果蔬汁饮料无菌处理和包装关键在哪

无菌处理和包装技术应用现状

无菌处理和包装技术诞生于20世纪30年代，至今已有70多年的历史。在这70多年的发展过程中，无菌处理和包装技术跨越了两个光辉的里程碑。其一是在40年代初美国的马丁－道尔（Martin－Dole）开发了马口铁罐无菌包装系统。这个系统使用直接或间接加热器对食品进行预杀菌，用过热蒸汽对马口铁罐进行杀菌，在用过热蒸汽杀菌的无菌环境中完成充填和密封。其二是在60年代初瑞典的罗林琪和雷奇（Loelinge＆Regez）为乳品生产开发了使用过氧化氢对软性包装材料进行杀菌的包装系统。这个系统采用蒸汽直接喷射杀菌牛乳，用过氧化氢杀菌包装材料。这个系统就是现在的利乐包（TetraPak）无菌包装系统，除了使用蒸汽和过氧化氢作为包装容器的杀菌剂之外，随着时间的推进和技术的发展，相继开发了其他许多重要的包装材料杀菌方法，包括强力紫外线，热空气、γ－射线辐照、热成形等。这些新杀菌方法的开发和成功应用使无菌包装系统层出不穷，屡建新功，不仅仅可以使用多种包装材料和容器，而且适用于不同的包装容量。现在，国际上已有30多家公司提供各种不同类型的无菌处理和包装系统。

目前，国际上80％的零售无菌软性包装食品是乳或含乳制品，美国几乎90％的无菌小包装（零售容量）是果汁饮料产品。大量（220L）无菌包装在美国应用十分广泛，主要应用于番茄浆和果浆制品。

我国无菌包装技术呈现蓬勃发展的美好前景，现在已有种类繁多，型号不一的无菌处理和包装系统。虽然这些系统大部分是进口的，但也有不少国产设备。我国无菌小包装产品主要是果汁及果汁饮料、乳和含乳材料。大容量无菌包装产品主要是番茄浆和浓缩果汁，如浓缩苹果汁等。

今天的无菌处理和包装技术绝大部分还只能用于生产均质液态食品。含颗粒状食品的无菌处理和包装还有许多研究和开发工作要做，尤其是低酸性块状食品的无菌处理和包装系统还需要数年的时间才能在工业中应用。

尽管如此，无菌处理和包装技术已在食品工业中发挥了重要作用，不愧为一朵灿烂的“艺术之花”。

无菌处理和包装基本要求

无菌处理和包装是将预先灭菌的产品在无菌的环境中充填并密封在无菌容器中的加工技术，无菌包装产品可以在室温下长期贮存。

无菌包装用到三个基本术语：无菌系统，无菌处理系统和无菌包装系统。

无菌系统是指为了生产密封包装的商业无菌的产品所需要的整个系统，包括产品杀菌系统和包装系统。

无菌处理系统是指对产品进行杀菌并将无菌产品传送到包装设备的系统。

无菌包装系统包括在无菌条件下将无菌产品充填在无菌容器中并加以密封的所有设备。

无菌处理关键技术。无菌处理系统，即产品杀菌系统的主要组成有输送泵、加热器、保持管、冷却器、背压阀和无菌贮罐。由于无菌包装产品是由泵连续输送的，因此无菌包装产品的杀菌是连续进行的，因此也称之为连续杀菌。

无菌包装产品连续杀菌所要求的无菌性与常规的罐头食品相同。但无菌包装产品在装入容器之前通常采用高温短时（HIST），甚至超高温瞬时（UHTST）杀菌。高温短时和超高温瞬时杀菌除了与常规的罐头食品杀菌相同之外，还有它的特殊性。

目前国际上对高温短时杀菌还没有明确的定义，但一般都认为对于pH大于4．6的低酸性食品，温度138～145℃、时间为1～30s的杀菌方式，是高温短时杀菌，这也是大多数无菌包装低酸食品杀菌常用的工艺规程。杀菌温度在150～166℃，时间在0．1～0．01s，称之为超高温瞬时杀菌，少数蒸汽直接喷射加热的产品杀菌系统有所采用。对于pH≤4．6的酸性食品，温度93℃～96℃，时间为15～30s，称之为高温短时杀菌，更确切地说，应该是高温巴氏杀菌，这是大多数无菌包装酸性食品杀菌系统采用的杀菌规程。

无菌包装产品杀菌计算和控制是无菌包装能否取得成功的关键技术之一。无菌包装产品杀菌计算依赖于杀菌温度和杀菌时间。如果无菌处理系统采用的是间接式热交换器，除了产品在高温下的保持管中取得杀菌值之外，加热和冷却过程中也产生一定的杀菌值。这两部分的杀菌值加起来是整个杀菌过程的杀菌值。

无菌包装的关键技术在于包装材料或包装容器的杀菌，无菌性的获得和保持。为了达到上述两个目的，对无菌包装系统关键控制点的监控和记录是很重要的。与传统的生产方式相比，无菌系统的自动记录和监测任务要重得多，这是因为无菌包装固有技术的复杂性和诸多关键因子的关联性决定的。

所采用的记录和监测系统的种类取决于生产过程中的各种因子的波动性。例如，预先设定的灌装速度波动性是很小的，当灌装速度是关键因子时，操作员进行监测以保证灌装速度处在关键限值之内。但如果关键因子是温度，情况就大不相同了。由于温度受很多因素的影响，波动性很大，因此需要温度自动记录仪或监测仪。

无菌包装系统的记录有两类：一类是生产记录，另一类是仪表记录。仪表记录提供了无菌包装系统操作状态的连续性记录。对于自动记录仪，操作员应保持记录纸清晰，并标明开始杀菌、生产或杀菌结束、生产结束的时间。如果由于某种原因如杀菌温度偏低，无菌空气压力不足或灌装出现问题而停止生产，在记录纸上应标明停止生产以及从新开始生产的时间。生产记录是无菌系统保持过程中的手工记录。操作员应该在记录上写明事情发生的时间以及与纠正行动有关的任何信息。

对于无菌贮罐，记录应表明罐已经过杀菌，罐内无菌空气的压力是否正常，如果无菌空气是由过滤器产生的，则过滤器以及无菌空气供应系统的杀菌温度和时间应该监控并记录。记录还应该表明在生产开始时满足其他关键因子的要求。过滤介质应在适当的时间间隔进行更换。

果蔬汁饮料生产时为什么对原料进行没处理和加热处理

果蔬汁饮料生产时对原料进行没处理和加热处理是因为防止浑浊果蔬汁沉淀和分层。在榨汁前后对果蔬原料，或果蔬汁进行加热处理，破坏果胶酶的活性，严格均质脱气和杀菌操作是防止浑浊果蔬汁沉淀和分层的主要措施。

功能饮料前景可期，无菌冷灌装为行业发展提供助力

而今，市面上功能饮料主打的健康、运动、活力等特点广受上班族和学生的欢迎。
并且随着年轻人熬夜比例的增加以及上班族工作压力日益加大，功能饮料的消费场景也逐渐增多，在整个饮料市场中的地位也愈发重要。
有行业人士分析表示，健康化、个性化、年轻化、功能化或将成为2020年饮料消费市场的主流需求。
受城镇化进程加快、居民可支配收入增长以及消费升级趋势等多重因素的推动，中国软饮料市场持续增长。
近年来，功能饮料的概念逐渐被越来越多的人所接受，许多的品牌开始聚焦这一市场。
除了红牛、卡拉宝、飞活这些国外功能饮料开始进入中国，如东鹏、战马、盼盼、农夫山泉、达利园这样的食品饮料巨头也跻身这一领域。
近年来，功能饮料是除了软包装水外，增长非常迅速的行业，蛋糕越做越大。
根据相关公开统计数据显示，从2011年到2019年，中国功能饮料零售额年均复合增长率达到16%。
若依照这个增速，预计2020年功能饮料零售额将达到1635亿元。
其实，与发达国家相比，我国功能饮料的人均消费量每年仅为0.5公斤，距离人均7公斤的消费量尚有较大空间。
这也从侧面反映着我国功能饮料存在巨大的发展空间。
然而，随着越来越多企业入局，功能饮料市场竞争日趋激烈。
从整体来看，新品大多集中在能量饮料领域，趋同化严重。
为了寻求改变以应对竞争以及不断变化的市场环境，有企业另辟蹊径，创变风味寻找新鲜感。
也有企业迎合国内消费市场需求，一改国外罐装包装，采用瓶装。
据了解，欧美市场的功能饮料，主要以罐装为主，但在中国市场，消费者对于饮料的整体习惯还是以瓶装为主。
因为相较于罐装，瓶装饮用、携带、保存都方便些。
像农夫、娃哈哈等多元化饮料集团的产品都是瓶装主打，就目前来看，整个市场仍是瓶装饮料占据先进地位。
东鹏特饮洞悉到这一点，功能饮料采用瓶装，并用自己的策略打开了市场。
不过，为了寻求产品的差异化，该企业包装样式较多，除了功能饮料常用的罐装外，有瓶装，也有盒装，不同于目前一些企业功能饮料包装只有罐装。
当然，同其它饮料一样，功能饮料包装离不开饮料包装机械。
随着饮料包装行业快速发展，在打破单一的玻璃容器垄断市场的格局之后，金属罐装、塑料瓶装等相继出现，饮料包装呈现了多元化发展趋势。
饮料包装多元化发展趋势也不断促进饮料包装机械的进步，并且随着市场对无菌、健康等灌装需求增加，无菌包装技术在行业得到应用。
无菌包装技术主要是在常温下，整个产品的灌装和密封是在无菌的环境中完成。
换一句话说，在无菌的环境下将无菌的产品灌装到无菌的包装容器中，然后进行密封。
相比传统灌装，饮料灌装更安全。
而今国内饮料包装机械设备厂家都在不断加强自身设备的技术研发力度，并致力于饮料包装技术的开发应用，例如瞬时杀菌冷灌装等技术，既可以快速杀菌，又更好地保留产品原有风味，同时不添加任何防腐剂和甜味剂。
目前，国内饮料包装机械装备供制造企业已经在这方面取得了巨大的进步，并在价格及售后服务上具备了很强的竞争实力。
随着功能饮料市场的进一步规范和人们对营养和保健意识的增强，功能饮料的比重将有所提高，功能饮料市场前景可期。
不过，功能饮料加工企业要不断寻求改变，寻求产品的差异化等，才能更好地应对竞争以及不断变化的市场环境，同时还要借助无菌冷灌装等先进的饮料包装机械，提高灌装质量，或将更好地应对提高市场竞争力。

饮料行业瓶盖消毒的原理及作用

饮料瓶盖的杀菌及其应用? ? ? ?改革开放以后中国饮料行业的发展非常迅速，饮料的品种也从过去单纯的碳酸饮料逐步发展到矿泉水、果汁、果蔬汁饮料和功能性饮料等；灌装方式也从冷灌装发展到现在的热灌装、中温灌装、无菌冷灌装等；包装形式也从单一的玻璃瓶到现在的易拉罐、PET瓶等。针对不同产品和不同的包装形式，对包装物瓶盖的杀菌处理也很关键，本文就目前使用的各种饮料瓶盖杀菌方法进行讨论。?

? ? 一、紫外线杀菌?

? ? 微生物受紫外光照射后，其蛋白质和核酸吸收了紫外光谱能量，会导致蛋白质变性，引起微生物死亡。?

? ? 饮料灌装生产设备中，输盖机为压盖机或者拧盖机输送瓶盖。在输盖机储料仓的上部或者输送带的上部安装紫外线杀菌灯管，瓶盖在被输送的过程中接受紫外线照射，紫外线照射到的地方可以达到较好的杀菌效果。由于瓶盖的透光性差，紫外线无法穿透瓶盖照射到瓶盖的另一侧。因此，瓶盖只能达到部分杀菌，且杀菌的表面是随机的。为了有针对性地对瓶盖表面杀菌，在压盖机或拧盖机的瓶盖下滑道上安装紫外线杀菌灯，通过此处的瓶盖已经被整理成方向一致，紫外线照射的一面就是瓶盖与饮料接触的一面，有效提高了杀菌效果。?

? ? 紫外线杀菌设备简单，无需配套设备，成本低，操作管理方便，使用比较广泛。由于滑道的结构特点及紫外线对微生物的杀灭特性，紫外线杀菌方式一般适合在以下几类饮料灌装的瓶盖中使用：?

? ? 1．碳酸饮料 ? ?碳酸饮料中含有CO2，呈酸性，能抑制微生物的生长，因此碳酸饮料的瓶盖采用紫外杀菌即能满足需求。该方法在生产时，批量包装的新瓶盖倒入输盖机的储料仓，瓶盖在输盖机的储料仓内或输送带上接受紫外线的照射杀菌；还可以在拧盖机下盖滑道上设置紫外线杀菌灯，让瓶盖的内表面接受紫外线的照射杀菌，杀菌后直接输往拧盖机。?

? ? 2．矿泉水饮料 ? ?国家对矿泉水的生产制定了比较严格的规定，其中对矿泉水的菌落总数、霉菌计数和大肠杆菌都严格限制为零。无论是否经过过滤杀菌处理的矿泉水，其总细菌数、霉菌计数和大肠杆菌数都必须符合国家标准。由于矿泉水中只含无机盐，不含微生物营养源，缺少供微生物生产发育的营养成分，因而对其瓶盖也可以采用紫外线杀菌。?

? ? 3．高温灌装的茶饮料、果汁饮料 ? 茶饮料和果汁饮料中存在着各种微生物（细菌、霉菌和酵母等），饮料的杀菌就是要杀灭这些微生物。目前一般都采用高温短时杀菌法，也称瞬时杀菌法。高温灌装是让经过瞬时杀菌后的饮料冷却在85℃～92℃之间的一个温度区间进行灌装，饮料瓶选用结晶耐热的热灌装瓶，瓶盖选用耐85℃的耐热瓶盖，灌装方式采用满瓶灌装，灌装压盖（或拧盖）后增加倒瓶装置：瓶身倾倒90°～180°，利用饮料自身的高温对瓶盖内部进行杀菌处理。因此瓶盖的前期处理也可以采用紫外线杀菌。?

? ? 二、热水喷冲杀菌?

? ? 加热杀菌法是食品保藏的最传统方法之一。微生物细胞若被加热至一定温度，细胞内的生理活性物质（例如酶蛋白质、核蛋白质、脱氧核糖核酸等）会发生变性和钝化，从而失去活性死亡。把微生物杀死的加热温度和时间，按微生物的种类、细胞生理状态、细胞浓度等的不同有明显不同。对于杀灭具体一个菌种，提高杀菌温度可以缩短加热时间，降低温度需要延长加热时间，温度太低，则对某些耐热菌种就起不到杀菌效果。?

? ? 热水喷冲杀菌就是利用喷嘴对瓶盖多方向喷射热水，在进行杀菌的同时也去除瓶盖内外表面的灰尘。该方法在生产时，理盖后的瓶盖按一致方向在瓶盖通道内行进，在通道的上下方设置多组喷嘴，喷嘴对前进的瓶盖进行多方位热水喷冲，热水的温度就是杀菌温度，接受喷冲的时间就是杀菌时间。?

? ? 金属盖由于其耐高温，喷冲的热水温度可以超过85℃，喷冲时间可以随着热水温度提高而减少；对于塑料瓶盖，喷冲热水温度一般控制在85℃。热水杀菌后需要对瓶盖喷无菌空气，促使瓶盖的干燥。?

? ? 热水喷冲杀菌需要提供热水和无菌空气，需要相应的配套设备，生产时会消耗热能和少量水资源，为其配套的是常用的通用设备。热水喷冲杀菌可以用于高温灌装的茶饮料和果汁饮料的瓶盖处理，也可用于矿泉水的瓶盖杀菌。?

? ? 三、臭氧杀菌?

? ? 臭氧具有极强的氧化性质，它可以直接破坏病毒的核糖核酸或脱氧核酸并将其杀灭。臭氧也可以损伤细菌、霉菌类微生物的细胞膜，抑制其生长，并进一步渗透破坏膜内组织，直至细菌、霉菌类微生物死亡。臭氧溶解于水，在湿度大的环境里杀菌效果非常好，也可以利用臭氧水对瓶盖进行杀菌。有关臭氧水杀菌将在后面讨论。臭氧的浓度越大杀菌效果越好，在臭氧浓度为4.0mg/m3时，杀菌时间一般需要45分钟到1小时。?

? ? 由于臭氧杀菌需要的时间很长，对于具备一定生产能力的自动化饮料生产线来说，如果既要满足杀菌效果又要让瓶盖杀菌过程在杀菌设备内连续完成的话，杀菌设备需要做得非常庞大。实际生产过程中，瓶盖臭氧杀菌是在具备一定生产能力的自动化饮料生产线上，在较大的密封空间里放置一定量的瓶盖，然后对瓶盖所在的空间充填一定浓度的臭氧并保持一段时间。放置的瓶盖数量以维持生产所需瓶盖数量而定。杀菌后的瓶盖存放时间越长，受污染的危险越大，所以一般存放时间不超过一周。杀菌后的瓶盖需要与外界隔离，待输盖机需要瓶盖时送往输盖机。?

? ? 目前，直接采用臭氧杀菌的独立设备多见于小型柜式瓶盖杀菌柜。这种瓶盖杀菌柜的杀菌空间小、生产能力小、间隔生产、非自动化。使用这种臭氧杀菌柜时，需要人工把杀菌的瓶盖搬出杀菌柜放入输盖机，容易造成瓶盖的二次污染。因此，臭氧杀菌只适合非自动化生产线，或对瓶盖有一定杀菌要求的小型生产线。?

? ? 四、杀菌水杀菌?

? ? 杀菌水中存在不稳定元素，它们会自行分解。杀菌水杀菌就是利用这个分解过程（氧化过程）对物体表面的微生物进行氧化，从而达到杀菌目的。?

? ? 常见的具有强氧化性的物质有：过氧乙酸、臭氧水和氯水，臭氧的瞬时杀菌性质优于氯。目前，饮料瓶盖杀菌的杀菌水基本采用过氧乙酸和臭氧水，其中绝大多数为过氧乙酸。杀菌水的浓度越大，需要的杀菌时间也相应缩短。对于65℃2000PPM的过氧乙酸，通过30秒～60秒时间杀菌，可以使瓶盖达到商业无菌的要求。由于杀菌水的杀菌时间短、杀菌效果好，被广泛应用于果蔬汁饮料的瓶和盖杀菌。利用杀菌水对饮料瓶盖进行杀菌的方式主要有喷冲式和浸泡式。?

? ? 1．喷冲式 ?是采用多组喷嘴，对瓶盖的多个方向喷射杀菌水进行瓶盖表面杀菌，瓶盖接受喷射的时间应保证微生物能被完全杀灭。具体方法为：经过理盖后的瓶盖方向一致地进入瓶盖轨道，在轨道的上下方设有多组喷头，每组喷头可以从不同角度对瓶盖喷射杀菌水，喷射的杀菌水既对瓶盖进行杀菌也推动瓶盖沿着轨道前行。?

? ? 利用过氧乙酸作为杀菌水时，杀菌水喷冲后的瓶盖需要接受无菌水的冲洗，以去除瓶盖上残留的过氧乙酸，使之残留量低于相关标准；无菌水冲洗后再用无菌空气吹干瓶盖。?

? ? 利用臭氧水作为杀菌水时，由于臭氧水分解后的产物是水和氧气，不存在任何有害的残留物质，理论上无需对瓶盖再作处理，但实际生产过程中，由于瓶盖杀菌机出口与旋盖机距离很近，无法使残留臭氧完全分解，因此，瓶盖经过臭氧水杀菌后还需要经过无菌水冲洗和无菌空气吹干处理。?

? ? 由于喷射水的直线性，无菌水喷冲杀菌可以用于矿泉水瓶盖杀菌，也可以用于茶饮料和果汁饮料热灌装时的瓶盖杀菌。热灌装采用满瓶灌装，灌装旋盖后倒瓶加热瓶盖，进行内部杀菌处理。?

? ? 2．浸泡式 ?是把饮料瓶盖完全浸泡在杀菌水中，使瓶盖的所有内外表面都接受杀菌水杀菌，浸泡时间应满足瓶盖完全杀菌的时间要求。一种方法是：方向一致的瓶盖固定在瓶盖架上，瓶盖架连接在链条上，链条的运动带动瓶盖架进入装有杀菌水的杀菌池内并使瓶盖完全浸泡在杀菌水中，浸泡的时间应满足完全杀菌的时间要求。与喷冲杀菌方式一样，杀菌水浸泡后的瓶盖同样需要无菌水的喷洗和无菌空气的喷冲，使瓶盖既干燥又无菌。?

? ? 采用无菌水杀菌方式时，为其配套的杀菌水、无菌水和无菌空气需要制作和处理，外围的配套设备比较多，配套成本高，消耗成本大，管理要求高，因此这种杀菌工艺一般应用于果汁饮料的无菌冷灌装。?

? ? 五、电解液杀菌?

? ? 电解是利用惰性电极在液体中通电，其阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。目前国外有关人员已经研究利用完全除盐的饮用水与氯化钠稀溶液发生电化反应，在阳极区得到杀菌效果好于传统杀菌水的杀菌液。如果把电解原理直接用于瓶盖杀菌，就可以大大降低运输和仓储成本，省时省力，安全有效。?

? ? 总结?

? ? 分析以上各种瓶盖杀菌方式，可以根据不同饮料的成分特性和品质要求，选用不同的盖杀菌工艺，如表中所示：?

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