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第四章常用食品包装技术与设备第二节无菌包装技术掌握灭菌的机理掌握常用的灭菌技术掌握包装材料的灭菌方法了解常用灭菌设备学习目标无菌包装的历史罐头的发明是食品保存方面的重要突破无菌包装诞生于上世纪40年代、应用于60年代、发展于70年代，到90年代中，国外已有瑞典利乐公司、美国纸业公司、芬兰ELECSTER公司、德国BOSCH公司、法国ERCA公司等数十家生产各种无菌包装设备的公司。我国的无菌包装技术及其产品的生产起步于上世纪70年代，1979年我国引进瑞典利乐公司的砖形纸盒无菌包装机生产利乐包，用于生产甘蔗汁、荔枝汁等果汁饮料的包装。从此开始了我国液态食品包装从瓶装向无菌纸盒包装转变的历史。我国的无菌包装技术到上世纪80年代末、90年代初迅速地发展起来，从最初的引进国外成套无菌包装设备生产线及包装耗材到自主研究开发，我国的无菌包装技术经过了从无到有、并逐渐走向成熟的过程，涌现出了许多生产无菌包装设备制造商。但直至2004年为止，国内虽有北京、广东、安徽等地企业研制了一些无菌包装设备，但因与世界先进水平在质量、无故障使用寿命等方面仍存有一定的差距。无菌包装是时代发展的必然产物，是现代食品工业的骄傲。相信随着国民经济的发展，国内无菌包装生产线的自行设计制造技术将更加完善，并将达到新的水平。我国无菌包装的发展现状无菌包装是一种高技术的食品保存方法，是指被包装的食品在包装前经过短时间的灭菌，然后在包装物、被包装物、包装辅助器材均无菌条件下、在无菌的环境中进行充填和封合的一种包装技术，以达到食品不添加防腐剂、不经冷藏条件下，就得到较长的货架寿命（在常温下可以保持一年至一年半不变质）的目的，大大节省了能源和设备。产品及包装器材的灭菌，分为热杀菌和非热杀菌。热杀菌有高温蒸汽、高温水、高温空气等湿热杀菌和干热杀菌；非热杀菌有化学试剂杀菌、辐照杀菌等。无菌环境包括机械设备无菌和操作现场无菌。无菌包装定义(P/91)不含汽的液体、流体、半流体食品：如饮料、液态奶（鲜奶、酸奶、奶饮料、豆奶）、果蔬汁、茶类、酒类、咖啡、稀奶油、奶酪等。可分为两大类：一是能在低温下保存的无菌食品，即在无菌环境下将没有杀菌的新鲜产品，如发酵乳、甜食、酸乳酪等包装起来；二是能在常温下保存的无菌食品，即采用包装机把连续杀菌过程的物料和无菌容器包装组合在一起，形成乳及乳制品、甜食、蔬菜、果汁等包装产品。无菌包装的范围杀死食品中有害微生物以及一些酶类物质，延长食品的保存期。经过无菌包装的食品，在常温下可以贮存12-18个月不变质，风味可以保存6至8个月不损失。例如，牛乳在常温下只能保存半天到一天，而经过杀菌和无菌包装后可以放6个月以上。无菌包装的目的一是无菌包装材料，如玻璃瓶、金属罐、塑料瓶、纸基复合材料、多层复合软包装袋等。二是食品物料的预杀菌，现在一般多采用超高温杀菌和高温短时杀菌两种。三是包装、充填环境的无菌。四是包装封口。其主要目的是彻底关闭（隔绝）包装物内物料与外界的双向传递通道，是无菌包装工序中最后一个环节，也是最重要、最关键的一个环节。无菌包装的4个过程一、被包装物的灭菌技术实际上无菌包装并非绝对无菌，无菌包装只是一个相对无菌的加工过程，也就是商业无菌。（一）无菌包装的机理商业无菌就是经过无菌处理后，按照所规定的微生物检验方法，在所检食品中没有活的微生物检出，或者只能检出极少数的非病原微生物，但它们在贮存过程中不可能进行生长繁殖。杀菌方法有加热杀菌和非加热杀菌。无菌包装包括无菌包装技术、无菌包装工艺、无菌包装材料、无菌处理设备、无菌包装机械装备。加热是灭菌和消毒方法中应用最广泛、效果最好的方法。从一般生物学概念上讲，这是由于与繁殖性能相关的基因受热变性，使得细菌细胞丧失繁殖能力。1.热杀菌机理（P/92）（一）无菌包装的机理日前，国际上常用的被包装物品的灭菌技术有两种，一种是超高温瞬时灭菌技术(UHT)，它主要用于处理奶制品，如鲜奶、复合奶、浓缩奶、加味奶饮料、奶油等食品的灭菌；另一种是巴氏灭菌技术,它可以广泛地适用于各种酸性食品，如果汁、酸奶、水果饮料等食品的灭菌。热杀菌的优缺点有哪些？2.冷杀菌机理（P/92）在不需加热的情况下作用于细菌的蛋白质、遗传物质及酶等，使细菌变性致死。主要冷杀菌技术有：紫外线杀菌、药物杀菌、辐照杀菌、高压杀菌，等等。作用机理各不相同，但目的是一致的。优点：对食品的色香味破坏作用很小，耗能低，使用方便等等。（一）无菌包装的机理（二）被包装物的灭菌1、巴氏灭菌技术利用低于100摄氏度的热力杀灭微生物的消毒方法，由德国微生物学家巴斯德于1863年发明，至今国内外仍广泛应用于牛奶的消毒。现用的巴氏杀菌方法一般有两种：一是加热到61.1～65.6摄氏度之间，30分钟；二是加热到71.7摄氏度，至少保持15秒钟。此法所需时间一般较长，对热敏性食品不宜采用。主要用于果汁饮料、乳酸饮料、熏肉、火腿等食品的灭菌。（二）被包装物的灭菌2、高温短时灭菌技术超高温瞬时灭菌技术就是将食品在短时间内保持在135℃左右的高温，从而杀灭食品中的细菌。这种技术所需时间较短，效果较好，不仅可以保护食品的质量，生产效率也可以得到很大的提高。（二）被包装物的灭菌2、高温短时灭菌技术可分为直接加热和间接加热两种方法。直接加热法是用高压蒸汽直接向食品喷射，使食品以最快速度升温，几秒钟内达到140摄氏度～160摄氏度，维持数秒钟，再在真空室内除去水分，然后用无菌冷却机冷却到室温。间接加热法是根据食品的粘度和颗粒大小，选用板式换热器、管式换热器、刮板式换热器（后续内容祥讲）。超高温瞬时灭菌的效果非常好，几乎可达到或接近完全灭菌的要求，而且灭菌时间短，物料中营养物质破坏少，食品质量几乎不变，营养成分保存率达92%以上，生产效率很高。目前这种灭菌技术已广泛用于牛奶、豆乳、酒、果汁及各种饮料等产品的灭菌，也可将食品装袋后，浸渍于此温度的热水中灭菌。（二）被包装物的灭菌3、微波杀菌技术（P/93）微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。微波杀菌的原理：微波杀菌是利用了电磁场的热效应和生物效应的共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变化，使细菌失去营养，繁殖和生存的条件而死亡。此外，微波能使细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸[RNA]和脱氧核糖核酸[DNA]，是由若干氢键松弛，断裂和重组，从而诱发遗传基因突变，或染色体畸变甚至断裂。（二）被包装物的灭菌3、微波杀菌技术微波杀菌技术可以用于对熟食品、粮食制品、包装食品、豆制品、海产品、糕点、干果、茶叶、饮料、酒类、快餐盒饭等进行快速的灭菌消毒或干燥脱水处理,效率高、速度快、成本低、无污染、并保持原物质营养成份和色泽，并可延长各类食品的保质期。微波杀菌优点1、时间短、速度快，甚至只要几秒～数十秒即达到满意效果。2、低温杀菌，保持原有的色、香、味、形等风味。3、节约能源，相比节电30~50%。4、杀菌均匀彻底5、易自动化生产6、工艺先进，投资少、见效快。7．节省占地面积。（二）被包装物的灭菌4、电阻加热灭菌技术（P/93）也叫欧姆灭菌，是一种借通入的电流使食品内部产生热量而达到灭菌目的的新型热灭菌技术。它利用电极将电流直接导入食品，由食品自身的介电性质产生热量，以达到灭菌的目的。电阻加热灭菌使用交流电的频率为50Hz～60Hz，电阻加热的适用性由食品物料的电导率来决定，大多数能用泵输送的、溶解有盐类离子且含水量在300%以上的食品都可用电阻加热来灭菌，且效果很好，而一些脂肪、糖、油、未添加盐的处理水等非离子化的食品则不适用该技术。欧姆灭菌作为高新技术应用于含颗粒，诸如牛肉丁和胡萝卜丁的汤汁类食品，对提高产品卫生安全性和品质风味质量，便于过程控制和降低操作费用，均有关键作用。（二）被包装物的灭菌5、高电压脉冲灭菌技术（P/93）高压脉冲电场的杀菌原理是在两个电极间产生瞬时高压脉冲电场作用于食品而杀菌的。杀菌效果的影响因素：电场强度、脉冲宽度、电极种类等，还与食品本身性质状况有关系。主要用于：牛奶、果汁等液体食品。（二）被包装物的灭菌5、高电压脉冲灭菌技术高压脉冲电场技术相比于热杀菌的优点（1）灭菌效果好，速度极快，更有效的杀灭食物中的酶及微生物，且完成消毒过程之后即可进行封装，不需冷却，相比于巴氏杀菌更加高效。（2）杀菌温度低，处理均匀，对食物的营养成分保存效果好，产热少，副产物少，对食品的化学成分、外观及风味等基本无影响。（3）不会产生对人体有害的自由基物质，节省能源，不污染环境。（二）被包装物的灭菌6、超高压灭菌技术（P/94）超高压灭菌技术就是将食品在200~600MPa超高压下进行短时间的处理，由于静水压的作用是菌体蛋白凝固变性，达到完全杀菌的目的。超高压技术进行食品加工具有的独特之处在于它不会使食品的温度升高，而只是作用于非共价键，共价键基本不被破坏，所以食品原有的色、香、味及营养成分影响较小。（二）被包装物的灭菌6、超高压灭菌技术（P/94）超高压技术与传统的加热处理食品比较，优点在于：超高压处理不会使食品色、香、味等物理特性发生变化超高压处理后，蛋白质的变性及淀粉的糊化状态与加热处理有所不同，从而获得新型物性的食品。超高压处理可以保持食品的原有风味，为冷杀菌超高压处理是液体介质短时间内等同压缩过程，从而使食品灭菌达到均匀、瞬时、高效，且比加热法耗能低。（二）被包装物的灭菌7、磁力灭菌技术磁力灭菌是把需要消毒灭菌的食品放置于磁场中，在设定的磁场强度作用下，从而使得食品达到常温下灭菌。由于这种灭菌方式不需加热，具有广谱灭菌作用，经此处理后的食品，其风味和品质不受影响。这种灭菌方法主要适用于各种饮料，流质食品、调味品及其它各种包装的固体食品。（二）被包装物的灭菌8、臭氧灭菌技术（P/94）臭氧灭菌机理在于O3／H2O形成强氧化电极电位，所以对微生物的细胞膜、细胞壁中的磷脂、蛋白质有破坏作用。当O3进入细胞后会破坏酶和遗传物质，从而杀灭微生物。由于自身的半衰期(5分钟～14分钟)作用，臭氧在水中极不稳定，时刻发生还原反应，产生具有强烈氧化作用的单原子氧。在其产生瞬间，与细菌细胞壁中的脂蛋白或细胞膜中的磷脂质、蛋白质发生化学反应，从而使细菌的细胞壁和细胞膜受到破坏，细胞膜的通透性增加，细胞内物质外流，使细菌失去活性。同时臭氧能迅速扩散进入细胞内，氧化细胞内的酶或HNA、DNA，从而致死菌原体。（一）纸塑类包装材料及容器的灭菌过氧化氢杀菌紫外线杀菌紫外线与化学杀菌剂并用的杀菌方法使用其他化学杀菌剂杀菌二、包装材料（容器）的灭菌技术包装材料（容器）的灭菌方法视容器材质的不同而不同。（二）金属罐、盖及玻璃瓶的杀菌方法一般采用过热蒸汽杀菌。软包装材料灭菌方法是无茵包装三大技术关键之一有以下几种：(1)化学法主要有双氧水，环氧乙烷，乙醇，柠檬酸等。(2)物理法紫外线照射，伽马线照射，热空气，空气和蒸汽混合。(3)化学和物理法双氧水和紫外线照射组合，杆檬酸或乙醇和紫外线照射组合目前，纸盒或塑料袋无菌包装机常用的包装材料连续灭菌方法主要是双氧水和双氧水与紫外线相结合的两种灭菌法，而后者更有效。（一）纸塑类包装材料及容器的灭菌（P/94）（一）纸塑类包装材料及容器的灭菌1、过氧化氢杀菌（化学法）H2O2是一种杀菌能力很强的的杀菌剂，毒性较少，对金属等无腐蚀作用，在高温下可分解成水和“新生态”氧，这种分解的“新生态”氧是极活泼有极强的杀菌能力，而水在高温下几乎立即就汽化了，在包装材料中双氧水的残留量很少。（一）纸塑类包装材料及容器的灭菌1、过氧化氢杀菌（P/95）H202的杀菌效果与温度和浓度有关。如以嗜热脂肪芽抱杆菌为例(见图7—25)，H202浓度同样为30％，如处理温度为20℃，其D值为20min，如处理温度为87.8℃，则仅需4s。化学灭菌法，还有环氧乙烷、次氯酸钠等方法。（一）纸塑类包装材料及容器的灭菌1、过氧化氢杀菌使用方法在使用过氧化氢灭菌时，其浓度一般控制在25%～3