chapter_12_食品无菌包装技术

第四节食品无菌包装技术一、无菌包装的定义食品无菌包装技术是指把被包装食品、包装材料容器分别杀菌，并在无菌环境条件下完成充填、密封的一种包装技术。或者指将流质或半流质食品经超高温瞬时杀菌(UHT)或高温短时杀菌(HTST)后,迅速冷却至30一40℃,在无菌环境下将物料充人已灭菌的包装容器内密封的一种包装技术。无菌包装(AsepticPackaging)的最大特点是被包装食品和包装材料分别杀菌。无菌包装的食品一般为液态或半液态流动性食品，其特点为流动性好、可进行高温短时杀菌(HTST)或超高温瞬时杀菌(UHT)，产品色、香、味和营养素的损失小。例如维生素能保存95％，且无论包装尺寸大小，质量都能保持一致，这对热敏感食品，如牛奶、果蔬汁等的风味品质保持具有重大意义。处在无菌条件下的被包装食品，可在常温下贮存流动而不会变质。无菌包装技术于20世纪40年代发明，最初是为了生产不能用传统的高压釜灭菌，且要求有较长货架寿命的产品(如乳制品及香蕉泥之类的热敏感食品)而开发的。二、无菌包装体系的杀菌方法食品无菌包装的关键是包装体系的杀菌，即包装食品的杀菌、包装容器材料的杀菌处理、包装系统设备及操作环境的杀菌处理。1．UHT(UltraHighTemperatureShortTime)即超高温瞬时杀菌，是把食品在瞬间加热到高温(135℃以上)而达到杀菌目的。1.超高温瞬时杀菌(1)直接加热杀菌法工作原理如图7-18所示，用高压蒸汽直接向食品喷射，使食品以最快速度升温，在几秒内达到140～160℃高温维持几秒钟，再在真空室内除去多余水分，然后用无菌冷却机冷却到室温。这种方法特别适宜于对热特别敏感的流质食品的灭菌处理，但易使产品香味挥发损失。(2)间接加热杀菌法即采用换热器进行间接加热杀菌(如图7-19)，根据食品的黏度和颗粒大小可选用片式换热器、管式换热器、刮板式换热器。片式换热器（如图7-20）适用于果肉含量不超过1％-3％的液体食品；管式换热器对产品的适应范围较广，可加工高果肉含量的浓缩果蔬汁等液体食品，凡用片式换热器会产生结焦或阻塞，而黏度又不足用刮板式换热器的产品，都可采用管式换热器。刮板式换热器装有带叶片的旋转器，在加热面上刮动而使高黏度食品向前推送，达到加热杀菌之目的。2．高温短时杀菌HTST主要用于低温流通的无菌奶和低酸性果汁饮料的杀菌，可采用换热器在瞬间把液料加热到100℃以上，然后速冷至室温，可完全杀灭液料中的酵母和细菌，并能保全产品的营养和风味。借助通入电流使液态食品内部产生热量达到杀菌目的的新型加热杀菌技术。对于带颗粒(粒径小于15mm)的液态食品，常规的换热器间接加热杀菌方式，其热量首先由加热介质通过间壁传递给食品物料中的液体，然后靠液体与固体颗粒之间的对流和传导传给固体颗粒，最后是固体颗粒内部的传热。3．欧姆杀菌采用欧姆杀菌技术，可使颗粒加热速度与液体加热速度相接近，并可获得比常规传热杀菌方法更快的加热速度(颗粒升温约1-2℃／S)，从而得到高品质的产品。此方法比H2O2杀菌结合加热处理的杀菌效力更显著。即使采用低浓度H2O2(1％)溶液，加上高强度的紫外线辐射杀菌处理，也可取得惊人的杀菌效果；这种杀菌方法只需在常温下施行就可立即产生杀菌效果，比单一使用H2O2，即使在高温下用高浓度的H2O2或单一使用紫外线照射杀菌，其杀菌效果大上百倍。4．H2O2和紫外线并用的杀菌方法5.连续作业生产线杀菌要防止食品受到来自系统外部的微生物污染，由此在输送过程中，要保持接管处、阀门、热交换器、均质机、泵的密封性和系统内部保持正压状态，以保证外部空气不进入。要求输送线路尽可能简单，以利于清洗。无菌包装系统设备杀菌处理一般采用CIP原位清洗系统实施，根据产品类型可按杀菌要求设定清洗程序。常用的工艺路线为热碱水洗涤—稀盐酸中和—热水冲洗—清水冲洗—高温蒸汽杀菌6．操作环境的杀菌操作环境的无菌包括除菌和杀菌两项工作。杀菌可采用化学和物理方法并用进行，并定期进行紫外线照射，杀灭游离于空气中的微生物。除菌是防止细菌和其他污物进入操作环境，除菌主要采用过滤和除尘方法实现，一般无菌操作空间的空气需经消毒、二级过滤和加热消毒产生无菌过压空气，其过压状态保证避免环境有菌空气渗入无菌工作区。三、食品无菌包装系统无菌包装系统的研究始于20世纪20年代，20世纪50年代由美国推出了世界上第一个无菌包装系统(DoleAsepticCanningSystem)，接着又推出了玻璃瓶无菌包装机(AsepticG1assFiller)。多尔无菌包装系统在世界上已超过120多个，主要使用金属罐，用高温饱和蒸汽对空罐和盖预先杀菌，然后充填流动性无菌食品，布丁、奶酪、调味汁和汤类食品在美国多采用多尔系统加工包装。我国引进的主要是利乐砖型包无菌包装机和国际纸业公司的SA-50型无菌包装系统。(一)纸盒无菌包装系统(二)采用预成型容器的无菌包装系统这种无菌包装系统不用卷筒材料，而是用预先压痕并接缝的筒形材料，在机器无菌区之外预先成型，然后用H2O2加热杀菌，用于牛奶和果汁饮料之类的无菌包装。由于纸盒在系统之外预制好，大大简化了无菌包装系统的纸盒成型部分。包装材料用纸板/铝箔/PE／Surlyn树脂等组成。成平整状的半成型容器进入装置后，由真空作用使容器自动弹起打开，接着覆盖在容器底部的PE由热空气加热软化、成型和密封，然后传送到无菌填充部分。无菌填充部分由导入的无菌空气形成轻微的正压力，以防止来自装置外的空气进入无菌区而产生污染。容器内部用H2O2喷雾、200℃的热风加热消毒、蒸发干燥，使容器内表面残存的H2O2低于1mg／kg。填充食品后用超声波密封上口，并在容器侧面曲折向上，形成开口用的“舌头”，即为成品。塑料瓶(杯)无菌灌装系统为采用卷筒材料的塑料容器成型/充填/封合无菌灌装系统。该系统采用H2O2杀菌处理，底部材料和上部盖材用H2O2槽浸渍，而后经加热干燥器使材料带上的H2O2完全分解蒸发而达到无菌，然后在过压无菌空气环境下完成容器成型、充填、封口。(三)塑料瓶(杯)无菌灌装系统衬袋盒(箱)是液体或半液体食品方便又经济的一种包装形式，有三部分组成：一个柔性的可折叠多层复合袋；封盖和管嘴，产品通过它灌装和流出取用；刚性的外盒或外箱，根据容积大小可用瓦楞纸板或木板等材料制成。(四)衬袋盒(箱)(Bag-In-Box)无菌包装衬袋盒(箱)无菌包装系统以瑞典ALFA-LAVAL公司的STAR-ASEPT较为典型，采用蒸汽杀菌，安全可行，且可进行杀菌温度和时间的测量记录，可适用酸性和低酸性食品，如牛奶、各种果蔬汁和浓缩汁等不含颗粒和纤维的液体食品的无菌充填；无菌取料，通过管嘴可随意取用部分产品而包装内部仍保持无菌状态；由于包装顶隙极小，充填嘴区域内氧气的渗透小，减小了因氧变质的危险性。该机采用CIP原位清洗系统，与UHT杀菌配套，操作管理简便。固体食品无菌包装的最大难点是食品本身的杀菌处理。固体食品自热渗透速度比液体食品慢很多，有可能发生酶钝化不彻底的问题。也难以克服易碎固体在处理过程的受损问题，因此，至今没有一种能真正适合于固体食品的无菌包装系统。(五)固体食品的无菌填充系统第五节微波食品包装技术微波食品并不是单独意义上的食品，它是指为适应微波加热（调理）的要求而采用一定的包装方式制成的食品，即可采用微波加热或烹制的一类预包装食品。主要有两大类：常温或低温下流通经微波加热后直接食用的食品；冷冻冷藏下流通经微波加热调理（烹制）后才能食用的食品。一、微波加热机理与特点（一）微波加热机理与特点微波是指波长在1~1000mm、频率300MHz~30GHz之间的电磁波。处在微波场中的食品物料，其中的极性分子在高频交变电场作用下高速定向转动产生碰撞、摩擦而自生生热，表现为食品物料吸收微波能而将其转化为热能使自生温度升高。微波加热的特点：（1）高效节能；（2）均匀加热；（3）易于控制，工艺先进；（4）低温杀菌，无污染；（5）选择性加热；（6）安全无害。在传统加热过程中，食品表层水分首先被蒸出，形成表面干、内部湿而使物料内部的水分子向表层运动。微波加热时，食品内部温度比表层高而产生更高的内部蒸汽压，能更有效地把水分压向表层，结果形成比传统加热更高效率水分子运动和蒸发（如图7-32）。（二）微波加热的不均匀性与包装食品的成分和结构体系复杂，不同物料或同一物料的不同组分，由于介电特性不同其吸收微波的能力亦不同，其在微波场中的温升情况也表现出差异。要在微波场中达到理想的加热效果，常需借助包装材料的选择和包装形式的设计。1、对微波包装材料的要求凡是能透过微波的包装材料都具备微波加热的基本条件：（1）耐热性；（2）耐寒性：-20℃~-18℃；（3）耐油性；（4）卫生标准；（5）廉价性；（6）废弃物容易处理；2、微波包装形式设计要求（1）是否需要对金属材料加以保护；（2）是否需要屏蔽，以防止食品加热不均；（3）是否需要敏片包装；（4）是否需要在包装外采用套标，防止烫手；（5）是否需要在容器内保持适量蒸汽；（6）是否需要控制包装内微波加热的分布。微波加热中产生的两种现象1.尖角集中效应食品的边角部分很容易被微波穿透。其产热迅速而温升很快，常常受到过度加热，甚至在其中心部分尚未熟透时边角就会产生焦糊现象，这就是微波加热时出现的“尖角集中效应”。包装应尽可能避免微波加热不均匀性对食品质量造成的影响，可采用可阻挡微波的铝箔包裹食品的边角或尖角部位以屏蔽微波。2.表面低温现象微波加热食品时，其中心部位温度会因积聚而迅速升高；另外食品物料表面在接受微波能而生热后，其中水分会迅速变为水蒸汽蒸发是表面热量散失，表面温度难以升高，食品周围的环境空气温度大大低于食品表面的温度，因此微波食品加热时常出现食品内部温度高的表面低温现象。包装时必须考虑采用可高度吸收微波的包装材料，如采用微波敏片。二、微波食品包装材料（一）微波食品包装材料的要求包装材料对微波的加热适应性：即对微波的吸收、反射与透过性能，以及其对内装产品在加热时的影响，是微波食品包装时必须考虑的一个重要问题。微波食品连同包装一起加热，因此要求包装材料应具有较好的耐高低温性能，脆折点要低。(二)微波食品包装材料的分类根据包装材料在微波场中的特性及在特定包装中的作用可将其分为4类。1.可透过微波的包装材料：也称微波透明包装材料。此类包装材料是微波食品包装的主要用材。一般的纸类、塑料、玻璃大都属于此类材料。2.可吸收微波的包装材料：微波场中与食品一起吸收大量微波能而生热，甚至比食品升温更快。通常用于微波热敏片包装，与食品表面直接触，使表面能达到产生脆性和色泽所需要的温度。3.可反射微波的包装材料：主要用作微波屏蔽材料，防止食品边角或突出部位过度加热，如铝箔和铝箔复合薄膜材料等金属类包装材料。4.可改变电磁场的包装材料：可使被包装物在微波场中受热更均匀，也食称为整场器件。（三）常用微波食品包装材料1、纸张（1）纸和纸板制成纸杯，纸盘等与食品一同加热，可吸收食品加热散发的水汽。（2）纸浆模塑材料最常用的是纸浆模塑托盘，表层涂聚酯膜，适合于冷冻调理食品的包装。（3）涂塑纸板纸板可与聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酯（PET）等复合，增加纸类的应用性能。2、玻璃和陶瓷（1）玻璃玻璃用于微波食品包装的最大优点是它对微波透明、耐热性好、强度高，并能承承受较高内压，且使用非常方便。（2）陶瓷陶瓷对微波的吸收较多，很少用于微波食品的包装，但作为微波炉加热器皿则很常见。3、金属由于金属能反射微波，且在微波炉中容易产生打火现象，过去常认为不能应用于微波食品包装，实际上，只要进行适当的控制，金属也能作为微波食品包装。3、塑料是微波食品包装中应用最多的一类材料，由于对微波的透明特性及材料种类繁多、性能各异，能提供各种不同的性能以适应不同微波食品的包装需要，主要有：PA、PE、PP、ABS、PC、PET、Ny、SAN、EPS和PA/PP、PP/CPP、PET/PE、PA/PE、PET蒸镀SiO2、PP/EVOH/PE以及纸塑、铝塑等复合包装材料。此外，微波食品包装中还常常使用微波加