第六章 无菌包装技术
第一节 无菌包装概述 由于在物品的生产、包装、运输、储存过程中不断受到各种微生物的污染，而使得物品带有种类繁多的大量微生物。可利用前面所提到的化学药剂、气调、高温、低温等灭菌技术进行杀菌。然而仅仅进行杀菌是不够的，因为许多物品不可能一直会保存在杀菌环境中，一旦离开杀菌环境，又会感染微生物，同样会引起物品的腐烂变质。因此，我们在杀菌之后还须在无菌环境中对物品进行必要的后处理，即用密封、抽真空、充气或泡罩等包装方法将已杀菌的物品与外界环境隔离开。这些过程是一系列连续的过程。
一、无菌包装技术的定义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，其次是对热敏感的某些产品(如医药等)的包装。处于无菌状态下的被包装食品可在常温下储存而不会变质，色香味和营养素的损失小，例如维生素能保存95％，而且无论包装大小，产品的质量都能保持一致。
二、食品无菌包装分类 (1)按食品在容器内外灭菌分为：最后灭菌和无菌加工。最后灭菌是指被包装物品充填到容器中之后，进行严密封口，再进行灭菌处理。如罐头食品，啤酒等的灭菌都属于此类。无菌加工通常包括四种不同的操作，即包装设备要预先灭菌，物品要在填充之前灭菌，包装材料(或容器)灭菌和包装环境灭菌。即经过灭菌后的物品在无菌的环境(含没备)下充填到无菌的包装材料(容器)中，并进行严格密封。这种食品叫无菌包装食品。(2)按杀菌方法分为：加热杀菌、辐射杀菌和化学药物杀菌三大类。加热杀菌装置主要有杀菌通道和杀菌釜。干热杀菌通道分为辐射通道和层流式通道。如英国JohnBurge公司的Cozzoli系列灭菌通道为辐射干热式通道，该装置分为干燥和加热段，用高强度并且均匀的红外线辐射杀菌，再经过三段冷却区，冷却到38℃。而Strunck公司的灭菌通道属干热层流式，用350℃的经过杀菌处理和过滤的热空气全面处理欲灭菌的容器和被包装物品，并保持通道内热空气循环。杀菌釜是用过热饱和蒸汽，在115~138℃的温度范围内对微生物灭菌处理，因为多数微生物耐湿热能力比耐干热能力差，因而可取得较好的杀菌效果。辐射杀菌主要是利用紫外线、远红外线、放射线(射线、射线)、微波等电磁波辐射杀菌，这是一种新型的物理杀菌的方式。化学药剂对食品进行杀菌最早用于饮料水，但化学药剂直接关系到食品的安全性，因此各国有关部门对于食品的药剂杀菌都予以严格控制，多数规定所有的杀菌剂都不能直接加入食品中，只允许用于水质及环境的杀菌。
现在应用的杀菌剂有氯气、次氯酸盐、碘制剂、季铵盐、两性表面活性剂、洗泌汰类及乙醇等。
第二节 被包装物品的灭菌技术目前常用的被包装物品的灭菌技术有两种，一种是超高温短时间灭菌技术，它主要是用于处理奶制品，如鲜奶、复合奶、浓缩奶、加味奶饮料、奶油等食品的灭菌。另一种是巴氏灭菌技术，它广泛用于各种酸性食品，如果汁、酸奶、水果饮料等产品的灭菌。
一、超高温短时间灭菌技术超高温短时间灭菌技术就是将食品充填并密封于复合薄膜包装材料制成的包装袋后，使其在短时间内保持130℃左右的高温，以杀灭包装容器内的细菌。采用这种技术不仅能够保护食品的质量，生产效率也能得到很大提高。
食品的种类繁多，各种食品的性能互不相同，造成食品变质的原因也不一致，但是食品变质的主要因素是微生物在食品中的生长繁殖。在所有微生物中，最耐热的是细菌孢子，当它处在100℃以上的环境温度时，温度越高，孢子的死亡越快，即所需灭菌的时间越短，表7-2是肉毒杆菌孢子在中性磷酸缓冲溶液中的死亡时间与温度的关系。
食品通常有香味、色素，并含有各种维生素，当食品经过一定的温度和时间的加热，它们会发生不同程度的变化。但是这种变化对温度的依存关系比杀灭细菌孢子相对地小一些，但对时间的依存性极大，加热时间越短，化学变化就越小，加热时间越长，化学变化则越大。由表7—2可看出，加热温度在130℃以上杀灭细菌的时间显著地缩短。因此采用超高温短时间灭菌包装技术在杀灭细菌的同时可以更好地保持内装食品的鲜味、营养价值及其色素等。
二、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，杀灭包装容器内的细菌。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，如果巴氏杀菌与其他贮藏手段相结合，如冷藏、冷冻、脱氧、包装配合，可达到一定的保存期的要求。
巴氏灭菌技术主要用于柑桔、苹果汁饮料食品的灭菌，因为果汁食品的PH在4．5以下，没有微生物生长，灭菌的对象是酵母、霉菌和乳酸杆菌等。此外巴氏杀菌还用于果酱、糖水水果罐头、啤酒、酸渍蔬菜类罐头、酱菜等的杀菌。巴氏杀菌对于密封的酸性食品具有可靠的耐酸性，对于那些不耐高湿处理的低酸性食品，只要不影响消费习惯，常利用加酸或借助于微生物发酵产酸的手段，使pH值降至酸性食品的范围，可以利用低温杀菌达到保存食品品质和耐藏的目的。
第三节 包装容器(或材料)的灭菌技术如果仅仅是杀灭被包装物品的细菌，而对与其接触的容器、材料和环境不进行灭菌，依然无法保证被包装物品不被微生物侵扰，所以无菌包装的包装容器(或材料)还必须不附着微生物，同时具有对气体及水蒸气的阻隔性，所以在对被包装物品的无菌充填以前还必须对包装容器(或包装材料)进行灭菌处理，包装容器(或包装材料)的灭菌通常有药物灭菌、紫外线灭菌技术等。
一、药物灭菌技术药物灭菌所用的杀菌剂必须是杀菌力强，对设备无腐蚀，杀菌过程中不会生成有害物质，同时在包装材料中残留量少的药物。目前，最通常用的杀虫剂是过氧化氢，俗称双氧水。过氧化氢的杀菌力是与它的浓度和温度有关，浓度越高，温度越高，杀菌效力就越好。常用于杀菌的过氧化氢的浓度是25％一30％，温度是60～65C。用过氧化氢杀菌应结合加热处理，因过氧化氢从材
料表面蒸发时，其杀菌效力更大。
用过氧化氢对包装容器(或包装材料)进行杀菌，是将包装容器(或包装材料)在过氧化氢中浸渍，或将过氧化氢喷射在包装容器(或包装材料)上进行杀菌，然后再对它们进行热辐射，使存留在包装容器(或包装材料)上的过氧化氢和热空气一起完全蒸发，分解成无害的水蒸气和氧。
二、紫外线灭菌技术紫外线的灭菌效果与紫外线的波长、照射度以及照射时间有关，波长在250—260nm左右为最强。
微生物经过紫外线照射后的存活菌率，可用下列公式表示：S=P/P0=e-Et/Q式中：S——细菌的存活菌率 P——紫外线照射后细菌的存活数 Po——紫外线照射前的细菌数 E——有效放射照度 t——照射时间 Q——把S段设为1／e=36．8％时，所必须的照射线量(有效放射照度X照射时间) 由上所述，微生物的杀菌情况是随着有效放射照度和照射时间累积的照射线量决定的。
紫外线的杀菌机理主要是由于紫外线照射后微生物体内的核酸产生化学变化，引起新陈代谢障碍，因而失去增殖能力。
使用紫外线杀菌还需注意以下事项：
1．防止异物结构 由于紫外线能量小，穿透能力差，所以只限于表面杀菌。包装容器(或包装材料)表面灰尘和异物阴影部的细菌就无法杀灭。因此作为紫外线杀菌对象的食品容器，包装材料在制造和处理时，必须特别注意避免异物粘附，尤其是塑料制品，避免因静电引起的尘土和异物的粘附。
2．初菌数的管理 如图7—1所示，枯草菌芽孢，在104个／100cm2初菌数以下时，芽孢的存活数随紫外线照射时间的延长而直线下降。当枯草菌芽孢的初菌数在104个／100cm2以上时，紫外线照射时间增加3s，5s，10s，芽孢存活数也不会有多大减少，这种现象称为拖尾现象。造成这种现象的重要因素是细菌群相互间的阴影效果。因此对包装容器(或包装材料)进行紫外线灭菌，灭菌前的预处理是很重要的。因初菌数多少直接影响灭菌效果。如管理严格，包装容器(或包装材料)初菌数少，灭菌的安全率就高，并能缓和灭菌条件。
3．有效放射照度的管理 紫外线杀菌的效果，除了受照射距离、照射时间的影响，还与物体表面所受的有效照射度的大小有关。高性能紫外线杀菌装置的照度受紫外线灯管的老化、灯泡及反射面的油垢、手垢、烟、灰尘等污染的影响而降低。
此外，根据包装容器(或材料)的特性，还可以选用高温、微波、远红外、电离辐射等多种灭菌方式，对包装容器和材料进行灭菌。
第四节 无菌包装系统由于无菌包装技术是一系列的过程，单纯的某个环节的灭菌，并不能达到彻底灭菌的目的，被包装物品还是避免不了要受到微生物的侵扰。无菌包装是一个连续灭菌的过程，从被包装物品的输入，包装容器或材料的输入(或直接成型)，被包装物品的充填以及最后的封合、冲切都必须在无菌的环境中进行。因此，近几年来，在食品包装行业出现了越来越多的无菌包装系统。
无菌包装系统主要包括包装容器输入部位、包装容器的灭菌部位、无菌充填部位、无菌封口部位、包装件的输出部位。但为了适用不同的包装容器包装材料，无菌包装系统的结构也不相同。下面略举几例加以说明。
一、无菌罐装包装系统图7—2所示为无菌罐装包装系统，在此系统中
产品与包装罐分别进行消毒灭菌。包装罐由传送带送入机器，然后通过
消毒灭菌部位，在此部位包装罐被过热蒸汽消毒灭菌，蒸汽的温度约
为200℃，但此蒸汽不是饱和蒸汽，因此这种蒸汽的杀菌效果与热空气相类
似。包装罐经过消毒灭菌后，到冷却部位，在此部位用过压无菌空气降低包装罐
的温度。当包装罐通过充填部位时，预先消毒灭菌的产品在充满过压无菌
空气的无菌环境下，充填入罐。然后加上已经过消毒灭菌的罐盖，接口
处用特殊设备焊合起来。最后将已封入产品的包装罐由输送带输出。
二、
三、
四、
五、
六、
七、
八、
九、
十、
十一、
十二、
十三、
十四、
十五、
十六、
二、塑料瓶无菌包装系统图7—3所示塑料瓶无菌罐 装系统，这个系统采用过氧化氢对包装材料进行化学 灭菌。两个塑料材料卷筒(一个作容器体，一个作容器 盖)分别送人系统。卷筒1提供底部材料，卷筒13提 供上盖材料。材料经过过氧化氢液洗涤，然后通
过3、4两段，在那里过氧化氢或其中一部分因负 压而分解，而后由4、11两个干燥器作用而使残留的
过氧化氢分解。干燥部分也被应用于软化塑料。成型器6使 容器成型，成型后的容器通过充填区域8。充填部位保持在 过压无菌空气下充填，充填后容器离开充填部位进入封口部 位12。同时上盖的材料通过过氧化氢槽9，再经加热元件10 除去过氧化合物。然后将封口，密封后的包装件输出。
三、塑料袋无菌包装系统图7—4所示为塑料袋无菌包装系 统。在这系统中两个卷简塑料薄膜上下合在一起，然后封成 各自独立的小袋子。根据塑料材料的种类，可对这些包装袋 采用不同的方式灭菌。已经过灭菌的产品由无菌针将产品灌 进这些预先杀菌的包装袋内，满袋装后，在灌装，点以下封 口，完成无菌包装，输出无菌包装件。
第六章 无菌包装技术
第一节 无菌包装概述 由于在物品的生产、包装、运输、储存过程中不断受到各种微生物的污染，而使得物品带有种类繁多的大量微生物。可利用前面所提到的化学药剂、气调、高温、低温等灭菌技术进行杀菌。然而仅仅进行杀菌是不够的，因为许多物品不可能一直会保存在杀菌环境中，一旦离开杀菌环境，又会感染微生物，同样会引起物品的腐烂变质。因此，我们在杀菌之后还须在无菌环境中对物品进行必要的后处理，即用密封、抽真空、充气或泡罩等包装方法将已杀菌的物品与外界环境隔离开。这些过程是一系列连续的过程。
一、无菌包装技术的定义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，其次是对热敏感的某些产品(如医药等)的包装。处于无菌状态下的被包装食品可在常温下储存而不会变质，色香味和营养素的损失小，例如维生素能保存95％，而且无论包装大小，产品的质量都能保持一致。
二、食品无菌包装分类 (1)按食品在容器内外灭菌分为：最后灭菌和无菌加工。最后灭菌是指被包装物品充填到容器中之后，进行严密封口，再进行灭菌处理。如罐头食品，啤酒等的灭菌都属于此类。无菌加工通常包括四种不同的操作，即包装设备要预先灭菌，物品要在填充之前灭菌，包装材料(或容器)灭菌和包装环境灭菌。即经过灭菌后的物品在无菌的环境(含没备)下充填到无菌的包装材料(容器)中，并进行严格密封。这种食品叫无菌包装食品。(2)按杀菌方法分为：加热杀菌、辐射杀菌和化学药物杀菌三大类。加热杀菌装置主要有杀菌通道和杀菌釜。干热杀菌通道分为辐射通道和层流式通道。如英国JohnBurge公司的Cozzoli系列灭菌通道为辐射干热式通道，该装置分为干燥和加热段，用高强度并且均匀的红外线辐射杀菌，再经过三段冷却区，冷却到38℃。而Strunck公司的灭菌通道属干热层流式，用350℃的经过杀菌处理和过滤的热空气全面处理欲灭菌的容器和被包装物品，并保持通道内热空气循环。杀菌釜是用过热饱和蒸汽，在115~138℃的温度范围内对微生物灭菌处理，因为多数微生物耐湿热能力比耐干热能力差，因而可取得较好的杀菌效果。辐射杀菌主要是利用紫外线、远红外线、放射线(射线、射线)、微波等电磁波辐射杀菌，这是一种新型的物理杀菌的方式。化学药剂对食品进行杀菌最早用于饮料水，但化学药剂直接关系到食品的安全性，因此各国有关部门对于食品的药剂杀菌都予以严格控制，多数规定所有的杀菌剂都不能直接加入食品中，只允许用于水质及环境的杀菌。
现在应用的杀菌剂有氯气、次氯酸盐、碘制剂、季铵盐、两性表面活性剂、洗泌汰类及乙醇等。
第二节 被包装物品的灭菌技术目前常用的被包装物品的灭菌技术有两种，一种是超高温短时间灭菌技术，它主要是用于处理奶制品，如鲜奶、复合奶、浓缩奶、加味奶饮料、奶油等食品的灭菌。另一种是巴氏灭菌技术，它广泛用于各种酸性食品，如果汁、酸奶、水果饮料等产品的灭菌。
一、超高温短时间灭菌技术超高温短时间灭菌技术就是将食品充填并密封于复合薄膜包装材料制成的包装袋后，使其在短时间内保持130℃左右的高温，以杀灭包装容器内的细菌。采用这种技术不仅能够保护食品的质量，生产效率也能得到很大提高。
食品的种类繁多，各种食品的性能互不相同，造成食品变质的原因也不一致，但是食品变质的主要因素是微生物在食品中的生长繁殖。在所有微生物中，最耐热的是细菌孢子，当它处在100℃以上的环境温度时，温度越高，孢子的死亡越快，即所需灭菌的时间越短，表7-2是肉毒杆菌孢子在中性磷酸缓冲溶液中的死亡时间与温度的关系。
食品通常有香味、色素，并含有各种维生素，当食品经过一定的温度和时间的加热，它们会发生不同程度的变化。但是这种变化对温度的依存关系比杀灭细菌孢子相对地小一些，但对时间的依存性极大，加热时间越短，化学变化就越小，加热时间越长，化学变化则越大。由表7—2可看出，加热温度在130℃以上杀灭细菌的时间显著地缩短。因此采用超高温短时间灭菌包装技术在杀灭细菌的同时可以更好地保持内装食品的鲜味、营养价值及其色素等。
二、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，杀灭包装容器内的细菌。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，如果巴氏杀菌与其他贮藏手段相结合，如冷藏、冷冻、脱氧、包装配合，可达到一定的保存期的要求。
巴氏灭菌技术主要用于柑桔、苹果汁饮料食品的灭菌，因为果汁食品的PH在4．5以下，没有微生物生长，灭菌的对象是酵母、霉菌和乳酸杆菌等。此外巴氏杀菌还用于果酱、糖水水果罐头、啤酒、酸渍蔬菜类罐头、酱菜等的杀菌。巴氏杀菌对于密封的酸性食品具有可靠的耐酸性，对于那些不耐高湿处理的低酸性食品，只要不影响消费习惯，常利用加酸或借助于微生物发酵产酸的手段，使pH值降至酸性食品的范围，可以利用低温杀菌达到保存食品品质和耐藏的目的。
第三节 包装容器(或材料)的灭菌技术如果仅仅是杀灭被包装物品的细菌，而对与其接触的容器、材料和环境不进行灭菌，依然无法保证被包装物品不被微生物侵扰，所以无菌包装的包装容器(或材料)还必须不附着微生物，同时具有对气体及水蒸气的阻隔性，所以在对被包装物品的无菌充填以前还必须对包装容器(或包装材料)进行灭菌处理，包装容器(或包装材料)的灭菌通常有药物灭菌、紫外线灭菌技术等。
一、药物灭菌技术药物灭菌所用的杀菌剂必须是杀菌力强，对设备无腐蚀，杀菌过程中不会生成有害物质，同时在包装材料中残留量少的药物。目前，最通常用的杀虫剂是过氧化氢，俗称双氧水。过氧化氢的杀菌力是与它的浓度和温度有关，浓度越高，温度越高，杀菌效力就越好。常用于杀菌的过氧化氢的浓度是25％一30％，温度是60～65C。用过氧化氢杀菌应结合加热处理，因过氧化氢从材
料表面蒸发时，其杀菌效力更大。
用过氧化氢对包装容器(或包装材料)进行杀菌，是将包装容器(或包装材料)在过氧化氢中浸渍，或将过氧化氢喷射在包装容器(或包装材料)上进行杀菌，然后再对它们进行热辐射，使存留在包装容器(或包装材料)上的过氧化氢和热空气一起完全蒸发，分解成无害的水蒸气和氧。
二、紫外线灭菌技术紫外线的灭菌效果与紫外线的波长、照射度以及照射时间有关，波长在250—260nm左右为最强。
微生物经过紫外线照射后的存活菌率，可用下列公式表示：S=P/P0=e-Et/Q式中：S——细菌的存活菌率 P——紫外线照射后细菌的存活数 Po——紫外线照射前的细菌数 E——有效放射照度 t——照射时间 Q——把S段设为1／e=36．8％时，所必须的照射线量(有效放射照度X照射时间) 由上所述，微生物的杀菌情况是随着有效放射照度和照射时间累积的照射线量决定的。
紫外线的杀菌机理主要是由于紫外线照射后微生物体内的核酸产生化学变化，引起新陈代谢障碍，因而失去增殖能力。
使用紫外线杀菌还需注意以下事项：
1．防止异物结构 由于紫外线能量小，穿透能力差，所以只限于表面杀菌。包装容器(或包装材料)表面灰尘和异物阴影部的细菌就无法杀灭。因此作为紫外线杀菌对象的食品容器，包装材料在制造和处理时，必须特别注意避免异物粘附，尤其是塑料制品，避免因静电引起的尘土和异物的粘附。
2．初菌数的管理 如图7—1所示，枯草菌芽孢，在104个／100cm2初菌数以下时，芽孢的存活数随紫外线照射时间的延长而直线下降。当枯草菌芽孢的初菌数在104个／100cm2以上时，紫外线照射时间增加3s，5s，10s，芽孢存活数也不会有多大减少，这种现象称为拖尾现象。造成这种现象的重要因素是细菌群相互间的阴影效果。因此对包装容器(或包装材料)进行紫外线灭菌，灭菌前的预处理是很重要的。因初菌数多少直接影响灭菌效果。如管理严格，包装容器(或包装材料)初菌数少，灭菌的安全率就高，并能缓和灭菌条件。
3．有效放射照度的管理 紫外线杀菌的效果，除了受照射距离、照射时间的影响，还与物体表面所受的有效照射度的大小有关。高性能紫外线杀菌装置的照度受紫外线灯管的老化、灯泡及反射面的油垢、手垢、烟、灰尘等污染的影响而降低。
此外，根据包装容器(或材料)的特性，还可以选用高温、微波、远红外、电离辐射等多种灭菌方式，对包装容器和材料进行灭菌。
第四节 无菌包装系统由于无菌包装技术是一系列的过程，单纯的某个环节的灭菌，并不能达到彻底灭菌的目的，被包装物品还是避免不了要受到微生物的侵扰。无菌包装是一个连续灭菌的过程，从被包装物品的输入，包装容器或材料的输入(或直接成型)，被包装物品的充填以及最后的封合、冲切都必须在无菌的环境中进行。因此，近几年来，在食品包装行业出现了越来越多的无菌包装系统。
无菌包装系统主要包括包装容器输入部位、包装容器的灭菌部位、无菌充填部位、无菌封口部位、包装件的输出部位。但为了适用不同的包装容器包装材料，无菌包装系统的结构也不相同。下面略举几例加以说明。
一、无菌罐装包装系统图7—2所示为无菌罐装包装系统，在此系统中
产品与包装罐分别进行消毒灭菌。包装罐由传送带送入机器，然后通过
消毒灭菌部位，在此部位包装罐被过热蒸汽消毒灭菌，蒸汽的温度约
为200℃，但此蒸汽不是饱和蒸汽，因此这种蒸汽的杀菌效果与热空气相类
似。包装罐经过消毒灭菌后，到冷却部位，在此部位用过压无菌空气降低包装罐
的温度。当包装罐通过充填部位时，预先消毒灭菌的产品在充满过压无菌
空气的无菌环境下，充填入罐。然后加上已经过消毒灭菌的罐盖，接口
处用特殊设备焊合起来。最后将已封入产品的包装罐由输送带输出。
二、
三、
四、
五、
六、
七、
八、
九、
十、
十一、
十二、
十三、
十四、
十五、
十六、
二、塑料瓶无菌包装系统图7—3所示塑料瓶无菌罐 装系统，这个系统采用过氧化氢对包装材料进行化学 灭菌。两个塑料材料卷筒(一个作容器体，一个作容器 盖)分别送人系统。卷筒1提供底部材料，卷筒13提 供上盖材料。材料经过过氧化氢液洗涤，然后通
过3、4两段，在那里过氧化氢或其中一部分因负 压而分解，而后由4、11两个干燥器作用而使残留的
过氧化氢分解。干燥部分也被应用于软化塑料。成型器6使 容器成型，成型后的容器通过充填区域8。充填部位保持在 过压无菌空气下充填，充填后容器离开充填部位进入封口部 位12。同时上盖的材料通过过氧化氢槽9，再经加热元件10 除去过氧化合物。然后将封口，密封后的包装件输出。
三、塑料袋无菌包装系统图7—4所示为塑料袋无菌包装系 统。在这系统中两个卷简塑料薄膜上下合在一起，然后封成 各自独立的小袋子。根据塑料材料的种类，可对这些包装袋 采用不同的方式灭菌。已经过灭菌的产品由无菌针将产品灌 进这些预先杀菌的包装袋内，满袋装后，在灌装，点以下封 口，完成无菌包装，输出无菌包装件。