無菌包裝技術(shù)的研究概況

上海出版印刷高等專科學(xué)校 李孟曉

前言

物品由于在生產(chǎn)、包裝、運輸、儲存過程中不斷受到各種微生物的污染，而使得物品帶有大量種類繁多的微生物。雖然可以運用化學(xué)藥劑、氣調(diào)、高溫、低溫等滅菌技術(shù)進(jìn)行殺菌。然而僅僅殺菌是不夠的，因為許多物品不可能一直保存在殺菌環(huán)境中，特別是某些食品，所以，無菌包裝技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到食品包裝中。

一、無菌包裝技術(shù)簡介

所謂無菌包裝技術(shù)是在被包裝物、包裝容器或材料、包裝輔助器材無菌的情況下，在無菌的環(huán)境中進(jìn)行充填和封合的一種包裝技術(shù)。無菌包裝技術(shù)的主要研究對象是食品、飲料的包裝，其次是對熱敏感產(chǎn)品（如醫(yī)藥等）的包裝。食品無菌包裝是指將經(jīng)過滅菌的食品（如飲料、奶制品等）在無菌環(huán)境中包裝，封閉在經(jīng)過殺菌的容器中，以期在不加防腐劑、不經(jīng)冷藏條件下得到較長的貨架壽命。

無菌包裝技術(shù)具有以下的優(yōu)點：

1.便于儲運和銷售

對包裝食品的殺菌可根據(jù)食品自身的特性和要求來選擇最佳的方法，其目的是使食品的色澤、風(fēng)味、營養(yǎng)成分得到最好的保護(hù)，復(fù)合包裝材料和真空狀態(tài)可以使產(chǎn)品免受光、氣、異味和微生物的侵入，使食品不必加防腐劑，運輸、倉儲不需冷藏，并可延長其儲存期。

2.避免包裝感染

用于無菌包裝的食品與容器是分別進(jìn)行殺菌的，避免食品與包裝容器發(fā)生反應(yīng)，減少容器成分向食品中滲透。

3.適用于自動化連續(xù)生產(chǎn)

生產(chǎn)效率高，節(jié)能省工，有利于降低生產(chǎn)成本。以飲料為例，據(jù)計算，用軟包裝的成本只有金屬罐的四分之一，裝滿后總重量的97%是飲料。

4.節(jié)約成本

紙材、塑料包裝設(shè)備開發(fā)2000年以300條生產(chǎn)線計，可創(chuàng)產(chǎn)值8億元，利稅達(dá)25億元，節(jié)匯35億元；金屬材料包裝設(shè)備開發(fā)至2010年可生產(chǎn)400條生產(chǎn)線計，可創(chuàng)產(chǎn)值12億元，利稅3億元，節(jié)匯12億元。

5.符合現(xiàn)在環(huán)保包裝的潮流

無菌包裝材料使用紙質(zhì)，易于降解，有利于保護(hù)環(huán)境。由于無菌包裝具有以上優(yōu)點，該技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用于食品、飲料、乳制品等多種行業(yè)。今天，發(fā)達(dá)國家的絕大多數(shù)牛奶和半數(shù)以上的果汁均采用了無菌包裝。

二、無菌包裝工藝過程

無菌包裝的基本程序包括：包裝材料的滅菌、產(chǎn)品的商業(yè)滅菌、無菌輸送以及在無菌環(huán)境下填充，然后進(jìn)行完整封合以防止再污染，從而生產(chǎn)出無菌產(chǎn)品。如下圖所示：

無菌包裝的基本程序

1.包裝材料（或容器）的滅菌技術(shù)

在無菌包裝設(shè)備中，有些是包裝材料直接成型容器，然后充填、包裝，如紙盒、袋等；有些是先做成包裝容器，無菌包裝時只需充填、包裝，如塑料瓶、杯、袋等。無菌包裝工藝要求凡與產(chǎn)品相接觸的物品都應(yīng)進(jìn)行滅菌處理。常用的滅菌方法有以下幾種：

1）藥劑滅菌：用過氧化氫、乙醇等藥劑殺菌不僅能殺死有害微生物，而且對人體無害，其中以雙氧水使用較多。一般情況是將濃度為25～30%的雙氧水加熱到60～65℃，噴射于包裝容器內(nèi)，再烘干，達(dá)到滅菌目的。

2）過熱蒸汽滅菌：用溫度為130～160℃的過熱蒸汽噴射于待滅菌的包裝容器內(nèi)，數(shù)秒鐘后即完成滅菌操作，這種方法僅適用于耐熱容器的滅菌，如金屬容器、玻璃容器等。

3）紫外線滅菌：紫外線能使微生物的細(xì)胞內(nèi)核蛋白分子構(gòu)造發(fā)生變化，從而達(dá)到滅菌目的。使用時，只需將紫外線照射于待滅菌的物品表面即可，但需根據(jù)紫外線燈管的功率確定照射距離和時間。紫外線滅菌工藝最為簡單，且無藥劑殘留、效率高、速度快，目前使用最為普遍。滅菌后，包裝材料或容器的帶菌量不超過5個／cm2。

2.包裝物常用的滅菌技術(shù)

1）超高溫瞬時殺菌技術(shù)：超高溫瞬時殺菌（UHT）是將食品在瞬間加熱到高溫從而達(dá)到殺菌目的。UHT法的殺菌溫度為135～145℃，僅需3～5S就可以將微生物孢子完全殺死。超高溫瞬時殺菌法又分為直接加熱UHT法和間接加熱UHT法。

2）巴氏滅菌技術(shù)：巴氏滅菌技術(shù)是將食品充填并密封于包裝容器后，在一定時間下保持100℃以下的溫度，殺死包裝容器內(nèi)的細(xì)菌。巴氏殺菌可以殺滅多數(shù)致病菌，而對于非致病的腐敗菌及其芽孢的殺滅能力就很不夠，如果巴氏殺菌與其它儲藏手段相結(jié)合，如冷藏、冷凍、脫氧、包裝配合，可達(dá)到一定的保存期的要求。

3）歐姆殺菌技術(shù)：歐姆殺菌是通過電極將電流直接導(dǎo)入含顆粒的流質(zhì)品，利用食品本身的介電性質(zhì)，使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軓亩訜崾称贰Ｓ鳤PV公司從20世紀(jì)80年代開始研究歐姆UHT加熱殺菌系統(tǒng)，現(xiàn)已開發(fā)出75kw到300kw的商用機型，并在1993年獲美國食品與藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)和認(rèn)可。APV公司的歐姆UHT加熱殺菌系統(tǒng)可用于粒徑25mm以上塊狀草莓、獼猴桃等水果的高酸食品或塊狀肉的低酸流質(zhì)食品的無菌加工。歐姆加熱UHT殺菌系統(tǒng)在歐洲、美國、日本得到了廣泛應(yīng)用。

4）電阻式加熱UHT殺菌方法：電阻式加熱UHT殺菌是借助大部分配制食品含有適度溶解的鹽離子的游離水分，具有較好的導(dǎo)電性，根據(jù)歐姆定律，將電流通過連續(xù)流動的物料通道即可對材料進(jìn)行加熱，加熱范圍與食品導(dǎo)電率均勻性和食品在電熱器中停留時間有關(guān)的一種直接加熱超高溫殺菌系統(tǒng)。

3.新滅菌技術(shù)的發(fā)現(xiàn)

目前，隨著殺菌工藝技術(shù)的不斷更新，無菌包裝技術(shù)也逐漸擺脫傳統(tǒng)模式，向著新的殺菌方式發(fā)展。如時下多采用高強度紫外線和低濃度過氧化氫相結(jié)合的滅菌方法給包裝容器滅菌。而使用濃度低于1%的過氧化氫，加上高強度的紫外線，在常溫下產(chǎn)生的殺菌效力是兩者單獨使用時的百倍。由于過氧化氫濃度很低，對于殘留的過氧化氫也無需采取任何措施，避免了傳統(tǒng)過氧化氫需高溫、長時間等問題。又比如將UHT滅菌法和保持滅菌法相結(jié)合，對瓶裝牛奶進(jìn)行二次滅菌法，它是將牛乳經(jīng)UHT滅菌機，在130～150℃、0.5～15S條件下加熱滅菌后，裝瓶、封蓋，之后在110～116℃下保持15～20min滅菌。由于牛乳進(jìn)行UHT滅菌，基本上處于無菌狀態(tài)，因而保持滅菌的加熱強度可明顯下降，制品的風(fēng)味和色澤可得到明顯改善。還有超高壓殺菌技術(shù)，它是將產(chǎn)品置于500mPa以上的壓強下殺菌一段時間，殺死其中的大部分或全部的微生物、鈍化酶的活性，從而達(dá)到保存食品的目的。由于幾百個mPa的壓強不會使食品的溫度升高，因而沒有色、香、味及營養(yǎng)成分的劣變，可以較多地保留食品原有的風(fēng)味。

三、無菌包裝技術(shù)在食品包裝中的應(yīng)用狀況

目前，在世界上許多地方，無菌包裝已成為與人們生活最密切相關(guān)的包裝形式之一。在飲料、奶制品等食品的包裝上得到了廣泛應(yīng)用，為廣大食品生產(chǎn)企業(yè)帶來無限商機。

無菌包裝在食品包裝中所占的比例較大，例如小袋無菌奶，其價格較便宜，產(chǎn)品風(fēng)味好，而且在常溫下保存時間長，生產(chǎn)廠商、消費者很歡迎這種包裝產(chǎn)品，該產(chǎn)品不僅克服了生產(chǎn)地域的限制，而且還去掉了運輸過程中所需的冷鏈，有利于市場拓展。據(jù)統(tǒng)計，液體無菌包裝超過70%，全球每年消耗無菌包裝紙盒1000多億個。目前國內(nèi)各種無菌包裝設(shè)備約300多臺套，年生產(chǎn)能力超過150萬t。瑞典利樂、瑞士SIG康美包及美國國際紙業(yè)公司是稱雄紙盒無菌包裝領(lǐng)域的三巨頭。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，對方便食品的需求勢必大大增加，必將會促進(jìn)無菌包裝的進(jìn)一步發(fā)展。

無菌包裝PK熱灌包裝，前者將更有優(yōu)勢勝出。一些業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，無菌塑料包裝將迅速取代熱灌裝PET瓶。他們的理由是：瓶體質(zhì)量更輕，價格更便宜，熱處理時間縮短將進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)品的口味和營養(yǎng)價值。而飲料行業(yè)眾多陳舊設(shè)備組成的熱灌裝線亟待更新。業(yè)務(wù)發(fā)展協(xié)會會長GordonBockner非常熟悉PET市場及相關(guān)技術(shù)，他相信北美市場的低酸飲料將大量采用PET瓶無菌灌裝。“茶飲料、牛奶及En－sure和Boost等營養(yǎng)增補劑產(chǎn)品就非常適合這一技術(shù)。”Bockner說，“目前PET瓶通常不能采用無菌灌裝，因為FDA禁止采用過氧化氫以外的殺菌劑，而過氧化氫不能用于PET材料，過氧化氫會被PET吸收，對產(chǎn)品口味產(chǎn)生負(fù)面影響。”

包裝咨詢公司Ray－Pak總裁RayBourque也認(rèn)為，低酸產(chǎn)品的未來趨勢是塑料瓶無菌灌裝。“尤其是一些新生代飲料，無論從質(zhì)量還是營養(yǎng)成分角度，都不再適合熱灌裝。”Bourque說，“與此同時，無菌灌裝系統(tǒng)在近幾年來不斷完善。無菌室面積越來越小，旋轉(zhuǎn)式與直線式相比，速度進(jìn)一步提高。無菌灌裝的成本降低，工藝越來越簡化，無菌灌裝的門檻放低了。”無菌包裝技術(shù)不僅在乳制品行業(yè)有很好的發(fā)展空間，而且在其它的行業(yè)也有了長足的發(fā)展。

我國飲料行業(yè)中一大批大型骨干企業(yè)的技術(shù)裝備已經(jīng)接近或達(dá)到了國際先進(jìn)水平，未來飲料行業(yè)對包裝設(shè)備需求很大，尤其是茶、果汁等不含氣飲料的灌裝設(shè)備、紙塑無菌包裝和PET瓶無菌包裝設(shè)備市場前景很好；果汁飲料生產(chǎn)前處理設(shè)備、果汁冷凍濃縮裝置、多樣化的包裝設(shè)備及超高溫殺菌設(shè)備的市場需求量也很大。

四、無菌包裝技術(shù)前景廣闊

隨著我國經(jīng)濟的飛躍發(fā)展，人們的消費觀念不斷更新，人們對方便、快捷、新鮮食品的需求，國內(nèi)市場對綠色食品的消費需求日益高漲，食品安全和食品質(zhì)量就成了食品領(lǐng)域最關(guān)注的問題。無菌包裝技術(shù)，作為液態(tài)食品包裝的先進(jìn)技術(shù)其應(yīng)用前景十分廣闊。

現(xiàn)在，無菌包裝技術(shù)仍然在不斷發(fā)展。因為即使在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家，無菌包裝技術(shù)也是一項高新技術(shù)，也需要加強投入進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。因此，包裝企業(yè)應(yīng)加強與其它相關(guān)企業(yè)的合作，一方面改進(jìn)食品無菌包裝材質(zhì)及包裝外形設(shè)計；另一方面要擴大無菌包裝的使用范圍，如對無菌包裝材料進(jìn)一步開發(fā)，以方便對含氣飲料、帶顆粒飲料和固體食品的包裝，并拓寬無菌包裝在釀酒、調(diào)味品、醫(yī)藥、化妝品等方面的應(yīng)用；隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，食品無菌包裝技術(shù)將不斷提高，包裝企業(yè)應(yīng)不失時機地研究開發(fā)無菌包裝新產(chǎn)品，拓寬無菌包裝發(fā)展空間。

目前中國包裝行業(yè)總體水平與發(fā)達(dá)國家相比落后許多年，但這一差距也顯示出中國包裝行業(yè)發(fā)展的潛力。以無菌包裝產(chǎn)品來說，在發(fā)達(dá)國家中，此類包裝已占整個飲料包裝的65%以上，并且每年以5%～10%的速度在增長，有的國家人均年消耗100多包。而我國人均年消耗僅1包多，遠(yuǎn)未達(dá)到世界人均20包的水平。因此，無菌包裝在我國有著很大的發(fā)展?jié)摿ΑｋS著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，食品無菌包裝技術(shù)將會不斷改進(jìn)，我國包裝企業(yè)應(yīng)不失時機地研究開發(fā)應(yīng)用無菌包裝產(chǎn)品，使無菌包裝成為我國包裝企業(yè)發(fā)展的一個新亮點。