孫書靜

食品無菌包裝技術(shù)的發(fā)展概況

孫書靜

近年來，各種無菌包裝的商品在世界各國的超級市場上十分流行。采用無菌包裝的食品營養(yǎng)損失小，風(fēng)味色澤基本不變，無需冷藏便可長期貯存，這些優(yōu)點越來越受到廣大廠家和消費者的喜愛，是未來食品包裝發(fā)展的必然趨勢。

食品 無菌包裝 發(fā)展

食品的無菌加工及包裝技術(shù)就是將食品與包裝容器分別滅菌，再將已滅菌的產(chǎn)品在無菌條件下充填入已滅菌的包裝容器中并密封而成產(chǎn)品。雖然早在1913年丹麥人金森就開始了對牛奶的無菌灌裝，而美國人佟克萊于1917年也得到了食品無菌保藏方法的世界首項專利，但無菌包裝技術(shù)的廣泛興起還是上世紀70年代末以后展開的。特別是近年來，在研究開發(fā)和應(yīng)用方面都發(fā)展得極為迅速，各種無菌包裝的商品在世界各國的超級市場上十分流行。采用無菌包裝的食品營養(yǎng)損失小，風(fēng)味色澤基本不變，無需冷藏便可長期貯存，這些優(yōu)點越來越受到廣大廠家和消費者的喜愛，是未來食品包裝發(fā)展的必然趨勢。改革開放后，我國食品行業(yè)也逐漸引進了無菌包裝技術(shù)，但自行研制和開發(fā)的水平仍與國外有很大差距。由于我國的食品無菌包裝剛興起不久，因而及時了解世界無菌包裝技術(shù)的發(fā)展狀況，對于我國自身技術(shù)的發(fā)展和提高都是非常必要的。本文從無菌包裝技術(shù)的三個核心環(huán)節(jié)，即包裝材料、包裝內(nèi)容物和包裝環(huán)境及設(shè)備的無菌化對該項技術(shù)的發(fā)展狀況作一概括性介紹。

一、包裝材料及容器的無菌化

傳統(tǒng)的食品包裝材料主要包括鐵、鋁、玻璃和塑料等，包裝容器以金屬罐裝為主流。近年來，隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，又產(chǎn)生了很多新型的包裝材料及容器，如多層鋁箔、紙及塑膠的復(fù)合材料，聚乙烯（PE），聚二氯烯（PVDC）及乙烯醇（EVOH）等高阻隔性塑膠材料，以及由共擠出加工技術(shù)制成的多層材料和容器，如PET等。而包裝容器也從硬質(zhì)傾向于軟質(zhì)和半硬質(zhì)，包括第一代的紙質(zhì)方形盒及第二代的塑料制杯形物等。

包裝材料和容器的多樣性，決定了其滅菌方法的多元化。對特定材料滅菌方法的選擇需要考慮到材料本身的特性。如外觀、機械適性和保護性的變化，各方面的殺菌效率、經(jīng)濟性及安全性等諸因素。目前商業(yè)化無菌包裝系統(tǒng)的包裝材料滅菌方法主要有4種：（1）加熱法：（2）紫外線（UV）照射法；（3）化學(xué)藥劑處理法；（4）放射線殺菌法。加熱法使用過熱蒸氣、飽和蒸氣或干熱空氣對材料進行高溫滅菌。具有無毒、無殘留有害物質(zhì)等優(yōu)點。但目前應(yīng)用并不很多。

紫外線殺菌在常溫下即可進行，安全性高，可干式處理且價錢便宜，很適合包材的殺菌。新廠的試驗顯示15W的紫外線在20mm高垂直照射移動的包裝材料可將0～10個／cm2的細菌數(shù)在4．8s內(nèi)完全殺死，對100個／cm2的細菌數(shù)也僅需5．6s。紫外線的缺點是易受物體表面凹凸不平的影響，殺菌效果隨菌種不同而有較大差異。

化學(xué)藥劑滅菌包括使用過氧化氫（H2O2）酒精和乙烯氧化物（EO）等。從對包裝材料的適應(yīng)性、殺菌的安全性和可信性而言，H2O2是最佳的，也是當前無菌包裝容器滅菌采用最多的藥劑。在高溫、高濃度條件下，H2O2在短時間內(nèi)即有顯著的殺菌效果，但H2O2對人體有刺激性。美國食品與藥品管理局（HA）規(guī)定：包裝容器內(nèi)的H2O2含量不得超過0．1ppm，在操作現(xiàn)場含量不得超過1ppm。這一規(guī)定促使了采用H2O2殺菌工藝的革新。其中一種方法就是采用H2O2霧劑沉積殺菌法，將H2O2霧滴控制在直徑3μm左右，并均勻而稠密地分布在包裝容器的內(nèi)壁上，但不得過量噴射，這樣既能保證規(guī)定的微生物致死率，又能保證在包裝容器內(nèi)和生產(chǎn)車間的殘留H2O2含量在允許的范圍內(nèi)。通過低溫干燥甚至可以完全排除包裝材料上的H2O2。采用EO殺菌具有滲透力強的特點，可進行堆疊方式處理。EO在常溫下為氣體，其殺菌效果隨溫度和濃度的提高而增加。但須注意其殘留毒性，生產(chǎn)上采用無菌熱風(fēng)加速其揮發(fā)。

如果不考慮成本，射線殺菌是最合適的方法，因為它既高效又安全。一般用CO60放射的γ射線在常溫下處理，穿透力強，殺菌可靠性高。

另外電子射線也可以用在包裝材料的滅菌上。電子射線由電子加速器發(fā)射，穿透力不如γ射線。但安全性及輸出能量容易控制。用300kev照射2張重疊的包材可達到完全的殺菌效果，400kev則可穿透4張重疊材料而完全殺菌。

各種殺菌方法各有其特點，針對不同的材料和不同的條件，選擇合適的滅菌方法尤為重要。而各種殺菌方法也可結(jié)合起來運用，以達到優(yōu)良的殺菌效力。例如以紙為基材的鋁箔，PE多層結(jié)構(gòu)的容器采用涂抹H2O2，再加熱吹干?；蚣埡邢纫原h(huán)氧乙烯（EOG）殺菌，充填前再浸漬H2O2溶液，熱風(fēng)干燥。成型／充填／封口的作業(yè)方式則先將材料浸漬H2O2溶液，并熱風(fēng)干燥及UV照射，或以130～150℃溫度直接加熱及蒸氣殺菌，盒中袋可以用EOG殺菌，或以γ射線處理。塑料袋狀容器常采用H2O2與UV合并使用。金屬罐、復(fù)合罐則用過熱蒸氣殺菌。塑料瓶還可用熱胚在200℃下吹塑成型。

目前常用的包裝材料殺菌方法及其在商業(yè)化包裝系統(tǒng)中的應(yīng)用見表1。

表1 常用包裝材料的滅菌方法及其在商業(yè)化包裝系統(tǒng)中的應(yīng)用

二、包裝內(nèi)容物的無菌化

包裝內(nèi)容物（即食品的滅菌）是無菌包裝技術(shù)中極其重要的部分。食品的無菌化方法包括加熱、微波處理、紫外線照射、超高壓處理和過濾等。其中加熱法是目前最經(jīng)濟和應(yīng)用最多的方法。食品在加熱過程中會發(fā)生褐變、風(fēng)味及營養(yǎng)成分的變化，其化學(xué)反應(yīng)的活化能為20000～26000cal／mol，而熱破壞細菌的活化能為6500cal／mol。從保護食品營養(yǎng)成分的保留率看，高溫短時滅菌可以有效破壞微生物細胞，抑制食品營養(yǎng)成分的化學(xué)變化。例如滅菌溫度為120℃時，殺死細菌芽孢需4min，成分保留率為70%，當溫度提高到132℃和150℃時，芽孢致死時間急劇減少，成分保留率則分別提高到90%和98%?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的超高溫（UHT）殺菌工藝就是應(yīng)用這一原理而設(shè)計的。例如對牛奶的滅菌，UHT殺菌通過在熱交換器中以最佳熱量傳遞方式在很短的時間內(nèi)把牛奶加熱到136～138℃，保溫2～8s后又在很短的時間內(nèi)把牛奶冷卻到20℃。

根據(jù)食品的性質(zhì)不同，UHT滅菌裝置分為固體和液體裝置兩大類。固體UHT裝置主要用于粉粒原料的滅菌，其中氣流式滅菌法工作時，一邊將粉粒原料在管道上輸送，一邊進行高溫蒸氣滅菌。而攪拌式滅菌則將粉粒食品在充滿過熱蒸氣的壓力容器內(nèi)高速攪拌而達到滅菌效果。

對液體食品的UHT滅菌具有直接和間接兩種形式。直接加熱工藝是將食品和加熱介質(zhì)（優(yōu)質(zhì)蒸氣）直接接觸，混合而達到滅菌效果。間接加熱工藝則是通過熱交換器間接地完成食品與加熱介質(zhì)（水、蒸氣）之間的熱傳導(dǎo)，間接加熱裝置具有多種形式，一般對均質(zhì)液體食品采用片式、管式、自由流動式熱交換器，對于含有固體顆粒的液體食品，依據(jù)顆粒塊度的增加，可以依次選用片式、自由流動式、管式、心管式、間歇式攪拌鍋、連續(xù)式、刮板式直至無液相的固體顆粒的流化床。熱交換器的選擇正確與否。直接影響到食品UHT工藝的安全性、經(jīng)濟性和食品質(zhì)量。從工藝角度而言，含固體的液體食品的連續(xù)高溫殺菌作業(yè)是相當困難的，主要體現(xiàn)在：難以精確計算熱是在液體食品和固體顆粒之間傳遞時的熱傳導(dǎo)系數(shù)，難以確定熱量在固體顆粒中的傳遞方向，難以求出含固體顆粒的液體食品在刮板式熱交換器和保溫管道中的流動條件。這些都需要加強科學(xué)研究。

三、包裝環(huán)境的無菌化

無菌包裝技術(shù)的一個非常重要的條件就是包裝的工作空間無菌，以此避免不潔空氣對產(chǎn)品的二次污染。通常采用空氣凈化技術(shù)把空氣中的含塵量控制在一定范圍內(nèi)，空氣經(jīng)過凈化后殺菌處理，殺死附著在塵埃里面的細菌，這樣的工作室即稱為無菌室。建造一間高質(zhì)量的無菌室費用較高，因此在許多無菌包裝系統(tǒng)中把充填灌裝部分的工作室設(shè)計成一個一等級的無菌室，它要求包裝機內(nèi)腔無菌，并要求具有一定壓力。因此常用情性氣體發(fā)生器產(chǎn)生惰性氣體注入到罐裝部分和封口處使其壓力大于外界壓力，以便灌裝并阻止外界污濁空氣進入。目前包裝機大多采用H2O2滅菌，然后用無菌熱風(fēng)干燥。由于系統(tǒng)的無菌化程度要求高，所以作業(yè)生產(chǎn)線實行自動控制，并定期檢查、清洗、滅菌。

四、結(jié)論

無菌包裝從上世紀70年代在歐美興起到目前，包裝工藝和包裝材料都取得了巨大進步，并廣泛應(yīng)用于發(fā)達國家的食品、飲料、乳制品、蛋奶制品、調(diào)味品等多種生產(chǎn)企業(yè)。它的優(yōu)點是最大限度地減少食品在殺菌包裝過程中營養(yǎng)成分和原有風(fēng)味的損失，延長了罐裝的貨架壽命，同時降低了包裝費用。與傳統(tǒng)包裝技術(shù)相比，無菌包裝具有殺菌包裝一體化方式的優(yōu)點，采用的材料多為鋁塑、紙塑等密閉性很好的復(fù)合材料。因此能使食品在常溫下保存很長時間。未來無菌包裝將繼續(xù)朝著包裝材料的多樣化、包裝形態(tài)殺菌方法多元化的方向邁進，包裝技術(shù)方面將重點攻克高粘性食品、固體食品、低酸性食品、含顆粒大的液體食品的包裝工藝問題，而這些都有待相關(guān)包裝技術(shù)的進一步發(fā)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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