料的主要生产工艺

3.1 柔印

国家标准对柔印作出了明确的解释，概括而言，柔印版印刷其实就是指对柔性版加以使用，在网纹辊的支持下，执行对油墨传递任务的一种印刷方式［4］。在印刷作业的开展过程中，油墨会经由输墨棍的作用或者是在喷墨传墨处理下，由墨槽传递至网纹辊上，之后，进一步向印版传递，同压印滚筒相互接触并合压，最终达到将油墨图文转移至承印物上的目的。

基于柔性版印刷的油墨转移原理比较简单，通常情况下，液体油墨会将较为明显的低黏度及高流动性特点表现出来，这使得其在由墨槽向网纹辊传递之时难度较小，而在网纹辊的表面都会刻有非常多的细小凹槽，它们的作用就体现在对油墨进行吸附之上。当网纹辊和印版滚筒实现相互之间的接触以后，被吸附的油墨便会在柔印版表面突起的图文位置涂布，在印版滚筒及压印滚筒的轻压处理之下，印版上的油墨便会实现向承印物表面的最终转移。

在无菌包柔印中，专色版100LPI、套印版122LPI及激光印版150LPI网线数的应用比较多［5］。对于液体无菌包装材料而言，其印刷方式当属宽幅式印刷，出于对这一实际情况的考虑，需要针对性地对梯度排印的方法加以运用，这种做法能够将印刷过程中印版滚筒的振动现象减弱，为印刷作业的顺利与高效进行提供较为可靠的保证。通常情况下，在柔印印刷机完成印刷单元的任务之后，需要进一步将联机打孔与折痕工作做好，这能够为复合之后灌装成型作业的进行提供便利，此外，亦有利于插吸管。

3.2 复合

在生产的过程中，液体无菌包装材料对挤出流延复合［6］的方式加以采用，该方式和干式复合及湿式复合等其他复合方式有着较为明显的不同。概括而言，挤出流延复合方式需要按照以下步骤进行复合：在完成柔印作业之后，对纸卷放卷，经过火炉（主要是天然气燃烧）处理，纸卷纸张表面的表面能可以得到很好的增加，有利于后续纸张和铝箔在复合层的作用下黏结作业的进行，之后，按顺序在铝箔另一面对Tie层与内层进行复合处理，进一步执行对外层的复合任务，最终完成收卷。

各层PE或黏结层的温度有相应的差异表现出来，通常情况下，复合层与外层的温度不会低于300℃，相对应地，Tie层与内层的温度则一般不会超过300℃［7］。经过流延处理之后，膜的温度会非常高，考虑到这一情况，还需要进行相应的冷却处理，故而，复合机通常都会进行冷缸的配置，借助水达到将高温膜冷却的目的。另外，冷缸的表面有亮光与哑光两种不同光面的划分，复合层与内层主要对哑光加以运用，外层更多的是亮光。

复合机上的螺杆可以对塑料粒子进行剪切，同时还能将这些粒子融化，通过剪切力的增强，达到将塑料熔融状态温度升高的目的。

一般情况下，液体无菌包装材料各个层的实际克重都是固定的，并不会发生相应的变化，这意味着整个包装材料的总克重及厚度也都是固定的，同样不会有变化出现。举例而言，250B液体无菌包装材料总克重通常都是295g/㎡。为了确保液体包装材料各层克重及总克重在大体上对固定数值予以保持，通常复合机上都会进行克重测量装置的配置，基于对各层PE或是黏结层克重的扫描，可以将具体的扫描结果向复合机中央控制系统反馈。若是涂覆的克重较之标准克重出现了偏高的情况，则针对性地将复合机螺杆的转动速度减慢，以此达到降低输出量的目的；反之，若是涂覆的克重偏低于标准克重，则将复合机螺杆的转动速度加快，以此实现对输出量的增加。整体而言，上述两种操作的目的都在于确保涂覆的克重保持在一个恒定的水平之上。

3.3 分切和质检

通常情况下，液体无菌包装材料都是采用拼版多幅的方式进行印刷和复合生产，但是客户的灌装设备一般只可以单幅使用，因此，还需要针对已经完成拼版生产作业的无菌包装材料进行进一步的分切处理，输出为单幅的形式。

在完成分切工序作业以后，需要进行打包处理。因此，为了为液体无菌包装材料的质量提供可靠保证，在打包之前，需要将相关的质量检测工作做好。

实际上，质量检测对生产环节出现的各种问题均有涉及，不仅将印刷问题含括在内，还涉及复合问题。为了从真正意义上达到将液体无菌包装材料生产质量提高的目的，在进行印刷与复合作业时，需要对各种问题做上标记，执行后续分切质检作业的过程中，针对性地将这些问题件处理或剔除。

在完成分切质检工作以后，便能使用缠绕膜执行对单幅液体无菌包装材料的打包处理任务，最终将其发给客户，完成上机灌装作业。

4 液体无菌包装材料与技术发展展望

近年来，液体无菌包装技术实现了飞速的发展，取得的成果也不容忽视。在包装材料方面，液体无菌包装已经实现了包装可回收及可循环，在降低原生塑料使用率的同时，还在较大程度上扩展了rPET循环塑料和植物基包装等的应用。除此之外，亦对生无可降解材料在包装中的应用形成了推动，现如今，液体无菌包装已经实现了对交互式智能标签及智能包装的有效运用［8］。从目前实际情况来看，生物技术包装材料的研究如火如荼，此种材料既可以发挥出非常优秀的保鲜作用，一些功能成分在其中的添加又能实现对微生物生长的有效抑制，与绿色天然及节能环保的要求非常契合。不过，目前此种包装材料在工业生产中的应用还是空白，依旧需要研究人员进行持续性的探索。

在包装材料灭菌技术方面，研究人员已经面向传统的化学灭菌技术作了较为明显的革新，对化学灭菌剂和低温等离子体进行耦合，在很大程度上实现了对灭菌效率的提升。另外，研究人员还在不断尝试对电子束及脉冲强光等物理性质的灭菌技术的运用，此类技术表现出非常突出的低能耗、无污染、灭菌效果好等优点，现已成为液体无菌包装材料灭菌技术一个非常重要的发展方向。不过，总体来说，现阶段工业依旧将传统意义上的化学灭菌技术作为主要的应用手段，上述两种灭菌技术上的革新仅局限在实验室内部，还没有实现大量的应用，要想在真正意义上达到对其的普及与推广目的，还需要经历一个较长的时间。

从无菌包装设备上来看，此方面的研究逐渐趋向自动化与智能化，不仅如此，还表现出可追溯的特点，这些对于无菌包装作业开展过程中人工使用的降低具有积极意义，可在很大程度上减少对设备及无菌环境造成的污染，能够对自动化、智能化、集成化的互联工程发展形成推动。

与市场提出的愈发严格的循环经济、可持续发展、高效智能化包装系统等需求相伴随，液体无菌包装材料及包装技术的发展空间还非常大，需要整个行业进行持续性的探索及研究，以此推动液体无菌包装实现更好地创新及超越。能够预见，与时间的不断推移及技术的日益进步相伴随，无菌包装将得到越来越多的消费者的接受，其市场前景十分广阔。