楊忠敏

(湖北十堰市化工材料科技開(kāi)發(fā)公司)

目前，消費(fèi)者對(duì)于方便、快捷、新鮮的食品需要量不斷增大，食品安全和食品質(zhì)量也就成了人們最關(guān)注的問(wèn)題?？咕b是通過(guò)使用具有殺菌作用的包裝材料，抑制貯藏過(guò)程中食品微生物的生長(zhǎng)并避免食品的二次感染，從而延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。食品抗菌包裝是使用對(duì)人體安全的抗菌劑，使包裝材料具有抗菌功能，以提高被包裝食品的貨架壽命?？咕b作為一種新型活性包裝技術(shù)，將會(huì)對(duì)食品安全性的提高和貨架期的延長(zhǎng)產(chǎn)生重大的積極影響?，F(xiàn)在，為了解決食品在物理、生物化學(xué)和有害微生物等因素的作用下腐爛變質(zhì)，甚至產(chǎn)生有毒物質(zhì)，嚴(yán)重影響消費(fèi)者身體健康的問(wèn)題，抗菌包裝技術(shù)成了一個(gè)熱點(diǎn)而值得關(guān)注。

1.市場(chǎng)流行的抗菌食品包裝及殺菌設(shè)備新技術(shù)

無(wú)菌包裝是將經(jīng)過(guò)殺菌的食品(飲料、奶制品、調(diào)味品等)在無(wú)菌環(huán)境中包裝，在經(jīng)過(guò)殺菌的容器中，以期在不加防腐劑，不經(jīng)冷藏的條件下取得較長(zhǎng)的貨架壽命。簡(jiǎn)單地說(shuō)，無(wú)菌包裝是將包裝材料、包裝容器和內(nèi)容物先殺菌，在無(wú)菌環(huán)境下包裝。非無(wú)菌包裝是先包裝，而后將包裝容器和內(nèi)容物一起殺菌，或不殺菌。

無(wú)菌包裝的最大優(yōu)點(diǎn)是在無(wú)菌條件下最大限度地保留食品原有的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味。這一優(yōu)點(diǎn)主要是運(yùn)用了超高溫瞬時(shí)滅菌技術(shù)，使食品在高溫下只經(jīng)受很短的時(shí)間迅速滅菌，然后很快降溫，大大縮短了食品經(jīng)受高溫的時(shí)間，避免了營(yíng)養(yǎng)成份和風(fēng)味的過(guò)度損失。無(wú)菌包裝的包裝成本比較低、儲(chǔ)存運(yùn)輸方便、外觀美觀、易受商家及消費(fèi)者的歡迎。新的技術(shù)產(chǎn)品和環(huán)保材料的出現(xiàn)，對(duì)食品包裝也提出了新的要求，目前市場(chǎng)上流行如下幾種新的食品包裝。

食品無(wú)菌包裝。它是根據(jù)產(chǎn)品要求，在無(wú)菌狀態(tài)下把經(jīng)過(guò)滅菌處理的物料，裝進(jìn)事先滅菌或經(jīng)無(wú)菌處理的包裝容器內(nèi)，讓其儲(chǔ)存于不透風(fēng)、不透氣甚至不透光的特定環(huán)境中，在常溫下無(wú)需冷藏也能保持較長(zhǎng)的時(shí)期而品質(zhì)不變。無(wú)菌包裝是對(duì)一種特殊的包裝方法的簡(jiǎn)稱。無(wú)菌包裝是指用鋁箔作阻隔材料制成附帶有(飲用汽水時(shí))吸管孔的長(zhǎng)方形紙盒包裝。用PET和HDPE制成的飲料瓶和以薄膜類為基材的可撓曲性包裝材料，一般均用于無(wú)菌包裝。今后發(fā)展趨勢(shì)是多作為大容量的食品無(wú)菌包裝。美國(guó)食品包裝對(duì)于大多數(shù)的新型包裝來(lái)說(shuō)，主要采用基于石油化工產(chǎn)物的原材料，無(wú)菌包裝的進(jìn)一步發(fā)展將減少冷藏設(shè)備的需要。愿意使用塑料罐和塑料瓶者越來(lái)越多，將會(huì)取代玻璃制品，在某種情況下還可以代替金屬制品。

柔性包裝材料。包裝用鋁材可以分為柔性材料、半剛性材料和具有各種各樣柔性的剛性材料。代表性的奶油、干酪的包裝材料與微生物控制方法如下:奶油包裝材料為金屬罐、硫酸紙和鉛箔薄膜、低溫流通防止微生物再污染。軟質(zhì)奶油采用無(wú)菌塑料包裝、低溫流通。新鮮干酪采用鋁箔和塑料薄膜無(wú)菌包裝，聚苯乙烯容器無(wú)菌包裝、低溫流通。紙合干酪包裝材料為硫酸紙、塑料包裝料和紙盒、鋁箔薄膜、加熱處理、防止微生物再污染。棒狀干酪采用PVOC膜包裝、加熱處理、防止微生物再污染。通過(guò)改進(jìn)包裝材料性能降低包裝成本，而不是片面追求材料價(jià)格的降低。包裝件與一般產(chǎn)品不同，需要經(jīng)常裝料、包封、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)壬唐妨鞒?，顧客買來(lái)后往往有一個(gè)保管和使用的過(guò)程，所以必須保證和提高包裝質(zhì)量。

輕型化包裝。對(duì)于需要庫(kù)存的產(chǎn)品包裝的輕型化使貨物搬運(yùn)時(shí)更加方便。由于塑料包裝較輕，托盤負(fù)荷相應(yīng)減少，可少用拖車和起重叉車。用來(lái)把單個(gè)的紙盒、玻璃和塑料容器以及柔性包裝等食品包裝集裝起來(lái)的包裝，需要增加其強(qiáng)度，以便于安全運(yùn)輸，因而塑料包裝也就成了首選。包裝輕型化、包裝單純化、包裝機(jī)械化、符合集裝單元化和標(biāo)準(zhǔn)化的要求。

高溫殺菌塑料罐。其材料組成為PP/EVOH/PP，其特點(diǎn)在于夾層以EVOH為材料。用這種塑料罐包裝的食品，保存期與罐頭相同，常溫下可保存兩年，可取代金屬罐。

可擠壓瓶。用擠壓技術(shù)制造而成，具有良好的保氣性和擠壓性，材料組成也為PP/EVOH/PP，是果醬調(diào)味醬料理想的高溫殺菌包裝。當(dāng)擠壓包裝瓶時(shí)，產(chǎn)品從樹(shù)脂真空管中被擠出，而當(dāng)手指松開(kāi)，真空管道可被重新封上，這可以確保外界空氣不會(huì)污染剩余的產(chǎn)品。

除上述食品包裝之外，低密度聚合物適用于高溫及酸性食品的包裝;高阻隔積層材料食品包裝，該材料阻氣性能較高，金屬化鍍膜，適用于糕點(diǎn)、餅干等食品的包裝，以及微波爐、烤箱用塑料盤。以結(jié)晶性PET為材料，是可耐高溫的食品包裝。食品殺菌設(shè)備操作界面以立體動(dòng)畫(huà)的方式展現(xiàn)設(shè)備的工作原理，操作靈敏度高，具有故障提示功能。近年來(lái)，殺菌設(shè)備在食品行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，下面介紹幾種國(guó)際市場(chǎng)流行的食品殺菌設(shè)備:

高壓電場(chǎng)殺菌設(shè)備。該技術(shù)是利用強(qiáng)電場(chǎng)脈沖的介電阻斷原理，對(duì)微生物產(chǎn)生抑制作用。高壓脈沖電場(chǎng)的殺菌是在兩個(gè)電極間產(chǎn)生瞬時(shí)高壓脈沖電場(chǎng)作用于食品而殺菌，其基本過(guò)程是用瞬時(shí)高壓處理放置在兩極間的低溫冷卻食品。非熱食品處理技術(shù)因?yàn)槟茏畲笙薅鹊乇３质称返奶烊伙L(fēng)味，正受到越來(lái)越多的關(guān)注，其中最具有發(fā)展前景的脈沖電場(chǎng)處理技術(shù)更是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。國(guó)外一些廠家已將這種強(qiáng)電場(chǎng)殺滅細(xì)胞的新技術(shù)用于食品加工中，這種技術(shù)可避免加熱法引起的蛋白質(zhì)變性和維生素被破壞。當(dāng)食物送入裝有平行的兩個(gè)碳極的脈沖管時(shí)觸頭接通，電容器便開(kāi)始充電;充電后觸頭轉(zhuǎn)向另一端，電容器通過(guò)一對(duì)碳極放電并在幾秒鐘內(nèi)完成。使用溫度45℃～50℃、場(chǎng)強(qiáng)在30KV/cm時(shí)對(duì)微生物的殺滅效果尤佳。

感應(yīng)電子殺菌設(shè)備。以電為能源的線性感應(yīng)電子加速器所產(chǎn)生的電譜輻照技術(shù)，可導(dǎo)致微生物細(xì)胞發(fā)生變化，進(jìn)而鈍化和殺死有害微生物。這種新技術(shù)設(shè)備是將電子加速，去撞擊重金屬鉛板。鉛板產(chǎn)生具有寬帶電子能量頻譜的強(qiáng)射線，因此具有較高的殺菌能量，使用也較方便。另外，強(qiáng)光脈沖殺菌新方法是用連續(xù)的寬帶譜短而強(qiáng)的脈沖，抑制食品和包裝材料表面、透明飲料、固體表面和氣體中的微生物。

微波殺菌設(shè)備。微波殺菌是利用了電磁場(chǎng)的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)的共同作用的結(jié)果。微波對(duì)細(xì)菌的熱效應(yīng)是使蛋白質(zhì)變化，使細(xì)菌失去營(yíng)養(yǎng)，繁殖和生存的條件而死亡。微波對(duì)細(xì)菌的生物效應(yīng)是微波電場(chǎng)改變細(xì)胞膜斷面的電位分布，影響細(xì)胞膜周圍電子和離子濃度，從而改變細(xì)胞膜的通透性能，細(xì)菌因此營(yíng)養(yǎng)不良，不能正常新陳代謝，細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能紊亂，生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制而死亡。此外，微波能使細(xì)菌正常生長(zhǎng)和穩(wěn)定遺傳繁殖的核酸RNA和脫氧核糖核酸DNA，是由若干氫鍵松弛，斷裂和重組，從而誘發(fā)遺傳基因突變，或染色體畸變甚至斷裂。德國(guó)貝斯托夫公司新近研制成功微波混合室系統(tǒng)，利用微波對(duì)食品進(jìn)行殺菌處理，效果十分理想。該系統(tǒng)由附有相應(yīng)電源設(shè)備的微小發(fā)生器、波導(dǎo)管連接器及處理室組成。它能夠以食品內(nèi)極其微小的溫度差異，對(duì)在連續(xù)流動(dòng)的食品進(jìn)行快速的巴氏處理。在處理室內(nèi)，微波的能量可以均勻地分布于被處理的食品上，加熱到72℃ ～85℃的巴氏滅菌溫度，時(shí)間保持1～8分鐘，而后送入貯藏室，貯藏前溫度降至15℃以下。

x射線殺菌填充包裝機(jī)。輻照是利用原子能射線的輻照能量對(duì)食品殺菌的一種物理方法，其具有環(huán)保、安全、高效的特點(diǎn)，可以有效抑制或消滅食品中的致病致腐微生物。食品輻照技術(shù)利用的輻照源包括γ射線、電子束和X射線。X射線不僅具有電子加速器的可控性和無(wú)放射源的特點(diǎn)，又具有較強(qiáng)的穿透能力，因此利用X射線輻照殺菌對(duì)于食品輻照技術(shù)的發(fā)展具有一定的意義。日本東洋自動(dòng)機(jī)構(gòu)公司和藤森工業(yè)公司最近聯(lián)合研制開(kāi)發(fā)成功利用X射線殺菌的密封連帶式無(wú)菌食料填充包裝機(jī)。采用x射線對(duì)食品進(jìn)行預(yù)殺菌，殺菌過(guò)程不像其他同類填充包裝機(jī)那樣先制袋，然后將袋一只只送到填充包裝機(jī)前進(jìn)行袋內(nèi)殺菌，而是將以復(fù)合膜為原料、經(jīng)過(guò)殺菌制成袋，在密封狀態(tài)下直接送到填充包裝機(jī)前進(jìn)行填充包裝，從而簡(jiǎn)化普通包裝機(jī)采用的填充后再加熱殺菌的工序，既快捷，又可避免破壞食品的風(fēng)味。

紅外線殺菌包裝機(jī)。食品中的很多成分及微生物在3～10μm的遠(yuǎn)紅外區(qū)有強(qiáng)烈的吸收。遠(yuǎn)紅外加熱殺菌不需要傳媒，熱直接由物體表面滲透到內(nèi)部，因此不僅可用于一般的粉狀和塊狀食品的殺菌，而且還可用于堅(jiān)果類食品如咖啡豆、花生和谷物的殺菌與滅霉以及袋裝食品的直接殺菌。日本三茲公司首創(chuàng)的紅外線無(wú)菌包裝機(jī)，全機(jī)由封裝機(jī)和通道式紅外線收縮機(jī)組成。該機(jī)可根據(jù)被包裝物的形狀和大小，選用相應(yīng)厚度和顏色的熱收縮薄膜，同時(shí)在輻射中滅菌，能大大提高滅菌工序與包裝效率。

2.殺菌的好壞直接影響著食品的質(zhì)量

現(xiàn)代生活方式越來(lái)越影響著人們的飲食習(xí)慣，人們對(duì)所有的包裝軟飲料都大感興趣，因?yàn)樗鼈兏m應(yīng)現(xiàn)代忙碌的生活方式。生產(chǎn)商也不斷創(chuàng)新，為市場(chǎng)帶來(lái)新的產(chǎn)品，而這些新產(chǎn)品對(duì)于可能出現(xiàn)的微生物非常敏感，容易引起污染問(wèn)題，以及帶來(lái)顏色和味道上的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)上這些問(wèn)題的解決一直是利用熱灌裝工藝，以熱力來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品和包裝的消毒，但耐熱的瓶子成本昂貴，高溫也使得產(chǎn)品損失了風(fēng)味和顏色。無(wú)菌灌裝的出現(xiàn)帶來(lái)了一種新的解決方案，產(chǎn)品先經(jīng)瞬間巴氏殺菌，在利用化學(xué)法消毒瓶子，并一直保持在無(wú)菌的狀態(tài)下直至封裝完畢為止。

包裝的主要功能是保護(hù)商品，使之便于使用和保存。而對(duì)于食品來(lái)說(shuō)，由于其與人們的生命健康息息相關(guān)，因此，為防止食品污染變質(zhì)，不僅要求食品包裝外形美觀宜人，方便實(shí)用，重要的是要從內(nèi)在保證質(zhì)量，確保食品安全。無(wú)疑這對(duì)食品包裝材料本身的性能優(yōu)劣、是否綠色環(huán)保及包裝的生產(chǎn)設(shè)計(jì)、制作工藝等提出了更高的要求。用于食品包裝的材料必須有較高的阻隔性，如油脂食品要求高阻氧性和阻油性。干燥食品要求高阻濕性。芳香食品要求高阻異味性。而果品、蔬菜類鮮活食品又要求包裝有一定的氧氣、二氧化碳和水蒸氣的透過(guò)性。同時(shí)包裝材料要有良好的機(jī)械性能，主要包括材料的抗拉伸強(qiáng)度、耐撕裂、耐沖擊程度等。還要有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不應(yīng)與內(nèi)裝食品發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。另外，還要有較高的耐溫性，適合食品的高溫消毒和低溫儲(chǔ)藏等特點(diǎn)。殺菌是食品生產(chǎn)中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，殺菌的好壞直接影響著食品的品質(zhì)。傳統(tǒng)的熱力殺菌技術(shù)對(duì)一些產(chǎn)品特別是熱敏性產(chǎn)品的色、香、味、功能性以及營(yíng)養(yǎng)成分等具有破壞作用。為滿足消費(fèi)者對(duì)營(yíng)養(yǎng)、原汁原味、不含防腐劑、天然安全的要求，高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)倍受矚目。高壓脈沖電場(chǎng)(PEF)用于食品殺菌，從20世紀(jì)60年代在美國(guó)就已開(kāi)始研究，并逐漸擴(kuò)大到工業(yè)應(yīng)用，進(jìn)入90年代中后期我國(guó)開(kāi)始進(jìn)行這方面的研究，但由于設(shè)備的限制，研究水平已經(jīng)相對(duì)比較落后，特別是在產(chǎn)業(yè)化方面。該項(xiàng)新技術(shù)設(shè)備的投入相對(duì)較高、處理量少、但產(chǎn)品品質(zhì)較好。而且與傳統(tǒng)熱力殺菌相比，非熱力技術(shù)在能耗方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，可以節(jié)約一定的能源，體現(xiàn)了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

微生物種類極其繁多，各種微生物的生理結(jié)構(gòu)都有所差異。如根據(jù)微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)可以明確地把生物細(xì)胞分成兩個(gè)基本類型:一類稱為真核細(xì)胞，其細(xì)胞中有明顯的核膜包裹著細(xì)胞核，并有發(fā)達(dá)的膜系統(tǒng);另一類稱為原核細(xì)胞，細(xì)胞核不被核膜包圍，只有核區(qū)，沒(méi)有膜系統(tǒng)或膜系統(tǒng)不發(fā)達(dá)。除此之外，尚有一類微生物連細(xì)胞的基本形態(tài)和結(jié)構(gòu)都不具備，稱為非細(xì)胞型生物，如病毒等微生物。細(xì)菌也有很多種類，結(jié)構(gòu)也不相同，此外，還有些細(xì)菌的細(xì)胞壁中不含肽聚糖，肽聚糖含量決定了細(xì)胞壁的堅(jiān)韌性和多孔性。由于抗菌劑和微生物的作用是通過(guò)抗菌劑和微生物的特定結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)行的，因此結(jié)構(gòu)的差異必然會(huì)引起不同微生物對(duì)同一抗菌劑的不同反應(yīng)，最具體的體現(xiàn)就是抗菌劑對(duì)不同的微生物有著不同的MIC和MBC，甚至部分抗菌劑對(duì)一種微生物具有優(yōu)異的抑制和殺菌性能，而對(duì)另一種微生物可能完全沒(méi)有作用。微生物生長(zhǎng)過(guò)程可分為遲緩期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、穩(wěn)定期和衰亡期。在這4個(gè)階段中微生物的形態(tài)和活性是不一樣的。在遲緩期微生物個(gè)體相對(duì)較大，代謝活躍，DNA合成多，微生物個(gè)體活性較高;在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期微生物生長(zhǎng)迅速，處于分裂繁殖狀態(tài)，形態(tài)、生理活性都很典型。對(duì)外界敏感，對(duì)抗菌劑也敏感;在穩(wěn)定期微生物繁殖速度下降，形態(tài)和生理可能出現(xiàn)變異?；钚栽谏L(zhǎng)期也可能出現(xiàn)較大差異，如有些革蘭氏陽(yáng)性菌的染色性可能變?yōu)楦锾m氏陰性特征，芽孢微生物在此階段形成芽孢，對(duì)環(huán)境變化適應(yīng)性增加;到了衰亡期微生物繁殖速度更慢，形態(tài)顯著改變，可能出現(xiàn)畸形或衰退型的細(xì)胞。生理代謝趨于停滯，對(duì)環(huán)境反應(yīng)更加遲鈍，抗菌劑作用也明顯降低。

抗菌劑本身的結(jié)構(gòu)、性能和狀態(tài)是決定和影響抗菌劑抗菌性能的最主要因素。目前應(yīng)用的抗菌劑品種很多，包括有機(jī)抗菌劑、無(wú)機(jī)抗菌劑、光催化抗菌劑及天然抗菌劑等許多種類，每個(gè)品種對(duì)微生物的抗菌作用機(jī)理及抗菌劑最低抑菌濃度(MIC)和最高殺菌濃度(MBC)都不盡相同，因此不同抗菌劑的抗菌性能也不一致?？咕鷦┰诨闹械姆稚顟B(tài)也是直接影響抗菌材料抗菌性能的主要因素之一?？咕鷦┍旧淼拇嬖跔顟B(tài)很多，可以是固體顆粒、粉末、液體、淆液、乳液甚至氣體。在抗菌材料中以固體形式存在的抗菌劑的顆粒大小、分布均勻性等因素都直接影響抗菌材料的抗菌性能。一般來(lái)說(shuō)，以固體顆粒形式分散在抗菌材料中的抗菌劑顆粒越小，抗菌性能越好。所以在抗菌材料加工及使用固體抗菌劑過(guò)程中應(yīng)該充分考慮加工過(guò)程中抗菌劑在基材中的分散情況，盡量使抗菌劑以小粒徑顆粒存在于材料中。

抗菌劑濃度越大抗菌性能越好，這一點(diǎn)很好理解。但是在實(shí)際應(yīng)用中抗菌劑在材料中往往不是均勻分布在基材中，而是在材料中有一定的濃度分布梯度，即在同一抗菌材料中材料各個(gè)部分的抗菌劑濃度可能是不一致的。而真正起作用的抗菌劑濃度僅僅是材料表面層的濃度，材料整體的抗菌劑濃度并不能很準(zhǔn)確地反映材料表面的抗菌劑濃度。利用這一點(diǎn)可以制備表面濃度和內(nèi)部濃度不一致的梯度材料，保證表面抗菌劑一定的有效濃度，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)部濃度控制抗菌材料的有效抗菌作用時(shí)間，合理經(jīng)濟(jì)地利用抗菌劑，降低抗菌材料的制備成本。

常見(jiàn)食品殺菌設(shè)備的主要特點(diǎn):一是操作界面人性化。操作界面以立體動(dòng)畫(huà)的方式展現(xiàn)設(shè)備的工作原理，操作靈敏度高，顯示逼真，具有故障提示功能，使操作更具有人性化;二是過(guò)程操作簡(jiǎn)單化。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程只需按一個(gè)啟動(dòng)按鈕就能按預(yù)設(shè)的殺菌公式完成你所想要的殺菌過(guò)程;三是三道安全聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。設(shè)備采用三道安全聯(lián)鎖控制功能，只有在設(shè)備完全正常情況下才能工作，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中更加安全;四是工作記錄多樣化。能根據(jù)實(shí)際要求，采用不同方式記錄殺菌參數(shù)，符合美國(guó)FDA和HACCP標(biāo)準(zhǔn);五是程序設(shè)定智能化。設(shè)備里有250種殺菌公式可以選擇，用戶可以很方便的將自己的要求事先輸入到的程序里，工作時(shí)只需調(diào)出公式就能正常生產(chǎn);六是設(shè)備運(yùn)行可靠性高。設(shè)備主要元器件均采用進(jìn)口器件。