单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,食品无菌加工技术,吉林大学,,生物与农业工程学院,,于庆宇,,第一章 绪论,,第一节 概述,,1、食品生产的要求,,食品是人们生长发育、赖以生存必不可少的营养物质食品产品生产不仅是为了满足更多的人们生存的需要，而且加工精湛、快捷方便、强化营养的食品也是为了满足人们生理、心理的需要，更是为了满足人们现代化快节奏生活的需要随着人们生活水平和健康意识的提高，人们对食品生产质量与货架质量的要求也不断提高，这对食品生产者提出了更高的要求不管是食品科学家还是食品生产的专家都在不断的研究新的生产技术，创造新的加工方法，以到达生产高的食品品质，满足长的货架期且具有高的质量的要求食品的无菌加工技术正是在食品科学技术不断开展的情况下开展起来的现代食品生产高品质、高货架期质量的加工技术2、食品的无菌加工技术,,传统的无菌加工技术和现代的无菌加工技术,,1〕传统的食品无菌加工技术,,传统的食品无菌加工技术应源于19世纪巴斯德〔Louis Pasteur〕揭示了食品由微生物腐败变质的科学原理之后逐渐开展起来的最早的无菌加工是阿培尔〔Nicholas Appert〕1810年开创的热加工罐藏食品。
阿培尔创造的罐藏技术，最初用沸水煮沸肉类罐头到达商业无菌，实现长期保藏的要求由于处理时间过长，对食品品质的影响较大，生产效率低，进行了改进，采用氯化钙水溶液煮沸，提高了煮沸温度，缩短了杀菌时间而这样一来罐内外压差增大，出现爆罐现象，之后创造了配有控制设施的高压杀菌锅，保证了操作平安又缩短了热处理时间，得到了普遍的推广使用罐藏食品卓越的保藏性能使得它开展迅速，时至今日仍然常年供给市场，成为很多人的日常食品2〕现代的无菌加工技术,,现代的无菌加工技术有时是和无菌包装技术相联系的食品无菌包装技术不仅解决了食品生产和食品货架期的问题，而且同时还带来了进一步保存了食品产品的营养成分，降低了生产能耗与本钱，降低了对包装材料的要求，降低了包装材料的本钱现代的无菌加工技术主要是以无菌包装技术为特征的加工技术无菌包装(Aseptic packaging)技术是现代高科技综合技术：是在无菌环境条件下，把无菌的或预杀菌的产品充填到无菌容器中并加以密封由于无菌包装技术可以生产货架期稳定的食品，所以建立在无菌包装技术上的食品生产受到人们的普遍关注在近30年间无菌包装技术取得了很大的开展，它不仅在乳品业，而且在其它的食品业，例如果汁、蔬菜汁、豆奶、酱类食品、营养功能食品等食品产品实现无菌包装。
目前在国内外食品销售市场上无菌包装食品占有越来越大的份额自20世纪60年代初瑞典在国际上首次推出无菌包装机械以来，相继有几十家公司生产无菌包装机械，用于食品无菌加工后的包装，其产品已成系列我国从20世纪70年代引入无菌包装设备，国家在“七五〞期间就较早地将食品包装技术列入国家重点科技攻关方案工程，中国包装技术协会、中国食品工业学会都相继成立了无菌包装委员会，促进和推动了中国无菌包装技术的开展同时也促进和推动了食品无菌加工技术的开展20世纪90年代以后，食品无菌加工与无菌包装已成为开展的主要方向，不管是工艺技术还是生产设备都有了长足的进步和开展，食品无菌加工与无菌包装的产品日益增多，包括牛奶、豆奶、果汁、番茄汁、果酱类、肉酱类、汤类，以及很多固态食品无菌加工技术不仅和食品的货架期有着密切的关系，还和食品的品质有着密切的关系随着时代的开展，人们对食品的要求不仅仅停留在数量上而且在质量上，要求食品营养、健康、平安而无菌加工技术能够全面地满足这一要求食品的无菌加工不必要使用化学防腐措施，没有微生物再污染的可能，因此它具有最少的热加工，最多的食品营养成分保存，最少的能量消耗，最低的加工与包装本钱，最长的保质期。
第二节 食品无菌加工分类、优势与特色,,食品无菌加工的保藏目标,,传统的食品无菌加工技术的开展是从罐装食品加工开始的，它以热加工为特征，即热力杀菌，即传统的食品无菌加工时的热力杀菌要实现食品的商业无菌，其目的是杀死食品中所污染的致病菌、产毒菌、腐败菌，灭活食品中的酶的活性，使食品在罐内保藏2年以上不变质商业无菌：是指食品内不含有致病的微生物，也不含有在保藏期内及在保藏温度下〔一般为室温〕引起食品腐败变质的微生物，即不会在食品的保藏期内引起食品的腐败变质图1-1 食品无菌加工工艺的比较,,传统的无菌加工问题,,传统的无菌加工和现代的无菌加工其工艺的差异在于食品杀菌与包装的先后顺序不同，但由此造成的差异是相当大的不仅在杀菌能量消耗上，而且在食品的品质上有很大的差异传统的无菌加工杀菌是要将食品连同包装一起杀菌包装后的食品连同包装容器在一起其体积较大，也有较大的厚度，杀菌时靠热传导要将食品的中心温度到达杀菌的要求那么需要较长的时间当然，食品的加热可使食品的可消化性提高，肉的风味变佳但如果加热温度过高，加热时间过长那么将消耗过多热能，而这些热能并不是完全用于杀菌，很多是消耗在食品的品质变化上，造成食品的质地软化，热敏感物质耗损，食品的色泽、风味、化学成分可因加热而变差，这是我们不希望有的。
这不仅造成了能源的浪费，而且还造成了食品品质的降低其原因是食品无菌加工时的热力杀菌杀死了食品中的有害微生物，到达商业无菌，同时食品本身温度升高，会发生相应的物理变化和化学变化其变化程度是加热温度及在此温度下所持续的时间的函数，温度越高，在高温下持续的时间越长，其物理变化和化学变化越大，食品品质越差无菌加工的分类,,热力加工来分：非热力无菌加工方式和热力无菌加工方式；,,加工工艺过程来分：整体式无菌加工方式和分置式无菌加工方式；,,按加工物料的状态来分：液态食品无菌加工方式和固体食品无菌加工方式；,,按加工物料的性质来分：常温保藏的食品无菌加工方式和低温保藏的食品无菌加工方式低温保藏的食品无菌加工方式是在无菌的环境下将没有杀菌的新鲜食品包装起来，目的是使食品在冷藏链中免受霉菌、酵母等微生物的再污染，以获得较长的货架寿命以加工工艺过程分更能说明无菌加工的工艺过程，因此按工艺过程分类，即食品先包装后杀菌和食品先杀菌后包装的无菌加工方式一、整体式无菌加工,-先包装后杀菌,整体式无菌加工方式适合于绝大多数食品加工，不管是液态的、固态的还是液态含固形物的食品都适合食品包装后再杀菌保证杀菌后不再受到污染，,,缺点：因传热缓慢，包装后杀菌的效率往往不高，费时较多，能耗较大，对食品本身的品质损害也较大。
所以目前对于固形物含量较多的食品仍不得不采用先包装后杀菌的的整体式无菌加工方式整体式无菌加工方式加工的食品有很多,,传统的罐藏食品，辐射处理食品，有些微波处理食品，超高静压加工食品，高强度脉冲磁场处理食品也有些巴氏杀菌的酸性和高酸性食品等都属于这类加工方法整体式无菌加工方法的优势在于：,,加工工艺简单，对食品加工设备的要求不高，对包装环境的要求也不高，加工的本钱较低然而，这种方法的优点是以降低食品的品质为代价的热力杀菌食品的品质与营养成分,,食品的加热杀菌可兼使食品的消化性增高肉类的风味变佳但对有些食品而言，其色泽、风味、化学成分因加热而变差食品的品质与营养成分与热加工中两个参数相关，即热加工时的温度和在此温度下持续的时间热加工时的温度与在此温度下持续的时间对食品中的化学成分的影响并不相同一般情况下食品的有些成分在高温下持续的时间比高温本身对其影响更加严重因此食品产品提高杀菌温度，缩短杀菌时间不仅提高了杀菌的效果而且还提高了食品的品质以牛乳的高温杀菌为例：,,在牛乳的高温杀菌中最普通的化学变化之一是蛋白质与复原糖相互作用产生褐变尽管牛乳褐变的速率随温度的提高而加快，但并不与高温杀菌效果提高的速率相同。
实验证明，温度每提高10℃，杀死嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的速率的提高与褐变效应的速率的提高之比为11：3，或者说快3.67倍图1-2 牛乳杀菌效果与褐变效应的比与温度的关系,,杀菌温度在135℃之前杀菌效果与褐变效应的比值是很小的当超过135℃之后比值迅速上升，135℃时比值可达800以上当到145℃时其比值可达5000由此说明提高杀菌温度不仅对牛乳的杀菌效果好，而且杀菌后牛乳的品质好因此如果牛乳的杀菌温度提高到135℃~150℃超高温范围，那么杀菌的时间可以缩短到几秒，在这样的条件下杀菌可获得没有存活的细菌或很少有抵抗力的孢子，以及获得的产品其色泽超过传统杀菌方法所能获得的更加优良的牛乳制品，这就是牛乳超高温瞬时杀菌新工艺的根本原理当然食品中还有很多其它的营养成分像维生素以及色泽、风味、成分会在加热过程中发生变化，其变化的程度也与温度和加热时间有关在食品加热时，食品加热的时间对食品的品质影响更大以食品中的维生素为例，图1-3给出食品杀菌时其微生物孢子杀灭、维生素B1破坏时的温度与时间的关系图1-3 微生物孢子杀灭、维生素B1破坏的温度与时间的关系,食品中的维生素对热是很敏感的，维生素中热稳定性最差的是维生素C和维生素B1、B12，其它维生素在加热杀菌时变化不大。
一般情况下，食品中的维生素以及色泽、风味、成分加热破坏速度是温度每上升10℃，破坏速度增加2~3倍，而微生物的孢子的杀灭速度那么增加5~20倍因此提高杀菌温度缩短杀菌时间对提高食品的品质是极为有利的因此整体式无菌加工中传统的无菌加工工艺〔例如热加工罐藏食品〕有其自身的优点和缺点，带有时代的烙印随着时代的开展，人们对食品的要求不断的提高，传统的无菌加工工艺不能满足时代的要求，逐渐地被新的加工工艺所代替随着科技的进步，各种食品无菌加工工艺不断产生利用放射性元素的辐射处理实现食品无菌加工,,利用微波非传导式加热快速杀菌实现食品无菌加工,,利用超高压设备在超高压下进行杀菌灭酶实现食品无菌加工,,利用高强度脉冲磁场对食品进行杀菌灭酶实现食品无菌加工,,也有些结合食品保藏的栅栏技术，使用巴氏温度杀菌的酸性和高酸性食品实现食品无菌加工,,到达商业无菌，实现要求的货架期热加工罐藏食品的无菌加工是一类将食品密封在容器中，经过高温处理，将绝大局部微生物杀灭，同时在防止外界微生物再污染的条件下，使食品在常温下长期贮存热加工罐藏食品的无菌加工其加工自动化程度较高，工艺简单，对设备的要求不高，对生产环境的无菌要求不严，对包装后的杀菌要求严格。
利用放射性元素的辐射处理实现食品无菌加工是一类将食品密封在容器中，将食品连同密封的包装容器接受放射性元素的辐射处理，实现冷灭菌辐射处理有阿氏灭菌和巴氏灭菌，阿氏灭菌所使用的辐射剂量较大，可以使食品的微生物减少到零或有限个数，到达商业无菌的要求；,,巴氏灭菌所使用的辐射剂量较低，使在食品中检测不出特定的无芽孢的致病菌，在某些食品上也能到达商业无菌的要求利用微波非传导式加热快速杀菌实现食品无菌加工属于现代的加工技术，微波杀菌是利用微波加热和微波非热力生物效应共同完成的微波加热属于一种内加热，依靠微波段电磁波将能量传播到被加热物体的内部，使物料整体同时升温，是直接作用于被加热物体的内部与一般加热杀菌方法相比较，在一定温度条件下，微波杀菌缩短了细菌死亡时间；,,在相同条件下，微波杀菌致死的温度比常规加热杀菌的温度低因此微波杀菌实现食品无菌加工是非常有前途的一种无菌加工方法之一利用超高静压设备在超高静压下进行杀菌灭酶实现食品无菌加工是一种新的非热加工技术，与热力杀菌相比，压力杀菌有着很明显的开展潜力，,,其具独特优点：,,(1)不经加热处理，使高压处理食品能保持原有的营养价值、色泽和天然风味，不产生异臭或毒性因子。
2) 压力能瞬时一致地向食品中心传递，被处理的食品所受压力的变化是同时发生的，均匀的不像加热处理需要时间，样品内部会出现温度梯度，受处理不均匀同时压力处理由于耗时少、循环周期短，且维持压力需要能量较少，所以压力处理还节能3) 蛋白质和淀粉类物质在高压处理时，其物性方面的变化与加热处理后的状态有很大的不同因此超高静压加工技术是实现食品无菌加工的一种新的非加热的整体式无菌加工方法之一结合食品保藏的栅栏技术，使用巴氏温度杀菌的酸性和高酸性食品实现食品无菌加工也是近些年来开展起来的有效方法之一,,如山野菜的保藏，果汁的加工，调味的咸菜等等都可采用栅栏技术配合包装后整体的巴氏杀菌实现食品的无菌加工到达商业无菌，实现较长的希望的货架期当然，食品无菌加工方法很多，尤其是近些年来很多新技术的涌现，为食品的无菌加工增加了很多新的方法,,二、分置式无菌加工,-先杀菌后包装,,分置式无菌加工方式适合于一些液态、高黏度流体或含一定固形物食品和饮料，可以在包装前用高温短时或超高温瞬时杀菌，杀菌时间很短，可以在几分、几秒、甚至几分之一秒钟完成，使食品的质量和耐藏性得到提高食品在无菌条件下包装，之后不再进行杀菌处理。
分置式无菌加工方式的生产工艺为：,,食品原料的加工处理、食品的杀菌，,,同时，包装材料灭菌，,,在无菌环境下进行无菌包装、成为成品，,,即在产品包装前，所有的加工包括食品的前处理，加工，调味，整形，食品的杀菌，包装材料或容器的准备、包装材料或容器的杀菌等都应进行完毕，然后在无菌的环境下进行包装，密封，到达商业无菌的程度，完成无菌加工，到达要求的保质期分置式无菌加工方式必须满足：食品杀菌彻底、包装容器杀菌彻底、包装的环境必须无菌、包装的设备必须无菌分置式无菌加工方式具有很多优点：,,由于分置式无菌杀菌所用时间短，可最大限度地保持食品的天然风味、品质和营养；,,便于自动化、连续化作业，生产效率高；,,可采用多种包装材料、节约与降低包装本钱；,,节约能源等第三节 食品无菌加工技术研究与开展,一、食品无菌加工技术根本情况,,食品无菌加工技术包括传统的和现代的加工技术传统的食品无菌加工技术有着悠久历史，可追溯到1810年罐藏食品的创造与成功，其开展取决于巴斯德揭示了食品由微生物腐败变质的科学原理随着时代的开展，食品无菌加工技术研究不断取得新的成果，为食品无菌加工技术开展开拓更大了领域现代的食品无菌加工技术是与食品的无菌包装技术密不可分的，因此提到食品无菌加工会使人们联想到食品无菌包装技术。
当然食品的无菌加工技术不仅仅是食品的无菌包装技术，如前面所述整体式无菌加工方法往往并不是采用无菌包装技术，当然整体式食品无菌加工存着自身的一些缺欠，有些还有着传统加工方法的烙印所以现代的食品无菌加工技术的开展要和食品无菌包装技术联系起来进入20世纪90年代以来，食品的无菌加工成为食品包装的主要方向，在工艺技术和生产设备方面都有了飞速的进步和开展而且食品无菌加工的产品范围日益扩大，除了牛奶、豆奶、果汁等低黏性液态物料外，还扩展到番茄汁、果酱等黏性物料，以及调味乳、肉酱、汤类等低酸食品物料，甚至固态食品也采用无菌加工技术，进行无菌包装目前，国际上食品无菌包装按用途和容量分两大类：,,一类是食品无菌袋式大包装,,有代表性的是CHERRY-BURRELL公司、SCHOLLECOR公司、ASTPO公司、INTASEPT公司、MAUZINI公司、EIPO公司和BERTUZZI公司生产的产品食品无菌袋式大包装主要用于包装水果和蔬菜的浓缩汁等黏稠物料，其包装容量可达200L，甚至到1000L由于包装袋是由复合膜制成的，很怕锋利物划伤，往往将包装后的大袋装入纸箱、木箱或桶里加以保护这种大袋无菌包装具有保鲜好、便于贮存运输、无需冷藏的优点，一般可在常温下保持9~12个月不变质，风味可保持6~8个月。
另一类是食品无菌小包装,,直接包装饮用品，供市场零售目前主要有袋式、杯式和盒式有代表性的是国际纸业〔INTERNATIONAL PAPER〕、法国ERCA公司、瑞典利乐〔LEALER〕公司、芬兰〔FENPAK〕公司、BOTTLEPAK等公司生产线生产的产品无菌小包装的容量一般在250g以下或1000g以下，放在超市销售十分方便食品无菌加工技术及无菌包装技术的关键技术是杀菌，实现商业无菌食品无菌加工与无菌包装的三要素是：,,食品物料无菌、包装材料或包装容器无菌和包装环境无菌，包括包装设备包装操作环节的无菌现代食品无菌加工技术及无菌包装技术中食品物料杀菌采用包装前瞬时杀菌工艺食品物料杀菌的关键是提高杀菌温度，缩短杀菌时间，实现在不破坏或少破坏物料营养成分的前提下到达商业无菌的目标超高温瞬时杀菌技术得到广泛应用，其它杀菌技术如过热蒸汽杀菌、干热空气杀菌、化学剂杀菌、紫外线杀菌、放射线杀菌、微波杀菌、超高静压杀菌、高电压脉冲电场杀菌等杀菌技术也得到了快速开展二、食品无菌加工技术开展,,食品无菌加工的技术关键,,一个是食品的杀菌,,另一个是食品的无菌包装设备，也包括包装容器目前国内外都在进行着食品杀菌方面，食品无菌包装设备的研究。
1．食品的杀菌,,〔1〕加热杀菌,,加热杀菌有,,巴氏杀菌,,高温杀菌巴氏杀菌适合于酸性和高酸性食品无菌加工中的杀菌而高温杀菌适合所有食品的无菌加工高温杀菌是指100℃以上的加热杀菌方法分为间歇式和连续式两类间歇式杀菌装置主要使用高压釜产生超过100℃的高温，到达杀菌的目的连续式高温杀菌装置设备复杂、本钱高，但其效率高、易控制，有取代间歇式杀菌装置的趋势连续式高温杀菌装置有早期的螺旋摇动式、静水压式、水闸式等外，还有降膜式、滚筒刮板式、热流层式、螺旋泵式，使用较多的是超高温〔UHT〕瞬时杀菌装置配合食品无菌包装的超高温〔UHT〕瞬时杀菌装置在国内外都开展很快超高温〔UHT〕瞬时杀菌装置也有两种形式,,一种是直接加热式，即把过热的蒸汽直接喷入到液态食品中或将食品喷入到过热蒸汽中，到达快速加热的目的；,,另一种是间接加热式，使用管式或板式热交换器将食品加热杀菌间接加热式具有温度控制方便、设备占地小、效率高等特点，目前应用广泛，特别是牛乳的无菌加工中几乎是一统天下热力杀菌是食品无菌加工中目前被广泛使用的方法，虽然杀菌效果好，但却难以保持食品物料的天然风味，因此研究和开发非加热杀菌技术日益引起人们的重视。
〔2〕非加热杀菌,,非加热杀菌是指在常温和冷藏温度下使用物理或化学的方法在不升高温度或很少升高温度的情况下，将食品中的大局部微生物除去或杀死，到达商业无菌的要求的杀菌方法食品非加热杀菌方法很多，有些正在使用，有些正在研究和开发中其中正在使用的有辐射杀菌，紫外线杀菌；,,正在研究和开发中的有高电压脉冲电场食品非加热杀菌，超高静压食品非加热杀菌，脉冲强光非加热杀菌，振荡磁场非加热杀菌等方法2．食品无菌包装设备,,食品无菌包装设备有很多种，主要区别在于操作方式、包装形式、充填系统等目前食品工业上常用的无菌包装设备主要有以下几种类型：,,〔1〕卷材纸盒无菌包装设备，如瑞典的Tetra Pak的L-TBA系列设备；,,〔2〕纸盒预制无菌包装设备，如德国Combibloc的FFS设备；,,〔3〕塑料瓶、玻璃瓶无菌包装设备；,,〔4〕塑料袋无菌包装设备；,,〔5〕大袋无菌包装设备；,,〔6〕塑料杯无菌包装设备；,,〔7〕马口铁罐无菌包装设备3．食品无菌加工过程,,各种食品无菌加工通常有食品的灭菌〔按各自食品商业无菌的要求〕和食品的包装〔无菌包装或其它包装〕当采用传统工艺加工产品时其无菌加工过程如图1-1a〕所示。
当采用现代无菌加工工艺时其无菌加工过程如图1-1b〕所示现代食品无菌加工系统通常由食品超高温瞬时杀菌设备、无菌包装设备和CIP〔原地清洗〕设备组成,,产品在密封的通道内连续加工和包装，整个系统加工和清洗消毒程序以及温度、压力等参数均由微机控制，是高度自动控制的机电一体化系统设备食品无菌加工系统工作时，一般要经过,,食品杀菌设备启动前的清洗和杀菌,,食品输送管道的清洗和杀菌,,无菌包装机包装前的清洗和杀菌,,无菌包装机无菌室的无菌空气的产生和供给,,食品进行商业无菌的杀菌,,食品的无菌输送,,无菌包装机运行过程中包装材料或包装容器的杀菌与清理,,包装容器的成型、密封,,以及包装容器的送出等工作在上述各环节中必须到达无菌的要求，否那么食品的无菌加工将面临失败因此食品的无菌加工是一个系统工程，是比较精密和复杂的，需要有专业技术人员的精心工作才能到达当然，经过几十年科学家和工程技术人员的实践和努力，食品无菌加工技术根本成熟，正在进行新的更有效的加工方法方面的研究和努力，不久的将来会有更加营养、平安、卫生、健康的食品问世。