超高溫滅菌乳的無(wú)菌包裝概念與工藝質(zhì)控

梁俊健，林淑儀，朱 震，丘勒紅，鄧海鵬，陳煒楠，江異展

廣東燕塘乳業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510700

0 引言

超高溫滅菌乳（UHT）是以生牛乳為原料，通過(guò)超高溫瞬時(shí)殺菌工藝，殺滅其中可生長(zhǎng)的微生物，再經(jīng)無(wú)菌包裝等工序制成的乳制品[1]。無(wú)菌包裝可以在保存生牛乳原有營(yíng)養(yǎng)成分的同時(shí)，有效抑制生牛乳中微生物的繁殖，使生牛乳達(dá)到商業(yè)無(wú)菌水平。實(shí)際生產(chǎn)中，乳制品是不可能做到絕對(duì)無(wú)菌的，商業(yè)無(wú)菌不代表絕對(duì)無(wú)菌，是指殺菌后的食品不含有致病的微生物，也不含有在通常溫度下能在其中繁殖的非致病性微生物[2]。因此，超高溫滅菌乳無(wú)需冷藏保存，滿足廣大消費(fèi)者“安全、營(yíng)養(yǎng)又方便”的要求。本文將介紹超高溫滅菌乳的無(wú)菌包裝概念，闡述其工藝原理及質(zhì)控要素。

1 無(wú)菌包裝的基本概念

無(wú)菌包裝是指將經(jīng)過(guò)殺菌后已獲得商業(yè)無(wú)菌狀態(tài)的產(chǎn)品，封閉在已殺菌的容器中，在無(wú)菌環(huán)境下灌注，灌裝后包裝容器保持密封以防止再度污染，以期在不加防腐劑、不經(jīng)冷藏條件下得到較長(zhǎng)貨架期的包裝方法[3]?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)上雖然有多種無(wú)菌灌裝設(shè)備，但最典型的當(dāng)屬瑞典利樂(lè)公司（Tetra Pak）的利樂(lè)包和德國(guó)SIG康美包公司（SIG Combibloc）的康美包，兩者雖然在包裝工藝、灌裝方式等方面都有著顯著差異，但無(wú)菌包裝的本質(zhì)是相同的，包括“無(wú)菌的環(huán)境、無(wú)菌的物料、無(wú)菌的包裝材料和完整封合的包裝”四大要素。

2 無(wú)菌包裝的四要素及其質(zhì)量控制

2.1 無(wú)菌的環(huán)境

無(wú)菌的環(huán)境包括了無(wú)菌的生產(chǎn)設(shè)備（超高溫滅菌設(shè)備、灌裝機(jī)等）、超高溫滅菌設(shè)備與無(wú)菌灌裝機(jī)之間的輸送管路及設(shè)備（無(wú)菌罐）、灌裝機(jī)內(nèi)的無(wú)菌灌裝環(huán)境。

2.1.1 無(wú)菌環(huán)境建立的提前條件

徹底的清洗是有效消毒的基礎(chǔ)，是建立無(wú)菌環(huán)境的前提條件。清洗能有效去除管道、設(shè)備及部件表面的附著物，讓后續(xù)消毒無(wú)附著物的遮敝。因此，任何有機(jī)會(huì)跟牛奶直接或間接接觸的部位都必須清洗干凈，清洗包括就地清洗（Cleaning In Place，CIP）和手工清洗。

CIP是設(shè)備及整個(gè)生產(chǎn)線在無(wú)須人工拆開(kāi)的前提下，在閉合的回路中進(jìn)行清洗[4]。CIP清洗流程常用的有三步法（水沖洗-堿洗-水沖洗）和五步法（水沖洗-堿洗-水沖洗-酸洗-水沖洗），企業(yè)也可根據(jù)清洗對(duì)象的污染程度自行設(shè)定清洗程序。監(jiān)控設(shè)備CIP時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注會(huì)影響清洗效果的因素：一是清洗劑的種類(lèi)，我國(guó)大部分工廠現(xiàn)在主要還是選用NaOH、HNO3等單純清洗劑，但是隨著國(guó)外各種專(zhuān)業(yè)清洗劑的進(jìn)入，合成清洗劑的使用也越來(lái)越普遍，選用不同的清洗劑所能達(dá)到的清洗效果也各不相同。二是清洗液濃度，設(shè)備的清洗效果與清洗液的濃度密切相關(guān)，適當(dāng)提高清洗液濃度可以有效提升清洗效果，但清洗液濃度不能超過(guò)極限濃度，過(guò)高的濃度不僅會(huì)使成本增加，還增大了對(duì)設(shè)備的腐蝕性，一般堿液（NaOH溶液）濃度為1.5%～2.5%，酸液（HNO3溶液）濃度為1.0%～2.0%，就可以達(dá)到較好的清洗效果。三是清洗時(shí)間，清洗時(shí)間受很多因素的影響，如清洗劑種類(lèi)、清洗液濃度、清洗溫度、產(chǎn)品類(lèi)型、生產(chǎn)管線布置以及設(shè)備的設(shè)計(jì)等。四是清洗溫度，即清洗循環(huán)時(shí)清洗液所保持的溫度，清洗溫度越高，清洗液的化學(xué)反應(yīng)速度越快，但腐蝕能力也隨之加大，尤其是酸液（HNO3溶液），因此對(duì)一般的加工設(shè)備清洗而言，堿液（NaOH溶液）清洗溫度為70～90 ℃，酸液（HNO3溶液）清洗溫度為60～80 ℃，而清洗UHT設(shè)備時(shí)堿液（NaOH溶液）可提高至135～140 ℃，而酸液（HNO3溶液）清洗溫度為80～105 ℃。五是清洗流量，保證清洗過(guò)程中清洗液的流量實(shí)際上是為了保證清洗時(shí)的清洗流速，這樣可以使清洗過(guò)程中能夠產(chǎn)生一定的機(jī)械作用，清洗液的流速大，清洗效果好，但流速過(guò)大，清洗液用量就多，成本增加。除了上述因素外，沖洗水的質(zhì)量、管路的設(shè)計(jì)等也會(huì)影響CIP清洗的效果。

除了CIP清洗，手工清洗也是非常重要的，但常被忽視。操作人員每次手工清洗后都應(yīng)認(rèn)真檢查，確認(rèn)清洗的部件已徹底清潔，沒(méi)有死角，清洗后的機(jī)器部件切勿有紗布絲、鋼絲等異物殘留。

不管是CIP清洗還是手工清洗，都應(yīng)檢查其清洗效果：目測(cè)檢查是否有殘留污垢；用手指觸摸表面時(shí)，有無(wú)油膩及粗糙感；采用微生物法或ATP熒光快速檢測(cè)法等檢測(cè)清洗效果。

2.1.2 無(wú)菌環(huán)境的建立

滅菌是建立無(wú)菌環(huán)境的關(guān)鍵，常用的滅菌方式包括高溫消毒和化學(xué)消毒劑消毒兩種。生產(chǎn)加工設(shè)備（如超高溫滅菌設(shè)備）和產(chǎn)品管路等，一般采用133 ℃以上的熱水進(jìn)行30 min的高溫滅菌，滅菌時(shí)要注意滅菌的溫度、時(shí)間、管路的排氣情況以及不能有蒸汽或冷凝水泄漏。利樂(lè)和康美包灌裝機(jī)利用無(wú)菌熱空氣與35%～40%雙氧水形成的混合氣體對(duì)灌裝機(jī)內(nèi)的無(wú)菌區(qū)進(jìn)行滅菌。滅菌前，操作人員應(yīng)確保無(wú)菌區(qū)已密閉，無(wú)菌區(qū)內(nèi)的零部件須盡可能地干燥，因?yàn)檫^(guò)多的水分殘留不僅容易使微生物快速繁殖，還會(huì)降低雙氧水的殺菌能力。此外，所使用的雙氧水應(yīng)是由合格供應(yīng)商提供的食品級(jí)雙氧水，且達(dá)到規(guī)定的濃度，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常用比重法和滴定法檢測(cè)雙氧水的濃度。

2.1.3 無(wú)菌灌裝環(huán)境的維持

利樂(lè)和康美包灌裝機(jī)的無(wú)菌區(qū)都是通過(guò)吹入無(wú)菌空氣并保持其正壓，實(shí)現(xiàn)無(wú)菌灌裝環(huán)境的維持。但兩者的無(wú)菌風(fēng)系統(tǒng)卻不一樣。利樂(lè)灌裝機(jī)的無(wú)菌風(fēng)是由超高溫加熱器對(duì)空氣進(jìn)行高溫滅菌，冷卻后進(jìn)入無(wú)菌室，維持無(wú)菌室正壓[5]。而康美包灌裝機(jī)則是利用預(yù)過(guò)濾器和滅菌過(guò)濾器（主過(guò)濾器）兩個(gè)亞微米顆粒過(guò)濾器對(duì)空氣進(jìn)行過(guò)濾凈化，其分離能力可達(dá)到99.995%[6]。無(wú)菌空氣經(jīng)過(guò)管路進(jìn)入無(wú)菌區(qū)呈層流狀態(tài)，保持正壓。在生產(chǎn)過(guò)程中，操作人員應(yīng)時(shí)刻注意無(wú)菌區(qū)的無(wú)菌風(fēng)壓力，確保無(wú)菌灌裝環(huán)境不受破壞。

2.2 無(wú)菌的物料

超高溫滅菌乳，顧名思義就是經(jīng)過(guò)超高溫瞬時(shí)滅菌（135～150 ℃，4～15 s）的牛奶。超高溫滅菌采用的溫度/時(shí)間組合決定了UHT系統(tǒng)的滅菌效率[7]，一般超高溫滅菌設(shè)備的滅菌效率針對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌應(yīng)不低于9。過(guò)高的滅菌溫度和過(guò)長(zhǎng)的滅菌時(shí)間，雖然可以提高滅菌效率，但也會(huì)導(dǎo)致牛奶褐變及營(yíng)養(yǎng)損失等問(wèn)題。

超高溫滅菌乳需要采用新鮮優(yōu)質(zhì)的生牛乳，其質(zhì)量[8]將直接影響超高溫滅菌設(shè)備的運(yùn)行情況和產(chǎn)品的保質(zhì)期，如蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性差會(huì)造成超高溫滅菌設(shè)備結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間縮短；細(xì)菌、芽孢及耐熱芽孢總數(shù)過(guò)高，容易造成滅菌后仍有毒素、酶類(lèi)甚至芽孢的殘留，導(dǎo)致超高溫滅菌乳在貯存過(guò)程中出現(xiàn)苦包、酸包或脹包等不良品。

2.3 無(wú)菌的包裝材料

超高溫滅菌乳普遍使用復(fù)合紙質(zhì)包裝，較玻璃瓶、金屬罐、塑料容器等，復(fù)合紙質(zhì)包裝擁有成本低、重量輕、更環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。目前，復(fù)合紙質(zhì)包裝最典型的是利樂(lè)包的板材卷筒和康美包的紙盒預(yù)制兩大類(lèi)型。雖然兩者包裝工藝不同，但材料成分相似，除了印刷層以外，共有6 層，從外向內(nèi)看[9]：第一層為外部塑料層，阻擋外部濕氣，同時(shí)作為包裝重疊部分以及頂（底）角的粘合層；第二層為紙層，作為“骨架”，為包裝提供足夠的強(qiáng)度；第三層為粘合層，粘合紙層和鋁箔層；第四層為鋁箔層，阻擋外部光線及氧氣，同時(shí)阻擋產(chǎn)品風(fēng)味外泄；第五層為粘合層，粘合鋁箔層和內(nèi)部塑料層；第六層為內(nèi)部塑料層，阻擋產(chǎn)品滲透入包裝材料內(nèi)，同時(shí)作為封合的粘合層。

利樂(lè)包和康美包均采用35%～40%的食品級(jí)雙氧水作為滅菌劑，通過(guò)浸漬（利樂(lè)包）或噴灑（康美包）等方式對(duì)包裝材料進(jìn)行滅菌，然后再用無(wú)菌熱空氣將其表面干燥，這樣既能保證殘留在包裝材料表面的雙氧水量降到最低，同時(shí)也增強(qiáng)了滅菌效率。在生產(chǎn)過(guò)程中，操作人員除了要確保雙氧水的濃度符合要求外，也要監(jiān)控雙氧水的溫度（利樂(lè)包）及噴灑量（康美包）、紙盒潔凈度等因素。此外，為防止化學(xué)消毒劑殘留超標(biāo)，應(yīng)使用快速測(cè)試紙監(jiān)測(cè)產(chǎn)品中的雙氧水殘留。

2.4 包裝的完整封合

不管是利樂(lè)灌裝機(jī)還是康美包灌裝機(jī)，其產(chǎn)品灌注和包裝封合都是在機(jī)器的無(wú)菌區(qū)內(nèi)完成。包裝封合包括橫向封合（頂部封合與底部封合）和縱向封合，其中康美包是預(yù)制紙盒，即縱向封合在紙盒生產(chǎn)廠已經(jīng)完成，只要在灌裝機(jī)中完成紙盒底部活化、折疊、壓制封合和使用超聲波封頂即可。而利樂(lè)包則要使用縱封貼條將紙板兩側(cè)粘接形成紙管，再通過(guò)高頻感應(yīng)脈沖同時(shí)完成（上一包的）頂封和（下一包的）底封。

包裝封合是無(wú)菌包裝的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)定時(shí)在線檢查包裝封合情況，確保包裝封合良好。檢查的常用方法包括剪包撕拉測(cè)試與染色液滲透試驗(yàn)等，同時(shí)要監(jiān)控灌裝機(jī)封合的溫度、壓力等可能影響包裝封合的因素。

超高溫滅菌乳在貯存過(guò)程中要一直保持其包裝封合的完整性，而復(fù)合紙質(zhì)包裝材料相對(duì)抗壓性能差，容易破損，尤其是沒(méi)有任何覆蓋的飲管孔，而且擠壓變形、高空掉落、堆碼不當(dāng)，甚至運(yùn)輸過(guò)程中的顛簸都有可能破壞包裝封合的完整性，超高溫滅菌乳在貯存、運(yùn)輸、銷(xiāo)售過(guò)程中要注意上述問(wèn)題。

3 小結(jié)

看似簡(jiǎn)單的一盒超高溫滅菌乳其實(shí)是一個(gè)完整的無(wú)菌系統(tǒng)，從設(shè)備管路的清洗到無(wú)菌環(huán)境的建立和維持、從原料奶的質(zhì)量控制到無(wú)菌產(chǎn)品的輸送與灌注、從包裝材料的選擇到包裝密封的保持，環(huán)環(huán)相扣，必須嚴(yán)格控制整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，全面執(zhí)行規(guī)范操作，建立完善的質(zhì)量保證系統(tǒng)，才能最終保證牛奶的質(zhì)量安全。