果汁无菌包装工艺.docx
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果汁无菌包装工艺
TianjinUniversityofscience＆Technology
天津科技大学
食品科技专题讲座
果汁无菌包装工艺
学院：
食品工程与生物技术
专业：
食品科学与工程
学号：
08142209
姓名：
卢俊毅
目录
果汁无菌包装工艺3
一．无菌包装食品生产实例3
1.乳制品3
2.果汁饮料3
3.肉食加工品3
二．果汁无菌包装工艺过程4
1.果汁无菌包装前期工作4
2.果汁无菌包装的灭菌处理5
（1）灌装6
（附：
果汁饮料的无菌冷灌装创新技术）7
（2）果汁无菌包装件检验9
（3）贴吸管9
（5）外包装9
三．果蔬汁饮料无菌处理和包装的关键9
1.无菌处理和包装基本要求9
2.无菌处理和包装技术应用现状11
果汁无菌包装工艺
无菌包装食品，是指包装前使食品呈无菌状态，用无菌材料包装，不需要再加热杀菌的食品。
国际的食品卫生对食品保存剂等的规定严格，而食品又趋向低糖低盐化健康倾向；而一般食品本身贮藏性差。
因此无菌包装食品国际上发展迅速，既能保持食品风味，又节省能源。
国际上无菌包装食品比例逐年上升，推动了包装材料、包装机械设备的相应快速发展。
一．无菌包装食品生产实例
1.乳制品
原料乳中存在芽孢杆菌、梭状杆菌、芽胞乳杆菌、脱硫肠状杆菌等芽孢细菌。
地衣芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌占芽孢杆菌属中的80％。
超高温短期杀菌（UHT）能杀灭芽孢杆菌。
德、法等国生产牛乳用140℃～145℃杀菌2～6秒钟后无菌充填包装，常温（20℃～27℃）下保存一个月都不变质。
包装材料先行无菌（杀菌）后无菌充填包装。
乳制品包括牛乳、咖啡用乳、加入果汁的乳包装过程为塑料片杀菌、成型、灭菌、充填、密封、修剪。
2.果汁饮料
果汁制品中，生长的微生物为木醋杆菌等醋酸菌和植物乳酸杆菌、明串珠菌属、芽孢杆菌、短杆菌等细菌和青霉菌、曲霉菌等。
果汁饮料的无菌充填包装方法与牛乳相同。
果汁pH在4．0以下，杀菌对象有酵母、霉菌、乳酸杆菌等。
杀菌最高温度100℃以下，例如桔汁杀菌，93℃～100℃保持5～20秒钟急速冷却到20℃左右，无菌充填包装，进入杀菌过的铝箔纸无菌充填包装后货架寿命在室温下能保持一年以上。
3.肉食加工品
肉食加工品中，火腿、切片腊肠等上生长的细菌以芽孢杆菌属细菌最多，其次是葡萄球菌属、乳杆菌、微球菌等细菌。
肉食加工品制造如火腿，先对原料灭菌使呈无菌态，然后烟熏、切片等，使微生物死灭是关键。
无菌包装技术是在包装物、被包装物、包装辅助器材均无菌的条件下，在无菌的环境中进行充填和封合的一种包装技术。
无菌包装技术使包装的产品不添加防腐剂，在常温条件下无需冷藏也能保鲜半年或1年以上而不变质，还具有耗能低，耗用包材少，制造成本低，包装效率高，经济效益好和质量轻便，以及废弃包装可回收再利用等优点，适于长途运输。
无菌包装的应用越来越广泛，由包装液体到流体、半流体和膏体；由一般果汁到牛奶、茶类、蔬菜汁、汤料、酒类、水类、药液等。
这里主要介绍果汁无菌包装应用。
果汁无菌包装是将无菌的果汁、包装容器和包装辅助材料，置于无菌环境中，用无菌灌装机进行充填和封合的一种包装系统。
果汁类食品经过高温瞬间灭菌，再将温度降至20℃～30℃，即达到无菌要求。
二．果汁无菌包装工艺过程
果汁无菌包装工艺过程大致上可分为前期工作、灭菌处理和包装三部分。
1.果汁无菌包装前期工作
果汁无菌包装的前期工作包括选择复合材料，设计砖形纸盒和盒坯结构图，并进行装潢设计，然后交付包装材料专业工厂按照装潢设计的图案、文字、色彩进行印刷，按照结构设计进行压痕裁切，最后以卷筒纸料运入包装厂。
（1）选择材料
果汁无菌包装采用的包装容器有杯、盒、袋、桶等，这里主要介绍砖型盒类包装容器。
果汁无菌包装材料主要采用复合薄膜，复合薄膜由六层材料组成，即聚乙烯/纸/聚乙烯/铝箔/聚乙烯/聚乙烯复合材料。
用复合薄膜制成的包装纸盒重量仅为同容积玻璃瓶的8%，不仅成本较低，而且产生的废物较少，有利于环境保护。
（2）设计砖形纸盒
市场上常见的砖形无菌包装纸盒容量为250ml，其结构设计图中实线表示轮廓裁切线，虚线表示内折叠压痕线，点划线表示外折叠压痕线。
运到包装工厂的包装材料卷筒直径为0.8m，可制250ml的砖形无菌包装纸盒约5000个。
（3）装潢设计
装潢设计时首先要考虑商品包装的要求，选择合适的式样；其次要考虑图案、文字和色彩的正确、适当运用，遵循“科学、美观、适用、经济、促销”的原则，力争设计美观、具有时代感、装饰性和民族性。
同时，为了达到以上设计目标，必须采用先进的工艺技术，例如CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造），专业软件如包装纸盒结构设计专业软件——Flunder-Pack。
（4）印刷
纸容器的印刷可采用传统的模拟印刷和新型的数字印刷两大类。
目前大多数仍采用模拟印刷。
在常规四大印刷方法中，平版印刷最常用，而平版中主要采用PS版，因为PS版制版简单、快捷、版材轻而价廉，并随着新光源、新感光材料、新型设备的应用，制版质量不断提高。
其中柔性版印刷也已广泛用于包装印刷。
（5）复合
复合过程在整个工序是最为重要的，因为它对整个容器的包装功能起着决定作用。
例如纸容器利乐包印刷后的半成品重新放在复合过的退卷架上，经过四次淋膜，一次铝箔（铝箔可防紫外光，确保内装物的质量）的粘合作用，最后在收卷部绕成卷筒状。
利乐包的四层塑料从外层、复合层、内层1、内层2分别用不同厚度的聚乙烯或改性聚乙烯树脂为原料，经过四台挤出机挤出成型后约1300mm宽的薄膜，与纸张、铝箔粘合在一起。
再由专业厂家经过裁切压痕完成，最终以卷筒状运送到包装工厂。
2.果汁无菌包装的灭菌处理
果汁是由不同水果制成的，它们的成分和特性各不相同。
与包装相关的主要因素是果汁的酸性、酶、维生素C、色泽和香味，果汁变质主要是由酵母和霉菌引起的。
杀菌过程通过高温控制产品中微生物的含量。
目前常用的杀菌方式有高温短时（HTST）和超高温瞬时（UHT）杀菌。
选择时应根据产品特性而定处理不当会造成微生物杀灭不彻底或产品失色、失香，并破坏其中的营养成分
同时包装前后要对操作车间的环境进行灭菌处理，并保持车间环境内的气压略高于外界大气压，以阻止外界空气进入车间，减少细菌和污物的侵袭。
生产车间的地面、墙壁、操作台、工具等也应定期进行杀菌消毒。
同时，应适时对物料流通管道及贮存器进行全自动循环清洗。
3.果汁无菌包装工艺
果汁无菌包装工艺主要包括以下流程。
（1）灌装
灌装是整个包装工艺过程中最重要的工序，它由一系列工序组成，并在一台灌装机上完成，无菌灌装机的工作过程。
①纸卷上料。
使用一辆特制手推车，把纸卷推送到机器旁，并可使用自动驳纸器，当旧纸卷快用完时，在不停机的状态下，把新旧纸卷接驳起来。
纸卷1由马达驱动的进料滚筒3送进，惰轮2可以启动或停止进料滚筒3。
纸带走行至4处打印生产日期，并压横折痕。
②封合。
为了使无菌纸盒背面热封后不会发生渗漏现象，要用胶带对热封部分进一步密封。
具体方法是用封条粘贴器将宽8mm的PP胶带的一半贴在包装纸里面一侧的边缘上，另一半在纵封时与包装纸的另一侧边缘粘合，得到紧密结实的封口。
③灭菌。
包装纸在灌装之前先通过H2O2（过氧化氢）槽6浸渍，进行灭菌处理。
H2O2的浓度一般为25%～30%:
提高灭菌温度，可加速初生态氧的灭菌作用，以80℃为宜。
④干燥。
使用一对滚筒7挤压掉包装纸上的过氧化氢。
同时，使用气帘8喷出140℃～150℃的高温无菌空气以吹干经挤压后仍然残留在包装纸表面上的H2O2，使之分解成为无害的水蒸气和氧气，这时高温空气还能增强新生态氧的灭菌效能，杀掉一部分残存的细菌。
⑤热封与灌装。
包装纸通过4个导辊和成型器形成管状，这时包装纸两侧边缘搭接约8mm，由纵封装置10将包装纸里外面的PE膜在搭接处连续热封，并且将预先贴在内边缘的PP胶带牢固粘接。
与此同时，经过杀菌处理并从无菌管道输送来的果汁通过灌装管9注入纸筒，为了达到无菌包装的要求，灌装管端部一直淹没在果汁内。
⑥定容、压棱、横封。
装置由两对连续上下运动的夹爪构成，一对夹爪扣合时，将250ml果汁封闭在压棱成型的纸筒体腔内，并将底部横封，横封利用包装纸内表面的两层PE薄膜进行热封，热封宽度约16mm，在此宽度上用裁切刀切为上下两部分，上一半作为前一个纸盒的底封口，另一半作为后一个纸盒的顶封口。
夹爪与纸筒同步运行到最下位置时，另一对夹爪张开运行上来，在前一对夹爪的顶面重复以上工作。
两夹爪的底面与顶面相距约0.7mm的间隙。
如此循环，使纵封成圆筒灌装、定容、压棱成型-横封切断在纸筒连续不断运行的情况下一直循环下去，大大提高了生产率，每分钟可包装100盒～120盒。
⑦折角。
小包装顶部及底部的侧角在砖形折叠器14内分别被折向侧面和底面，并利用160℃高温蒸气喷在底面和侧面的四个位置，使其顶面两侧角与侧面粘贴，底面两侧角与底面粘贴。
在折叠器内纸盒底部朝上，从折叠器卸放到传送带15上时，成品顶部朝上。
（附：
果汁饮料的无菌冷灌装创新技术）
果蔬汁饮料和果酒类产品由于其原料的特性，产品主要是依靠水果汁生产出来，因而，营养更丰富，口味更新鲜，更具有绿色天然的特征，深受广大消费者的喜欢。
以水果汁为主要原料生产的饮料和果酒类产品发展势头相当迅猛，在欧美等发达国家更是倍受推崇。
人们追求天然绿色和原汁原味，使传统的碳酸饮料和配制型果味饮料受到了严重的挑战。
但是，由于果汁饮料和果酒类产品具有营养丰富、维生素C含量高、纯天然等特点，产品在生产和保鲜过程中存在易于变质的问题，尤其是生产过程中环境卫生控制不严，导致微生物的滋生，造成细菌和霉菌的感染，从而引起产品颜色和味道的破坏，水果中维生素C含量的迅速减少，甚至造成大批产品的报废，因而直接影响到产品的质量和在市场上的形象。
过去水果汁饮料和果酒类产品在生产过程中，为避免上述情况的产生，在工艺设计上，主要考虑采用传统的热灌装法，这种做法虽然可以满足无菌灌装的要求，但受到技术工艺水平和设备条件的限制，果汁饮料和果酒在灌装中存在诸多弊病，如容器成本高、灌装时产品较长时间处在高温状态下，引起产品风味的劣变、大量减少产品中维生素C含量、难于保证产品中其它热敏营养成分不受破坏，而且多数热灌装饮料和果酒都要另外添加防腐剂，以保证产品受到细菌的感染而不变质。
在人们追求绿色食品消费时尚的今天，崇尚的是原汁原味，对饮料和果酒中营养成分的流失和减少，以及防腐剂的添加都是与市场消费潮流格格不入的，是广大消费者不愿接受的。
为了很好地解决这一技术问题，一种被称为饮料和果酒行业全球先进的灌装新技术——无菌冷灌装运应而生，它起原于欧美发达国家，发展较快的是意大利的这POCOMAC和SASIB两家公司。
我国是刚刚才开始应用该项技术，主要是通过引进国外的设备才带入该项新型的灌装技术，目前的普及面不大，正处在推广和发展阶段。
无菌冷灌装技术行内认为是一种完全可以替代过去的热灌装技术的优良方法，它不需用热的灌装物来保证容器的杀菌，而是通过控制灌装环境卫生条件得以保证。
典型的无菌冷灌装生产线需要配备瓶杀菌机、盖杀菌机、洗瓶机、连接通道杀菌设备、无菌水冲洗机、无菌水发生器以及去除清洗机和灭菌剂等，对物料主要采用UHT超高温瞬时灭菌，然后在250C常温下灌装，以最大限度减少物料受热时间。
这种技术的优点就在于使产品能够在低温状态（常态）下进行灌装（包装），以保持饮料和果酒类产品特有的天然风味，尽可能达到原汁原味，在不使用防腐剂的条件下，能够保证产品有更好的保鲜度和更长的保存期，使之具备更大的天然食品的优越性。
无菌冷灌装技术对于灌装过程中无菌条件的要求十分严格，灌装时所有接触物料的设备、物品和空间都必须经过严格的消毒和灭菌处理。
主要的工艺条件：
一、物料采用先进的UHT超高温瞬时灭菌工艺和设备；二、灌装之前要求对灌装设备及输送管道进行蒸汽灭菌，保证所有接触物绝对无菌；三、对包装物要进行杀菌液杀菌，并做到用无菌水冲洗干净并烘干后使用；四、对于其它接触到物料的物品，如N2和CO2等要进行高精度地过滤后，以达到除菌和洁净才可使用到物料之中；五、灌装车间室内要做到百级洁净空间，通过微生物隔离层将其与周围环境隔离，为果汁饮料和果酒灌装提供完全的无菌环境条件。
另外无菌冷灌装工艺技术的推广应用，更重要环节是人的因素，由于无菌冷灌装技术的工艺条件较为复杂，必须由素质高和责任心强的操作人员严格掌握，按技术规程进行操作，还必须制定严格的质量管理制度，应用质量管理中的危害分析和关键控制点方法，对产品质量进行全面的控制和管理。
（2）果汁无菌包装件检验
严格的检验措施也是确保无菌冷灌装工艺顺利实施的重要保证。
无菌灌装间的操作要求极为严格，必须按照操作规程进行。
在灌装过程中，化验人员必须使果汁无菌包装件实行在线检验。
灌装机刚调整后，在贴管之前，每10min抽检两盒，检查成型、封合粘贴质量及灌装容量；在运行正常后，每30min抽检两盒，检查内容相同。
（3）贴吸管
吸管是为便于消费者饮用而设，它由专业工厂制造，材质为聚乙烯塑料，长度为115mm，直径4mm；预先装在与其长短相适应的两层聚乙烯塑料薄膜中并排分别封合，以备使用。
吸管贴在无菌包装纸盒背面的对角线上，由专用的贴管机完成。
（4）中包装
瓦楞纸托盘用E型瓦楞纸板制成，根据纸盒排列的形式，其尺寸为395mm×193mm×110mm。
先在托盘机上排列产品，共装有3×9=27个无菌纸盒。
接着在热收缩包装机上利用PVC薄膜对托盘与产品构成的包装单元形成收缩包装件。
（5）外包装
在堆码机上将瓦楞纸托盘堆码在联运平托盘上堆码成8层，层间交错排列，这样一个托盘可放中包装件12×8=96个，无菌包装盒2592个。
最后在缠绕式拉伸包装机上用宽500mm的线性低密度聚乙烯拉伸薄膜，自上而下以螺旋线形式缠绕，也可用宽1m的拉伸薄膜在回转式拉伸包装机上进行整幅裹包。
三．果蔬汁饮料无菌处理和包装的关键
1.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。
2.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”。
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