飲料生產的新趨勢——無菌冷灌裝技術的清潔消毒和衛生控制

劉 潔

（希悅爾（中國）有限公司， 上海 201706）

從有飲料生產的歷史以來，行業中已經開發了一系列的加工和灌裝技術，并還在迅速發展，以確保產品的質量。這些加工灌裝技術有：嚴格的衛生條件下的冷處理和灌裝；冷處理和巴氏消毒后的充填灌裝；結合熱灌裝過程的巴氏消毒；增加防腐劑和巴氏消毒的冷灌裝；與冷“超凈線”灌裝結合的巴氏消毒。

隨著市場和衛生監管部門對食品飲料產業的衛生水平越來越高的要求，以及消費者口味的轉變，飲料市場逐漸從不敏感產品例如碳酸飲料，向敏感型產品例如含乳飲料轉型，從而帶來了整個飲料生產工藝的改變。這個變化過程中的驅動力包括：開發新的、微生物敏感的飲料需求；含有天然原料飲料的消費需求；不含防腐劑飲料的消費需求；口感外觀更好的消費需求；需要長保質期儲存環境條件的分布經濟學；密集的市場營銷驅動擴大范圍的方案以及迎合大容量PET瓶的趨勢等等。

在這樣的條件下，市場上迎來了新的飲料生產技術——無菌冷灌裝（Cold Aseptic Filling）。對比之前的飲料生產技術，無菌冷灌裝采用了先進的清洗消毒工藝，生產流程的控制更為嚴格，能夠最大程度地降低微生物的風險，保障原料和成品的食品安全。

1. 無菌冷灌裝線技術

1.1 無菌冷灌裝工藝

無菌冷灌裝的工藝流程大致如下：飲料原材料成批投入調配罐并混勻，糖漿內加水并調至最終濃度，產品經過超高溫瞬時滅菌后冷卻保持無菌。全封閉的無菌灌裝一體機在一個干凈的正壓房與包裝大廳分開。PET瓶使用無菌空氣輸送風軌輸入無菌區域，經過嚴格控制的清洗消毒之后，在無菌環境下將無菌的產品灌入容器內。同時，PET瓶蓋也經過清洗消毒程序，將灌裝好產品的瓶子封蓋，并進入噴碼、裝箱區域。

圖1 無菌冷灌裝工藝

1.2 無菌冷灌裝線設備構造

一般來說，無菌冷灌裝線通常由以下五部分組成：瓶殺菌機、洗瓶機、填充機、蓋殺菌機以及旋蓋機。

圖2 無菌冷灌裝線設備構造

瓶殺菌機：PET瓶經輸送風軌由轉接星輪進入到瓶殺菌機區域，在殺菌區域使用消毒液過氧乙酸或配合以潤濕劑以噴淋或灌注方式對瓶子內外部進行徹底消毒殺菌。

洗瓶機：消毒過的PET瓶在洗瓶機內部，使用無菌水對整個瓶子進行徹底的沖洗，保證消毒液的殘留符合設備供應商和食品工廠的規定，確保生產飲料的品質安全。

填充機：UHT超高溫瞬時滅菌處理的無菌料液在此區域，通過無菌灌裝閥進行精確定量灌裝，同時要確保灌裝區空氣質量能達到百級空間的要求。

蓋殺菌機：瓶蓋在蓋殺菌機經過消毒液過氧乙酸噴淋或浸泡處理后，使用無菌水徹底沖洗干凈，保證消毒液的殘留符合設備供應商和食品工廠的規定，確保生產飲料的品質安全。

旋蓋機：殺菌后的瓶蓋通過旋蓋頭密封于灌裝完成的PET瓶上，保證密封完整，無滲漏無高蓋歪蓋現象。

1.3 無菌冷灌裝線清潔消毒技術

1.3.1 敏感飲料

由于在食品飲料的生產制造過程中，會在設備中產生如糖、蛋白質、淀粉、脂肪、油脂和油等有機污垢，如礦物鹽、水硬度、植物礦物沉積、啤酒石、飲料石等無機污垢，以及如醋酸桿菌、脂環酸芽孢桿菌等微生物污垢，所以食品飲料行業的加工處理設備需要從生產加工設備表面去除附著著的污垢、從加工設備比如管道系統中去除礦物質沉積，同時還要防止表面的微生物污染破壞產品質量。

根據以下各種因素，飲料可以被界定它們對微生物的敏感性程度，從而判斷此種產品能否安全地在不同的飲料生產線上生產：pH、CO2含量、糖含量（Brix）、磷酸和氮營養物含量、檸檬油精含量、抗壞血酸含量、防腐劑含量、果汁含量、水果材料供給、糖加工過程、滅菌過程、工廠衛生水平。隨著危險性的增加，飲料生產線的清洗消毒頻率和微生物控制風險等級也必須增加。

一些飲料生產商依據飲料的敏感性把產品分為以下4組：

組1-高碳酸化，高酸軟飲料，例如可口可樂、雪碧

組2-同類型1，但具有刺激性，例如根汁汽水

組3-敏感的碳酸軟飲料，例如充二氧化碳的果汁

組4-礦泉水，功能飲料，牛奶，含乳飲料，茶，咖啡飲料，果汁，例如奶茶、綠茶

組4（敏感飲料）指的是一類與“簡易不敏感”飲料相比，對微生物和味道污染呈現更高敏感型的產品。由于它們呈現以下特性使得它們具有高度微生物變質的危險性：

* 較高pH范圍

* 含有低或不含二氧化碳，提供好氧和厭氧微生物的生長條件

* 可使用的營養物非常廣泛

* 固有的微生物含量和具備天然原材料的敏感性

* 傾向于不加防腐劑

圖3 無菌冷灌裝線的清洗消毒主要集中在兩個部分

它們對清潔敏感因為：

* 它們產生復雜的基于牛奶、果汁、咖啡和茶的污垢

* 它們的處理常常要求熱處理，因而必須去除高溫熱變性的殘留物

* 它們可能含有固體物質如果肉、谷粒，這些物質會沉積在管道表面

1.3.2 無菌冷灌裝線的清洗消毒

無菌冷灌裝線的設計工藝出發點就是生產更多類型的敏感飲料以迎合市場需求并確保微生物安全，因此敏感飲料的特性和滅菌的需要使得無菌冷灌裝設備的污垢更難于去除，消毒要求更高，因而無菌冷灌裝線的衛生設計和清洗消毒工藝就更為關鍵，只有經過設備供應商的測試并驗證通過的清潔消毒劑才能夠應用在無菌冷灌裝線的生產中。

無菌冷灌裝線的清洗消毒主要集中在兩個部分：包裝材料的清洗消毒和管道內部的清洗消毒。

包裝材料的清洗消毒對象是直接跟灌裝物料接觸的PET瓶和起著密封作用的瓶蓋，希悅爾使用擁有專利技術的特殊消毒劑——泰華施牌過氧乙酸對包裝材料進行消毒殺菌。過氧乙酸簡稱PAA，分子式為CH3COOOH，因為有羥基基團的存在，會讓微生物結構中的蛋白質、酶和功能基團（-SH，-NH2）氧化，同時高反應活性的羥基基團能夠攻擊膜脂、DNA和其他必需的細胞組分，從而導致微生物細胞死亡，起到消毒殺菌的作用。

管道內部的清洗消毒又稱為CIP，指生產工廠在不拆除或改變系統操作裝置狀態的清洗方式。在管道內部的清洗消毒中，清洗溶液通過噴洗在罐體的表面和在管道內部由泵作循環來接觸清洗表面，并去除污垢、殺滅微生物細胞以達到清洗消毒的目的。無菌冷灌線中我們采用設備供應商許可的復合酸堿來進行CIP，有別于普通工業酸堿的是，復合酸堿除了固有的氫氧化鈉、氫氧化鉀和硝酸、磷酸成分外，還會添加適當比例的鰲合劑或潤濕劑，能夠幫助酸堿更好地滲透進入污垢內部和微生物細胞內，大大增強清洗消毒效果，保證無菌體系的完整運行。

2. 無菌冷灌裝線的衛生控制

2.1 飲料微生物污染路徑

飲料微生物污染路徑分為兩種類型：直接傳播和間接傳播。直接傳播包括：食品原物料和配料（包括生產用水）攜帶的微生物，生產設備、使用工器具、包裝材料食品接觸面等與食品的接觸傳播，動物（蟲害）接觸食品傳播，工廠操作員工身體、手部或其他不潔部位與食品的接觸傳播，空間環境中微生物沉積在食品上或直接與食品接觸傳播。間接傳播包括：員工手部接觸非食品接觸面后再碰觸食品傳播，機器運行產生的灰塵和水霧，環境微生物由于不當操作擴散到空氣中，人員活動向空間擴散的微生物，人流、物流將加工環境外的微生物傳播到加工環境中。

2.2 無菌冷灌裝線的風險因子

無菌冷灌裝生產的風險因子包括以下幾個方面：原物料的風險因子，包裝材料的風險因子，介質（空氣、水）的風險因子，人員/員工的風險因子，設備的風險因子，空間環境的風險因子。

2.3 無菌冷灌裝線的衛生控制

一般來說，原物料初始帶菌量大約是1000 CFU/mL，并不是處于一個無菌的狀態，所以在無菌冷灌裝之前對產品進行熱處理殺菌是必要的。如果在日常質量監測工作中，發現原物料初始帶菌量超過了超高溫滅菌設備或巴氏殺菌設備的設定標準值，則需要檢查原物料供應商的品質，確保熱處理之后的產品能夠保證無菌品質。

在無菌冷灌裝工藝中，包裝材料都是在清潔消毒之后進行灌裝和封瓶的，所以任何二次操作都會導致一定程度的污染。在整個衛生控制中，包裝材料要管控初始帶菌量，為了達到OEM的要求（100,000瓶灌裝產品中只有1CFU污染），瓶子的初始帶菌量不能超過40個微生物。同時，灌裝之前，包裝材料必須滅菌，使用過氧乙酸消毒液滅菌能夠達到OEM對細菌孢子的殺滅率5～7log（99.999%～99.99999%）的要求。

在無菌冷灌裝的灌裝和封蓋過程中，飲料必須防止受到空氣傳播的污染。對于設備的空間環境，可以采取基本的衛生措施來保證微生物數量最低，如安裝正壓房和封閉的門窗等，對于設備表面應采用持續性的清洗消毒，抑制微生物的增生。對于灌裝區域，則要嚴格控制塵埃粒子、沉降菌及浮游菌的數量，確保灌裝區域達到百級空間。安裝的高效過濾器要定期檢漏、按時保養維護。

人員/員工的衛生控制要建立良好的清潔消毒意識，進出工廠、車間，要遵循品質控制部門的要求，搞好個人衛生，避免對產品的二次污染。

無菌冷灌裝車間的設備必須按照衛生級別的標準設計，要求無角落和空洞，有斜面的平坦地面，不銹鋼表面無劃痕、無焊點，能夠方便的進行設備維修、檢查，方便排水，設備材料與灌裝產品和清潔消毒產品兼容。

糟糕的空間衛生環境會導致微生物的滋長，微生物也會通過員工或者操作水流噴濺的方式進入灌裝區域。只有采取良好的衛生操作才能夠保證空間環境中的微生物保持在極低的水平，前提是天花板、地板、墻壁、照明設施、下水道等必須按照能夠方便清潔并且不會支持微生物生長的原則來設計。

總體而言，無菌冷灌裝線是目前世界范圍內最為先進的飲料生產技術，要想做到生產的順利運行和品質的有力保障，除了企業領導層的積極態度，認識到衛生控制的重要性以外，還要建立合適的監察體系進行監督，調動所有員工的衛生意識，建立有效的清洗殺菌工藝，才能安全且高效地為消費者提供合格的產品。