典型食品无菌包装系统简介

无菌包装系统的研究始于20世纪20年代，50年代由美国推出了世界上第一个无菌包装系统（dole aseptic canning system），接着又推出了玻璃瓶无菌包装机（aseptic glass filler）。多尔无菌包装系统在世界上已超过120多条，主要使用金属罐，用高温饱和蒸汽对空罐和盖预先杀菌，然后充填流动性无菌食品，布丁、奶酪、调味汁和汤类食品在美国多采用多尔系统加工和包装。

随着包装材料工业发展和世界能源危机的冲击，自20世纪70年代中期开始采用超高温杀菌技术和无菌软包装。目前，采用UHT杀菌和纸塑复合材料的无菌包装产品占有越来越大的市场份额，同类产品成为消费者的首选。下面将简要介绍典型的食品无菌包装系统。

（一）纸盒无菌包装系统

这种类型的无菌包装系统发展迅速。我国主要引进的是Tetra Pak公司的利乐砖型、屋顶型包无菌包装机和国际纸业公司的SA-50无菌包装系统。

1.Tetra Pak利乐砖型包无菌包装机　该机采用卷筒材料输入立式机器进行杀菌、成型、充填和封合，砖形容器由5～7层材料组成，典型材料结构：PE/印刷层/纸板/PE/铝箔/PE/PE。这种机器采用H2O2和高温热空气进行包装材料的无菌处理。我国早期引进的机型为L-TBA/8型，近几年引进的机型为TBA/9。图7-27为TBA/9无菌灌装机工作示意图。

图7-27　TBA/9型无菌灌装机工作示意图

1.纸卷车　2.包装纸卷　3.马达驱动的滚筒（保证包装纸进料均匀畅顺）　4.惰轮（以启动或停止滚筒3）5.封条附贴器（在包装纸的一侧边缘加上封条，进行纵封时，此封条会与包装纸的另一侧边缘黏合，从而达至紧密结实的封口）　6.H2O2槽　7.挤压滚筒（以压挤掉包装纸上的过氧化氢）　8.气帘（喷出高温无菌空气以吹干包装纸）　9.产品灌装管　10.纵封装置
11.“暂停装置”（生产中如有短暂停机，再开机时，设备会先完成仍未封好的纵封）　12.感光器（以监控自动图案校正系统）　13.横封（由两对连续运转的夹爪形成）　14.灌装好的小包装（按切断后，滑落到最后的折叠器内）　15.折叠器（小包装顶部及底部的角被折好及热封成型）
16.利乐砖成品从运输带卸放出来　17.可转动的控制屏　18.润滑油及液压油添加处（机器自动清洗系统的洗涤液亦在此处添加进去）　19.日期打印装置　20.包装材料接驳工作台
21.水和洗涤剂混合槽（用于机器外部的自动清洗）

2.SA-50无菌包装系统　图7-28为国际纸业公司的SA-50无菌包装系统工作原理图，该机采用H2O2和加热方法对包装材料进行无菌处理：先由35%的H2O2在槽中经80℃处理9～12s，然后在通过滚轮的过程中H2O2逐渐减少；当通过120℃热空气喷射后，材料上的H2O2完全被除去。此后，在无菌的成型填充工作区内完成成型、填充和密封操作；用过压无菌空气保持成型填充工作区域操作环境的无菌状态。图7-28中序号说明如下：

①卷筒纸进料和纵向划线：包装材料卷筒纸直接上机，借纵向压线滚筒先将纸展开，同时压出纸盒的基本形状。

②卷筒纸消毒：卷筒纸的内面通过一个过氧化氢释放系统，使其与食品接触面被消毒液浸湿，然后把纸送至85℃的不锈钢圆筒接触7～9s而发生反应，使卷筒纸与食品接触面达到商业无菌。

③卷筒纸折叠塔：消毒后的卷筒纸被折成帐篷形状，同时被预消毒空气处理而去除残留H2O2。空气被加热到300℃消毒，冷却到100 ℃后吹入折叠塔、冠区以及填充区和密封区，提供过压灭菌空气以防止包装纸及产品在包装过程中的再污染，同时也起到蒸发消除残留H2O2的作用。

④冠区：当卷筒纸到达机器顶部时，即被沿由纵向划线记录的中心标记封折。卷筒纸的开边进入消毒空气支管，支管中维持着恒定压力的无菌消毒空气。

⑤横向划线：折叠的卷筒纸退出冠区做好横向划线。这一标记使得包装盒垂直边和纸盒上的舌片的三角形部分的成型容易实现。

⑥纵向密封：在横向划线后，沿纸筒垂直开边进行感应加热纵向密封，形成可充填液料的管筒。

⑦填充：成型管筒送到填充区灌入已消毒的产品。填充区由两条不锈钢管组成。较短的管提供密封过压无菌空气，较长的管用来输送产品进入包装管筒。

⑧横向封口密封与切割：产品输入成型管筒后其底边即被感应加热横向密封。卷筒纸向下拉一个包装长度并在横封中间切断，形成一个袋状包装。

图 7-28　国际纸业公司SA-50无菌包装系统

⑨成型：切离卷筒纸后的单个包装掉入袋输送装置，通过成型烘压下袋子底边的舌片形成包装的一个长边，随后对袋子的顶部和底部折叠加热密封处理而最终形成方块砖形盒。

目前，美国及其他发达国家使用的成型/充填/封合无菌包装系统还有德国的Bosch和意大利的Benco无菌包装系统。这两种系统都采用纸板/塑料多层复合材料，并用H2O2和加热作为包装材料的主要杀菌手段，用于低酸性食品的包装。

（二）采用预成型容器的无菌包装系统

这种无菌包装系统不用卷筒材料，而是用预先压痕并接缝的筒形材料，在机器无菌区之外预先成型，然后用H2O2和加热杀菌，用于牛奶和果汁饮料之类的无菌包装。由于纸盒在系统之外预制好，大大简化了无菌包装系统的纸盒成型部分。典型设备是德国PKL公司的Combiloc无菌包装系统：包装材料用纸板/铝箔/PE/Surlyn树脂等组成。成平整状的半成型容器进入装置后，由真空作用使容器自动弹起打开，接着覆盖在容器底部的PE由热空气加热软化、成型和密封，然后传送到无菌填充部分。无菌填充部分由导入的无菌空气形成轻微的正压力，以防止来自装置外的空气进入无菌区而产生污染。容器内部用H2O2喷雾、200℃的热风加热消毒、蒸发干燥，使容器内表面残存的H2O2低于1mg/kg。填充食品后用超声波密封上口，并在容器侧面曲折向上，形成开口用的“舌头”，即为成品。

另一种是热柠檬酸杀菌的Pampart Packaging—Mead公司的Crosscheck无菌包装系统，应用于低酸性食品和含有颗粒物产品的包装。(www.xing528.com)

（三）塑料瓶（杯）无菌灌装系统

图7-29为采用卷筒材料的塑料容器成型/充填/封合无菌灌装系统。该系统采用H2O2杀菌处理，底部材料带和上部盖材经H2O2槽浸渍，而后经4、10两个干燥器使材料带上的H2O2完全分解蒸发而达到无菌，然后在过压无菌空气环境下完成容器成型、充填和封口。

图7-29　塑料瓶无菌包装系统

1.材料卷筒　2、9.H2O2槽　3.吸气吸液上位　4.干燥器　5.加热元件　6.热塑材料成型（用无菌空气）
7.无菌充填部位　8.充填区域（无菌通道）　10.负压干燥器
11.真空封口　12.铝箔材料卷筒（上盖）　13.冲剪模　14.输出

另一种塑料容器成型/充填/封合无菌灌装系统是大陆制罐公司（Continental Can Company）推出Conoffasf包装系统，这种系统不用H2O2杀菌，而是使接触产品的包装材料无菌，在制造多层包装材料的共挤过程中，加工温度达到了使材料灭菌的温度，从而使与食品接触的材料无菌。在包装过程中，多层包装材料输入机器，在无菌条件下使多层材料的外层材料脱去，露出无菌的与产品接触的表面，然后制成包装容器，成型、充填、封合区的无菌条件由加压无菌空气维持。如容器的材料组成为PP/ PE/PVDC/PP时，最里层的PP在无菌区内剥除卷去，使材料的内部表面处于绝对的无菌状态。容器成型后，充填食品，确保了食品接触部分的无菌。

塑料瓶无菌包装系统是以热塑性颗粒塑料为原料，采用吹模工艺制成容器，然后在无菌环境下直接在模中进行物料的充填、封口。由于在容器成型过程中的高温处理已使容器无菌，故无需二次灭菌，简化了无菌包装系统容器单独杀菌工艺过程。适用的材料为聚烯烃类，如PE、PP及其共聚物，用于超高温灭菌乳、果味奶、婴儿配方乳、水果饮料等不含气饮料，常用的包装规格为150～1 000mL。

（四）衬袋盒（箱）无菌包装

衬袋盒（箱）（bag-in-box）是液体或半液体食品方便又经济的一种包装形成，如图7-30所示由3部分组成：一个柔性的可折叠多层复合袋；封盖和管嘴，产品通过它灌装和流出取用；刚性的外盒或外箱，根据容积大小可用瓦楞纸板或木板等材料制成。

衬袋盒（箱）始于20世纪50年代末的美国，用于20 L （5加伦）的牛奶包装。80年代高阻隔性材料和多层复合材料的开发应用，使衬袋盒（箱）开始用于食品的无菌包装领域。衬袋盒（箱）无菌包装系统以瑞典ALFA-LAVAL公司的STAR-ASEPT较为典型，采用蒸汽杀菌，安全可行，且可进行杀菌温度和时间的测量记录，可适用酸性和低酸性食品，如牛奶、各种果蔬汁和浓缩汁等不含颗粒和纤维液体食品的无菌充填；无菌取料，通过管嘴可随意取用部分产品而包装内部仍保持无菌状态；由于包装顶隙极小，充填嘴区域内氧气的渗透小，减小了因氧变质的危险性。该机采用CIP原位清洗系统，与UHT杀菌配套，操作管理简便。

STAR-ASEPT包装袋复合材料构成如图7-31，包装袋由两个未固定的LLDPE内衬袋的复合材料构成。该LLDPE内衬袋可承受140℃蒸汽短时杀菌，阻光隔氧主要由铝箔及共挤层提供，其无菌包装产品在常温下贮存半年，产品品质与低温冷藏相当；常温下贮存1年，产品质量可保持在商业可接受程度以上，与低温及冷冻贮藏相比，可节省大量贮运费用。

图7-30　液体食品的衬袋盒（箱）

1.薄膜袋　2.封盖和管嘴　3.刚性外盒（箱）

图7-31　STAR-ASEPT包装袋复合材料构成示意图

（五）固体食品的无菌填充系统

固体食品无菌包装的最大难点是食品本身的杀菌处理。固体食品的热渗透速度比液体食品慢得多，有可能发生酶钝化不彻底的问题，也难以克服易碎固体在处理过程的受损问题，因此，至今没有一种能真正适合于固体食品的无菌包装系统。

近几年来，固体食品无菌化包装设备一直在研制中。其中之一是澳大利亚Steriglin公司研制的系统，可对35 mm的方形水果、蔬菜、肉、鱼等，在管道中边移动边由过热蒸汽（最高温度可达155 ℃）进行连续杀菌处理，然后由氮气冷却到10 ℃，并使用软包装材料进行无菌包装。但固体食品无菌包装系统的商业化还有大量的难题需要解决。

当前，人们对无菌包装技术格外关注有许多原因，其中较主要的原因：市场竞争愈加激烈，要求采用先进的包装技术；消费者对食品的营养、品质风味要求日益提高；无菌包装节省能源费用；更重要的是近年来大量新材料、新技术、新工艺可用于食品无菌包装，使无菌包装的产品灵活多样，味道更鲜美，营养更丰富。应该看到，食品的无菌包装技术处在不断的变化和发展之中，新的工艺技术方法也将不断问世。