无菌包装,未来包装技术发展的风向标

采访嘉宾：柯贤文

博士、武汉大学包装工程系副教授，包装工程研究室副主任。

随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，人们的生活习惯和饮食结构正逐步发生变化，追求天然绿色食品已成为一种时尚。天然的果汁和牛奶，从企业生产包装再到消费者手中，如何才能既保证其高营养、好风味，又不添加任何防腐剂一直是企业及社会追求的目标。传统包装方式对产品的风味和营养均有一定程度的破坏作用，如何使产品不受包装及杀菌环节的影响，避免营养成分和风味的损失，并且在常温下可以长时间保存，这就需要无菌包装技术，一个未来包装技术发展的重要方向。为了使人们全面了解无菌包装技术，我们邀请了武汉大学包装工程研究室副主任柯贤文教授，请他为我们介绍无菌包装的相关内容。

记者：我们知道无菌包装技术诞生于20世纪40年代，之后被广泛使用于液体食品包装行业，据统计，目前发达国家已经有超过80％的液体食品在使用无菌包装技术进行生产，可见无菌包装技术的发展速度是非常快的，请介绍下无菌包装技术包括哪些内容?与传统包装技术相比其优点是什么?

柯贤文：无菌包装是指将流质或半流质食品经超高温瞬时杀菌或高温短时杀菌后，迅速冷却至30～40℃，在无菌环境下将物料充入已灭菌的包装容器内密封的一种包装技术。无菌包装主要应用于牛奶、果汁饮料等流质食品的包装。无菌包装技术应该包含无菌包装材料及容器、灭菌方法、无菌包装系统等几方面内容。无菌包装首先应该保证食品本身无菌，其次是包装材料和容器无菌，再就是包装系统和环境无菌。

与传统包装技术相比无菌包装具有以下优点：

(1)无菌包装可以使食品的色泽、风味、营养成分得以完好的保存。(2)复合包材和真空状态可以使产品免受光、气、异味和微生物的侵入，不必添加防腐剂，运输、仓储的时候也不需冷藏，并可延长其储存期，便于储运和销售。(3)进行无菌包装的食品和用于无菌包装的容器是分别进行杀菌的，避免与包装容器发生反应，减少容器成分向食品中渗透。(4)无菌包装产品外形一般呈砖形，原材料为纸质，产品的空间利用率高、重量轻，因此成本也不算高，用于饮料的软包装成本只有金属罐的四分之一，装满后饮料占总重量的97％。(5)无菌包装符合环保包装潮流。无菌包装材料使用纸质，易于降解，有利于保护环境。

记者：在无菌包装技术体系中，杀菌是无菌包装技术的重要内容，无菌包装的杀菌方法有哪些?

柯贤文：无菌包装中杀菌方法大体上可分为两大类，分别是超高温瞬时灭菌UHT和巴氏灭菌。超高温瞬时灭菌的杀菌温度一般在135～150℃范围内，其杀菌时间非常短，只有3～5s。超高温瞬时灭菌包括直接法和间接法，所谓直接法就是指杀菌蒸汽和食品直接接触，包括喷射式和注射式。间接法又包括板式、环形套管式、欧姆杀菌等。巴氏灭菌也称为低温灭菌，其杀菌温度般在100℃以下。巴氏灭菌又分为低温长时LTLT灭菌(条件为61-63℃／30分钟或72-75℃／15-20分钟)和高温短时HTST灭菌(条件为85～90℃／3～5分钟或95℃／12分钟)。巴氏灭菌可以杀灭大多数致病菌，但对于腐败菌和芽孢的杀伤力不够，需结合冷藏等其他技术，主要应用于酸性和低酸性食品的灭菌。

记者：食品物料、包装环境、包装材料和容器的杀菌方法中，食品物料的杀菌方法长期以来一直是技术发展最快的，食品物料的杀菌方法有哪些?企业选择杀菌方法时应该注意哪些问题?

柯贤文：目前常用的食品物料灭菌方法有巴氏灭菌、超高温瞬时灭菌和超高温短时间杀菌3种。

巴氏灭菌，是将被包装物在61～63℃条件下保持30分钟，这种灭菌方法可直接作用于产品，亦可将食品充填于蒸煮袋、玻璃罐等，浸渍于热水中。低温灭菌的缺点是包装容量不能太大，否则受热不匀严重：食品受热时间长，营养成分和风味损失大。

超高温瞬时杀菌是目前广泛采用的无菌包装技术。它将食品在120～140℃的高温下灭菌几秒钟，并很快冷却至室温，然后在无菌区内灌装和封盖。牛奶的UHT灭菌参数是在135～140℃下杀菌3-4s。瞬时高温灭菌的方法有以下几个优点：包装材料可以不耐高温，包装容量可大可小，受热都是均匀的；食品受热时间短，营养成分和风味损失较小。

超高温短时间杀菌常用于高黏度液体食品。如包装牛奶、番茄酱、糖酱等食品时，在一个不锈钢高压消毒容器中，使牛奶同150℃以上的高压水蒸气混合20s左右，进行杀菌消毒，然后进入抽真空室，把多余的水分蒸发除去，达到原先的牛奶浓度，再进入无菌室中，用无菌包材包装起来。目前，我国这种牛奶包装膜主要采用15μm左右厚的共挤复合膜，常温下可放置1个月。共挤复合膜中含有高阻隔的EVAL或PVDC，则可在常温下放置3个月：若使用铝／纸／塑多层膜包装，可在常温下放置6个月以上。

此外，随着技术的发展，食品物料杀菌还采用了欧姆杀菌、超高压杀菌、放射线杀菌等杀菌方法。

欧姆法加热杀菌技术，可对黏度较高或颗粒较大的液体食品进行杀菌，颗粒直径可达到2.5cm。目前存在的主要问题是系统的预杀菌仍需采用过热蒸汽。因此，在无菌系统配置时要配成混合式。

超高压杀菌，它是将产品置于500MPa以上的压力条件下经过一段时间杀菌，杀死其中大部分或全部的微生物，钝化酶的活性，从而达到保存食品的目的，由于几百个MPa的压力不会使食品的温度升高，因此没有色、香、味及营养成分的劣变，可以较多地保留食品原有的风味。

放射线杀菌是指将产品收入由钻60为原料的放射室中，由其产生的Y射线进行杀菌。目前，这种方法主要用于无菌大包装袋的成批杀菌。由于放射线的方向控制难度很大，防护技术要求很高，预计直接用在无菌包装生产线上的可能性不大。随着科技的发展，大量新的食品灭菌技术都在不断地研究和完善之中，相信不久的将来这些技术也会逐渐在食品及其他无菌包装领域中得到广泛应用。

企业在选择杀菌方法时，应根据被包装对象、杀菌对象、杀菌效率、成本、安全卫生以及包装系统等综合因素来选择。如包装对象和包装材料的耐温性能，包装材料和容器的初始细菌数量，不同设备所配备的主要杀菌方式等。

记者：很多人对液体食品低温杀菌抱以怀疑的态度，也有人认为低温杀菌不但可以将细菌杀死，而且保证了营养成分不流失。您怎么看待这种杀菌方法?

柯贤文：有些微生物耐高温能力比较强，低温杀菌不能将其杀灭。如大部分的腐败菌和芽孢的耐温能力就比较强。另外，低温杀菌时间比较长，这对食品本身的营养成分的破坏要更多些，风味的损失也较大。但低温杀菌对某些奶制品中益生菌的保护是有好处

的，如酸奶的灭菌温度就不宜过高，并且要在发酵前杀菌。因此，低温杀菌主要应用于酸性和低酸性食品的灭菌中，如柑橘汁、苹果汁饮料等。

记者：由于食品无菌包装的特点和效果的要求，我们必须选用合适的无菌包装材料，您认为无菌包装材料应该满足哪些特性?

柯贤文：无菌材料的性能要求包括：(1)热稳定性，目前加热杀菌是应用最为广泛的杀菌技术，所以包装材料的热稳定性是其基本要求。在包装材料中金属和玻璃的热稳定性比较好，但玻璃不耐温度的急剧变化，塑料的耐热性相对较差。(2)抗化学性和耐紫外线能力，使用化学方法或者紫外线进行杀菌时，包装材料应具有一定的抗化学性能和耐紫外线能力。

(3)阻隔性能，阻隔性能主要包括阻气性和防潮性。由于食品中含有丰富的营养物质，如脂类、蛋白质和维生素等，这些物质都很容易被氧化而变质，此外富氧环境也有利于微生物的生长繁殖，所以包装材料必须具有很好的阻气性，特别是对氧气的阻隔性。同样，包装材料也应具有很好的防潮性能，防止包装内外水分的过度交换。(4)热成型稳定性，主要针对纸材料、塑料及其复合材料而言，应具有较好的热成型稳定性。(5)机械性能，包括强度、韧性和刚性，这是对包装材料机械性能的基本要求。(6)避光性，主要是能遮挡光线中的紫外光，因为其能加速食品中某些营养成分的腐败变质，也能促进油脂氧化、油溶性维生素的分解、光敏感性维生素变色以及蛋白质变性等，所以食品包装材料最好是具有一定的避光性。目前已有大量研究在致力于制备可屏蔽紫外线的透明包装材料。(7)卫生性，无毒卫生是食品包装材料最基本要求。(8)经济性。

记者：在食品和包装机械行业“十二五”发展规划中，无菌包装作为包装发展的重要方面，我国在无菌包装方面与国外的差距在哪里?未来发展方向如何?

柯贤文：差距主要是在设备和包装材料方面。国产包装设备生产效率、运行稳定性、性能质量以及售后服务等多方面与国外设备存在差距，技术研发和更新速度也较慢。目前，国内主流的无菌包装设备几乎都是引进国外技术，像利乐包、康美盒、艾卡杯等。在包装材料领域，除了材料应具有前面所述的综合优良性能外，与包装系统的配套兼容性也是很重要的。

近些年来，我国对无菌包装越来越重视，在食品和包装机械行业十二五发展规划中将无菌包装技术作为未来几年发展的重要内容，我认为应包括以下几方面发展方向：

1.向高新技术集成性和高可靠度的方向发展

无菌包装技术是项对食品及药品的安全性实现综合技术保障的系统工程，集光机电一体化技术、现代化学、物理学、微生物学、自动控制、计算机通讯等多项高新技术为一体。为满足产品的安全性要求，系统本身的每一个子系统无不包含着新技术、新材料、新工艺的成果。为了满足高可靠性的要求，每一个子系统从设计到制造，从运行实验到运行监控，以及信息反馈与补偿修正都要融入现代质量的理念，达到设备固有可靠性与运行可靠性相统。

2.向多个产业的应用领域发展和延伸无菌的概念和要求是医学发展的产物

随着现代微生物学和应用灭菌技术的发展，人类对杀灭包括细菌芽孢在内的全部病原微生物和非病原微生物有了更新的认识和控制手段。商业无菌作为评价食品安全性的技术指标为相关行业和市场认同。

3.无菌包装设备向单一高速型发展

发展无菌包装设备无论从技术含量和技术指标要求上都属于包装机械中的高端产品。对于使用厂家而言，这种技术和资本双重密集性的设备定位必须以提高生产效率为方向，而不同于现代包装机械向多功能和单一高速型两极化发展。从技术层面上讲，高可靠度的装备向多功能型发展，将意味着诸多工程技术中有待解决的问题出现，将加大技术上的难度。

4.向以技术创新优化性价比的方向发展

虽然无菌包装有很多优点，但是其设备昂贵令许多企业望而却步，国内企业要推动无菌包装行业的健康发展，为市场提供价格适中，性价比优良的设备以推动消费市场，需要优化性价比来降低投入。因此应采用技术创新，采取集成性与突破性相融合的技术策略。目前，国内已有厂商在乳品、啤酒和果汁行业无菌灌装设备的研发上取得了长足的进步，为市场提供优良性价比的无菌包装设备已为期不远了。

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