PET無菌冷灌裝與熱灌裝技術(shù)比較

1、PET無菌冷灌裝與熱灌裝技術(shù)比較PET瓶裝飲料自問世以來，由于其美觀、輕便、可回收的特點(diǎn)，已得到廣大消費(fèi)者的普遍認(rèn)可，目前在歐美及世界各地的發(fā)展勢頭非常迅猛。在我國，熱灌裝和無菌冷灌裝PET瓶裝飲料共存于市場，并以每年30%的速度增長。據(jù)專家預(yù)計(jì)，到2005年，我國PET瓶裝飲料總量將會(huì)達(dá)到1000萬噸。經(jīng)過十多年不斷努力，PET無菌冷灌裝技術(shù)日趨完善，生產(chǎn)的飲料品種也越來越多，包括果蔬汁飲料、茶飲料、運(yùn)動(dòng)飲料、碳酸飲料、水等等，目前在歐洲和北美PET瓶裝乳飲料已經(jīng)比較普遍。2001年，匯源集團(tuán)成功引進(jìn)中國第一條PET無菌冷灌裝生產(chǎn)線，開創(chuàng)了中國飲料制造行業(yè)的新局面。一.PET瓶的突出優(yōu)勢與紙

2、包裝、玻璃瓶、金屬罐等其他包裝形式的飲料相比，PET瓶裝飲料的增長速度是最快的。其突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：² 透明消費(fèi)者可以直觀看到內(nèi)容物；² 瓶型設(shè)計(jì)自由，形式多樣；² 有韌性，耐沖擊強(qiáng)度比較高；² 輕便只有玻璃瓶重量的1/10；² 與玻璃瓶比較：有更高的空間利用率；² 低成本；² 通過美國FDA認(rèn)證的安全食品包裝材料。二.無菌冷灌裝理論基礎(chǔ)無菌包裝技術(shù)誕生于二十世紀(jì)三十年代，1961年利樂公司首先將紙盒（Tetra Pak）無菌包裝技術(shù)用于商業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)在PET無菌冷灌裝生產(chǎn)線也采用無菌空間加上化學(xué)消毒劑的方法來進(jìn)行殺菌，確保整個(gè)

3、灌裝過程達(dá)到無菌要求。無菌冷灌裝是指在無菌條件下對飲料產(chǎn)品進(jìn)行冷（常溫）灌裝，這是相對于通常采用在一般條件下進(jìn)行的高溫?zé)峁嘌b方式而言的。在無菌條件下灌裝時(shí)，設(shè)備上可能會(huì)引起飲料發(fā)生微生物污染的部位均保持無菌狀態(tài)，所以不必在飲料內(nèi)添加防腐劑，不必在飲料灌裝封口后再進(jìn)行后期殺菌，就可以滿足長貨架期的要求，同時(shí)可保持飲料的口感、色澤和風(fēng)味。無菌冷灌裝技術(shù)的關(guān)鍵是保證灌裝封口后的飲料內(nèi)微生物控制在允許范圍內(nèi)（即商業(yè)無菌），為了保證無菌冷灌裝的成功，生產(chǎn)線必須滿足以下基本要求：² 產(chǎn)品經(jīng)過超高溫瞬時(shí)殺菌達(dá)到無菌狀態(tài)；² 包裝材料和密封容器要無菌；² 灌裝設(shè)備達(dá)到無菌狀態(tài)；&

4、#178; 灌裝和封蓋要在無菌環(huán)境下進(jìn)行；² 關(guān)鍵控制點(diǎn)的建立、監(jiān)測、記錄和控制。三.兩種灌裝方式比較雖然PET無菌冷灌裝發(fā)展時(shí)間不長，但世界幾大著名飲料設(shè)備生產(chǎn)商已具有比較成熟的無菌冷灌裝工藝。以下是無菌冷灌裝和熱灌裝的詳細(xì)比較。1灌裝工藝比較：熱灌裝一般分為兩種，一種是高溫?zé)峁嘌b，即物料經(jīng)過UHT瞬時(shí)殺菌后，降溫到8592進(jìn)行灌裝，同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品回流以保持恒定的灌裝溫度，然后保持該溫度對瓶蓋進(jìn)行殺菌；一種是物料殺菌灌裝后在6575進(jìn)行巴氏殺菌并添加防腐劑。這兩種方式無需對瓶子和蓋子進(jìn)行單獨(dú)滅菌，只需將產(chǎn)品在高溫下保持足夠長的時(shí)間即可達(dá)到殺菌效果。具體工藝見圖一。調(diào)配好產(chǎn)品UHT瞬時(shí)

5、殺菌降溫8592灌裝保持溫度殺菌冷卻降溫調(diào)配好產(chǎn)品6525min殺菌UHT瞬時(shí)殺菌7510min殺菌冷卻降溫添加防腐劑（B）中溫灌裝（A）圖一、PET熱灌裝殺菌工藝PET無菌冷灌裝首先對物料進(jìn)行UHT瞬時(shí)殺菌，然后快速降溫至常溫（25），進(jìn)入無菌罐中暫存。其次用化學(xué)消毒劑將瓶子、蓋子進(jìn)行殺菌，然后在無菌環(huán)境下進(jìn)行灌裝，直至完全密封后才離開無菌環(huán)境。整個(gè)過程物料受熱時(shí)間短，灌裝操作均在無菌環(huán)境下進(jìn)行，灌裝設(shè)備和灌裝區(qū)也都經(jīng)過消毒處理，產(chǎn)品的安全性可以得到保證。具體工藝見圖二。UHT瞬時(shí)殺菌常溫灌裝調(diào)配好產(chǎn)品PET瓶單獨(dú)殺菌瓶蓋單獨(dú)殺菌封蓋無菌環(huán)境圖二、PET無菌冷灌裝殺菌及灌裝工藝從工藝流程對比

6、來看，兩者最大區(qū)別在于飲料受熱時(shí)間不同。大家知道，熱處理時(shí)間越長，對飲料品質(zhì)影響越大。無菌冷灌裝只采用UHT超高溫瞬時(shí)殺菌，對物料的熱處理時(shí)間不超過30秒；而熱灌裝采用的殺菌方式使物料長時(shí)間處在高溫狀態(tài)下，嚴(yán)重影響產(chǎn)品口感、色澤以及熱敏性營養(yǎng)素（如維生素）含量。上述生產(chǎn)工藝決定了熱灌裝方式只適宜生產(chǎn)高酸產(chǎn)品，因高酸環(huán)境本身對微生物具有抑制作用，對于低酸性飲料熱灌裝則不能很好保證其產(chǎn)品的安全性，產(chǎn)品不良率很高。對于無菌冷灌裝，由于整個(gè)灌裝過程是在無菌條件下進(jìn)行的，其工藝適應(yīng)性很強(qiáng)，能夠生產(chǎn)的產(chǎn)品類型非常廣泛，包括中性茶飲品、乳飲料以及其他各種飲料，只需對前處理設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整既可。2兩種PET瓶

7、比較兩種灌裝方式對PET瓶要求不同，熱灌裝PET瓶需要承受8592高溫且不變形，這就要求增大PET材料的結(jié)晶度，在吹瓶時(shí)限制誘導(dǎo)應(yīng)力的產(chǎn)生。具體有以下特點(diǎn)：瓶壁厚，需要高晶體化程度增強(qiáng)熱穩(wěn)定性；有明確的瓶壁肋骨防止熱收縮；要求有結(jié)晶瓶口等，大大限制了瓶型設(shè)計(jì)的自由度。無菌冷灌裝可以使用標(biāo)準(zhǔn)PET輕質(zhì)瓶（最高耐熱溫度60）和標(biāo)準(zhǔn)蓋，大幅度降低了包材成本，還可根據(jù)產(chǎn)品特性自由設(shè)計(jì)瓶型，進(jìn)行個(gè)性化包裝。兩種PET瓶比較見表1。表1、兩種灌裝方式所用PET瓶比較項(xiàng) 目熱灌裝PET瓶無菌冷灌裝PET瓶瓶重重(500ml,2832g)輕(500ml,1823g)瓶頸特殊結(jié)晶瓶頸標(biāo)準(zhǔn)瓶頸材料拉伸率要求高標(biāo)準(zhǔn)

8、瓶型設(shè)計(jì)帶熱嵌板的特殊瓶型可用戶化的瓶型設(shè)計(jì)耐熱溫度859260透氧性瓶壁厚，透氧性低瓶壁薄，透氧性高瓶蓋耐高溫瓶蓋標(biāo)準(zhǔn)蓋瓶和蓋成本高低3無菌冷灌裝工藝技術(shù)特點(diǎn)無菌冷灌裝必須滿足的基本要求包括以下五個(gè)方面： （1）無菌冷灌裝對物料殺菌只采用UHT超高溫瞬時(shí)殺菌，物料受熱時(shí)間短，營養(yǎng)成分損失少，品質(zhì)和口感無明顯變化。表2是不同殺菌方法對牛奶營養(yǎng)成分造成損失的比較。表2 1212葉酸殺菌前巴氏殺菌后超高溫瞬時(shí)殺菌傳統(tǒng)殺菌工藝（2）包裝材料的滅菌，是無菌冷灌裝生產(chǎn)工藝中最關(guān)鍵的一步。由于標(biāo)準(zhǔn)PET瓶不耐熱，只能采用化學(xué)試劑進(jìn)行滅菌，具體要求如下：² 要求最初吹制的瓶子原始菌落數(shù)不超過5CF

9、U/瓶；² 輸送瓶子采用無菌空氣，配有空氣輸送帶；² PET瓶采用過氧乙酸類消毒劑（PAA）進(jìn)行殺菌，可以保證殺菌效果（最高7log）； ² 消毒劑有自動(dòng)回收和濃度測定系統(tǒng)，保證消毒劑濃度穩(wěn)定；² 用無菌水將瓶中殘留消毒劑沖洗干凈，再用無菌空氣吹干，保證殘留消毒劑不會(huì)對物料產(chǎn)生影響；² 瓶蓋一般采用浸泡方式滅菌，通過控制浸泡時(shí)間可以很好的保證滅菌效果。（3）無菌冷灌裝主體設(shè)備要求符合衛(wèi)生級設(shè)計(jì)，主要在管道和閥門技術(shù)、材料表面刨光、重要區(qū)域表面設(shè)計(jì)、選擇抗腐蝕材料等幾方面具有優(yōu)勢，還帶有完整的全自動(dòng)清洗（CIP）系統(tǒng)、殺菌（SIP）系統(tǒng)以及設(shè)備外

10、部泡沫清洗系統(tǒng)（COP），另外，無菌冷灌裝機(jī)均采用獨(dú)特的無菌灌裝閥，所有這些措施保證設(shè)備方面不會(huì)給物料帶來二次污染。由于冷灌裝后PET瓶不會(huì)收縮，這樣物料和瓶蓋之間會(huì)有一部分空氣，其中的氧會(huì)在存放過程中緩慢氧化物料，從而導(dǎo)致飲料變質(zhì)。所以，無菌冷灌裝設(shè)備會(huì)添加一套氮?dú)猓ɑ蚱渌栊詺怏w）置換系統(tǒng)，將頂部空氣吹走，保證物料不被氧化。表3為兩種灌裝方式溶解氧的比較。表3熱灌裝無菌冷灌裝灌裝時(shí)含溶解氧0.01ppm0.5ppm頂部空間含氧量極低高PET瓶透氧性瓶壁較厚，透氧性低標(biāo)準(zhǔn)輕質(zhì)瓶，透氧性高（4）PET無菌冷灌裝生產(chǎn)線無菌環(huán)境的保持，一般采用空氣凈化間。目前食品加工企業(yè)采用的凈化間是從醫(yī)藥行業(yè)發(fā)

11、展而來的，技術(shù)等級有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在美國使用聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E?？諝鈨艋g根據(jù)空氣中控制對象可分為兩種： 控制塵埃者稱為無塵室（Industrial Clean Room）； 控制微生物者稱為無菌室（Bio-Clean Room），防止微生物污染。PET無菌冷灌裝主體灌裝機(jī)區(qū)域要求設(shè)計(jì)為D100級無菌間，外面還有萬級凈化間（有些無菌灌裝設(shè)備并不需要），通過凈化間的無菌風(fēng)過濾系統(tǒng)保證灌裝環(huán)境內(nèi)空氣潔凈度，使物料不會(huì)被空氣中懸浮的微生物二次污染，同時(shí)控制凈化間的溫濕度，確保無菌灌裝機(jī)始終處于良好的工作狀態(tài)。在整個(gè)環(huán)境體系中，操作人員是最大的污染源，設(shè)計(jì)空氣凈化間在凈化空氣的同時(shí)，還很好的降低了人員帶來的

12、污染：操作人員在進(jìn)入萬級凈化間時(shí)，要經(jīng)過噴淋殺菌；百級凈化間設(shè)計(jì)的小而實(shí)用，可以使操作人員不破壞其無菌環(huán)境進(jìn)行操作；凈化設(shè)備的內(nèi)表面可以進(jìn)行自動(dòng)清洗和消毒。（5）無菌冷灌裝生產(chǎn)線關(guān)鍵控制點(diǎn)的建立、監(jiān)測、記錄和控制PET無菌冷灌裝線是非常復(fù)雜的連續(xù)式生產(chǎn)過程，在這個(gè)過程中，任何一項(xiàng)操作失誤或產(chǎn)品微生物的二次污染，都有可能造成整個(gè)無菌控制系統(tǒng)的失敗，影響整批產(chǎn)品的安全性。所以建立科學(xué)完善的監(jiān)測控制體系是無菌冷灌裝生產(chǎn)線成功運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素，目前飲料行業(yè)普遍采用的是HACCP管理體系。HACCP是危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)（Hazard analysis and Critical Points）的縮寫，是一

13、種能使食品生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)環(huán)境下及時(shí)鑒別并控制潛在危害，從而預(yù)防不合格產(chǎn)品生產(chǎn)的具有高度邏輯性和評價(jià)系統(tǒng)的管理方法。該體系共包括7個(gè)基本原理，其中確定控制危害的關(guān)鍵控制點(diǎn)（CCP）、建立各控制點(diǎn)的關(guān)鍵限值（CL）、建立監(jiān)測各控制點(diǎn)的程序等是體系的關(guān)鍵部分。PET無菌冷灌裝生產(chǎn)線工藝過程復(fù)雜，無菌環(huán)境的控制要求非常嚴(yán)格。只有嚴(yán)格按照HACCP體系去管理和控制，才能真正確保產(chǎn)品安全性。4原材料和生產(chǎn)線成本比較兩種灌裝方式在生產(chǎn)線投入上有明顯差別，無菌冷灌裝使用的吹瓶機(jī)吹瓶速度快，耗電少；而熱灌裝吹瓶機(jī)吹瓶速度比較慢，耗電量很大，在同樣生產(chǎn)能力的情況下，投資比冷灌裝吹瓶機(jī)要高。在灌裝線部分，無菌冷灌裝

14、工藝過程復(fù)雜，灌裝輔助設(shè)備比較多。整體比較，一條無菌灌裝線初期投資要高于同樣產(chǎn)能的熱灌裝線。原材料成本方面，無菌冷灌裝采用的標(biāo)準(zhǔn)瓶、蓋要輕很多，通過節(jié)約原材料以降低成本。從操作成本來講，無菌冷灌裝多一項(xiàng)殺菌液消耗，在設(shè)備折舊方面費(fèi)用也比較高，但總的成本還是低很多，而且無菌冷灌裝生產(chǎn)線速度越快，產(chǎn)量越高，其生產(chǎn)成本越低。下表為兩種生產(chǎn)線成本估算。表4、兩種灌裝方式成本比較。單位：RMB/36000瓶熱灌裝無菌灌裝PET原料126729180蓋子成本864756殺菌液消耗324設(shè)備折舊8981684其它消耗54063944合 計(jì)1984015888每瓶成本0.5511元/瓶0.4413元/瓶備注比熱灌裝節(jié)省0.1098元/瓶無菌冷灌裝生產(chǎn)線初期投資比較大，但包材成本和操作成本比較低，隨著設(shè)備使用時(shí)間的延長，無菌冷灌裝的低成本優(yōu)勢會(huì)明顯表現(xiàn)出來。四結(jié)論P(yáng)ET無菌冷灌裝與熱灌裝相比突出優(yōu)點(diǎn)在于：高品質(zhì)。產(chǎn)品受熱時(shí)間的縮短、無菌環(huán)境的制造與維持以