第八章2无菌包装技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、无菌包装的原理及意义,无菌包装（aseptic packaging）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。,广泛应用于液态或半液态流动性食品，如：果蔬汁、液态乳类、酱类食品和营养保健类食品。,食品可在常温下贮存流通。,第三节 食品无菌包装技术,1,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。,2,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(Tetra Pak)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2030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。,3,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。,4,5,二、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（ultra high temperature instantaneous time）,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,6,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,100 1,400min 1,0.,7,110 10,36min,2.,5 33,120 100,4min,6.,2 73,130 1，000,30s,15.,6 92,140 10，000,4.8,s,39.,0 98,150 100，000,0.6,s,97.,5 99,7,2）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。,8,2.高温短时杀菌HTST（high temperature short time）,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（ohm sterilizing）,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。,9,（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,：H,2,O,2,杀菌或环氧乙烷等进行杀菌,杀菌效果与H,2,O,2,的温度和浓度有关,H,2,O,2,H,2,O + ,O,10,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+H,2,O,2,喷雾处理（用于纸塑容器杀菌）,11,图8-1 H,2,O,2,的温度对细菌存活率的影响,12,图8-2 H,2,O,2,的浓度对细菌成活率的影,响,13,采用溶槽浸渍或喷雾方法,，使包装材料表面有一层均匀的H,2,O,2,液，然后对其进行热辐射，减少H,2,O,2,在包装材料表面的残留量，使H,2,O,2,完全蒸发分解成无害的水蒸气和氧，同时增强灭菌效果。,H,2,O,2,灭菌工艺只有在H,2,O,2,溶液,温度和浓度,较高时才有可能应用于无菌包装。一般当H,2,O,2,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H,2,O,2,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,（,90100的热空气,）,，,以增强H,2,O,2,的灭菌效能。,14,图8-3紫外线和双氧水相结合杀菌方法的杀菌效果,15,（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。CIP,2.操作环境的杀菌,定期进行紫外线照射、空气过滤,16,三、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。,Tetra Pak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。,17,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。,18,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,19,包装的过程,下面以L-TBA8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。,20,图8-5 L-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,35H,2,O,2,溶液,通过喷嘴分布到无菌腔及机器其它待灭菌的部位。 H,2,O,2,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。,21,图8-6 包装材料的灭菌,包装材料引入后即通过一充满,35H,2,O,2,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H,2,O,2,，然后进入无菌腔。,22,图 TB/TBA的纵向密封,图 充填管,(Tetra Pak Nr. O4:15/J-09),23,2.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。,24,图8-7 康美盒无菌包装系统工艺过程,25,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,6H,2,O,2,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。,26,3.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。,27,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221224，罐盖也采用287316的过热蒸汽灭菌75s90s,，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。,28,4.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。,29,（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。,30,（2）吹塑瓶无菌包装的过程,吹模中容器的成型,吹模中的无菌充填、封口,制品脱模,封口,定量给料装置的在线清洗,31,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。,32,5.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,33,（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。,34,（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。,35,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,36,图8-12 玻璃瓶的无菌包装系统之二,37,6.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,38,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。,39,图8-14 Erca热成型塑料杯无菌包装设备,40,7.箱中衬袋无菌包装,STAR-ASEPT无菌包装过程,图8-15 STARASEPT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，袋子自动松离钳子。,41,8.塑料袋无菌包装系统,图塑料袋无菌包装系统,1制袋；2灭菌；3无菌充填；4封口。,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,这是设在厦大的利乐包回收桶。,58,59,