無(wú)菌包裝材料及無(wú)菌包裝技術(shù)

秦慶勝

（山東新巨豐泰東包裝有限公司 山東新泰 271200）

與科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展及人們生活水平的日益提升相伴隨，人們的生活習(xí)慣與飲食結(jié)構(gòu)同樣發(fā)生明顯的變化，對(duì)天然綠色食品的追求現(xiàn)已成為一種時(shí)尚和共識(shí)［1］。不過，天然果汁與牛奶等新鮮的食品如何在不進(jìn)行任何防腐劑添加的重要前提條件下做到對(duì)高營(yíng)養(yǎng)及好風(fēng)味的長(zhǎng)時(shí)間保持，由遙遠(yuǎn)的山區(qū)或草原運(yùn)送至消費(fèi)者手中，是食品領(lǐng)域相關(guān)人員一直在思考并重點(diǎn)解決的問題。以往，人們多是利用蒸煮方式殺菌，但是這種方式會(huì)在一定程度上破壞食品的風(fēng)味與營(yíng)養(yǎng)，所以需要進(jìn)行新材料或新技術(shù)的研究，通過超高溫瞬時(shí)滅菌技術(shù)的采用，搭配無(wú)菌材料進(jìn)行產(chǎn)品包裝，無(wú)需再一次進(jìn)行殺菌處理，便能實(shí)現(xiàn)保持食品原有營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味［2］，不僅如此，還能在常溫狀態(tài)下保存，此即無(wú)菌包裝材料和無(wú)菌包裝技術(shù)在食品中的有效應(yīng)用，本文將對(duì)此展開詳細(xì)的研究。

1 食品腐敗變質(zhì)機(jī)理與微生物高溫殺滅條件

食品腐敗變質(zhì)原因多種多樣，既有機(jī)械方面的，又有化學(xué)方面的，此外，還有物理生理方面的，舉例而言，青果物的表皮在遭受機(jī)械損傷之時(shí)有較大可能出現(xiàn)腐敗變質(zhì)的狀況；在化學(xué)制劑的污染和微生物的入侵影響下，食品亦會(huì)有霉?fàn)€變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)［3］。為了有效地將食品保鮮期延長(zhǎng)、保持其原有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味的重要目的，需要對(duì)多種有效措施和手段加以運(yùn)用，排除所有可能會(huì)導(dǎo)致食品出現(xiàn)變質(zhì)狀況的因素。從本質(zhì)上來看，食品無(wú)菌包裝就是消除食品中的全部微生物，同時(shí)，對(duì)無(wú)菌化的包裝材料加以使用進(jìn)行食品的密封包裝，讓其一直處于無(wú)菌的狀態(tài)之下，不受季節(jié)及距離等各種因素的影響，將由于腐敗變質(zhì)而導(dǎo)致的食品浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生率控制于最低水平。

實(shí)際上，所有的微生物都必須有符合自身特點(diǎn)的生活環(huán)境才可以生長(zhǎng)和繁殖［4］。舉例而言，水分和溫度對(duì)于微生物而言十分重要，通常情況下，在85℃的水溫下進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)30min 的蒸煮處理，便能達(dá)到將一般致病菌殺死的目的；而在100℃的水溫條件下進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)30min 的蒸煮處理，又可以殺死霉菌與酵母菌；為了殺滅在腐敗變質(zhì)的生肉或者是經(jīng)過加工的肉類制品中生長(zhǎng)的肉毒桿菌，需要進(jìn)行比較高的溫度的設(shè)置。作為一種毒性非常強(qiáng)且致死率很高的細(xì)菌，肉毒桿菌對(duì)人類生命安全的威脅非常大，只要人體遭受百萬(wàn)分之一克的肉毒桿菌的侵入，便有重病的可能，甚至是死亡。表1所示為肉毒桿菌的殺滅溫度及對(duì)應(yīng)的時(shí)間［5］。

表1 肉毒桿菌殺滅溫度及時(shí)間

另外，表2 所示為各種類型的微生物生長(zhǎng)繁殖需要的水分活性［6］。

表2 微生物生長(zhǎng)繁殖需要的水分活性

2 無(wú)菌包裝材料

無(wú)菌包裝材料需要滿足的要求比較多，綜合而言可作以下幾點(diǎn)概括［7］。（1）高度的阻隔性。因?yàn)榭諝夂退帜軌驗(yàn)榧?xì)菌生長(zhǎng)繁殖提供必需的條件，出于對(duì)這一客觀情況的考慮，具有良好阻氣與阻濕性能的包裝材料能夠?yàn)槭称繁Ｙ|(zhì)期的延長(zhǎng)提供便利條件。（2）強(qiáng)度足夠大。避免包裝材料在流通的過程中出現(xiàn)損壞情況。（3）耐殺菌能力強(qiáng)。在殺菌作業(yè)的開展過程中不會(huì)遭受破壞，同時(shí)，可以透過殺菌所需溫度或者是射線，能夠?yàn)槿娑謴氐椎臍⒕峁┛煽勘ＷC。（4）材料表面的印刷圖案在殺菌作業(yè)開展過程中不會(huì)受到破壞，特別是在用過氧化氫進(jìn)行消毒處理時(shí)，可以保證表面印刷品不會(huì)出現(xiàn)變色和脫落的狀況。（5）耐熱、耐寒、耐候性能好。一些無(wú)菌包裝食品需要在-20℃的深冷條件下進(jìn)行保存，需要為包裝材料的良好耐寒性能提供重要保證，確保材料在此種環(huán)境下不會(huì)出現(xiàn)發(fā)脆的現(xiàn)象。（6）耐針刺、耐曲折及低溫?zé)岱庑阅芎谩?/p>

目前，常見的無(wú)菌包裝材料有以下幾種類型。

2.1 紙材

現(xiàn)階段，應(yīng)用率比較高的紙包裝材料其實(shí)就是紙基復(fù)合包裝材料，可進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行以下兩種類型的劃分［8］。其一，由內(nèi)至外分別由聚乙烯、聚乙烯、紙板、印刷色及聚乙烯材料構(gòu)成；其二，由內(nèi)至外的構(gòu)成材料分別為聚乙烯、聚乙烯、鋁膜、聚乙烯、紙印刷、顏色、聚乙烯。在上述兩種無(wú)菌紙材包裝材料中，第二種材料表現(xiàn)出的透光性及透氣性更加優(yōu)異，能夠?yàn)闊o(wú)菌包裝內(nèi)容物提供更好的保護(hù)。概括而言，紙材性質(zhì)的無(wú)菌包裝材料有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)出來：價(jià)格比較低；重量相對(duì)較小；容易降解，屬于可回收物；能夠采用印刷方式進(jìn)行裝飾。但是，此類包裝材料同樣有自身的缺點(diǎn)存在，如內(nèi)層聚乙烯薄膜的分層難度比較大，無(wú)法為材料的密封性提供可靠保證等。

2.2 鋁塑材

通常情況下，鋁塑材的結(jié)構(gòu)為3 層或3 層以上，下方為鋁膜，兩邊位置都是聚酯塑料膜，此外，亦能夠?qū)Χ鄬硬牧线M(jìn)行復(fù)合處理，可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)防潮、氣密及耐酸堿等要求的滿足。鋁塑材類的無(wú)菌包裝材料表現(xiàn)出理想的對(duì)高溫滅菌及熱灌裝操作的承受力，不僅如此，還可以在-30℃的深冷環(huán)境條件下儲(chǔ)存，密封容器還表現(xiàn)出非常優(yōu)異的力學(xué)性能。

2.3 塑料瓶

以硬質(zhì)聚氯乙烯瓶的應(yīng)用比較多，表現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn)：透光均勻、表面光滑、化學(xué)性質(zhì)為中性、不容易碎裂等。但是，此類材料的缺點(diǎn)也比較明顯，主要是沒有理想的透氣性。通過在PVC 表面進(jìn)行部分PVC 膜的復(fù)合處理，能夠達(dá)到將其氣密性能顯著提升的目的。

3 無(wú)菌包裝技術(shù)

3.1 物理滅菌技術(shù)

物理滅菌技術(shù)有一個(gè)十分明顯的優(yōu)點(diǎn)，即無(wú)需對(duì)化學(xué)原料加以運(yùn)用便能將理想的滅菌效果發(fā)揮出來，這可以保證包裝容器或者是材料在和食物進(jìn)行接觸之時(shí)沒有化學(xué)物質(zhì)殘留，對(duì)于食品安全性的提升具有顯著的積極意義。

3.1.1 熱處理滅菌技術(shù)

該技術(shù)主要是將經(jīng)過加熱處理并升高至130～160℃的空氣噴射至材料的表面，只需維持短短的幾秒鐘，便能夠?qū)⑼耆珰缂?xì)菌的效果發(fā)揮出來。該方法對(duì)被作用的無(wú)菌包裝材料提出比較高的要求，耐熱性能要足夠好。舉例而言，在經(jīng)過處理以后，紙材類的無(wú)菌包裝材料會(huì)因?yàn)樗值娜笔Ф霈F(xiàn)脆性明顯變大的狀況，在高溫的沖擊之下，玻璃制品也有比較大的炸裂風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)熱處理滅菌技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步地劃分，還可細(xì)分為過熱蒸汽滅菌、飽和蒸汽滅菌、干熱空氣滅菌及成型熱滅菌等幾種類型。

3.1.2 輻射滅菌技術(shù)

該技術(shù)主要是對(duì)X射線、γ射線以及β射線等加以運(yùn)用對(duì)食品等進(jìn)行滅菌處理，在消殺完畢之后將其包裝于無(wú)菌材料中。在進(jìn)行基于輻射滅菌技術(shù)的無(wú)菌包裝材料的選擇時(shí)，應(yīng)盡可能地不使用玻璃材料，原因在于經(jīng)過輻射處理，玻璃會(huì)出現(xiàn)變色的情況。對(duì)于輻射的時(shí)長(zhǎng)，必須進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免發(fā)生材料由于受損而老化或是分解的問題。通常，輻射滅菌技術(shù)的使用需要較高的成本支出，但其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在效率高、可以很好地保證安全性上。

本文對(duì)紫外線殺菌技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)闡述，主要是受到紫外線的照射，微生物細(xì)胞內(nèi)的核酸會(huì)被破壞，這會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)新陳代謝紊亂的狀況，進(jìn)而喪失繁殖能力。一般情況下，紫外線波長(zhǎng)在250～260nm 時(shí)能夠?qū)⒆詈玫臍⒕Чl(fā)揮出來。不過，對(duì)紫外線殺菌技術(shù)加以運(yùn)用，可能會(huì)在一定程度上降低部分高分子薄膜的熱封強(qiáng)度，因而在選材上需要加強(qiáng)注意。在經(jīng)過滅菌技術(shù)的處理之后，包裝材料或是容器上的帶菌量每米2少于5個(gè)。

3.2 化學(xué)滅菌技術(shù)

絕大多數(shù)情況下，由于殘留問題的存在，化學(xué)滅菌技術(shù)都不會(huì)被單獨(dú)使用，此技術(shù)主要應(yīng)用于綜合滅菌方法之中。在對(duì)化學(xué)試劑進(jìn)行選擇之時(shí)，必須從嚴(yán)格意義上做到對(duì)以下要求的滿足：在殺死微生物的同時(shí)不會(huì)對(duì)人體造成損害。通常，乙醇或過氧化氫是使用比較多的化學(xué)試劑，濃度為70%的乙醇可以將最好的滅菌效果發(fā)揮出來，應(yīng)用于殺菌處理的過氧化氫濃度以25%～30%為宜，溫度則通常設(shè)定在60～65℃。從過氧化氫的使用方式上來看，主要?jiǎng)澐譃榻菔脚c噴淋式兩種類型。在經(jīng)過滅菌技術(shù)的處理以后，包裝材料或是容器上的過氧化氫殘留量不能大于0.1ppm。

3.3 綜合滅菌技術(shù)

在綜合滅菌技術(shù)中，發(fā)揮主要作用的為化學(xué)技術(shù)，對(duì)相應(yīng)的物理滅菌技術(shù)進(jìn)行搭配。相較于單一的化學(xué)或物理滅菌技術(shù)而言，綜合滅菌技術(shù)的滅菌效果更好，安全性亦更高［9］。

（1）過氧化氫搭配紫外線滅菌技術(shù)。主要是對(duì)濃度不超過1%的過氧化氫溶液加以使用，與具有高強(qiáng)度的紫外線進(jìn)行搭配執(zhí)行殺菌任務(wù)。紫外線能夠在很大程度上強(qiáng)化過氧化氫殺菌效果的發(fā)揮，通過將過氧化氫和紫外線結(jié)合起來投入使用，殺菌能力較之單獨(dú)使用其中任何一種技術(shù)而言都大得多。兩種技術(shù)相結(jié)合的殺菌方式可以在常溫狀態(tài)下進(jìn)行，對(duì)于能耗的節(jié)省具有積極意義。

（2）過氧化氫搭配熱空氣滅菌技術(shù)。用過氧化氫溶液在包裝容器或者是材料表面進(jìn)行噴淋，或是對(duì)浸泡的方式加以采用，在發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)之后，與熱空氣滅菌技術(shù)搭配使用進(jìn)一步進(jìn)行殺菌處理，可以吹干殘余的過氧化氫。由于在高溫分解之下會(huì)生成水與氧氣，過氧化氫的化學(xué)殘留問題可以得到有效的解決。

（3）乙醇或檸檬酸搭配紫外線滅菌技術(shù)。一般情況下，乙醇或是檸檬酸自身并不能將相應(yīng)的殺菌效果發(fā)揮出來，但是與紫外線滅菌技術(shù)進(jìn)行配合，能夠在3～5s的時(shí)間內(nèi)達(dá)到殺菌的目的。

4 無(wú)菌包裝技術(shù)發(fā)展方向

現(xiàn)如今，無(wú)菌包裝已經(jīng)在不斷的發(fā)展過程中成為一項(xiàng)對(duì)機(jī)電自動(dòng)化、食品化學(xué)、物理學(xué)、微生物科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等予以集成的高新系統(tǒng)工程，在食品尤其是液體食品包裝上有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

4.1 向高新技術(shù)集成性及高可靠性的方向發(fā)展

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)保存產(chǎn)品安全性及高可靠性要求的有效滿足，無(wú)菌包裝這項(xiàng)高新系統(tǒng)中所有的子系統(tǒng)從設(shè)計(jì)階段開始到后期的制造，從運(yùn)行試驗(yàn)開始到運(yùn)行監(jiān)控，甚至是信息反饋與補(bǔ)償修正等都需要對(duì)現(xiàn)代質(zhì)量理念進(jìn)行融合，達(dá)到有效統(tǒng)一設(shè)備固有可靠性及運(yùn)行可靠性的目的。

4.2 向多產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展并延伸

無(wú)菌概念與要求其實(shí)是醫(yī)學(xué)發(fā)展至一定高度水平后的產(chǎn)物，與現(xiàn)代化微生物學(xué)及應(yīng)用滅菌技術(shù)的發(fā)展相伴隨，人們對(duì)于所有病原微生物與非病原微生物的殺滅均有了更新的認(rèn)識(shí)，控制手段亦更先進(jìn)與有效，作為對(duì)物品安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，商業(yè)無(wú)菌現(xiàn)已得到很多行業(yè)及市場(chǎng)的認(rèn)同。

4.3 無(wú)菌包裝設(shè)備向單一高速型方向發(fā)展

對(duì)無(wú)菌包裝設(shè)備進(jìn)行發(fā)展，不管是從技術(shù)含量上來看，還是從技術(shù)指標(biāo)要求上來看，均屬于包裝機(jī)械中的一種高端的產(chǎn)品。對(duì)于使用有著技術(shù)與資本雙重密集性特點(diǎn)設(shè)備的廠家來說，設(shè)備的使用定位必須設(shè)定在對(duì)生產(chǎn)效率的提升上，這與現(xiàn)代包裝機(jī)械向著多功能與單一高速型兩極化發(fā)展存在著相應(yīng)的不同。從技術(shù)層面上看，具有足夠可靠性的設(shè)備朝著多功能的方向發(fā)展，意味著會(huì)有很多有待工程技術(shù)解決的問題出現(xiàn)，這無(wú)疑會(huì)增加技術(shù)層面上的難度。

4.4 向技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化性價(jià)比的方向發(fā)展

盡管無(wú)菌包裝優(yōu)點(diǎn)非常多，但是設(shè)備費(fèi)用卻比較高，國(guó)內(nèi)裝備企業(yè)要想從真正意義上為無(wú)菌包裝行業(yè)健康與有序發(fā)展貢獻(xiàn)一己之力，為市場(chǎng)提供有著優(yōu)良性價(jià)比的設(shè)備對(duì)消費(fèi)市場(chǎng)形成推動(dòng)，需要通過對(duì)性價(jià)比的優(yōu)化減少投入，這對(duì)技術(shù)的創(chuàng)新提出要求，亦即對(duì)繼承性與突破性相融合的技術(shù)策略加以采用。

5 結(jié)語(yǔ)

與人類醫(yī)學(xué)、科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人們生活水平的日益提升相伴隨，無(wú)菌概念及其相關(guān)要求得到了快速的發(fā)展，現(xiàn)如今，受到微生物學(xué)及其滅菌技術(shù)快速發(fā)展的推動(dòng)，人們對(duì)有害于食品衛(wèi)生的微生物的認(rèn)識(shí)更加正確與全面。今后，相關(guān)人員仍需將無(wú)菌包裝技術(shù)視作高新技術(shù)進(jìn)行持續(xù)性的探索與發(fā)展，國(guó)家和企業(yè)應(yīng)加大投入力度，進(jìn)行更加優(yōu)質(zhì)、性價(jià)比更高的無(wú)菌包裝材料與技術(shù)的研發(fā)。