無菌包裝材料及無菌包裝技術

秦慶勝

（山東新巨豐泰東包裝有限公司 山東新泰 271200）

與科學技術的飛速發展及人們生活水平的日益提升相伴隨，人們的生活習慣與飲食結構同樣發生明顯的變化，對天然綠色食品的追求現已成為一種時尚和共識［1］。不過，天然果汁與牛奶等新鮮的食品如何在不進行任何防腐劑添加的重要前提條件下做到對高營養及好風味的長時間保持，由遙遠的山區或草原運送至消費者手中，是食品領域相關人員一直在思考并重點解決的問題。以往，人們多是利用蒸煮方式殺菌，但是這種方式會在一定程度上破壞食品的風味與營養，所以需要進行新材料或新技術的研究，通過超高溫瞬時滅菌技術的采用，搭配無菌材料進行產品包裝，無需再一次進行殺菌處理，便能實現保持食品原有營養成分及風味［2］，不僅如此，還能在常溫狀態下保存，此即無菌包裝材料和無菌包裝技術在食品中的有效應用，本文將對此展開詳細的研究。

1 食品腐敗變質機理與微生物高溫殺滅條件

食品腐敗變質原因多種多樣，既有機械方面的，又有化學方面的，此外，還有物理生理方面的，舉例而言，青果物的表皮在遭受機械損傷之時有較大可能出現腐敗變質的狀況；在化學制劑的污染和微生物的入侵影響下，食品亦會有霉爛變質的風險［3］。為了有效地將食品保鮮期延長、保持其原有營養價值和風味的重要目的，需要對多種有效措施和手段加以運用，排除所有可能會導致食品出現變質狀況的因素。從本質上來看，食品無菌包裝就是消除食品中的全部微生物，同時，對無菌化的包裝材料加以使用進行食品的密封包裝，讓其一直處于無菌的狀態之下，不受季節及距離等各種因素的影響，將由于腐敗變質而導致的食品浪費現象的發生率控制于最低水平。

實際上，所有的微生物都必須有符合自身特點的生活環境才可以生長和繁殖［4］。舉例而言，水分和溫度對于微生物而言十分重要，通常情況下，在85℃的水溫下進行時長30min 的蒸煮處理，便能達到將一般致病菌殺死的目的；而在100℃的水溫條件下進行時長30min 的蒸煮處理，又可以殺死霉菌與酵母菌；為了殺滅在腐敗變質的生肉或者是經過加工的肉類制品中生長的肉毒桿菌，需要進行比較高的溫度的設置。作為一種毒性非常強且致死率很高的細菌，肉毒桿菌對人類生命安全的威脅非常大，只要人體遭受百萬分之一克的肉毒桿菌的侵入，便有重病的可能，甚至是死亡。表1所示為肉毒桿菌的殺滅溫度及對應的時間［5］。

表1 肉毒桿菌殺滅溫度及時間

另外，表2 所示為各種類型的微生物生長繁殖需要的水分活性［6］。

表2 微生物生長繁殖需要的水分活性

2 無菌包裝材料

無菌包裝材料需要滿足的要求比較多，綜合而言可作以下幾點概括［7］。（1）高度的阻隔性。因為空氣和水分能夠為細菌生長繁殖提供必需的條件，出于對這一客觀情況的考慮，具有良好阻氣與阻濕性能的包裝材料能夠為食品保質期的延長提供便利條件。（2）強度足夠大。避免包裝材料在流通的過程中出現損壞情況。（3）耐殺菌能力強。在殺菌作業的開展過程中不會遭受破壞，同時，可以透過殺菌所需溫度或者是射線，能夠為全面而又徹底的殺菌提供可靠保證。（4）材料表面的印刷圖案在殺菌作業開展過程中不會受到破壞，特別是在用過氧化氫進行消毒處理時，可以保證表面印刷品不會出現變色和脫落的狀況。（5）耐熱、耐寒、耐候性能好。一些無菌包裝食品需要在-20℃的深冷條件下進行保存，需要為包裝材料的良好耐寒性能提供重要保證，確保材料在此種環境下不會出現發脆的現象。（6）耐針刺、耐曲折及低溫熱封性能好。

目前，常見的無菌包裝材料有以下幾種類型。

2.1 紙材

現階段，應用率比較高的紙包裝材料其實就是紙基復合包裝材料，可進一步對其進行以下兩種類型的劃分［8］。其一，由內至外分別由聚乙烯、聚乙烯、紙板、印刷色及聚乙烯材料構成；其二，由內至外的構成材料分別為聚乙烯、聚乙烯、鋁膜、聚乙烯、紙印刷、顏色、聚乙烯。在上述兩種無菌紙材包裝材料中，第二種材料表現出的透光性及透氣性更加優異，能夠為無菌包裝內容物提供更好的保護。概括而言，紙材性質的無菌包裝材料有以下幾方面優點體現出來：價格比較低；重量相對較小；容易降解，屬于可回收物；能夠采用印刷方式進行裝飾。但是，此類包裝材料同樣有自身的缺點存在，如內層聚乙烯薄膜的分層難度比較大，無法為材料的密封性提供可靠保證等。

2.2 鋁塑材

通常情況下，鋁塑材的結構為3 層或3 層以上，下方為鋁膜，兩邊位置都是聚酯塑料膜，此外，亦能夠對多層材料進行復合處理，可以很好地實現對防潮、氣密及耐酸堿等要求的滿足。鋁塑材類的無菌包裝材料表現出理想的對高溫滅菌及熱灌裝操作的承受力，不僅如此，還可以在-30℃的深冷環境條件下儲存，密封容器還表現出非常優異的力學性能。

2.3 塑料瓶

以硬質聚氯乙烯瓶的應用比較多，表現出以下優點：透光均勻、表面光滑、化學性質為中性、不容易碎裂等。但是，此類材料的缺點也比較明顯，主要是沒有理想的透氣性。通過在PVC 表面進行部分PVC 膜的復合處理，能夠達到將其氣密性能顯著提升的目的。

3 無菌包裝技術

3.1 物理滅菌技術

物理滅菌技術有一個十分明顯的優點，即無需對化學原料加以運用便能將理想的滅菌效果發揮出來，這可以保證包裝容器或者是材料在和食物進行接觸之時沒有化學物質殘留，對于食品安全性的提升具有顯著的積極意義。

3.1.1 熱處理滅菌技術

該技術主要是將經過加熱處理并升高至130～160℃的空氣噴射至材料的表面，只需維持短短的幾秒鐘，便能夠將完全殺滅細菌的效果發揮出來。該方法對被作用的無菌包裝材料提出比較高的要求，耐熱性能要足夠好。舉例而言，在經過處理以后，紙材類的無菌包裝材料會因為水分的缺失而出現脆性明顯變大的狀況，在高溫的沖擊之下，玻璃制品也有比較大的炸裂風險。對熱處理滅菌技術進行進一步地劃分，還可細分為過熱蒸汽滅菌、飽和蒸汽滅菌、干熱空氣滅菌及成型熱滅菌等幾種類型。

3.1.2 輻射滅菌技術

該技術主要是對X射線、γ射線以及β射線等加以運用對食品等進行滅菌處理，在消殺完畢之后將其包裝于無菌材料中。在進行基于輻射滅菌技術的無菌包裝材料的選擇時，應盡可能地不使用玻璃材料，原因在于經過輻射處理，玻璃會出現變色的情況。對于輻射的時長，必須進行嚴格控制，避免發生材料由于受損而老化或是分解的問題。通常，輻射滅菌技術的使用需要較高的成本支出，但其優點體現在效率高、可以很好地保證安全性上。

本文對紫外線殺菌技術進行重點闡述，主要是受到紫外線的照射，微生物細胞內的核酸會被破壞，這會導致其出現新陳代謝紊亂的狀況，進而喪失繁殖能力。一般情況下，紫外線波長在250～260nm 時能夠將最好的殺菌效果發揮出來。不過，對紫外線殺菌技術加以運用，可能會在一定程度上降低部分高分子薄膜的熱封強度，因而在選材上需要加強注意。在經過滅菌技術的處理之后，包裝材料或是容器上的帶菌量每米2少于5個。

3.2 化學滅菌技術

絕大多數情況下，由于殘留問題的存在，化學滅菌技術都不會被單獨使用，此技術主要應用于綜合滅菌方法之中。在對化學試劑進行選擇之時，必須從嚴格意義上做到對以下要求的滿足：在殺死微生物的同時不會對人體造成損害。通常，乙醇或過氧化氫是使用比較多的化學試劑，濃度為70%的乙醇可以將最好的滅菌效果發揮出來，應用于殺菌處理的過氧化氫濃度以25%～30%為宜，溫度則通常設定在60～65℃。從過氧化氫的使用方式上來看，主要劃分為浸泡式與噴淋式兩種類型。在經過滅菌技術的處理以后，包裝材料或是容器上的過氧化氫殘留量不能大于0.1ppm。

3.3 綜合滅菌技術

在綜合滅菌技術中，發揮主要作用的為化學技術，對相應的物理滅菌技術進行搭配。相較于單一的化學或物理滅菌技術而言，綜合滅菌技術的滅菌效果更好，安全性亦更高［9］。

（1）過氧化氫搭配紫外線滅菌技術。主要是對濃度不超過1%的過氧化氫溶液加以使用，與具有高強度的紫外線進行搭配執行殺菌任務。紫外線能夠在很大程度上強化過氧化氫殺菌效果的發揮，通過將過氧化氫和紫外線結合起來投入使用，殺菌能力較之單獨使用其中任何一種技術而言都大得多。兩種技術相結合的殺菌方式可以在常溫狀態下進行，對于能耗的節省具有積極意義。

（2）過氧化氫搭配熱空氣滅菌技術。用過氧化氫溶液在包裝容器或者是材料表面進行噴淋，或是對浸泡的方式加以采用，在發生相應的反應之后，與熱空氣滅菌技術搭配使用進一步進行殺菌處理，可以吹干殘余的過氧化氫。由于在高溫分解之下會生成水與氧氣，過氧化氫的化學殘留問題可以得到有效的解決。

（3）乙醇或檸檬酸搭配紫外線滅菌技術。一般情況下，乙醇或是檸檬酸自身并不能將相應的殺菌效果發揮出來，但是與紫外線滅菌技術進行配合，能夠在3～5s的時間內達到殺菌的目的。

4 無菌包裝技術發展方向

現如今，無菌包裝已經在不斷的發展過程中成為一項對機電自動化、食品化學、物理學、微生物科學、計算機科學等予以集成的高新系統工程，在食品尤其是液體食品包裝上有著非常廣闊的應用前景。

4.1 向高新技術集成性及高可靠性的方向發展

為了實現對保存產品安全性及高可靠性要求的有效滿足，無菌包裝這項高新系統中所有的子系統從設計階段開始到后期的制造，從運行試驗開始到運行監控，甚至是信息反饋與補償修正等都需要對現代質量理念進行融合，達到有效統一設備固有可靠性及運行可靠性的目的。

4.2 向多產業應用領域發展并延伸

無菌概念與要求其實是醫學發展至一定高度水平后的產物，與現代化微生物學及應用滅菌技術的發展相伴隨，人們對于所有病原微生物與非病原微生物的殺滅均有了更新的認識，控制手段亦更先進與有效，作為對物品安全性進行評價的一項技術指標，商業無菌現已得到很多行業及市場的認同。

4.3 無菌包裝設備向單一高速型方向發展

對無菌包裝設備進行發展，不管是從技術含量上來看，還是從技術指標要求上來看，均屬于包裝機械中的一種高端的產品。對于使用有著技術與資本雙重密集性特點設備的廠家來說，設備的使用定位必須設定在對生產效率的提升上，這與現代包裝機械向著多功能與單一高速型兩極化發展存在著相應的不同。從技術層面上看，具有足夠可靠性的設備朝著多功能的方向發展，意味著會有很多有待工程技術解決的問題出現，這無疑會增加技術層面上的難度。

4.4 向技術創新優化性價比的方向發展

盡管無菌包裝優點非常多，但是設備費用卻比較高，國內裝備企業要想從真正意義上為無菌包裝行業健康與有序發展貢獻一己之力，為市場提供有著優良性價比的設備對消費市場形成推動，需要通過對性價比的優化減少投入，這對技術的創新提出要求，亦即對繼承性與突破性相融合的技術策略加以采用。

5 結語

與人類醫學、科學技術的不斷發展，以及人們生活水平的日益提升相伴隨，無菌概念及其相關要求得到了快速的發展，現如今，受到微生物學及其滅菌技術快速發展的推動，人們對有害于食品衛生的微生物的認識更加正確與全面。今后，相關人員仍需將無菌包裝技術視作高新技術進行持續性的探索與發展，國家和企業應加大投入力度，進行更加優質、性價比更高的無菌包裝材料與技術的研發。