國(guó)際大公司無(wú)菌冷灌裝最新技術(shù)
KRONES公司采用星形輪連接設(shè)計(jì)和新型隔離技術(shù)的BLOC同步模塊。嚴(yán)格意義上的無(wú)菌冷灌裝，在經(jīng)過(guò)灌裝機(jī)灌裝時(shí)不能添加防腐劑或進(jìn)行熱處理，因而保證了產(chǎn)品的最佳品質(zhì)。KRO NES公司開(kāi)發(fā)了一種新的 PET無(wú)菌灌裝技術(shù)，目前，以此項(xiàng)新技術(shù)為核心的無(wú)菌冷灌裝系統(tǒng)在德國(guó)、瑞士和中國(guó)都有用戶應(yīng)用，匯源集團(tuán)就在此列。
在KRONES公司提供的PET無(wú)菌工藝中，瓶子在—個(gè)BLOC同步模塊中被消毒。BLOC同步模塊由一個(gè)消毒器、—個(gè)清洗裝置、一個(gè)灌注機(jī)和一個(gè)壓蓋機(jī)組成，這些組件由星形輪連接，這種結(jié)構(gòu)所起到的關(guān)鍵作用是將清洗室縮到最小，其優(yōu)點(diǎn)是占地面積小、清洗面積小、節(jié)省能源和更加安全衛(wèi)生。在這個(gè)模塊中，KRONES開(kāi)發(fā)了瓶子沿軌道運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入隔離裝置的新型隔離技術(shù)。這種隔離裝置可以防漏，并確保與周?chē)諝獾母艚^。同時(shí)，該模塊在發(fā)動(dòng)機(jī)、電路和氣路等處都采用密封式設(shè)計(jì)。另外，高效的微粒氣體 (HEPA)過(guò)濾器可以把任何細(xì)菌都隔離在入口之外，并在密封裝置內(nèi)部產(chǎn)生經(jīng)過(guò)消毒的空氣。
KRONES公司提供的此套系統(tǒng)中配有-q-由“電子——空氣”作用控制的測(cè)定體積的灌裝機(jī)。該灌裝機(jī)采用流量感應(yīng)測(cè)量的方法，可以灌裝特定壓力下的碳酸飲料，也可以灌裝非碳酸飲料。該機(jī)的壓蓋部件經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，用于減少瓶子導(dǎo)軌上的機(jī)器部件，進(jìn)而保證潤(rùn)滑劑和灰塵在接近過(guò)濾器時(shí)不會(huì)掉到瓶子上或掉進(jìn)瓶子里。
SIG公司進(jìn)行確保無(wú)菌控制、節(jié)省能源的新型無(wú)菌區(qū)設(shè)計(jì)。SIG的設(shè)計(jì)理念是“機(jī)器的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足無(wú)菌的要求，而不是依靠建立一個(gè)無(wú)菌區(qū)來(lái)適應(yīng)機(jī)器的需要”，其基本點(diǎn)就是機(jī)器在連續(xù)運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定性。
本著上述理念，SIG西蒙納西研制的第二代旋轉(zhuǎn)式 PET瓶無(wú)菌灌裝杌在設(shè)計(jì)上滿足無(wú)菌要求的做法是，將原有的包括了瓶器消毒——沖洗——灌裝——封蓋的 124立方米的整體無(wú)菌室作了較大的革新，僅將進(jìn)行瓶子灌裝的部分設(shè)置在無(wú)菌區(qū)內(nèi)，這—革新使新—代無(wú)菌區(qū)的容積僅為9立方米。這樣做既容易實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)菌的控制，又節(jié)省了能源。
新一代無(wú)菌區(qū)的密封摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械式密封而采用流體動(dòng)態(tài)密封的方法。呈環(huán)狀的無(wú)菌區(qū)將灌裝閥體和流量計(jì)、機(jī)器的傳動(dòng)裝置均排除在無(wú)菌區(qū)外，因此減少了消毒劑的用量，節(jié)省了對(duì)無(wú)菌區(qū)的消毒時(shí)間，方便了對(duì)機(jī)械部件的維護(hù)，并且最大程度減少了消毒劑對(duì)操作人員的污染。這種設(shè)計(jì)并沒(méi)有使設(shè)備的速度受到影響，其灌裝速度仍能達(dá)10，000瓶／小時(shí)，甚至50，000或 60，000瓶／小時(shí)的水平。目前，這一設(shè)計(jì)在匯源集團(tuán)得到了很好的應(yīng)用。
該機(jī)的灌裝機(jī)旋轉(zhuǎn)體和無(wú)菌室固定I罩上均設(shè)置了一些清洗噴嘴，以便進(jìn)行兩工位間相互的清洗和消毒。PET瓶進(jìn)入清洗機(jī)便被瓶頸夾持器夾住并倒置，過(guò)氧乙酸對(duì)倒置的 PET瓶進(jìn)行全方位噴淋，殺菌效率極高；PET瓶用無(wú)菌水沖洗后再用氮?dú)鈬娚?，這時(shí)瓶中的空氣量可減少到5％，過(guò)氧化氫的殘留量小于0．5ppm。在控制技術(shù)上，該機(jī)采用紅外線信號(hào)傳輸技術(shù)。每個(gè)灌裝閥的流量均由流量計(jì)控制，使其在灌裝過(guò)程的任一時(shí)刻均可實(shí)測(cè)通過(guò)灌裝閥的液體流量。
這種第二代旋轉(zhuǎn)式PET瓶無(wú)菌灌裝機(jī)除飲料外，還可應(yīng)用于奶或奶茶產(chǎn)品的灌裝。
PET無(wú)菌冷灌裝技術(shù)介紹
PET無(wú)菌冷灌裝技術(shù)介紹 無(wú)菌包裝技術(shù)誕生于二十世紀(jì)三十年代，1961年利樂(lè)公司首先將紙盒（Tetra Pak）無(wú)菌包裝技術(shù)用于商業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)在PET無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線采用無(wú)菌空間進(jìn)行殺菌，確保整個(gè)灌裝過(guò)程達(dá)到無(wú)菌要求。
無(wú)菌冷灌裝是指在無(wú)菌條件下對(duì)飲料產(chǎn)品進(jìn)行冷（常溫）灌裝，這是相對(duì)于通常采用在一般條件下進(jìn)行的高溫?zé)峁嘌b方式而言的。在無(wú)菌條件下灌裝時(shí)，設(shè)備上可能會(huì)引起飲料發(fā)生微生物污染的部位均保持無(wú)菌狀態(tài)，所以不必在飲料內(nèi)添加防腐劑，也不必在飲料灌裝封口后再進(jìn)行后期殺菌，就可以滿足長(zhǎng)貨架期的要求，同時(shí)可保持飲料的口感、色澤和風(fēng)味。
無(wú)菌冷灌裝技術(shù)的關(guān)鍵是保證灌裝封口后的飲料內(nèi)微生物控制在允許范圍內(nèi)（即商業(yè)無(wú)菌），為了保證無(wú)菌冷灌裝的成功，生產(chǎn)線必須滿足以下基本要求：產(chǎn)品經(jīng)過(guò)超高溫瞬時(shí)殺菌達(dá)到無(wú)菌狀態(tài)；包裝材料和密封容器要無(wú)菌；灌裝設(shè)備達(dá)到無(wú)菌狀態(tài)；灌裝和封蓋要在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行；關(guān)鍵控制點(diǎn)的建立、監(jiān)測(cè)、記錄和控制。
冷熱灌裝全方位對(duì)比
雖然PET無(wú)菌冷灌裝發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，但世界幾大著名飲料設(shè)備生產(chǎn)商已具有比較成熟的無(wú)菌冷灌裝工藝。以下是無(wú)菌冷灌裝和熱灌裝的詳細(xì)比較。
熱灌裝一般分為兩種:
一種是高溫?zé)峁嘌b，即物料經(jīng)過(guò)UHT瞬時(shí)殺菌后，降溫到85～92℃進(jìn)行灌裝，同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品回流以保持恒定的灌裝溫度，然后保持該溫度對(duì)瓶蓋進(jìn)行殺菌。
一種是物料殺菌灌裝后在65～75℃進(jìn)行巴氏殺菌并添加防腐劑。 這兩種方式無(wú)需對(duì)瓶子和蓋子進(jìn)行單獨(dú)滅菌，只需將產(chǎn)品在高溫下保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間即可達(dá)到殺菌效果。 PET無(wú)菌冷灌裝首先對(duì)物料進(jìn)行UHT瞬時(shí)殺菌，然后快速降溫至常溫（25℃），進(jìn)入無(wú)菌罐中暫存。其次用化學(xué)消毒劑將瓶子、蓋子進(jìn)行殺菌，然后在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行灌裝，直至完全密封后才離開(kāi)無(wú)菌環(huán)境。整個(gè)過(guò)程物料受熱時(shí)間短，灌裝操作均在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行，灌裝設(shè)備和灌裝區(qū)也都經(jīng)過(guò)消毒處理，產(chǎn)品的安全性可以得到保證。 PET無(wú)菌冷灌裝與熱灌裝相比的突出優(yōu)點(diǎn)在于： 一、采用超高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)（UHT），對(duì)物料的熱處理時(shí)間不超過(guò)30秒，最大程度地保證了產(chǎn)品的口感和色澤，并最大限度地保存了物料中維生素（熱敏性營(yíng)養(yǎng)素）的含量。 二、灌裝操作均在無(wú)菌、常溫環(huán)境下進(jìn)行，產(chǎn)品中不添加防腐劑，從而保證了產(chǎn)品的安全性。 三、提高了生產(chǎn)能力，節(jié)約了原材料，降低了能源損耗，使產(chǎn)品制造成本降低。 四、技術(shù)的先進(jìn)性，可以廣泛適用于灌裝各種飲料。
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PET無(wú)菌冷灌裝與熱灌裝技術(shù)比較
雖然PET無(wú)菌冷灌裝發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，但世界幾大著名飲料及釀造設(shè)備生產(chǎn)商已具有比較成熟的無(wú)菌冷灌裝工藝。灌裝工藝比較。傳統(tǒng)的熱灌裝可以分為兩種，一種是高溫?zé)峁嘌b，一種是中溫灌裝后再將產(chǎn)品升溫到65℃~75℃進(jìn)行巴氏殺菌。這兩種方式無(wú)需對(duì)產(chǎn)品、瓶子和蓋子進(jìn)行單獨(dú)滅菌，只需將產(chǎn)品在高溫下保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間即可對(duì)瓶子和蓋子進(jìn)行殺菌。無(wú)菌冷灌裝首先需要將產(chǎn)品、瓶子、蓋子分別進(jìn)行殺菌，然后再無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行灌裝，直至完全密封后才能離開(kāi)無(wú)菌環(huán)境。
從兩者工藝流程圖對(duì)比來(lái)看，最大的區(qū)別就是飲料受熱時(shí)間不同。眾所周知，熱處理時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)飲料的品質(zhì)和口感影響越大。無(wú)菌冷灌裝采用UHT超高溫瞬時(shí)殺菌，對(duì)物料的熱處理時(shí)間不超過(guò)30秒，并且在高溫情況下完全可以保證殺菌效果，而熱灌裝采用的殺菌方式使物料長(zhǎng)時(shí)間處在高溫狀態(tài)下，嚴(yán)重影響產(chǎn)品口感、色澤以及熱敏性營(yíng)養(yǎng)素(如維生素)含量。
此外，從生產(chǎn)線配置上來(lái)看，當(dāng)灌裝機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)肘，采用熱灌裝方式處理的物料有-部分回流會(huì)延長(zhǎng)受熱時(shí)間，這樣會(huì)嚴(yán)重影響整批產(chǎn)品的質(zhì)量，而無(wú)菌冷灌裝不會(huì)有此現(xiàn)象發(fā)生，物料經(jīng)過(guò)瞬時(shí)殺菌后已經(jīng)降到室溫，置于無(wú)菌罐內(nèi)不會(huì)影響其品質(zhì)。
所使用PET瓶的比較。從上面的灌裝工藝可以看出，兩種灌裝方式對(duì)PET瓶的要求是不同的。熱灌裝工藝要求PET瓶能夠承受85℃~92℃的高溫且不變，這就要求增大PET材料的結(jié)晶度，同時(shí)在吹瓶時(shí)要限制誘導(dǎo)應(yīng)力的產(chǎn)生。其使用的PET瓶就有以下特點(diǎn)：瓶壁厚，有明確的瓶壁肋骨防止熱收縮；要求有結(jié)晶瓶口等，大大限制了瓶型設(shè)計(jì)的自由度。無(wú)菌冷灌裝可以使用輕質(zhì)瓶(最高耐熱溫度60℃)和標(biāo)準(zhǔn)蓋，這樣大大降低了瓶子和蓋子的成本，還可以自由的選擇設(shè)計(jì)瓶型。
無(wú)菌冷灌裝工藝技術(shù)特點(diǎn)
熱灌裝工藝中，飲料在高溫下保持較長(zhǎng)時(shí)間，-般細(xì)菌和微生物都會(huì)被殺滅，并且還要添加防腐劑，這樣飲料安全性比較高。那么，無(wú)菌冷灌裝是如何保證飲料安全性呢?最主要是無(wú)菌環(huán)境的建立和保障。與熱灌裝相比，無(wú)菌冷灌裝對(duì)物料殺菌是采用UHT超高溫瞬時(shí)殺菌，物料受熱時(shí)間短，營(yíng)養(yǎng)成分損失很少，品質(zhì)和口感也沒(méi)有明顯變化。最新的無(wú)菌冷灌裝工藝可以配合巴氏殺菌進(jìn)行冷鏈生產(chǎn)，這樣對(duì)于物料的營(yíng)養(yǎng)成分造成的損失就更低，并且在冷鏈的條件下，產(chǎn)品的安全性完全可以得到保障。
包裝材料的滅菌，是無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)工藝中最關(guān)鍵的一步。由于PET材料的不耐熱性，只能采用化學(xué)試劑進(jìn)行滅菌，要保證瓶子和蓋子得到有效的滅菌，且不能讓化學(xué)試劑影響到物料，無(wú)菌灌裝采取了以下措施：要求最初吹制的瓶子原始菌落數(shù)不超過(guò)5cf／瓶；輸送瓶子采用無(wú)菌空氣，要有空氣輸送帶；瓶子內(nèi)部采用過(guò)乙酸類消毒劑(PAA)進(jìn)行殺菌，可以達(dá)到很高的殺菌效果(最高7log)；同時(shí)對(duì)瓶子外部進(jìn)行消毒劑滅菌；消毒劑有自動(dòng)回收和濃度測(cè)定系統(tǒng)，保證消毒劑濃度穩(wěn)定；用無(wú)菌水將瓶中殘留的消毒劑沖洗干凈，再用無(wú)菌空氣吹干，保證殘留消毒劑不會(huì)對(duì)物料產(chǎn)生影響；瓶蓋一般采用消毒劑浸泡式滅菌，通過(guò)控制浸泡時(shí)間可以很好的保證滅菌效果。
無(wú)菌冷灌裝的主體設(shè)備要求符合衛(wèi)生級(jí)設(shè)計(jì)，主要在管道和閥門(mén)技術(shù)、材料表面的刨光、重要區(qū)域的表面設(shè)計(jì)、選擇抗腐蝕材料等幾方面具有優(yōu)勢(shì)，還帶有完整的全自動(dòng)清洗(CIP)系統(tǒng)、殺菌(SIP)系統(tǒng)以及設(shè)備外部泡沫清洗系統(tǒng)(COP)，另外，無(wú)菌冷灌裝機(jī)都設(shè)計(jì)有自己獨(dú)特的無(wú)菌灌裝閥，所有這些措施保證設(shè)備方面不會(huì)給物料二次污染。
由于冷灌裝后PET瓶不會(huì)收縮，這樣物料和瓶蓋之間會(huì)有-部分空氣，其中的氧會(huì)在存放過(guò)程中緩慢氧化物料，從而導(dǎo)致飲料變質(zhì)。所以，無(wú)菌冷灌裝設(shè)備會(huì)添加一套氮?dú)?或其他惰性氣體)置換系統(tǒng)，將頂部的空氣吹走，保證物料不被氧化。
無(wú)菌空間環(huán)境的保持，一般采用凈化間隔離措施。主體灌裝機(jī)設(shè)計(jì)為D100級(jí)空氣凈化間，外面還有萬(wàn)級(jí)凈化間(有些無(wú)菌灌裝設(shè)備并不需要)，通過(guò)凈化間的過(guò)濾系統(tǒng)保證灌裝環(huán)境內(nèi)空氣潔凈度，使物料不會(huì)被空氣中懸浮的微生物二次污染。
對(duì)于中性飲料無(wú)法用熱灌裝工藝進(jìn)行生產(chǎn)，由于其采用倒瓶方式對(duì)瓶蓋進(jìn)行殺菌，高酸飲料還可以抑制微生物增長(zhǎng)，而中性飲料則無(wú)法保證產(chǎn)品安全性，產(chǎn)品不良率很高。如果用熱灌裝工藝生產(chǎn)中性茶飲料，就必須添加防腐劑。對(duì)于無(wú)菌冷灌裝，由于是在無(wú)菌條件下進(jìn)行灌裝，其工藝適應(yīng)慚艮強(qiáng)，能夠生產(chǎn)的產(chǎn)品類型非常廣泛，包括中性茶飲品、乳飲料以及其他各種飲料，只需對(duì)前處理設(shè)備進(jìn)行調(diào)整既可改變產(chǎn)品類型。
操作人員因素，在整個(gè)環(huán)境體系中，操作人員是最大的污染源，設(shè)計(jì)空氣凈化間在凈化空氣的同時(shí)，還很好地降低了人員帶來(lái)的污染；操作人員在進(jìn)入萬(wàn)級(jí)凈化間時(shí)，要經(jīng)過(guò)噴淋殺菌；百級(jí)凈化間設(shè)計(jì)的小而實(shí)用，可以使操作人員不破壞其無(wú)菌環(huán)境進(jìn)行操作；凈化設(shè)備的內(nèi)表面可以進(jìn)行自動(dòng)清洗和消毒。
管理因素。飲料無(wú)菌冷罐裝技術(shù)含量很高，需要有高水平的技術(shù)人員和高素質(zhì)的管理人員進(jìn)行統(tǒng)一管理，一般都應(yīng)用HACCP管理體系。所有管理都要形成文件制度，并有專人負(fù)責(zé)執(zhí)行。只有做到規(guī)范化的管理；才能真正保證無(wú)菌冷灌裝飲料的安全性。
原材料和生產(chǎn)線成本比較
兩種灌裝方式生產(chǎn)線投入成本上有很大差別，無(wú)菌冷灌裝使用的吹瓶機(jī)肷瓶速度快，耗電少，而熱灌裝吹瓶機(jī)吹瓶速度比較慢，耗電量很大，在同樣生產(chǎn)能力的情況下，投資比冷灌裝吹瓶帆高很多(不包括瓶坯設(shè)備)。無(wú)菌冷灌裝工藝過(guò)程復(fù)雜，灌裝輔助設(shè)備比較多。整體比較，一條無(wú)菌灌裝生產(chǎn)線的初期投資要高于熱灌裝生產(chǎn)線。
原材料成本方面，主要是兩種瓶的質(zhì)量差別很大，節(jié)省原材料以降低成本，由于熱灌裝PET瓶口的特殊要求，兩種瓶蓋重量也不相同。
從操作成本來(lái)講，無(wú)菌冷灌裝多-項(xiàng)殺菌液消耗，但總的成本還是低很多，而且生產(chǎn)線速度越快，產(chǎn)量越高，其生產(chǎn)成本越低。
通過(guò)比較，可以看出無(wú)菌冷灌裝初期投資比較大，但由于無(wú)菌冷灌裝原料成本和操作成本比較低，所以會(huì)很快收回高出部分的投資。隨著設(shè)備使用時(shí)間的延長(zhǎng)，無(wú)菌冷灌裝的低成本優(yōu)勢(shì)就可以明顯表現(xiàn)出來(lái)。
PET瓶裝飲料自問(wèn)世以來(lái)，由于其美觀、輕便、可回收的特點(diǎn)，已得到廣大消費(fèi)者的普遍認(rèn)可，目前在歐美及世界各地的發(fā)展勢(shì)頭非常迅猛。在我國(guó)，熱灌裝和無(wú)菌冷灌裝PET瓶裝飲料共存于市場(chǎng)，并以每年30%的速度增長(zhǎng)。據(jù)專家預(yù)計(jì)，到2005年，我國(guó)PET瓶裝飲料總量將會(huì)達(dá)到1000萬(wàn)噸。
經(jīng)過(guò)十多年不斷努力，PET無(wú)菌冷灌裝技術(shù)日趨完善，生產(chǎn)的飲料品種也越來(lái)越多，包括果蔬汁飲料、茶飲料、運(yùn)動(dòng)飲料、碳酸飲料、水等等，目前在歐洲和北美PET瓶裝乳飲料已經(jīng)比較普遍。2001年，匯源集團(tuán)成功引進(jìn)中國(guó)第一條PET無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)飲料制造行業(yè)的新局面。
一.PET瓶的突出優(yōu)勢(shì)
與紙包裝、玻璃瓶、金屬罐等其他包裝形式的飲料相比，PET瓶裝飲料的增長(zhǎng)速度是最快的。其突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：
透明——消費(fèi)者可以直觀看到內(nèi)容物；
瓶型設(shè)計(jì)自由，形式多樣；
有韌性，耐沖擊強(qiáng)度比較高；
輕便——只有玻璃瓶重量的1/10；
與玻璃瓶比較：有更高的空間利用率；
低成本；
通過(guò)美國(guó)FDA認(rèn)證的安全食品包裝材料。
二.無(wú)菌冷灌裝理論基礎(chǔ)
無(wú)菌包裝技術(shù)誕生于二十世紀(jì)三十年代，1961年利樂(lè)公司首先將紙盒（Tetra Pak）無(wú)菌包裝技術(shù)用于商業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)在PET無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線也采用無(wú)菌空間加上化學(xué)消毒劑的方法來(lái)進(jìn)行殺菌，確保整個(gè)灌裝過(guò)程達(dá)到無(wú)菌要求。
無(wú)菌冷灌裝是指在無(wú)菌條件下對(duì)飲料產(chǎn)品進(jìn)行冷（常溫）灌裝，這是相對(duì)于通常采用在一般條件下進(jìn)行的高溫?zé)峁嘌b方式而言的。在無(wú)菌條件下灌裝時(shí)，設(shè)備上可能會(huì)引起飲料發(fā)生微生物污染的部位均保持無(wú)菌狀態(tài)，所以不必在飲料內(nèi)添加防腐劑，不必在飲料灌裝封口后再進(jìn)行后期殺菌，就可以滿足長(zhǎng)貨架期的要求，同時(shí)可保持飲料的口感、色澤和風(fēng)味。
無(wú)菌冷灌裝技術(shù)的關(guān)鍵是保證灌裝封口后的飲料內(nèi)微生物控制在允許范圍內(nèi)（即商業(yè)無(wú)菌），為了保證無(wú)菌冷灌裝的成功，生產(chǎn)線必須滿足以下基本要求：
產(chǎn)品經(jīng)過(guò)超高溫瞬時(shí)殺菌達(dá)到無(wú)菌狀態(tài)；
包裝材料和密封容器要無(wú)菌；
灌裝設(shè)備達(dá)到無(wú)菌狀態(tài)；
灌裝和封蓋要在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行；
關(guān)鍵控制點(diǎn)的建立、監(jiān)測(cè)、記錄和控制。
三.兩種灌裝方式比較
雖然PET無(wú)菌冷灌裝發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，但世界幾大著名飲料設(shè)備生產(chǎn)商已具有比較成熟的無(wú)菌冷灌裝工藝。以下是無(wú)菌冷灌裝和熱灌裝的詳細(xì)比較。
1．灌裝工藝比較：
熱灌裝一般分為兩種，一種是高溫?zé)峁嘌b，即物料經(jīng)過(guò)UHT瞬時(shí)殺菌后，降溫到85～92℃進(jìn)行灌裝，同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品回流以保持恒定的灌裝溫度，然后保持該溫度對(duì)瓶蓋進(jìn)行殺菌；一種是物料殺菌灌裝后在65～75℃進(jìn)行巴氏殺菌并添加防腐劑。這兩種方式無(wú)需對(duì)瓶子和蓋子進(jìn)行單獨(dú)滅菌，只需將產(chǎn)品在高溫下保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間即可達(dá)到殺菌效果。具體工藝見(jiàn)圖一。
圖一、PET熱灌裝殺菌工藝
PET無(wú)菌冷灌裝首先對(duì)物料進(jìn)行UHT瞬時(shí)殺菌，然后快速降溫至常溫（25℃），進(jìn)入無(wú)菌罐中暫存。其次用化學(xué)消毒劑將瓶子、蓋子進(jìn)行殺菌，然后在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行灌裝，直至完全密封后才離開(kāi)無(wú)菌環(huán)境。整個(gè)過(guò)程物料受熱時(shí)間短，灌裝操作均在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行，灌裝設(shè)備和灌裝區(qū)也都經(jīng)過(guò)消毒處理，產(chǎn)品的安全性可以得到保證。具體工藝見(jiàn)圖二。
圖二、PET無(wú)菌冷灌裝殺菌及灌裝工藝
從工藝流程對(duì)比來(lái)看，兩者最大區(qū)別在于飲料受熱時(shí)間不同。大家知道，熱處理時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)飲料品質(zhì)影響越大。無(wú)菌冷灌裝只采用UHT超高溫瞬時(shí)殺菌，對(duì)物料的熱處理時(shí)間不超過(guò)30秒；而熱灌裝采用的殺菌方式使物料長(zhǎng)時(shí)間處在高溫狀態(tài)下，嚴(yán)重影響產(chǎn)品口感、色澤以及熱敏性營(yíng)養(yǎng)素（如維生素）含量。
上述生產(chǎn)工藝決定了熱灌裝方式只適宜生產(chǎn)高酸產(chǎn)品，因高酸環(huán)境本身對(duì)微生物具有抑制作用，對(duì)于低酸性飲料熱灌裝則不能很好保證其產(chǎn)品的安全性，產(chǎn)品不良率很高。對(duì)于無(wú)菌冷灌裝，由于整個(gè)灌裝過(guò)程是在無(wú)菌條件下進(jìn)行的，其工藝適應(yīng)性很強(qiáng)，能夠生產(chǎn)的產(chǎn)品類型非常廣泛，包括中性茶飲品、乳飲料以及其他各種飲料，只需對(duì)前處理設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整既可。
2．兩種PET瓶比較
兩種灌裝方式對(duì)PET瓶要求不同，熱灌裝PET瓶需要承受85～92℃高溫且不變形，這就要求增大PET材料的結(jié)晶度，在吹瓶時(shí)限制誘導(dǎo)應(yīng)力的產(chǎn)生。具體有以下特點(diǎn)：瓶壁厚，需要高晶體化程度增強(qiáng)熱穩(wěn)定性；有明確的瓶壁肋骨防止熱收縮；要求有結(jié)晶瓶口等，大大限制了瓶型設(shè)計(jì)的自由度。
無(wú)菌冷灌裝可以使用標(biāo)準(zhǔn)PET輕質(zhì)瓶（最高耐熱溫度60℃）和標(biāo)準(zhǔn)蓋，大幅度降低了包材成本，還可根據(jù)產(chǎn)品特性自由設(shè)計(jì)瓶型，進(jìn)行個(gè)性化包裝。
兩種PET瓶比較見(jiàn)表1。
表1、兩種灌裝方式所用PET瓶比較
項(xiàng) 目 熱灌裝PET瓶 無(wú)菌冷灌裝PET瓶
瓶重 重(500ml,28～32g) 輕(500ml,18～23g)
瓶頸 特殊結(jié)晶瓶頸 標(biāo)準(zhǔn)瓶頸
材料拉伸率 要求高 標(biāo)準(zhǔn)
瓶型設(shè)計(jì) 帶熱嵌板的特殊瓶型 可用戶化的瓶型設(shè)計(jì)
耐熱溫度 85～92℃ 60℃
透氧性 瓶壁厚，透氧性低 瓶壁薄，透氧性高
瓶蓋 耐高溫瓶蓋 標(biāo)準(zhǔn)蓋
瓶和蓋成本 高 低
3．無(wú)菌冷灌裝工藝技術(shù)特點(diǎn)
無(wú)菌冷灌裝必須滿足的基本要求包括以下五個(gè)方面：
（1）無(wú)菌冷灌裝對(duì)物料殺菌只采用UHT超高溫瞬時(shí)殺菌，物料受熱時(shí)間短，營(yíng)養(yǎng)成分損失少，品質(zhì)和口感無(wú)明顯變化。表2是不同殺菌方法對(duì)牛奶營(yíng)養(yǎng)成分造成損失的比較。
表2
ＶＢ1 ＶＢ2 ＶＢ12 ＶＣ 葉酸
殺菌前 ０ ０ ０ ０ ０
巴氏殺菌后 １０％ ５％ １０％ ５％ １５％
超高溫瞬時(shí)殺菌 １５％ １０％ ２０％ ２０％ ２０％
傳統(tǒng)殺菌工藝 ４０％ ２０％ ９５％ ５０％ ５０％
（2）包裝材料的滅菌，是無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)工藝中最關(guān)鍵的一步。由于標(biāo)準(zhǔn)PET瓶不耐熱，只能采用化學(xué)試劑進(jìn)行滅菌，具體要求如下：
要求最初吹制的瓶子原始菌落數(shù)不超過(guò)5CFU/瓶；
輸送瓶子采用無(wú)菌空氣，配有空氣輸送帶；
PET瓶采用過(guò)氧乙酸類消毒劑（PAA）進(jìn)行殺菌，可以保證殺菌效果（最高7log）；
消毒劑有自動(dòng)回收和濃度測(cè)定系統(tǒng)，保證消毒劑濃度穩(wěn)定；
用無(wú)菌水將瓶中殘留消毒劑沖洗干凈，再用無(wú)菌空氣吹干，保證殘留消毒劑不會(huì)對(duì)物料產(chǎn)生影響；
瓶蓋一般采用浸泡方式滅菌，通過(guò)控制浸泡時(shí)間可以很好的保證滅菌效果。
（3）無(wú)菌冷灌裝主體設(shè)備要求符合衛(wèi)生級(jí)設(shè)計(jì)，主要在管道和閥門(mén)技術(shù)、材料表面刨光、重要區(qū)域表面設(shè)計(jì)、選擇抗腐蝕材料等幾方面具有優(yōu)勢(shì)，還帶有完整的全自動(dòng)清洗（CIP）系統(tǒng)、殺菌（SIP）系統(tǒng)以及設(shè)備外部泡沫清洗系統(tǒng)（COP），另外，無(wú)菌冷灌裝機(jī)均采用獨(dú)特的無(wú)菌灌裝閥，所有這些措施保證設(shè)備方面不會(huì)給物料帶來(lái)二次污染。
由于冷灌裝后PET瓶不會(huì)收縮，這樣物料和瓶蓋之間會(huì)有一部分空氣，其中的氧會(huì)在存放過(guò)程中緩慢氧化物料，從而導(dǎo)致飲料變質(zhì)。所以，無(wú)菌冷灌裝設(shè)備會(huì)添加一套氮?dú)猓ɑ蚱渌栊詺怏w）置換系統(tǒng)，將頂部空氣吹走，保證物料不被氧化。表3為兩種灌裝方式溶解氧的比較。
表3
熱灌裝 無(wú)菌冷灌裝
灌裝時(shí)含溶解氧 ＜0.01ppm 0.5ppm
頂部空間含氧量 極低 高
PET瓶透氧性 瓶壁較厚，透氧性低 標(biāo)準(zhǔn)輕質(zhì)瓶，透氧性高
（4）PET無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線無(wú)菌環(huán)境的保持，一般采用空氣凈化間。目前食品加工企業(yè)采用的凈化間是從醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展而來(lái)的，技術(shù)等級(jí)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在美國(guó)使用聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E?？諝鈨艋g根據(jù)空氣中控制對(duì)象可分為兩種：① 控制塵埃者稱為無(wú)塵室（Industrial Clean Room）；② 控制微生物者稱為無(wú)菌室（Bio-Clean Room），防止微生物污染。
PET無(wú)菌冷灌裝主體灌裝機(jī)區(qū)域要求設(shè)計(jì)為D100級(jí)無(wú)菌間，外面還有萬(wàn)級(jí)凈化間（有些無(wú)菌灌裝設(shè)備并不需要），通過(guò)凈化間的無(wú)菌風(fēng)過(guò)濾系統(tǒng)保證灌裝環(huán)境內(nèi)空氣潔凈度，使物料不會(huì)被空氣中懸浮的微生物二次污染，同時(shí)控制凈化間的溫濕度，確保無(wú)菌灌裝機(jī)始終處于良好的工作狀態(tài)。
在整個(gè)環(huán)境體系中，操作人員是最大的污染源，設(shè)計(jì)空氣凈化間在凈化空氣的同時(shí)，還很好的降低了人員帶來(lái)的污染：操作人員在進(jìn)入萬(wàn)級(jí)凈化間時(shí)，要經(jīng)過(guò)噴淋殺菌；百級(jí)凈化間設(shè)計(jì)的小而實(shí)用，可以使操作人員不破壞其無(wú)菌環(huán)境進(jìn)行操作；凈化設(shè)備的內(nèi)表面可以進(jìn)行自動(dòng)清洗和消毒。
（5）無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線關(guān)鍵控制點(diǎn)的建立、監(jiān)測(cè)、記錄和控制
PET無(wú)菌冷灌裝線是非常復(fù)雜的連續(xù)式生產(chǎn)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，任何一項(xiàng)操作失誤或產(chǎn)品微生物的二次污染，都有可能造成整個(gè)無(wú)菌控制系統(tǒng)的失敗，影響整批產(chǎn)品的安全性。所以建立科學(xué)完善的監(jiān)測(cè)控制體系是無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線成功運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素，目前飲料行業(yè)普遍采用的是HACCP管理體系。
HACCP是危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)（Hazard analysis and Critical Points）的縮寫(xiě)，是一種能使食品生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)環(huán)境下及時(shí)鑒別并控制潛在危害，從而預(yù)防不合格產(chǎn)品生產(chǎn)的具有高度邏輯性和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的管理方法。該體系共包括7個(gè)基本原理，其中確定控制危害的關(guān)鍵控制點(diǎn)（CCP）、建立各控制點(diǎn)的關(guān)鍵限值（CL）、建立監(jiān)測(cè)各控制點(diǎn)的程序等是體系的關(guān)鍵部分。
PET無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線工藝過(guò)程復(fù)雜，無(wú)菌環(huán)境的控制要求非常嚴(yán)格。只有嚴(yán)格按照HACCP體系去管理和控制，才能真正確保產(chǎn)品安全性。
4．原材料和生產(chǎn)線成本比較
兩種灌裝方式在生產(chǎn)線投入上有明顯差別，無(wú)菌冷灌裝使用的吹瓶機(jī)吹瓶速度快，耗電少；而熱灌裝吹瓶機(jī)吹瓶速度比較慢，耗電量很大，在同樣生產(chǎn)能力的情況下，投資比冷灌裝吹瓶機(jī)要高。在灌裝線部分，無(wú)菌冷灌裝工藝過(guò)程復(fù)雜，灌裝輔助設(shè)備比較多。整體比較，一條無(wú)菌灌裝線初期投資要高于同樣產(chǎn)能的熱灌裝線。
原材料成本方面，無(wú)菌冷灌裝采用的標(biāo)準(zhǔn)瓶、蓋要輕很多，通過(guò)節(jié)約原材料以降低成本。從操作成本來(lái)講，無(wú)菌冷灌裝多一項(xiàng)殺菌液消耗，在設(shè)備折舊方面費(fèi)用也比較高，但總的成本還是低很多，而且無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線速度越快，產(chǎn)量越高，其生產(chǎn)成本越低。下表為兩種生產(chǎn)線成本估算。
表4、兩種灌裝方式成本比較。單位：RMB/36000瓶
熱灌裝 無(wú)菌灌裝
PET原料 12672 9180
蓋子成本 864 756
殺菌液消耗 － 324
設(shè)備折舊 898 1684
其它消耗 5406 3944
合 計(jì) 19840 15888
每瓶成本 0.5511元/瓶 0.4413元/瓶
備注 比熱灌裝節(jié)省0.1098元/瓶
無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線初期投資比較大，但包材成本和操作成本比較低，隨著設(shè)備使用時(shí)間的延長(zhǎng)，無(wú)菌冷灌裝的低成本優(yōu)勢(shì)會(huì)明顯表現(xiàn)出來(lái)。
四．結(jié)論
PET無(wú)菌冷灌裝與熱灌裝相比突出優(yōu)點(diǎn)在于：高品質(zhì)。產(chǎn)品受熱時(shí)間的縮短、無(wú)菌環(huán)境的制造與維持以及科學(xué)的管理方式保證了無(wú)菌冷灌裝產(chǎn)品的高質(zhì)量。低成本。原材料的節(jié)省、能源消耗的節(jié)省以及人員的節(jié)省使得無(wú)菌冷灌裝產(chǎn)品的低成本優(yōu)勢(shì)可以在短時(shí)間內(nèi)顯現(xiàn)出來(lái)。適用性廣泛。無(wú)菌灌裝技術(shù)的提高，使得各種飲料、飲品灌裝工藝越來(lái)越接近，適用性越來(lái)越高。
通過(guò)以上闡述和比較可以看出，無(wú)菌冷灌裝技術(shù)工藝要求復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程仍具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。但PET無(wú)菌冷灌裝產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，相信隨著現(xiàn)代灌裝技術(shù)的日趨完善，PET無(wú)菌冷灌裝必將會(huì)逐步替代熱灌裝成為飲料包裝最主要的方式。
結(jié)論
傳統(tǒng)飲料熱灌裝技術(shù)和無(wú)菌冷灌裝技術(shù)現(xiàn)在都已被廣泛采用，技術(shù)各有優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)熱灌裝工藝成熟，產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)性小，操作比較簡(jiǎn)單，對(duì)員工的技能要求不是很高，但其在飲料保鮮方面的缺點(diǎn)則無(wú)法徹底解決。無(wú)菌冷灌裝技術(shù)工藝要求復(fù)雜，產(chǎn)品也具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，但是其產(chǎn)品在飲料營(yíng)養(yǎng)與保鮮方面，具有熱灌裝無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)的市場(chǎng)發(fā)展中有著非常廣闊的前景。應(yīng)該看到，隨著現(xiàn)代灌裝技術(shù)日趨完善，無(wú)菌冷灌裝將會(huì)逐步替代熱灌裝成為飲料包裝最主要方式。
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