湖南包装33技术交流BAOZHUANG2007食品的无菌加工及包装科技就是将肉类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啤酒的无菌灌装,而中国人佟克莱于1917年也受到了饮料无菌保藏方法的全球首项专利,但无菌包装科技的广泛盛行还是上世纪70年代末之后展开的;尤其是近年来,在研究研发和应用方面都发展得极为快速,各种无菌包装的商品在全球各地的超级行业上非常流行。采用无菌包装的饮料营养损失小,风味口感基本不变,无需冷藏便可大量储存,这些特点越来越得到广大厂家和消费者的喜爱食品无菌包装技术,是将来食品包装发展的必定趋势。改革开放后,我国食品产业也逐步引入了无菌包装科技,但自行研发和开发的水准仍与美国有巨大差异。由于我国的饮料无菌包装刚兴起不久,因而迅速了解全球无菌包装科技的演进状况,对于我国自身科技的演进和提升都是相当必要的。本文从无菌包装科技的三个核心环节,即包装材料、包装内容物和包装环境及设施的无菌化对该项科技的演进状况作一概括性介绍。一、包装材料及容器的无菌化特色的制品包装材料主要包括铁、铝、玻璃和金属等,包装容器以塑料瓶装为主流。
近年来,随着塑料工业的演进,又形成了这些新型的包装材料及容器,如多层铝箔、纸及橡胶的复合材料,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金属制杯形物等。包装材料和容器的多样性,决定了其灭菌手段的多样化。对特定材料灭菌手段的选用需要考量到材料原本的特点。如外形、机械适性和保护性的差异,各方面的杀菌效率、经济性及安全性等诸原因。目前商业化无菌包装系统的包装材料灭菌手段主要有四种:(1)加热■孙书静食品无菌包装科技的演进概况内容物点心、布丁、果汁、果酱牛奶、果汁、咖啡、奶粉、点心冰淇淋乳酸、点心牛奶、果汁、蕃茄汁奶精灭菌方法过热蒸汽过氧化氢H2O2环氧乙烷EOG紫外线UVH2O2+UVγ射线热胚吹塑成型应用包材及容器金属、塑料膜、铝箔、纸/Al/PE/复合罐纸、铝箔、PE、多层结构、塑料膜、可热成型塑料、塑料杯、袋、玻璃金属袋塑料膜、铝箔纸、铝箔、塑料袋、PE多层结构金属袋玻璃、粒化热金属、预成型塑料科技交流2007BAOZHUANG湖南包装34法;(2)紫外线(UV)照射法;(3)化学药剂处理法;(4)放射线杀菌法。
加热法使用过低蒸气、饱和蒸汽或干热空气对材料进行低温杀菌。具有无毒、无残留有害物质等特点。但现在应用并不太多。紫外线杀菌在常温下就能进行,安全性高,可干式处理且价格低廉,很合适包材的杀菌。新厂的实验显示15W的紫外线在20mm高平行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。紫外线的特点是易受物体表层凹凸不平的影响,杀菌效果随菌种不同而有较大差别。化学药剂消毒包括使用氢化化氢(H2O2)乙醛和烯烃氢化物(EO)等。从对包装材料的适应性、杀菌的安全性和可靠性而言,H2O2是绝佳的,也是当前无菌包装容器灭菌采用最多的药剂。在低温、高温度条件下,H2O2在短时间内即有明显的杀菌效果,但H2O2对身体有刺激性。美国饮料与药品管理局(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。这一要求使得了运用H2O2杀菌工艺的革新。
其中一种方式就是运用H2O2雾剂沉积杀菌法食品无菌包装技术,将H2O2雾滴控制在半径3μm左右,并均匀而稠密地分布在包装容器的表面上,但不得过量喷射,这样既能确保规定的微生物死亡率,又能确保在包装容器内和制造工厂的残留H2O2含量在允许的范围内。通过高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征,可进行堆叠方法处理。EO在常温下为气体,其杀菌效果随频率和温度的提升而降低。但须留意其残留毒性,生产上引入无菌热风加速其挥发。如果不考量成本,射线杀菌是最适合的方式,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易于控制。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。各种杀菌方式各有其特征,针对不同的材料和不同的条件,选择适合的灭菌手段尤为重要。而各类杀菌方式也可结合出来运用,以超过优良的杀菌效力。
比如以纸为涂料的铝箔,PE多层结构的容器采用涂抹H2O2,再烘烤吹干。或纸板先以环氧乙烯(EOG)杀菌,充填前再涂覆H2O2溶液,热风干燥。成型/充填/封口的作业方法则先将材料涂布H2O2溶液,并热风干燥及UV照射;或以130～150℃温度直接烘烤及蒸汽灭菌;盒中袋可以用EOG杀菌,或以γ射线处理。塑料袋状容器常选用H2O2与UV合并使用。金属罐、复合罐则用过热蒸汽灭菌。塑料瓶还可用热胚在200℃下吹塑成型。目前常见的包装材料杀菌方式以及在商业化包装系统中的应用见表1。二、包装内容物的无菌化包装内容物(即食品的杀菌)是无菌包装技术中非常重要的个别。食品的无菌化方式包含加热、微波处理、紫外线照射、超高压处理和过滤等。其中加热法是现在最经济和应用最多的方式。食品在加热过程中会出现褐变、风味及营养成分的变化,其化学反应的活化能为表1常用包装材料的灭菌手段以及在商业化包装系统中的应用科技交流BAOZHUANG2007湖南包装3520000～26000cal/mol,而热破坏病毒的活化能为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物理细胞,抑制食品营养成分的物理差异。例如灭菌温度为120℃时,杀死病毒芽孢需4min,成分保留率为70%,当温度增加到132℃和150℃时,芽孢致死时间大幅降低,成分保留率则分别增加到90%和98%。现在广泛应用的超高温(UHT)杀菌工艺就是应用这一机理而设计的。例如对饮料的消毒,UHT杀菌通过在热交换器中以绝佳热量释放模式在很短的时间内把鸡蛋加热到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灭菌装置分为液态和液体装置两大类。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,一边进行低温蒸气杀菌。而搅拌式消毒则将粉粒食品在充满过热蒸汽的压力容器内高速搅拌而超过灭菌效果。对液体饮料的UHT灭菌具有直接和间接两种方式。直接加热工艺是将制品和烘烤介质(优质蒸气)直接接触,混合而超过灭菌效果。间接加温工艺则是借助热交换器间接地完成饮料与加温介质(水、蒸气)之间的热传导,间接加温装置具备多种方式,一般对均质液体食品采取片式、管式、自由流动式热交换器,对于带有固体颗粒的液态食品,依据颗粒块度的降低,可以依次选择片式、自由流动式、管式、心管式、间歇式搅拌锅、连续式、刮板式直至无固相的液态颗粒的流化床。
热交换器的选取恰当与否。直接妨碍到制品UHT工艺的安全性、经济性和制品质量。从工艺角度而言,含固体的液态食品的连续高温灭菌作业是非常困难的,主要表现在:无法准确计算热是在液态食品和固体颗粒之间释放时的热传导系数,难以确定热量在液态颗粒中的释放方向,难以求出含固体颗粒的液态食品在刮板式热交换器和隔热管道中的流动条件。这些都必须重视科学探究。三、包装环境的无菌化无菌包装科技的一个特别重要的条件就是包装的工作空间无菌,以此减少不洁空气对产品的二次污染。通常采取空气洁净技术把空气中的含尘量控制在一定范围内,空气经过洁净后消毒处理,杀死附着在尘埃里面的细菌,这样的工作室即称为无菌室。建造一间高品质的无菌室成本较高,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,并规定带有一定压力。因此常见惰性气体出现器造成惰性气体注入到罐装部分和封口处使其压力小于外界压力,以便灌装并阻碍外界污浊空气处于。目前包装机大多采取H2O2灭菌,然后用无菌热风干燥。由于系统的无菌化程度规定高,所以作业生产线启用手动控制,并定期检测、清洗、灭菌。四、结论无菌包装从上世纪70年代在欧美盛行到现在,包装工艺和包装材料都获得了很大进步,并广泛应用于发达国家的乳品、饮料、乳食品、蛋奶制品、调味品等多种制造企业。
它的特点是最大限度地降低制品在灭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,同时增加了包装成本。与特色包装科技相比,无菌包装具有抑菌包装一体化方法的特点,采用的材料多为铝塑、纸塑等密闭性很高的复合材料。因此能使制品在常温下储存很长时间。未来无菌包装将再次朝着包装材料的多元化、包装形态杀菌方式多样化的方向靠拢,包装科技方面将重点攻克高粘性食品、固体饮料、低碱性食品、含颗粒大的液态食品的包装工艺难题,而这种都有待相关包装科技的进一步发展。(收稿日期:2007-05-18)
