超高温灭菌乳的无菌包装概念与工艺质控

梁俊健，林淑仪，朱 震，丘勒红，邓海鹏，陈炜楠，江异展

广东燕塘乳业股份有限公司，广东广州 510700

0 引言

超高温灭菌乳（UHT）是以生牛乳为原料，通过超高温瞬时杀菌工艺，杀灭其中可生长的微生物，再经无菌包装等工序制成的乳制品[1]。无菌包装可以在保存生牛乳原有营养成分的同时，有效抑制生牛乳中微生物的繁殖，使生牛乳达到商业无菌水平。实际生产中，乳制品是不可能做到绝对无菌的，商业无菌不代表绝对无菌，是指杀菌后的食品不含有致病的微生物，也不含有在通常温度下能在其中繁殖的非致病性微生物[2]。因此，超高温灭菌乳无需冷藏保存，满足广大消费者“安全、营养又方便”的要求。本文将介绍超高温灭菌乳的无菌包装概念，阐述其工艺原理及质控要素。

1 无菌包装的基本概念

无菌包装是指将经过杀菌后已获得商业无菌状态的产品，封闭在已杀菌的容器中，在无菌环境下灌注，灌装后包装容器保持密封以防止再度污染，以期在不加防腐剂、不经冷藏条件下得到较长货架期的包装方法[3]。现国内和国际市场上虽然有多种无菌灌装设备，但最典型的当属瑞典利乐公司（Tetra Pak）的利乐包和德国SIG康美包公司（SIG Combibloc）的康美包，两者虽然在包装工艺、灌装方式等方面都有着显著差异，但无菌包装的本质是相同的，包括“无菌的环境、无菌的物料、无菌的包装材料和完整封合的包装”四大要素。

2 无菌包装的四要素及其质量控制

2.1 无菌的环境

无菌的环境包括了无菌的生产设备（超高温灭菌设备、灌装机等）、超高温灭菌设备与无菌灌装机之间的输送管路及设备（无菌罐）、灌装机内的无菌灌装环境。

2.1.1 无菌环境建立的提前条件

彻底的清洗是有效消毒的基础，是建立无菌环境的前提条件。清洗能有效去除管道、设备及部件表面的附着物，让后续消毒无附着物的遮敝。因此，任何有机会跟牛奶直接或间接接触的部位都必须清洗干净，清洗包括就地清洗（Cleaning In Place，CIP）和手工清洗。

CIP是设备及整个生产线在无须人工拆开的前提下，在闭合的回路中进行清洗[4]。CIP清洗流程常用的有三步法（水冲洗-碱洗-水冲洗）和五步法（水冲洗-碱洗-水冲洗-酸洗-水冲洗），企业也可根据清洗对象的污染程度自行设定清洗程序。监控设备CIP时应重点关注会影响清洗效果的因素：一是清洗剂的种类，我国大部分工厂现在主要还是选用NaOH、HNO3等单纯清洗剂，但是随着国外各种专业清洗剂的进入，合成清洗剂的使用也越来越普遍，选用不同的清洗剂所能达到的清洗效果也各不相同。二是清洗液浓度，设备的清洗效果与清洗液的浓度密切相关，适当提高清洗液浓度可以有效提升清洗效果，但清洗液浓度不能超过极限浓度，过高的浓度不仅会使成本增加，还增大了对设备的腐蚀性，一般碱液（NaOH溶液）浓度为1.5%～2.5%，酸液（HNO3溶液）浓度为1.0%～2.0%，就可以达到较好的清洗效果。三是清洗时间，清洗时间受很多因素的影响，如清洗剂种类、清洗液浓度、清洗温度、产品类型、生产管线布置以及设备的设计等。四是清洗温度，即清洗循环时清洗液所保持的温度，清洗温度越高，清洗液的化学反应速度越快，但腐蚀能力也随之加大，尤其是酸液（HNO3溶液），因此对一般的加工设备清洗而言，碱液（NaOH溶液）清洗温度为70～90 ℃，酸液（HNO3溶液）清洗温度为60～80 ℃，而清洗UHT设备时碱液（NaOH溶液）可提高至135～140 ℃，而酸液（HNO3溶液）清洗温度为80～105 ℃。五是清洗流量，保证清洗过程中清洗液的流量实际上是为了保证清洗时的清洗流速，这样可以使清洗过程中能够产生一定的机械作用，清洗液的流速大，清洗效果好，但流速过大，清洗液用量就多，成本增加。除了上述因素外，冲洗水的质量、管路的设计等也会影响CIP清洗的效果。

除了CIP清洗，手工清洗也是非常重要的，但常被忽视。操作人员每次手工清洗后都应认真检查，确认清洗的部件已彻底清洁，没有死角，清洗后的机器部件切勿有纱布丝、钢丝等异物残留。

不管是CIP清洗还是手工清洗，都应检查其清洗效果：目测检查是否有残留污垢；用手指触摸表面时，有无油腻及粗糙感；采用微生物法或ATP荧光快速检测法等检测清洗效果。

2.1.2 无菌环境的建立

灭菌是建立无菌环境的关键，常用的灭菌方式包括高温消毒和化学消毒剂消毒两种。生产加工设备（如超高温灭菌设备）和产品管路等，一般采用133 ℃以上的热水进行30 min的高温灭菌，灭菌时要注意灭菌的温度、时间、管路的排气情况以及不能有蒸汽或冷凝水泄漏。利乐和康美包灌装机利用无菌热空气与35%～40%双氧水形成的混合气体对灌装机内的无菌区进行灭菌。灭菌前，操作人员应确保无菌区已密闭，无菌区内的零部件须尽可能地干燥，因为过多的水分残留不仅容易使微生物快速繁殖，还会降低双氧水的杀菌能力。此外，所使用的双氧水应是由合格供应商提供的食品级双氧水，且达到规定的浓度，在生产现场常用比重法和滴定法检测双氧水的浓度。

2.1.3 无菌灌装环境的维持

利乐和康美包灌装机的无菌区都是通过吹入无菌空气并保持其正压，实现无菌灌装环境的维持。但两者的无菌风系统却不一样。利乐灌装机的无菌风是由超高温加热器对空气进行高温灭菌，冷却后进入无菌室，维持无菌室正压[5]。而康美包灌装机则是利用预过滤器和灭菌过滤器（主过滤器）两个亚微米颗粒过滤器对空气进行过滤净化，其分离能力可达到99.995%[6]。无菌空气经过管路进入无菌区呈层流状态，保持正压。在生产过程中，操作人员应时刻注意无菌区的无菌风压力，确保无菌灌装环境不受破坏。

2.2 无菌的物料

超高温灭菌乳，顾名思义就是经过超高温瞬时灭菌（135～150 ℃，4～15 s）的牛奶。超高温灭菌采用的温度/时间组合决定了UHT系统的灭菌效率[7]，一般超高温灭菌设备的灭菌效率针对嗜热脂肪芽孢杆菌应不低于9。过高的灭菌温度和过长的灭菌时间，虽然可以提高灭菌效率，但也会导致牛奶褐变及营养损失等问题。

超高温灭菌乳需要采用新鲜优质的生牛乳，其质量[8]将直接影响超高温灭菌设备的运行情况和产品的保质期，如蛋白质热稳定性差会造成超高温灭菌设备结垢严重，导致设备连续运转时间缩短；细菌、芽孢及耐热芽孢总数过高，容易造成灭菌后仍有毒素、酶类甚至芽孢的残留，导致超高温灭菌乳在贮存过程中出现苦包、酸包或胀包等不良品。

2.3 无菌的包装材料

超高温灭菌乳普遍使用复合纸质包装，较玻璃瓶、金属罐、塑料容器等，复合纸质包装拥有成本低、重量轻、更环保等优点。目前，复合纸质包装最典型的是利乐包的板材卷筒和康美包的纸盒预制两大类型。虽然两者包装工艺不同，但材料成分相似，除了印刷层以外，共有6 层，从外向内看[9]：第一层为外部塑料层，阻挡外部湿气，同时作为包装重叠部分以及顶（底）角的粘合层；第二层为纸层，作为“骨架”，为包装提供足够的强度；第三层为粘合层，粘合纸层和铝箔层；第四层为铝箔层，阻挡外部光线及氧气，同时阻挡产品风味外泄；第五层为粘合层，粘合铝箔层和内部塑料层；第六层为内部塑料层，阻挡产品渗透入包装材料内，同时作为封合的粘合层。

利乐包和康美包均采用35%～40%的食品级双氧水作为灭菌剂，通过浸渍（利乐包）或喷洒（康美包）等方式对包装材料进行灭菌，然后再用无菌热空气将其表面干燥，这样既能保证残留在包装材料表面的双氧水量降到最低，同时也增强了灭菌效率。在生产过程中，操作人员除了要确保双氧水的浓度符合要求外，也要监控双氧水的温度（利乐包）及喷洒量（康美包）、纸盒洁净度等因素。此外，为防止化学消毒剂残留超标，应使用快速测试纸监测产品中的双氧水残留。

2.4 包装的完整封合

不管是利乐灌装机还是康美包灌装机，其产品灌注和包装封合都是在机器的无菌区内完成。包装封合包括横向封合（顶部封合与底部封合）和纵向封合，其中康美包是预制纸盒，即纵向封合在纸盒生产厂已经完成，只要在灌装机中完成纸盒底部活化、折叠、压制封合和使用超声波封顶即可。而利乐包则要使用纵封贴条将纸板两侧粘接形成纸管，再通过高频感应脉冲同时完成（上一包的）顶封和（下一包的）底封。

包装封合是无菌包装的最后一个环节，也是关键的一个环节。现场操作人员应定时在线检查包装封合情况，确保包装封合良好。检查的常用方法包括剪包撕拉测试与染色液渗透试验等，同时要监控灌装机封合的温度、压力等可能影响包装封合的因素。

超高温灭菌乳在贮存过程中要一直保持其包装封合的完整性，而复合纸质包装材料相对抗压性能差，容易破损，尤其是没有任何覆盖的饮管孔，而且挤压变形、高空掉落、堆码不当，甚至运输过程中的颠簸都有可能破坏包装封合的完整性，超高温灭菌乳在贮存、运输、销售过程中要注意上述问题。

3 小结

看似简单的一盒超高温灭菌乳其实是一个完整的无菌系统，从设备管路的清洗到无菌环境的建立和维持、从原料奶的质量控制到无菌产品的输送与灌注、从包装材料的选择到包装密封的保持，环环相扣，必须严格控制整个生产环节，全面执行规范操作，建立完善的质量保证系统，才能最终保证牛奶的质量安全。