無菌包裝技術的研究概況

上海出版印刷高等專科學校 李孟曉

前言

物品由于在生產、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。雖然可以運用化學藥劑、氣調、高溫、低溫等滅菌技術進行殺菌。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境中，特別是某些食品，所以，無菌包裝技術被廣泛地應用到食品包裝中。

一、無菌包裝技術簡介

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

無菌包裝技術具有以下的優點：

1.便于儲運和銷售

對包裝食品的殺菌可根據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、風味、營養成分得到最好的保護，復合包裝材料和真空狀態可以使產品免受光、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行殺菌的，避免食品與包裝容器發生反應，減少容器成分向食品中滲透。

3.適用于自動化連續生產

生產效率高，節能省工，有利于降低生產成本。以飲料為例，據計算，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.節約成本

紙材、塑料包裝設備開發2000年以300條生產線計，可創產值8億元，利稅達25億元，節匯35億元；金屬材料包裝設備開發至2010年可生產400條生產線計，可創產值12億元，利稅3億元，節匯12億元。

5.符合現在環保包裝的潮流

無菌包裝材料使用紙質，易于降解，有利于保護環境。由于無菌包裝具有以上優點，該技術目前已被廣泛應用于食品、飲料、乳制品等多種行業。今天，發達國家的絕大多數牛奶和半數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、產品的商業滅菌、無菌輸送以及在無菌環境下填充，然后進行完整封合以防止再污染，從而生產出無菌產品。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

在無菌包裝設備中，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品相接觸的物品都應進行滅菌處理。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，再烘干，達到滅菌目的。

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，數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胞內核蛋白分子構造發生變化，從而達到滅菌目的。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

1）超高溫瞬時殺菌技術：超高溫瞬時殺菌（UHT）是將食品在瞬間加熱到高溫從而達到殺菌目的。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：巴氏滅菌技術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，殺死包裝容器內的細菌。巴氏殺菌可以殺滅多數致病菌，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合，如冷藏、冷凍、脫氧、包裝配合，可達到一定的保存期的要求。

3）歐姆殺菌技術：歐姆殺菌是通過電極將電流直接導入含顆粒的流質品，利用食品本身的介電性質，使電能轉變為熱能從而加熱食品。英國APV公司從20世紀80年代開始研究歐姆UHT加熱殺菌系統，現已開發出75kw到300kw的商用機型，并在1993年獲美國食品與藥品管理局（FDA）批準和認可。APV公司的歐姆UHT加熱殺菌系統可用于粒徑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食品的無菌加工。歐姆加熱UHT殺菌系統在歐洲、美國、日本得到了廣泛應用。

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，具有較好的導電性，根據歐姆定律，將電流通過連續流動的物料通道即可對材料進行加熱，加熱范圍與食品導電率均勻性和食品在電熱器中停留時間有關的一種直接加熱超高溫殺菌系統。

3.新滅菌技術的發現

目前，隨著殺菌工藝技術的不斷更新，無菌包裝技術也逐漸擺脫傳統模式，向著新的殺菌方式發展。如時下多采用高強度紫外線和低濃度過氧化氫相結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合，對瓶裝牛奶進行二次滅菌法，它是將牛乳經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。由于牛乳進行UHT滅菌，基本上處于無菌狀態，因而保持滅菌的加熱強度可明顯下降，制品的風味和色澤可得到明顯改善。還有超高壓殺菌技術，它是將產品置于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、味及營養成分的劣變，可以較多地保留食品原有的風味。

三、無菌包裝技術在食品包裝中的應用狀況

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用，為廣大食品生產企業帶來無限商機。

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，產品風味好，而且在常溫下保存時間長，生產廠商、消費者很歡迎這種包裝產品，該產品不僅克服了生產地域的限制，而且還去掉了運輸過程中所需的冷鏈，有利于市場拓展。據統計，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。目前國內各種無菌包裝設備約300多臺套，年生產能力超過150萬t。瑞典利樂、瑞士SIG康美包及美國國際紙業公司是稱雄紙盒無菌包裝領域的三巨頭。隨著經濟的發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，必將會促進無菌包裝的進一步發展。

無菌包裝PK熱灌包裝，前者將更有優勢勝出。一些業內人士認為，無菌塑料包裝將迅速取代熱灌裝PET瓶。他們的理由是：瓶體質量更輕，價格更便宜，熱處理時間縮短將進一步改進產品的口味和營養價值。而飲料行業眾多陳舊設備組成的熱灌裝線亟待更新。業務發展協會會長GordonBockner非常熟悉PET市場及相關技術，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等營養增補劑產品就非常適合這一技術。”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，對產品口味產生負面影響。”

包裝咨詢公司Ray－Pak總裁RayBourque也認為，低酸產品的未來趨勢是塑料瓶無菌灌裝。“尤其是一些新生代飲料，無論從質量還是營養成分角度，都不再適合熱灌裝。”Bourque說，“與此同時，無菌灌裝系統在近幾年來不斷完善。無菌室面積越來越小，旋轉式與直線式相比，速度進一步提高。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。”無菌包裝技術不僅在乳制品行業有很好的發展空間，而且在其它的行業也有了長足的發展。

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

四、無菌包裝技術前景廣闊

隨著我國經濟的飛躍發展，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，國內市場對綠色食品的消費需求日益高漲，食品安全和食品質量就成了食品領域最關注的問題。無菌包裝技術，作為液態食品包裝的先進技術其應用前景十分廣闊。

現在，無菌包裝技術仍然在不斷發展。因為即使在工業比較發達的國家，無菌包裝技術也是一項高新技術，也需要加強投入進行技術創新。因此，包裝企業應加強與其它相關企業的合作，一方面改進食品無菌包裝材質及包裝外形設計；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一步開發，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、調味品、醫藥、化妝品等方面的應用；隨著我國經濟的迅速發展，食品無菌包裝技術將不斷提高，包裝企業應不失時機地研究開發無菌包裝新產品，拓寬無菌包裝發展空間。

目前中國包裝行業總體水平與發達國家相比落后許多年，但這一差距也顯示出中國包裝行業發展的潛力。以無菌包裝產品來說，在發達國家中，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，遠未達到世界人均20包的水平。因此，無菌包裝在我國有著很大的發展潛力。隨著我國經濟的迅速發展，食品無菌包裝技術將會不斷改進，我國包裝企業應不失時機地研究開發應用無菌包裝產品，使無菌包裝成為我國包裝企業發展的一個新亮點。