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        超高溫滅菌乳的無菌包裝概念與工藝質(zhì)控

        2021-03-31 06:21:11梁俊健林淑儀丘勒紅鄧海鵬陳煒楠江異展
        中國乳業(yè) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:灌裝機利樂康美

        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,通過超高溫瞬時殺菌工藝,殺滅其中可生長的微生物,再經(jīng)無菌包裝等工序制成的乳制品[1]。無菌包裝可以在保存生牛乳原有營養(yǎng)成分的同時,有效抑制生牛乳中微生物的繁殖,使生牛乳達(dá)到商業(yè)無菌水平。實際生產(chǎn)中,乳制品是不可能做到絕對無菌的,商業(yè)無菌不代表絕對無菌,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,超高溫滅菌乳無需冷藏保存,滿足廣大消費者“安全、營養(yǎng)又方便”的要求。本文將介紹超高溫滅菌乳的無菌包裝概念,闡述其工藝原理及質(zhì)控要素。

        1 無菌包裝的基本概念

        無菌包裝是指將經(jīng)過殺菌后已獲得商業(yè)無菌狀態(tài)的產(chǎn)品,封閉在已殺菌的容器中,在無菌環(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貨架期的包裝方法[3]。現(xiàn)國內(nèi)和國際市場上雖然有多種無菌灌裝設(shè)備,但最典型的當(dāng)屬瑞典利樂公司(Tetra Pak)的利樂包和德國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,但無菌包裝的本質(zhì)是相同的,包括“無菌的環(huán)境、無菌的物料、無菌的包裝材料和完整封合的包裝”四大要素。

        2 無菌包裝的四要素及其質(zhì)量控制

        2.1 無菌的環(huán)境

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

        2.1.1 無菌環(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)消毒無附著物的遮敝。因此,任何有機會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)備及整個生產(chǎn)線在無須人工拆開的前提下,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)清洗對象的污染程度自行設(shè)定清洗程序。監(jiān)控設(shè)備CIP時應(yīng)重點關(guān)注會影響清洗效果的因素:一是清洗劑的種類,我國大部分工廠現(xiàn)在主要還是選用NaOH、HNO3等單純清洗劑,但是隨著國外各種專業(yè)清洗劑的進(jìn)入,合成清洗劑的使用也越來越普遍,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極限濃度,過高的濃度不僅會使成本增加,還增大了對設(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。三是清洗時間,清洗時間受很多因素的影響,如清洗劑種類、清洗液濃度、清洗溫度、產(chǎn)品類型、生產(chǎn)管線布置以及設(shè)備的設(shè)計等。四是清洗溫度,即清洗循環(huán)時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,保證清洗過程中清洗液的流量實際上是為了保證清洗時的清洗流速,這樣可以使清洗過程中能夠產(chǎn)生一定的機械作用,清洗液的流速大,清洗效果好,但流速過大,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)計等也會影響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,沒有死角,清洗后的機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:目測檢查是否有殘留污垢;用手指觸摸表面時,有無油膩及粗糙感;采用微生物法或ATP熒光快速檢測法等檢測清洗效果。

        2.1.2 無菌環(huán)境的建立

        滅菌是建立無菌環(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,滅菌時要注意滅菌的溫度、時間、管路的排氣情況以及不能有蒸汽或冷凝水泄漏。利樂和康美包灌裝機利用無菌熱空氣與35%~40%雙氧水形成的混合氣體對灌裝機內(nèi)的無菌區(qū)進(jìn)行滅菌。滅菌前,操作人員應(yīng)確保無菌區(qū)已密閉,無菌區(qū)內(nèi)的零部件須盡可能地干燥,因為過多的水分殘留不僅容易使微生物快速繁殖,還會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)商提供的食品級雙氧水,且達(dá)到規(guī)定的濃度,在生產(chǎn)現(xiàn)場常用比重法和滴定法檢測雙氧水的濃度。

        2.1.3 無菌灌裝環(huán)境的維持

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

        2.2 無菌的物料

        超高溫滅菌乳,顧名思義就是經(jīng)過超高溫瞬時滅菌(135~150 ℃,4~15 s)的牛奶。超高溫滅菌采用的溫度/時間組合決定了UHT系統(tǒng)的滅菌效率[7],一般超高溫滅菌設(shè)備的滅菌效率針對嗜熱脂肪芽孢桿菌應(yīng)不低于9。過高的滅菌溫度和過長的滅菌時間,雖然可以提高滅菌效率,但也會導(dǎo)致牛奶褐變及營養(yǎng)損失等問題。

        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)備的運行情況和產(chǎn)品的保質(zhì)期,如蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性差會造成超高溫滅菌設(shè)備結(jié)垢嚴(yán)重,導(dǎo)致設(shè)備連續(xù)運轉(zhuǎn)時間縮短;細(xì)菌、芽孢及耐熱芽孢總數(shù)過高,容易造成滅菌后仍有毒素、酶類甚至芽孢的殘留,導(dǎo)致超高溫滅菌乳在貯存過程中出現(xiàn)苦包、酸包或脹包等不良品。

        2.3 無菌的包裝材料

        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。目前,復(fù)合紙質(zhì)包裝最典型的是利樂包的板材卷筒和康美包的紙盒預(yù)制兩大類型。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),同時作為封合的粘合層。

        利樂包和康美包均采用35%~40%的食品級雙氧水作為滅菌劑,通過浸漬(利樂包)或噴灑(康美包)等方式對包裝材料進(jìn)行滅菌,然后再用無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,同時也增強了滅菌效率。在生產(chǎn)過程中,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)使用快速測試紙監(jiān)測產(chǎn)品中的雙氧水殘留。

        2.4 包裝的完整封合

        不管是利樂灌裝機還是康美包灌裝機,其產(chǎn)品灌注和包裝封合都是在機器的無菌區(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。而利樂包則要使用縱封貼條將紙板兩側(cè)粘接形成紙管,再通過高頻感應(yīng)脈沖同時完成(上一包的)頂封和(下一包的)底封。

        包裝封合是無菌包裝的最后一個環(huán)節(jié),也是關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)?,F(xiàn)場操作人員應(yīng)定時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試與染色液滲透試驗等,同時要監(jiān)控灌裝機封合的溫度、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)包裝材料相對抗壓性能差,容易破損,尤其是沒有任何覆蓋的飲管孔,而且擠壓變形、高空掉落、堆碼不當(dāng),甚至運輸過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、運輸、銷售過程中要注意上述問題。

        3 小結(jié)

        看似簡單的一盒超高溫滅菌乳其實是一個完整的無菌系統(tǒng),從設(shè)備管路的清洗到無菌環(huán)境的建立和維持、從原料奶的質(zhì)量控制到無菌產(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。

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