chapter-12-食品無菌包裝技術(shù)課件

第四節(jié)食品無菌包裝技術(shù)一、無菌包裝的定義

食品無菌包裝技術(shù)是指把被包裝食品、包裝材料容器分別殺菌，并在無菌環(huán)境條件下完成充填、密封的一種包裝技術(shù)。

或者指將流質(zhì)或半流質(zhì)食品經(jīng)超高溫瞬時殺菌(UHT)或高溫短時殺菌(HTST)后,迅速冷卻至30一40℃,在無菌環(huán)境下將物料充人已滅菌的包裝容器內(nèi)密封的一種包裝技術(shù)。

無菌包裝(AsepticPackaging)的最大特點是被包裝食品和包裝材料分別殺菌。

無菌包裝的食品一般為液態(tài)或半液態(tài)流動性食品，其特點為流動性好、可進(jìn)行高溫短時殺菌(HTST)或超高溫瞬時殺菌(UHT)，產(chǎn)品色、香、味和營養(yǎng)素的損失小。例如維生素能保存95％，且無論包裝尺寸大小，質(zhì)量都能保持一致，這對熱敏感食品，如牛奶、果蔬汁等的風(fēng)味品質(zhì)保持具有重大意義。處在無菌條件下的被包裝食品，可在常溫下貯存流動而不會變質(zhì)。

無菌包裝技術(shù)于20世紀(jì)40年代發(fā)明，最初是為了生產(chǎn)不能用傳統(tǒng)的高壓釜滅菌，且要求有較長貨架壽命的產(chǎn)品(如乳制品及香蕉泥之類的熱敏感食品)而開發(fā)的。二、無菌包裝體系的殺菌方法

食品無菌包裝的關(guān)鍵是包裝體系的殺菌，即包裝食品的殺菌、包裝容器材料的殺菌處理、包裝系統(tǒng)設(shè)備及操作環(huán)境的殺菌處理。

1．UHT(UltraHighTemperatureShortTime)即超高溫瞬時殺菌，是把食品在瞬間加熱到高溫(135℃以上)而達(dá)到殺菌目的。

1.超高溫瞬時殺菌

(1)直接加熱殺菌法工作原理如圖7-18所示，用高壓蒸汽直接向食品噴射，使食品以最快速度升溫，在幾秒內(nèi)達(dá)到140～160℃高溫維持幾秒鐘，再在真空室內(nèi)除去多余水分，然后用無菌冷卻機(jī)冷卻到室溫。

這種方法特別適宜于對熱特別敏感的流質(zhì)食品的滅菌處理，但易使產(chǎn)品香味揮發(fā)損失。

(2)間接加熱殺菌法即采用換熱器進(jìn)行間接加熱殺菌(如圖7-19)，根據(jù)食品的黏度和顆粒大小可選用片式換熱器、管式換熱器、刮板式換熱器。

片式換熱器（如圖7-20）適用于果肉含量不超過1％-3％的液體食品；

管式換熱器對產(chǎn)品的適應(yīng)范圍較廣，可加工高果肉含量的濃縮果蔬汁等液體食品，凡用片式換熱器會產(chǎn)生結(jié)焦或阻塞，而黏度又不足用刮板式換熱器的產(chǎn)品，都可采用管式換熱器。

刮板式換熱器裝有帶葉片的旋轉(zhuǎn)器，在加熱面上刮動而使高黏度食品向前推送，達(dá)到加熱殺菌之目的。2．高溫短時殺菌HTST

主要用于低溫流通的無菌奶和低酸性果汁飲料的殺菌，可采用換熱器在瞬間把液料加熱到100℃以上，然后速冷至室溫，可完全殺滅液料中的酵母和細(xì)菌，并能保全產(chǎn)品的營養(yǎng)和風(fēng)味。

借助通入電流使液態(tài)食品內(nèi)部產(chǎn)生熱量達(dá)到殺菌目的的新型加熱殺菌技術(shù)。對于帶顆粒(粒徑小于15mm)的液態(tài)食品，常規(guī)的換熱器間接加熱殺菌方式，其熱量首先由加熱介質(zhì)通過間壁傳遞給食品物料中的液體，然后靠液體與固體顆粒之間的對流和傳導(dǎo)傳給固體顆粒，最后是固體顆粒內(nèi)部的傳熱。

3．歐姆殺菌

采用歐姆殺菌技術(shù)，可使顆粒加熱速度與液體加熱速度相接近，并可獲得比常規(guī)傳熱殺菌方法更快的加熱速度(顆粒升溫約1-2℃／S)，從而得到高品質(zhì)的產(chǎn)品。

此方法比H2O2殺菌結(jié)合加熱處理的殺菌效力更顯著。即使采用低濃度H2O2(<1％)溶液，加上高強(qiáng)度的紫外線輻射殺菌處理，也可取得驚人的殺菌效果；這種殺菌方法只需在常溫下施行就可立即產(chǎn)生殺菌效果，比單一使用H2O2，即使在高溫下用高濃度的H2O2或單一使用紫外線照射殺菌，其殺菌效果大上百倍。4．H2O2和紫外線并用的殺菌方法

5.連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)線殺菌

要防止食品受到來自系統(tǒng)外部的微生物污染，由此在輸送過程中，要保持接管處、閥門、熱交換器、均質(zhì)機(jī)、泵的密封性和系統(tǒng)內(nèi)部保持正壓狀態(tài)，以保證外部空氣不進(jìn)入。

要求輸送線路盡可能簡單，以利于清洗。無菌包裝系統(tǒng)設(shè)備殺菌處理一般采用CIP原位清洗系統(tǒng)實施，根據(jù)產(chǎn)品類型可按殺菌要求設(shè)定清洗程序。

常用的工藝路線為

熱堿水洗滌—稀鹽酸中和—熱水沖洗—清水沖洗—高溫蒸汽殺菌

6．操作環(huán)境的殺菌

操作環(huán)境的無菌包括除菌和殺菌兩項工作。殺菌可采用化學(xué)和物理方法并用進(jìn)行，并定期進(jìn)行紫外線照射，殺滅游離于空氣中的微生物。

除菌是防止細(xì)菌和其他污物進(jìn)入操作環(huán)境，除菌主要采用過濾和除塵方法實現(xiàn)，一般無菌操作空間的空氣需經(jīng)消毒、二級過濾和加熱消毒產(chǎn)生無菌過壓空氣，其過壓狀態(tài)保證避免環(huán)境有菌空氣滲入無菌工作區(qū)。三、食品無菌包裝系統(tǒng)

無菌包裝系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)20年代，20世紀(jì)50年代由美國推出了世界上第一個無菌包裝系統(tǒng)(DoleAsepticCanningSystem)，接著又推出了玻璃瓶無菌包裝機(jī)(AsepticG1assFiller)。

多爾無菌包裝系統(tǒng)在世界上已超過120多個，主要使用金屬罐，用高溫飽和蒸汽對空罐和蓋預(yù)先殺菌，然后充填流動性無菌食品，布丁、奶酪、調(diào)味汁和湯類食品在美國多采用多爾系統(tǒng)加工包裝。我國引進(jìn)的主要是利樂磚型包無菌包裝機(jī)和國際紙業(yè)公司的SA-50型無菌包裝系統(tǒng)。

(一)紙盒無菌包裝系統(tǒng)(二)采用預(yù)成型容器的無菌包裝系統(tǒng)

這種無菌包裝系統(tǒng)不用卷筒材料，而是用預(yù)先壓痕并接縫的筒形材料，在機(jī)器無菌區(qū)之外預(yù)先成型，然后用H2O2加熱殺菌，用于牛奶和果汁飲料之類的無菌包裝。由于紙盒在系統(tǒng)之外預(yù)制好，大大簡化了無菌包裝系統(tǒng)的紙盒成型部分。

包裝材料用紙板/鋁箔/PE／Surlyn樹脂等組成。成平整狀的半成型容器進(jìn)入裝置后，由真空作用使容器自動彈起打開，接著覆蓋在容器底部的PE由熱空氣加熱軟化、成型和密封，然后傳送到無菌填充部分。

無菌填充部分由導(dǎo)入的無菌空氣形成輕微的正壓力，以防止來自裝置外的空氣進(jìn)入無菌區(qū)而產(chǎn)生污染。容器內(nèi)部用H2O2噴霧、200℃的熱風(fēng)加熱消毒、蒸發(fā)干燥，使容器內(nèi)表面殘存的H2O2低于1mg／kg。

填充食品后用超聲波密封上口，并在容器側(cè)面曲折向上，形成開口用的“舌頭”，即為成品。

塑料瓶(杯)無菌灌裝系統(tǒng)為采用卷筒材料的塑料容器成型/充填/封合無菌灌裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用H2O2殺菌處理，底部材料和上部蓋材用H2O2槽浸漬，而后經(jīng)加熱干燥器使材料帶上的H2O2完全分解蒸發(fā)而達(dá)到無菌，然后在過壓無菌空氣環(huán)境下完成容器成型、充填、封口。(三)塑料瓶(杯)無菌灌裝系統(tǒng)

襯袋盒(箱)是液體或半液體食品方便又經(jīng)濟(jì)的一種包裝形式，有三部分組成：一個柔性的可折疊多層復(fù)合袋；封蓋和管嘴，產(chǎn)品通過它灌裝和流出取用；剛性的外盒或外箱，根據(jù)容積大小可用瓦楞紙板或木板等材料制成。

(四)襯袋盒(箱)(Bag-In-Box)無菌包裝

襯袋盒(箱)無菌包裝系統(tǒng)以瑞典ALFA-LAVAL公司的STAR-ASEPT較為典型，采用蒸汽殺菌，安全可行，且可進(jìn)行殺菌溫度和時間的測量記錄，可適用酸性和低酸性食品，如牛奶、各種果蔬汁和濃縮汁等不含顆粒和纖維的液體食品的無菌充填；無菌取料，通過管嘴可隨意取用部分產(chǎn)品而包裝內(nèi)部仍保持無菌狀態(tài)；由于包裝頂隙極小，充填嘴區(qū)域內(nèi)氧氣的滲透小，減小了因氧變質(zhì)的危險性。該機(jī)采用CIP原位清洗系統(tǒng)，與UHT殺菌配套，操作管理簡便。

固體食品無菌包裝的最大難點是食品本身的殺菌處理。固體食品自熱滲透速度比液體食品慢很多，有可能發(fā)生酶鈍化不徹底的問題。也難以克服易碎固體在處理過程的受損問題，因此，至今沒有一種能真正適合于固體食品的無菌包裝系統(tǒng)。

(五)固體食品的無菌填充系統(tǒng)第五節(jié)微波食品包裝技術(shù)

微波食品并不是單獨意義上的食品，它是指為適應(yīng)微波加熱（調(diào)理）的要求而采用一定的包裝方式制成的食品，即可采用微波加熱或烹制的一類預(yù)包裝食品。

主要有兩大類：常溫或低溫下流通經(jīng)微波加熱后直接食用的食品；冷凍冷藏下流通經(jīng)微波加熱調(diào)理（烹制）后才能食用的食品。一、微波加熱機(jī)理與特點（一）微波加熱機(jī)理與特點

微波是指波長在1~1000mm、頻率300MHz~30GHz之間的電磁波。

處在微波場中的食品物料，其中的極性分子在高頻交變電場作用下高速定向轉(zhuǎn)動產(chǎn)生碰撞、摩擦而自生生熱，表現(xiàn)為食品物料吸收微波能而將其轉(zhuǎn)化為熱能使自生溫度升高。

微波加熱的特點：（1）高效節(jié)能；（2）均勻加熱；（3）易于控制，工藝先進(jìn)；（4）低溫殺菌，無污染；（5）選擇性加熱；（6）安全無害。

在傳統(tǒng)加熱過程中，食品表層水分首先被蒸出，形成表面干、內(nèi)部濕而使物料內(nèi)部的水分子向表層運動。微波加熱時，食品內(nèi)部溫度比表層高而產(chǎn)生更高的內(nèi)部蒸汽壓，能更有效地把水分壓向表層，結(jié)果形成比傳統(tǒng)加熱更高效率水分子運動和蒸發(fā)（如圖7-32）。（二）微波加熱的不均勻性與包裝

食品的成分和結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，不同物料或同一物料的不同組分，由于介電特性不同其吸收微波的能力亦不同，其在微波場中的溫升情況也表現(xiàn)出差異。

要在微波場中達(dá)到理想的加熱效果，常需借助包裝材料的選擇和包裝形式的設(shè)計。1、對微波包裝材料的要求

凡是能透過微波的包裝材料都具備微波加熱的基本條件：（1）耐熱性；（2）耐寒性：-20℃~-18℃；（3）耐油性；（4）衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；（5）廉價性；（6）廢棄物容易處理；2、微波包裝形式設(shè)計要求（1）是否需要對金屬材料加以保護(hù)；（2）是否需要屏蔽，以防止食品加熱不均；（3）是否需要敏片包裝；（4）是否需要在包裝外采用套標(biāo)，防止?fàn)C手；（5）是否需要在容器內(nèi)保持適量蒸汽；（6）是否需要控制包裝內(nèi)微波加熱的分布。微波加熱中產(chǎn)生的兩種現(xiàn)象

1.尖角集中效應(yīng)

食品的邊角部分很容易被微波穿透。其產(chǎn)熱迅速而溫升很快，常常受到過度加熱，甚至在其中心部分尚未熟透時邊角就會產(chǎn)生焦糊現(xiàn)象，這就是微波加熱時出現(xiàn)的“尖角集中效應(yīng)”。

包裝應(yīng)盡可能避免微波加熱不均勻性對食品質(zhì)量造成的影響，可采用可阻擋微波的鋁箔包裹食品的邊角或尖角部位以屏蔽微波。2.表面低溫現(xiàn)象

微波加熱食品時，其中心部位溫度會因積聚而迅速升高；另外食品物料表面在接受微波能而生熱后，其中水分會迅速變?yōu)樗羝舭l(fā)是表面熱量散失，表面溫度難以升高，食品周圍的環(huán)境空氣溫度大大低于食品表面的溫度，因此微波食品加熱時常出現(xiàn)食品內(nèi)部溫度高的表面低溫現(xiàn)象。

包裝時必須考慮采用可高度吸收微波的包裝材料，如采用微波敏片。二、微波食品包裝材料（一）微波食品包裝材料的要求

包裝材料對微波的加熱適應(yīng)性：即對微波的吸收、反射與透過性能，以及其對內(nèi)裝產(chǎn)品在加熱時的影響，是微波食品包裝時必須考慮的一個重要問題。

微波食品連同包裝一起加熱，因此要求包裝材料應(yīng)具有較好的耐高低溫性能，脆折點要低。(二)微波食品包裝材料的分類

根據(jù)包裝材料在微波場中的特性及在特定包裝中的作用可將其分為4類。

1.可透過微波的包裝材料：也稱微波透明包裝材料。此類包裝材料是微波食品包裝的主要用材。一般的紙類、塑料、玻璃大都屬于此類材料。

2.可吸收微波的包裝材料：微波場中與食品一起吸收大量微波能而生熱，甚至比食品升溫更快。通常用于微波熱敏片包裝，與食品表面直接觸，使表面能達(dá)到產(chǎn)生脆性和色澤所需要的溫度。

3.可反射微波的包裝材料：主要用作微波屏蔽材料，防止食品邊角或突出部位過度加熱，如鋁箔和鋁箔復(fù)合薄膜材料等金屬類包裝材料。

4.可改變電磁場的包裝材料：可使被包裝物在微波場中受熱更均勻，也食稱為整場器件。（三）常用微波食品包裝材料1、紙張

（1）紙和紙板

制成紙杯，紙盤等與食品一同加熱，可吸收食品加熱散發(fā)的水汽。（2）紙漿模塑材料

最常用的是紙漿模塑托盤，表層涂聚酯膜，適合于冷凍調(diào)理食品的包裝。（3）涂塑紙板

紙板可與聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酯（PET）等復(fù)合，增加紙類的應(yīng)用性能。2、玻璃和陶瓷（1）玻璃玻璃用于微波食品包裝的最大優(yōu)點是它對微波透明、耐熱性好、強(qiáng)度高，并能承承受較高內(nèi)壓，且使用非常方便。（2）陶瓷陶瓷對微波的吸收較多，很少用于微波食品的包裝，但作為微波爐加