无菌包装技术的研究概况

上海出版印刷高等专科学校 李孟晓

前言

物品由于在生产、包装、运输、储存过程中不断受到各种微生物的污染，而使得物品带有大量种类繁多的微生物。虽然可以运用化学药剂、气调、高温、低温等灭菌技术进行杀菌。然而仅仅杀菌是不够的，因为许多物品不可能一直保存在杀菌环境中，特别是某些食品，所以，无菌包装技术被广泛地应用到食品包装中。

一、无菌包装技术简介

所谓无菌包装技术是在被包装物、包装容器或材料、包装辅助器材无菌的情况下，在无菌的环境中进行充填和封合的一种包装技术。无菌包装技术的主要研究对象是食品、饮料的包装，其次是对热敏感产品（如医药等）的包装。食品无菌包装是指将经过灭菌的食品（如饮料、奶制品等）在无菌环境中包装，封闭在经过杀菌的容器中，以期在不加防腐剂、不经冷藏条件下得到较长的货架寿命。

无菌包装技术具有以下的优点：

1.便于储运和销售

对包装食品的杀菌可根据食品自身的特性和要求来选择最佳的方法，其目的是使食品的色泽、风味、营养成分得到最好的保护，复合包装材料和真空状态可以使产品免受光、气、异味和微生物的侵入，使食品不必加防腐剂，运输、仓储不需冷藏，并可延长其储存期。

2.避免包装感染

用于无菌包装的食品与容器是分别进行杀菌的，避免食品与包装容器发生反应，减少容器成分向食品中渗透。

3.适用于自动化连续生产

生产效率高，节能省工，有利于降低生产成本。以饮料为例，据计算，用软包装的成本只有金属罐的四分之一，装满后总重量的97%是饮料。

4.节约成本

纸材、塑料包装设备开发2000年以300条生产线计，可创产值8亿元，利税达25亿元，节汇35亿元；金属材料包装设备开发至2010年可生产400条生产线计，可创产值12亿元，利税3亿元，节汇12亿元。

5.符合现在环保包装的潮流

无菌包装材料使用纸质，易于降解，有利于保护环境。由于无菌包装具有以上优点，该技术目前已被广泛应用于食品、饮料、乳制品等多种行业。今天，发达国家的绝大多数牛奶和半数以上的果汁均采用了无菌包装。

二、无菌包装工艺过程

无菌包装的基本程序包括：包装材料的灭菌、产品的商业灭菌、无菌输送以及在无菌环境下填充，然后进行完整封合以防止再污染，从而生产出无菌产品。如下图所示：

无菌包装的基本程序

1.包装材料（或容器）的灭菌技术

在无菌包装设备中，有些是包装材料直接成型容器，然后充填、包装，如纸盒、袋等；有些是先做成包装容器，无菌包装时只需充填、包装，如塑料瓶、杯、袋等。无菌包装工艺要求凡与产品相接触的物品都应进行灭菌处理。常用的灭菌方法有以下几种：

1）药剂灭菌：用过氧化氢、乙醇等药剂杀菌不仅能杀死有害微生物，而且对人体无害，其中以双氧水使用较多。一般情况是将浓度为25～30%的双氧水加热到60～65℃，喷射于包装容器内，再烘干，达到灭菌目的。

2）过热蒸汽灭菌：用温度为130～160℃的过热蒸汽喷射于待灭菌的包装容器内，数秒钟后即完成灭菌操作，这种方法仅适用于耐热容器的灭菌，如金属容器、玻璃容器等。

3）紫外线灭菌：紫外线能使微生物的细胞内核蛋白分子构造发生变化，从而达到灭菌目的。使用时，只需将紫外线照射于待灭菌的物品表面即可，但需根据紫外线灯管的功率确定照射距离和时间。紫外线灭菌工艺最为简单，且无药剂残留、效率高、速度快，目前使用最为普遍。灭菌后，包装材料或容器的带菌量不超过5个／cm2。

2.包装物常用的灭菌技术

1）超高温瞬时杀菌技术：超高温瞬时杀菌（UHT）是将食品在瞬间加热到高温从而达到杀菌目的。UHT法的杀菌温度为135～145℃，仅需3～5S就可以将微生物孢子完全杀死。超高温瞬时杀菌法又分为直接加热UHT法和间接加热UHT法。

2）巴氏灭菌技术：巴氏灭菌技术是将食品充填并密封于包装容器后，在一定时间下保持100℃以下的温度，杀死包装容器内的细菌。巴氏杀菌可以杀灭多数致病菌，而对于非致病的腐败菌及其芽孢的杀灭能力就很不够，如果巴氏杀菌与其它储藏手段相结合，如冷藏、冷冻、脱氧、包装配合，可达到一定的保存期的要求。

3）欧姆杀菌技术：欧姆杀菌是通过电极将电流直接导入含颗粒的流质品，利用食品本身的介电性质，使电能转变为热能从而加热食品。英国APV公司从20世纪80年代开始研究欧姆UHT加热杀菌系统，现已开发出75kw到300kw的商用机型，并在1993年获美国食品与药品管理局（FDA）批准和认可。APV公司的欧姆UHT加热杀菌系统可用于粒径25mm以上块状草莓、猕猴桃等水果的高酸食品或块状肉的低酸流质食品的无菌加工。欧姆加热UHT杀菌系统在欧洲、美国、日本得到了广泛应用。

4）电阻式加热UHT杀菌方法：电阻式加热UHT杀菌是借助大部分配制食品含有适度溶解的盐离子的游离水分，具有较好的导电性，根据欧姆定律，将电流通过连续流动的物料通道即可对材料进行加热，加热范围与食品导电率均匀性和食品在电热器中停留时间有关的一种直接加热超高温杀菌系统。

3.新灭菌技术的发现

目前，随着杀菌工艺技术的不断更新，无菌包装技术也逐渐摆脱传统模式，向着新的杀菌方式发展。如时下多采用高强度紫外线和低浓度过氧化氢相结合的灭菌方法给包装容器灭菌。而使用浓度低于1%的过氧化氢，加上高强度的紫外线，在常温下产生的杀菌效力是两者单独使用时的百倍。由于过氧化氢浓度很低，对于残留的过氧化氢也无需采取任何措施，避免了传统过氧化氢需高温、长时间等问题。又比如将UHT灭菌法和保持灭菌法相结合，对瓶装牛奶进行二次灭菌法，它是将牛乳经UHT灭菌机，在130～150℃、0.5～15S条件下加热灭菌后，装瓶、封盖，之后在110～116℃下保持15～20min灭菌。由于牛乳进行UHT灭菌，基本上处于无菌状态，因而保持灭菌的加热强度可明显下降，制品的风味和色泽可得到明显改善。还有超高压杀菌技术，它是将产品置于500mPa以上的压强下杀菌一段时间，杀死其中的大部分或全部的微生物、钝化酶的活性，从而达到保存食品的目的。由于几百个mPa的压强不会使食品的温度升高，因而没有色、香、味及营养成分的劣变，可以较多地保留食品原有的风味。

三、无菌包装技术在食品包装中的应用状况

目前，在世界上许多地方，无菌包装已成为与人们生活最密切相关的包装形式之一。在饮料、奶制品等食品的包装上得到了广泛应用，为广大食品生产企业带来无限商机。

无菌包装在食品包装中所占的比例较大，例如小袋无菌奶，其价格较便宜，产品风味好，而且在常温下保存时间长，生产厂商、消费者很欢迎这种包装产品，该产品不仅克服了生产地域的限制，而且还去掉了运输过程中所需的冷链，有利于市场拓展。据统计，液体无菌包装超过70%，全球每年消耗无菌包装纸盒1000多亿个。目前国内各种无菌包装设备约300多台套，年生产能力超过150万t。瑞典利乐、瑞士SIG康美包及美国国际纸业公司是称雄纸盒无菌包装领域的三巨头。随着经济的发展和人民生活水平的提高，对方便食品的需求势必大大增加，必将会促进无菌包装的进一步发展。

无菌包装PK热灌包装，前者将更有优势胜出。一些业内人士认为，无菌塑料包装将迅速取代热灌装PET瓶。他们的理由是：瓶体质量更轻，价格更便宜，热处理时间缩短将进一步改进产品的口味和营养价值。而饮料行业众多陈旧设备组成的热灌装线亟待更新。业务发展协会会长GordonBockner非常熟悉PET市场及相关技术，他相信北美市场的低酸饮料将大量采用PET瓶无菌灌装。“茶饮料、牛奶及En－sure和Boost等营养增补剂产品就非常适合这一技术。”Bockner说，“目前PET瓶通常不能采用无菌灌装，因为FDA禁止采用过氧化氢以外的杀菌剂，而过氧化氢不能用于PET材料，过氧化氢会被PET吸收，对产品口味产生负面影响。”

包装咨询公司Ray－Pak总裁RayBourque也认为，低酸产品的未来趋势是塑料瓶无菌灌装。“尤其是一些新生代饮料，无论从质量还是营养成分角度，都不再适合热灌装。”Bourque说，“与此同时，无菌灌装系统在近几年来不断完善。无菌室面积越来越小，旋转式与直线式相比，速度进一步提高。无菌灌装的成本降低，工艺越来越简化，无菌灌装的门槛放低了。”无菌包装技术不仅在乳制品行业有很好的发展空间，而且在其它的行业也有了长足的发展。

我国饮料行业中一大批大型骨干企业的技术装备已经接近或达到了国际先进水平，未来饮料行业对包装设备需求很大，尤其是茶、果汁等不含气饮料的灌装设备、纸塑无菌包装和PET瓶无菌包装设备市场前景很好；果汁饮料生产前处理设备、果汁冷冻浓缩装置、多样化的包装设备及超高温杀菌设备的市场需求量也很大。

四、无菌包装技术前景广阔

随着我国经济的飞跃发展，人们的消费观念不断更新，人们对方便、快捷、新鲜食品的需求，国内市场对绿色食品的消费需求日益高涨，食品安全和食品质量就成了食品领域最关注的问题。无菌包装技术，作为液态食品包装的先进技术其应用前景十分广阔。

现在，无菌包装技术仍然在不断发展。因为即使在工业比较发达的国家，无菌包装技术也是一项高新技术，也需要加强投入进行技术创新。因此，包装企业应加强与其它相关企业的合作，一方面改进食品无菌包装材质及包装外形设计；另一方面要扩大无菌包装的使用范围，如对无菌包装材料进一步开发，以方便对含气饮料、带颗粒饮料和固体食品的包装，并拓宽无菌包装在酿酒、调味品、医药、化妆品等方面的应用；随着我国经济的迅速发展，食品无菌包装技术将不断提高，包装企业应不失时机地研究开发无菌包装新产品，拓宽无菌包装发展空间。

目前中国包装行业总体水平与发达国家相比落后许多年，但这一差距也显示出中国包装行业发展的潜力。以无菌包装产品来说，在发达国家中，此类包装已占整个饮料包装的65%以上，并且每年以5%～10%的速度在增长，有的国家人均年消耗100多包。而我国人均年消耗仅1包多，远未达到世界人均20包的水平。因此，无菌包装在我国有着很大的发展潜力。随着我国经济的迅速发展，食品无菌包装技术将会不断改进，我国包装企业应不失时机地研究开发应用无菌包装产品，使无菌包装成为我国包装企业发展的一个新亮点。