食品无菌包装工艺综述

◇◇◇≮ ◇ ： 食 品 无 菌 包 装 工 艺 综 述 杜 朋 0． 摘 要 所谓无蕴包装，按照狭义的理解，鼓 是把已预高温杀截 (pr esteritizatio~，以下简 称预杀稿)了的无菌食品在无菌条件下觅填到无茼『1勺容器中，然后在无菌的条件下进行能 够防止微生物侵入容器内部的封 口作业的过程。 近年来，无菌包装已经悄悄地、然而很活跃地进入了食品领域，被广泛 用于牛奶包 装和乳制- 包装 目前无菌包装已经扩展到了其它食品领域如水果制品和蔬菜制品上。无 菌包装提强了一种新的加工工艺导致一组新的食品一 预杀菌后无菌包装的食品。 一 、 发展史 1 91 3年，Jcn s eH在丹麦采用了先将牛奶进行超高温加热再进行无菌灌注的 工 艺 。选 剥l工艺虽已失传，但它曾作为一种无菌保藏方法于1921年获得过专利。1917年 ，美 国 人 Dankl ey获得了先用饱和蒸汽对罐盖进行高温杀菌、然后再将预杀菌了的食品充填到罐内 并封口的食品保藏方法的专利。1 923年，伦敦曾展出过用无菌灌注设备生产的包装牛奶。 在本世纪2O年代初，美国研究出了一种被称为杀菌一冷却一灌注工艺的高 温 杀 菌 工 艺，简称HCF工艺。 1 950年，美国首次在市场上投放丁商业的无菌充填设备 (多尔无菌装罐机)，在这种 将模内的生坯磕入烤盘、摆入均匀即可入炉烘烤。 @烘烤：将炉温调到18O～21O。C，烤到 9 Nl1分钟，烤成 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面金黄色，底都烤 成 红 褐色，表面带有自然裂纹，熟透即可 出炉，待冷却后包装即为成品。 4．产品感官 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 色泽；表面垒黄色，底部红褐色，无焦糊，油润有光泽。 形态，表面花纹，字迹清晰，有自然均匀裂纹，薄厚均匀，规格整齐，略有潍片 。 组织t起发均匀，酥松适度。 杂质II无油污、无杂质。 口味II香甜、酥松、具有桃仁的正常香昧。 规格t按设计块数每500克公差±1块。 5．产品特点 色泽新颖、均匀，生长自然， 口感酥松，甜度适中。 总之，NEt~ N，用低聚糖生产的糕点品种普遍具有色泽新颖 、 柔软，不发干， 吐，甜鹰适中等优 ‘，应该注意的是圈低聚梏具有很强的吸湿性，所以在生产叶应考I 糕点的防腐 问题。 1 2 维普资讯 http://www.cqvip.com 悭备中，用来进行超高温杀菌的水蒸汽被过热N21o。C。 4O年代束期．瑞士再新开始了对牛奶的超高温简9；UHT)杀菌工艺的研究工 作 。为 了保证产品质是安垒可靠，他们还同时成功地研究出了经济的牛奶无葡包装系统一 四角 纸盒包装 (te c ra—pac kI我国称 ‘利乐包 )系统。 近2O年来，食品的无菌包装作业已经在许 多方面取得了进展，某些食品下、 已 无 悄包装工艺作为加工过程巾的常规工艺 。 =、无菌包装的恍缺点和应用范围 无荫包装的主要优点一是提高食品质量，二是通过减少能耗和简化包装工艺以降低产 成本。 低粘度液体食品在热交换器的窄窄的流动截面 被加热时，不仅可以达到很好的温度 平衡，而 且由于食品和加热介质之间的温度差较小，食品的质量也有所改善。例如在新型 的牛奶UHT设备中，在100。C以上的温度范围内，牛奶与加热蒸汽的温差也只有 3 K， m r温差很小同肘涡涛很大，所以基本上避免了壁面附近牛奶的杀菌过度现象。 与高温杀菌金属罐头食品或玻璃容器食品比较，由于热交换器巾的热回收效率非常高 以及对空容器进行无菌处理所需的热耗相对很低，所以UHT食 品的比能耗非常低 。例 如 金属罐头食品在高温杀菌时的平均热耗为17．8M J／kg，玻璃容器食品为21．4M J／kg(其 l}1大部分热量[约为70 ]是被包装容器消耗掉的)j相对而言UHT牛奶的热耗却根低， 均仅3．8Ml／kg，虽然仍有63％的热量是被包装容器消耗掉的，但其热耗绝对值却大大 下降。由于能源价格不断上涨，相对传统的罐头食品高温杀菌工艺，节能晌uHT_1 艺具有 明显的经济意义。 无菌包装工艺的设备投资高于常规包装工艺。无菌包装设备的机械故障也高于常规的 金属容器和玻璃容器的充填一封El设备。无菌包装作 k链中最易产生故障的生产环节为无 l 包装容器，尤其是采用塑料容器和纸质容器时，食品中的固体颗粒常常容易 污 染 焊 介 层，使焊缝的密封性能大大降低，此外塑料容器和纸质容器的机械强度也比金属容器低得 多，而且对轻微的损坏和污垢非常敏感。 在经济性的前提下，达到与高温杀菌罐头食品同样的质量安垒性是 目前对无菌包装食 品的主要要求。 当前，食 品的无菌包装主要应用于下列两个不同的领域中： (一)包装 已经经过预杀菌处理的无菌食品。 这时，既可以直接在包装设备中对容器进行高温杀菌，也可以把已高温杀菌的无菌容 器输入包装设备中。 (二)包装没有经过预杀菌处理的食品 采用这种包装方法可以抑制食品微生物污染，延长食品的保存期限，但必要时还需要 把食 品置于冷却链中。由于抑制了酵母菌和霉菌的再污染，所以不再需要对食"ⅡN -行杀茼 处理或添加食品防腐剂。 某些新鲜的发酵乳制品 (如酸奶)和甜食已经采垌了这种包装方法。 三、食品的性质 从传热学的角度来看，无菌包装食品可以分为以下兰冀： (一)均质浓休食 维普资讯 http://www.cqvip.com 合适的热交换器巾，高速流动的低牯度均质液体仍然可以进行很好的温度平衡的很 高的热传导系数，加热温度较高时，均质液体食品的加热时间很短 (二)含有较小固体颗粒的液体食品 尽管在这娄食品c¨】固体颗粒的直径只有几毫米，但是由于需要较长的加热、保温和冷 却时间来平衡颗粒的内部温度，所以其温廖平衡只能在缓慢 的热传导过程 中完成。在加热 过程中，这类食品往往会因粘度升高而使传热迅速恶化。含有整粒米粒的大米粥、粗碾的 米粉粥、有较小固体颗粒的方便汤菜和调味汁等等，属于这种食 品。 在对这类食品进行无菌包装时，如果共液相物质的粘度较高，就需要采用刮板式热交 换器进行加热和冷却 反之 Ⅱ采用片式或瞥式热交换器进行加热和冷却 前者应用于液相 物磺曲粘度高到了食品中不苒产生物流，热传导系数很低的情况下。后者可以直接回收热 量。如果食品中的固体颗粒的直径或边长达到了l 5rnm，可以采用双层管式或刮板式热 交 换器进行加热和冷却。 (三)含有较大固体颗粒的液体食品 如果液体食品中含有较大的固体颗粒，例如含有边长达15—2 5ram的土豆块或块状蔬 菜， l5么盘品要达到温度平衡，就需要很长的时间，困而加热、保温和冷却的时间均 麒顼 大大延长。 若将这类食品的固相物质和液相物质一起进行杀菌，那么在任何情况下在高温杀菌过 程中都会出现杀菌过度 (ov ersterilization)现象，使食品质量下降。这类食品常 用 的 高温杀菌：[艺为：将液相与固相分离，对液相物质进行连续作业的UHTX2"~，对 固 相 物 质则在无菌容器中断续地用蒸汽直接进行杀菌作 业，然后在无菌的条件下将液相与固相重 新混合并灌注。 食品无菌包装系统的关键工艺是食品的预杀菌 (UHT)工艺、包装容器杀菌及 无 菌 包装工艺。 四、食品的预杀菌 (uHT)工艺 、 低粘度均质食品 (如牛奶和乳制品)的连续作业UHT工艺 蠡品热处理的基本原则是加热温度尽可能高和加热时间尽可能短。它给食品高温杀菌 工艺的发展趋势指明了方向：不断地改善食品盼热罱输入和输出过程。UHTX2E 便 是说 选种趋势的一个很好的实例。 现在广泛直用于乳制品工业的牛奶uHT工艺，就是在能够进行最佳热量传递的热交换 嚣中通过热传导在很短的时间内把牛奶加热到136～138。C、保温 2--8s后在很短的时间内 把牛奶冷却到20 C的杀菌工艺。 工艺和设备 根据加热方式不同，uHT工艺又分为直接加热工艺和间接加热工艺两种 。 直接加热工艺的特征是食品和加热介质直接接触 由于在加热过程 中食品和蒸汽相互 混台，所以只能采用优质蒸汽 (达到饮用水标准，不含任何杂质)作加热介质 。 根据加 热 方法不同，它又分为下列两种形式； 1·蒸汽喷射Z 热工艺=蒸汽经喷嘴喷人食， Lf]；蒸汽与食品混合良好 。 · 畹l林降膜加热工艺。食品在重力的作用下以薄膜形式涛经充满蒸汽的空间时被蛐 1 4 维普资讯 http://www.cqvip.com 这两种直接加热工艺 目前均被食- 工业所采用。但降膜加热+1二艺由于设备投资过高， 未用于低粘度食品。 问接加热工艺的主要特征是在热交换器中间接地完成食品与食品或者食品与加热介质 (水，蒸汽)之间的热传导。常用的问接加热设备是片式或管式热交换器。与采用蒸汽喷 射工艺的直接加热工艺相比，间接加热工艺在加热和冷却时的温度变化速度小得多。 新型uHT工艺采用循环高温水对牛奶进行预热、加热和冷却 。如果由于腐蚀或其它任 何原因使uJJI『热器交换面失去密封时，高温循环水仍然能够对牛奶进行很好的加热，仍然能 够保证 产品的质量。 UHT设备的所有部 件 均 须 采 用 就 地 清 洗 (CIP)系 统 进 行 清 洗，均 须 进 行 杀菌处理。从杀菌后一直到生产前，整个UHT设备 必须保持无菌状态。所以 设 计 和 制 造UHT设备时对设备的结构、材料和表面光洁度都有一些特殊的要求，例如密封 材 抖 ： 仅要符台食． 的卫生要求，而且还要在食品高温杀菌时和清洗剂高温清洗时具有足够姻稳 定性。 人们把直接加热的高压蒸汽 喷射杀菌设备称作第一代UHT设备。在这类设备 中 ，食 品的温度变化速度一般在1 O0—2OOK／s之间，其温嚏变化速度之大，是其它高温杀茼设备 所不能达到的。 6O年代和7O年代生产的间接加热设备披称为第二代UHT设备，其食品温度变化速 度 比第一代UHT设备低得多，但仍然比传统的高压杀菌锅高得多。第二代UHT设备的食 温度变化速度在0．5— 8K／s之间，而在回转式杀菌锅中进行杀菌的玻璃容器中的食 ：j 最大温度变化速度均0．08K／S左右。 约从1 980年起，乳制品制造业开始使用第三代UHT设备。这类设备在工艺上更 加 合 理，能耗大大降低。它与第二代设备的主要区别是-一方面它因扩大了液体流通通道使液 体的流动速度降低而延长了食品的杀菌时间，另一方面还因扩大了热交换面积而提高了设 备的热 回收率。液体流通通道截面扩大， 仅可以使液体的流动速度下降，而且还可以延 长设备的使用寿命。扩大液体流通通道截面和热交换面积，能够延长液体食品在设备中旧 停留时间，其综台作用便是增强了牛奶曲热负荷。 从第二代设备开始，特别是第三代设备上，UHT设备越来越脱离瞬时加热理 论 ，j 热作用越来越接近于采用现代短时高温杀菌]二艺 (如用旋转 拥压杀菌锅杀菌)的无菌牛奶 的杀菌效果。 二含固体颗粒的液体食品的UHTSE艺 (一)含 固体颗粒的液体食品的传热特点 根据流体力学原理，在内外壁面上和接近壁面 的极限层内，液体或气体的流动速度为 零。因此，如果在传热材料两侧分别流动着加热介质和披加热的纯液体食品，那么在加热 介质和液体食品之 间的传热材料中，热量移动方式为热传导，热极限层中，热量移动方式 逐渐由热传导转为热对流，而热极限层之外的加热介质和液体食品中，热量移动方式为热 对流。 含固体颗粒的液体食品的传热情况和纯液体食品向悬浮在液体食品有所不同。极限层 的导热能力较小，如果极限层较薄，热量从液体食品向悬浮在液体食品中的固体颗粒的传 递状态就很好 。通过提高液体的流动速度可以达到降低极限层厚度的 目的，但是在这种情 维普资讯 http://www.cqvip.com 况下液体食品与固体颗粒之间的相对速度就非常大。而相对速度i寸大，固体颗粒表面所受 的r尊切应力也就过犬，致使 固体颗粒受到伤害。固而一般不采月j这种办浩。如果固体颗粒 翳受剪切力伤害，它与液体食品的相对速度就应为零。这时，位于加热捌料与固体颗粒之 间的液体食品的热量传递方式可以视为仅仅只是液体的热传导。所以为了保证固体颗粒不 受伤害而取相对速度等于零的情况下，热量从液体向固体颧粒的传递速度是很慢的。 根据Kess1 ef和Fiedl er[198g 的研究，热相对速度等于零的特殊情况下，导热系数 为0．5kcal／m。C的小块蔬菜 粒的核心温度与周围液『奉温度度达到的平衡 所 需 的 时 问 为： 颗粒直径 (球状) 时 l 3 m m 20s 10ilqnq 150 S I5m m 1 000s 由此可见，与纯液体食品相比，固体颗粒的存盘将大大延长含固体颗粒 的液体 食 品 UHT处理的加热和冷却时间，颗粒直径越大，加热和冷却时间就越长。 (二)含固体颗粒的液体食品的UHT工艺 含固体颗粒的液体食品的UHT工艺肘，必须考虑一系列工艺阿紊：生 产率，入 口温 度和灌注温度，根据实验室和小批量试验参数精确换算到大批量实际生产，生产控制和生 产检验等等。如何设计和选择热交换器、泵和阀，也是相当重要的。 在生产上有各种类型的热交换器可供选择，热交换器选择的是否正确，直接影响到含 固体颗粒的液体食品的uHT工艺的安全性、经济性和食品的质量。一般说来，随着 固 体 颗粒块度的增加，可以依次选用片式热交换器， 自由流动式热交换器、管式热交换器、心 管式热交换器、阔歇式搅拌锅、连续式刮板式热交换器直至处理无液相的固体颗粒的流化 床。 除了热交换器之外，泵和阀也是UHT设备的重要部件。它们不仅能使食品在uH，r设 备中均匀流动，而且还能有数 地抑制徽生物污染。选择这些元件时要注意不要使固体颗粒 受 伤。 无菌高压缓冲罐也是连续作业uHT设备的重要部件，它的作用一是使设备保持稳定 的生产率，二是在设备中建立一定的反压力，使热交换器中任何一点的压力均小于食品的 汽化压力。 从工艺角度而言，含固体颗粒的液体食品的连续高温杀菌作业是一项相当 困难 的 任 务。其 困难性主要体现在难以精确计算热量在液体食品和固体颗粒之间传递时的热传导系 数、难以确定热量在固体颗粒中的传递方向和难以求出含固体颗粒的液体食品在刮板式热 交换器和保温管道中的琉动条件。 工业上采用的含固体颗粒的液体食品的连续高温杀菌技术早于其理论研究 。 这方面的 科技文献很少。Alfa—Lava1公司对含固体颗粒的液体食品所做的uHT工艺模拟试验 指 ：f{'在杀菌过程 p固体颗粒的中心温度不可能达到液体食品的温度；在杀 菌过程结束时 ， 固体颗粒表面的F 0值可以达到 8左右，而中心部位则只达到6；在冷却过程结束 肘 ， 简 体颗粒的中心温度最高，表面温度汝之，液体柏温度最骶。由于出口温度过高会损害食品 的质量，所以在设计杀菌工艺时必须考虑这个因素。 1l 维普资讯 http://www.cqvip.com 五、无菌包装容器的杀菌工艺 一 ， 容器杀菌工艺 容器杀菌工艺对无菌包装系统有很重要的意义 人们对容器杀菌工艺提出如下要求t 在 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的时间内有良好的杀死芽孢的作用 (较低的D鹰) 适定现代化包装 机 械 的 高 鼓 毕，即对包装材料表面进行连续商温杀菌作业所需的时间报短，与包装材料有很好的相容 性，容易从包装材料表面清除残留过氧化氢j对消费者德康的影响小到可以忽略不计，不 可避免的或因失误而提高了杀菌剂残留量不会影响食品的质量，对操作人员健康的影响小 到可以忽略不计；与环境有很好的相睿性j对普通材料投有腐蚀性J城用的合法性和经济 。 根据上述要求，¨前 ：产上常用的容 器杀菌方法有I (一)加热法 与化学杀菌法相比，加热杀菌『去旧优点是在包装材料上不存在影响人体健康的残留物 质的问题。加热杀苗法符合环境保护法的要求，对操j孥人员无毒。由于无需采用化 学 药 鼎，其成本最高也不过与化学杀菌法相同 从发展观点看， 在各种杀菌方法中加热杀菌法 是最重要的杀菌方法。热杀菌曲一般包括饱和蒸汽 过热蒸汽，热空气、热空气／水蒸汽 混合汽，挤压加 等5种使用方法。 - (二)辐射法 。 ． 和加热法一样，辐射法也不会使包装材料表面出现辐射l残留物，不会造成环境污染， 忸使用时有一定的 限制。辐射法包括紫外辎射 红外辐射 离子辐射三种。 (三 )化学法 ． 1．过氧化氢处理 过氧化氢处理仅适用于附着在材料表面的微生物的菇I薷柞业I对于同样甜着在材料表 面上但位于灰尘中或藏尘下的孢子，其处理披果就差得多J对于附着在由有机或无机材料 构成的不溶硬壳的孢子 ，化学处理的杀菌教果很差 ，甚至毫无怍用 在最后一种情况下，用 饱和蒸汽进行足够时间的高温处理， 杀 菌效果要好得旁 二、无菌包装奢器杀 菌新工艺 ． ． 日前包装容器的杀菌方浊主要是过氧化氢杀菌法 过氧化氢是一种对人体有害的化学 物质，所以尽管它的杀菌效果很好，组如有可能，还是尽哥能采用其它杀蘸方法，以不用过 氧化氢为好。一些发'达国家i十氧化氢在食品工业 中的使甩也有严格的规定 知 国食品与 药品管理局 (FDA)规定在液体食品灌洼绪束时包装容器 内的残留过氧化氢含量不 得 超 过0．1ppm，在操作现场残留过氧他氢含量不得超过 l ppm，因而在美国普通的用过 氧 化 氢的无菌包装设备的应甩就受到了很大的限制。这就促进了新型包装容器杀菌工艺 的 发 展，饱和蒸汽杀菌工艺瓤【过氧化物喷雾剂沉积杀菌工艺是其中两个典型例子。 (一)饱和蒸汽杀 菌新工艺． ．一 班高压环境中采用饱和蒸汽进行杀曲，即 前在高压杀菌锅应用的湿加热沾， HJ以达 到下列要球一不用化学杀菌剂就能对容器进行杀菌J能在无菌的条件进行食品的灌注}能 对铝制容器盖进行杀菌，并庄无菌的条件 进行封臼焊接作业 其缺点是加热和冷却时阀很 k 日前常，甘的斛决方 越仪对包装容器的表面进行加热，即所谓 “表面高温杀菌”法。 这时，为了避免容器变形，最好 共刘位 复台塑料内部的塑料薄膜 ( f|间层 ) 进 f Ⅲ 维普资讯 http://www.cqvip.com 热 饱和蒸汽对包装容器进行杀菌的重要优点是在任何情况下作为杀菌作业的残留物仅 仅是蒸绉水。它的另一个优点是在任何情况下作为杀荫作业的残留物仅仅是蒸馏水 它的 另一个优点是只要改变杀菌温度和或杀菌时间就能适用于任何食品杀菌领域 与uV—C辐 射杀菌法和过氧化氢杀菌法相比，它的成本非常低。此外它还无环境污染。 采用饱和蒸汽杀菌工艺时，既能达到容器杀菌工艺规定的微生物致死率，叉能保汪产 品内和在生产车间中不存在过氧化氢，还具有适应范围广、作业成本低等优点，但其饱和 蒸汽的工作压力在3．5bar左右，固而对设备的强度和安垒性能提出了很高的要求，从而增 加 了设备的体积、重量和成本。 (二)塑料容器的高教过氧化物喷雾剂沉积杀菌法 日前无菌包装设备采用的塑料容器杀菌工艺是用喷嘴向容器内表面及其周围空间喷射 浓度为3O一35％的过氧化氢溶液 ，雾滴的直径在30— 80V-m左右 如果只有45 的容器内表 面上布有直径为50P-m的液i爵，那幺在理论上每lOOcm=塑料容器表面需要05rag左右的过氧 化氢溶液．减少过氧化氢的使用量，过氧化氢雾滴的复盖面就会低于45 ，接触到雾滴的 微生物的数量就会减少。另一种工艺是使喷入塑料容器内的过氧化氢雾滴 ．(蒸汽)冷凝．f}= 容器内表面上进行杀菌。由于冷凝雾滴的直径比喷雾雾满小得多。所以采用这种方法过氧 化氢雾滴的复盖面积要火得多，高滴无菌空气的耗用量也少得多。但是由于这种工艺是将 过氧化氢蒸汽直接喷射在冷的包装内容器表面上的，所以必须相应地过量喷入过氧化氢 过氧化物喷雾剂沉积杀菌法是一种在 眦 达到微生物致死率要求的前提下减少过氧化 氢使用剂量 的新工艺。采用这种工艺时，过氧化氢溶液按工艺要求复盖在包装容器的内表 面和容器边缘上，并不过量喷射，为了保证在喷射剂剂量很少的情况下使过氧化氢接触可 能存在于容器表面上的所有微生物 ，过氧化氢雾浦的直径都很小 (2— 4 gm左右)其中大 部分雾滴的直径为 8 P'm左右，并均匀而稠密地分布在包装容器的内表面上，过氧化氢雾滴 的浓度与过氧化氢溶被 的浓度相同，并且是用纯机械方法制造的，在杀菌过氧中也不会产 生热分解，由于过氧化氢雾滴直径很小，所以高温无菌空气的能耗也很小。 采用过氧化物喷雾剂杀菌工艺，既能达到容器杀菌工艺规定的微生物致死率，又能保 证在包装容器内和在生产车间中的残留过氧化氢含量在允许的范围内。在设备设计上，超 声渡i旋涡喷雾器，分离器及其尖端电极和对应电极以及空气无菌过滤装置的设计和选用。 是过氧化物喷雾荆沉积杀菌工艺成败的主要因素 目前市场上已有根据此工艺推 出的新型 无菌灌注设备 它通过低温干燥完全排除包装材料上的残留过氧化氢。由于它不仅用专用 抽气装置抽走微量自由过氧化氢，而且还使用了催化剂，所以残余过氧化氢既不可能进入 无菌灌注室，也不可能进行操作空间对操作人员的健康造成威胁 1 8 本刊备有86．87、88、89年合订本，每年为·一册，每册定价20元。80— 85年不连．域过 ,~j13期，定价lO元。凡款在30元以上者赠送彩色胶印中文版 食r 加 一册。 维普资讯 http://www.cqvip.com