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PET瓶无菌冷灌装技术剖析
点击次数:2333 发布时间:2018-08-25 返回

PET瓶无菌冷灌装技术剖析  
  
随着PET瓶包装在世界范围的蓬勃发展,果汁和软饮料的灌装正在由热灌装向无菌冷灌装进发。根据市场及消费者对饮料品质的不断追求,热灌装市场的份额将会逐步减少,取而代之的将是前景看好的无菌冷灌装。

无菌冷灌装的技术优势

1、在常温状态下进行灌装,大限度减少饮料的受热时间,产品维生素损失很少,营养更丰富,保持了饮料产品的原汁原味。

2、在不使用防腐剂和其他任何添加剂的情况下,能够让产品有更好的保鲜度,大程度还原水果天然美味及色泽,为消费者提供天然的绿色食品。

3、相较于热灌装,包装材料成本可以减少1/21/3,有利于在市场上的竞争。

4、由于是常温灌装,瓶型不象热灌装瓶那样须防止瓶子受热变形而单调,企业可自由设计瓶型,提升企业的品牌形象,增强市场竞争力。

5、无菌冷灌装对产品的适应范围更广,如混合茶、奶茶、纯奶和含蛋白的饮料都能采用生产,而热灌装却不能。

PET瓶无菌冷灌装设备简介

1PET无菌冷灌装线工艺流程。

正确实现产品的灭菌及灌装设备、灌装环境、空瓶、瓶盖等的无菌处理,是PET瓶无菌冷灌装的关键。整个灌装过程在隔离装置内操作,其无菌技术达到D6(几乎没有微生物存在)。所有接触产品的设备、物品甚至空间都经过严格灭菌。

2、瓶子的消毒。

可根据瓶子的容积或来源采用:用蒸汽雾化消毒剂均匀喷射到瓶子内壁实现瓶子内壁的消毒作用,或采用了浸泡灭菌的方法,即先将空瓶灌满消毒液,经过设定的浸泡时间实现彻底的灭菌。瓶外部采用消毒剂多次喷淋,对瓶子外部的彻底消毒灭菌。

3、通过水、蒸汽、消毒液的优化组合,保证大限度的节约能源。

4、进口的不锈钢管道、管件和卫生泵,美国PALL的过滤器等组成消毒液回收过滤循环利用系统。

瓶盖输送、消毒装置

瓶盖灭菌在无菌灌装中非常重要,采用浸泡方式进行彻底灭菌,通过温度、浓度、时间、液位的合理设定保证盖子的彻底灭菌。瓶盖采用网链式全密封式提升输送,经理盖机把盖定向排列,通过螺旋滑道,采用浸泡和喷淋相结合的方式灭菌,然后用无菌水冲洗,再用无菌空气吹干,经全封闭的输送滑道送到旋盖机,该通道内保持100级洁净度的正压。

消毒、冲瓶、灌装、旋盖三合一机组

采用模块化设计,将消毒机、冲瓶机、灌装机和旋盖机组合成四合一机组,采用隔离罩将台面以上部分全密封,采用符合卫生标准的平台结构。

冲瓶机采用插入式喷嘴,可进行多次无菌水冲洗、沥干,使得残留浓度小于0.1ppm。灌装阀采用非接触式流量计式定量灌装,有效防止二次污染。采用进口灌装阀专用电磁流量计,计量精度高;设置有自动假瓶机构,在CIP清洗和SIP灭菌时自动装上。

旋盖机采用磁悬浮式拧盖头,采用抓盖、上盖方式。封盖前用无菌水冲洗瓶螺口,封盖后用无菌水对瓶外表进行冲洗。

采用持瓶口输送方式,其特点在于灌装两种不同的瓶子时,若瓶径相同,便毋须更换输送的格式,从而减少停机时间。

无菌隔离技术

无菌隔离装置是灌装环境无菌的保证,特别的密封技术保证隔离装置内具有100级的洁净度。其特点是:

1、该装置直接安装于设备上,其围板上直接安装多付隔离手套和隔离传递装置等,可在不破坏无菌环境的情况下,调整生产步骤或排除故障。

2、无菌隔离装置使气动、电动和驱动装置有效的与无菌环境隔离,易于保养而又不影响无菌环境的运作。

3、省却了传统的洁净室,操作人员不必穿特殊的工作服。

4、是小尺寸的无菌室,由于表面积减少,过滤空气量减少,故运行成本减少。

5、隔离装置内为正压,与室外的差压为1020Pa,以保证周围的空气不能进入隔离室。隔离室内各角边设计有利于进行清洗,不留死角。

6、可连续运行4872小时而无须进行环境的消毒灭菌。

灌装设备的外部灭菌(COP)

灌装设备的外部灭菌是保证灌装过程中不会有外部细菌带入产品中。采用进口的以泡沫发生器为主的外部泡沫清洗系统(COP),按相应程序,如无菌水-泡沫消毒-无菌水-碱性消毒-无菌水-碱性消毒-无菌水-酸性消毒-无菌水程序,依一定的时间对灌装阀、拧盖头、星轮组件、设备表面、隔离罩内表面等进行灭菌。

灭菌间隔时间在隔离罩不打开的条件下连续工作4872小时进行一次。

灌装设备的内部与物料接触部分的清洗(CIP)和灭菌(SIP)

灌装设备配置独立CIP就地清洗系统,如果在停止生产数小时后再生产,则必须在停止生产后马上对物料管路、料缸、灌装阀等物料通道进行酸、碱和无菌水清洗(CIP),保证物料通道的洁净。在恢复生产时,首先要对物料通道进行消毒,用无菌水冲洗,然后进行蒸汽杀菌,保证物料通道的无菌环境。

其他辅助系统的灭菌

为了保证产品是在无菌条件下生产,各辅助系统的灭菌也非常重要,防止由于这些系统将细菌带入产品中,如:无菌水管道、无菌空气管道等。
       
       
PET
瓶无菌冷灌装技术理论与实践

  PET瓶无菌冷灌装技术是当今饮料灌装技术中的高科技技术。由于其具有许多其他灌装技术无法替代的优点,所以该技术的应用前景非常广阔,目前已经引起国内外饮料行业极大的关注。国内的饮料机械生产厂家也开始研制国产化的无菌冷灌装饮料机械,美星顺峰集团早在1999年就与乐百氏集团共同研发这一高新课题,并获得了突破性进展,目前已经发展到了第三代。

  PET瓶无菌冷灌装生产线的基本要求。生产线产品的灌装温度为常温,生产线的速度满足客户需求;生产线生产的产品在产品保持期内不会因为微生物污染而出现问题;生产线的操作环境对操作人员的身体健康没有伤害。

  PET瓶无菌冷灌装生产线必须具备的功能。制造一个适合于无菌灌装的无菌环境,并在较长的时间内使得无菌环境得以维持;使包装物和被包装物(即灌装物料)无菌;灌装后的瓶子被良好的密封,该密封不会轻易破坏;生产线内部与外部严格隔离,生产线内部排出的气体应经过处理后再排放。

  美星顺峰集团公司设备实现无菌条件的方法。设备内部无菌环境的建立和维持,在无菌水冲瓶、无菌物料灌装和封盖设备上配置法国LA?CALHENE公司的微生物隔层和100级空气净化系统,根据不同区域的洁净度要求,设置不同的空气正压,即洁净度要求高区域的空气压力大于洁净度要求低的区域,使可能有污染的空气不会进入高洁净度要求的无菌空间。

  包装物的无菌处理。目前用于无菌灌装瓶子的杀菌方法有:喷淋法、喷雾法和灌注法。由于国内厂家较难将瓶子的初始染菌程度控制到较低的指标,所以美星选用杀菌可靠性较高的灌注法对瓶子内部进行灭菌处理,瓶身外部采取喷淋法冲洗杀菌,并在杀菌保持时间上留有充分的余地,可以确保达到商业灭菌要求。

  目前用于无菌灌装的盖子杀菌方法有:喷冲法、喷雾法和紫外线照射法。美星设备选用杀菌可靠性较高的消毒液喷冲法对盖子进行灭菌处理,在杀菌保持时间上也留有充分的余地。

  物料及物料通道的无菌处理。灌装用的物料采用超高温自动瞬时杀菌(简称UHT)设备进行灭菌,该方法既可以有效的对物料进行杀菌,又可以减少物料经过长时间受热,导致产品风味发生变化,是目前通用的效果好的物料灭菌方法,灭菌的效果可以确保达到商业无菌要求。

  流体辅料的无菌处理。冲洗瓶子、盖子用的无菌水采用在线式无菌水自动UHT设备制备,该设备与物料UHT的配置功能相同,可以确保无菌水达到商业无菌要求。设备对无菌条件的保证,无菌灌装设备是美星与上海交通大学机械工程学院机电设计与自动化技术研究所的专家教授共同设计的,经过精心制造而成,该设备的运转平稳、封盖可靠,设备故障率低,自动化程度高(CIPSIP等过程均为自动控制完成),可以避免误操作。

  PET瓶无菌灌装技术的工艺要求

  屈争胜(广东乐百氏食品饮料有限公司)对于灌装间、瓶杀菌间、盖杀菌间采用层流罩保证无菌的空间,各区间需要保证正压,空间温度控制在25℃以下。在开始生产时,需要对以上空间进行处理。采用消毒剂进行空间熏蒸,以达到无菌启动要求,熏蒸结束,由层流罩维持空间无菌状态,其沉降菌和浮游菌达到设计要求。

  无菌灌装的另外重点就是内容物需要达到无菌要求,对于物料,采用UHT进行杀菌,杀菌条件为137℃15s,然后冷却到常温,物料经UHT杀菌后,进入无菌灌装机进行灌装。

  对于无菌灌装的瓶和盖,要求生产后,短的时间使用,同时,在运输和储存过程,尽量减少储存时间,并避免和外界空气的接触。瓶和盖采用消毒剂进行长时间杀菌,灭菌后的瓶和盖,倒掉消毒液,用无菌水冲洗消毒液,再采用无菌空气吹干瓶内和盖内,供灌装机使用。

  为保证设备在启动时达到无菌状态,在启动时,对设备表面用消毒液进行喷雾消毒,设备内部采用高温水进行灭菌,灭菌后的设备,采用无菌水循环运行,对设备进行无菌保护。若进行灌装,则由物料替代无菌水,则可以灌装。

  严格控制无菌环境的人员出入,规定进出无菌区域的人员必须经过淋浴,更换无菌服。所使用的工具经高温杀菌或消毒液浸泡杀菌,方可使用。无菌区控制人员不超过2人。

  设备在运行过程,定期进行消毒液喷雾消毒,对于灌装机,采用消毒液定期进行消毒,确保运行的无菌条件。设备运行24h后,进行CIP清洗,重新对设备无菌启动。

  PET瓶无菌灌装技术,适用于饮料的加工,但在生产过程对设备和人员的要求相对较高,终产品的染菌率要小于万分之五。灌装后产品一周后质检,要达到商业的无菌要求。

  无菌处理和包装技术存在问题和解决方法

  黄福南(中国食品发酵工业科学研究院)我国无菌处理和包装技术方面存在如下主要问题:在设备选型上存在盲目性。目前,国内外无菌处理和包装设备种类繁多,每种类型有一定的适用范围,特别是在无菌性能上存在很大差别。比如,有些设备只能适用于酸性食品,不能用于低酸性食品。设备选型上的盲目性导致了部分进口设备长期闲置,没有发挥应有的作用。为此,在采用无菌处理和包装技术时应根据产品要求对设备进行周密的选型比较,以选用合适的设备。
  要科学合理制定连续杀菌工艺规程。无菌包装多半采用管道连续杀菌,管道连续杀菌工艺规程制定,与传统的罐头食品杀菌规程制定相比差别较大。有些厂家使用的连续杀菌工艺规程的杀菌值很低,有些厂家并不清楚杀菌值是多少,单凭设备厂家推荐的杀菌工艺规程使用,产品质量得不到充分保证。

  政府法规要求。源于食品安全的考虑,许多国家对食品无菌包装颁布了法规要求。如美国有三个法规适用于无菌包装。无菌包装系统可能既要满足FDA法规要求,又要满足美国农业部的法规要求。食品加工者应该决定需要符合哪些法规要求。如,当生产A级巴氏杀菌乳法令(PMO)定义的乳或乳制品时,无菌操作除了需要符合FDA的法规之外,还必须符合PMO的法规要求。第三个法规是美国农业部食品安全检查署(USDA--FSIS)关于畜肉和禽肉无菌包装的法规。所有这些法规对无菌处理和包装提出了明确的规定。例如,设备必须获得法规部门的批准才能使用;对产品的无菌处理规定了低杀菌值的要求,特别是低酸性食品,杀菌工艺规程需要由机构制定;包装材料的杀菌方法需要法规部门批准;无菌包装产品出口美加市场时事先需要向美国FDA申请等。

  目前,我国还没有关于无菌包装的法规,工厂在使用无菌处理和包装技术时也还没有注意有关法规的要求。为了我国无菌包装事业的健康发展,有必要熟悉和理解无菌包装法规,并在使用中尽力满足法规要求。加强无菌处理和包装关键技术的研究,特别是无菌检测技术的研究,在条件许可时,实施对无菌处理和包装设备的检测和认证制度。

  洁净概念在饮料无菌包装中的应用

   洁净概念在无菌生产中的应用已有数十年的历史。随着科技和工艺的进步,目前洁净概念已在饮料厂被广泛应用,从而使饮料产品生产的卫生性及安全性在不断提高。

  空气洁净室根据空气中控制对象分为两类:控制尘埃者称为无尘室(IndustrialClean?Room),通常工业用。控制微生物者称为无菌室(Bio--CleanRoom),在食品工业上应用,即防止微生物污染。在无菌状态下加工及包装,不用防腐剂,以求维持一定时间内食品不会腐败变质,保持新鲜度及原有风味并延长风味时间为目的。

  无菌室的洁净度,一般从100100000级,级数的定义是以每立方英尺空气中所含微尘粒径大于05μm的粒子总数为基准。饮料工厂的空气洁净室,一般级数设计在10000左右,充填包装作业可能严格控制在100,而原料调配,加工及杀菌区建议在100000级。为维持洁净室内正压,一般是排气量较外界进气量少25%左右,无菌室与一般房间的必要压差要求在200Pa,而洁净级数不同的无菌室互相之间要求在6666Pa。无菌风过滤器又称HEPA过滤器,它是过滤器中的超高性能过滤器,对03μm以上空气粒子的捕集效率达99995%以上,除过滤致病菌外,空气中所有微生物几乎可全部滤除而达到过滤。

  无菌加工的饮料包装技术主要应用于可连续输送的流体食品,无菌过程是非常复杂的连续式生产过程,在这过程中任何一项失误或产品的微生物再污染,都会影响整个无菌系统的失败,同时影响整批产品的卫生安全。目前,洁净概念在无菌灌装机安全生产方面有着非常重要的应用。包装系统内必须建立并产生一个无菌洁净环境,使已杀菌产品能在此区域内灌装到无菌的包装容器中,然后密封。目前康美包灌装机能建立一个稳定的100级的洁净环境。从而保证无菌生产。无菌风的产生,使正压的无菌层流空气能达到所需的洁净度。康美包灌装机使用一道过滤网,两个HEPA精密过滤网,充分保证了无菌层流空气。同时在生产之前会对过滤网进行杀菌,从而保证无菌风的有效。

  无菌灌装系统建立后必须能有效的保障,由正压的层流无菌空气维持灌装机的无菌状态。目前康美包灌装机能使无菌系统连续生产20h。要有必要的安全措施,防止洁净度的破坏。GMP食品卫生操作规范,HACCP的控制手段是洁净概念有效执行的基础。特别生产现场的卫生及洁净状态会影响无菌环境,影响产品的安全性。


传统PET灌装与无菌冷灌装技术比较

  虽然PET无菌冷灌装发展时间不长,但世界几大饮料及酿造设备生产商已具有比较成熟的无菌冷灌装工艺。灌装工艺比较。传统的热灌装可以分为两种,一种是高温热灌装,一种是中温灌装后再将产品升温到65℃~75℃进行巴氏杀菌。这两种方式无需对产品、瓶子和盖子进行单独灭菌,只需将产品在高温下保持足够长的时间即可对瓶子和盖子进行杀菌。无菌冷灌装首先需要将产品、瓶子、盖子分别进行杀菌,然后再无菌环境下进行灌装,直至完全密封后才能离开无菌环境。

  从两者工艺流程图对比来看,大的区别就是饮料受热时间不同。众所周知,热处理时间越长,对饮料的品质和口感影响越大。无菌冷灌装采用UHT超高温瞬时杀菌,对物料的热处理时间不超过30秒,并且在高温情况下完全可以保证杀菌效果,而热灌装采用的杀菌方式使物料长时间处在高温状态下,严重影响产品口感、色泽以及热敏性营养素(如维生素)含量。

  此外,从生产线配置上来看,当灌装机出现故障停机肘,采用热灌装方式处理的物料有-部分回流会延长受热时间,这样会严重影响整批产品的质量,而无菌冷灌装不会有此现象发生,物料经过瞬时杀菌后已经降到室温,置于无菌罐内不会影响其品质。

  所使用PET瓶的比较。从上面的灌装工艺可以看出,两种灌装方式对PET瓶的要求是不同的。热灌装工艺要求PET瓶能够承受85℃~92℃的高温且不变,这就要求增大PET材料的结晶度,同时在吹瓶时要限制诱导应力的产生。其使用的PET瓶就有以下特点:瓶壁厚,有明确的瓶壁肋骨防止热收缩;要求有结晶瓶口等,大大限制了瓶型设计的自由度。无菌冷灌装可以使用轻质瓶(高耐热温度60℃)和标准盖,这样大大降低了瓶子和盖子的成本,还可以自由的选择设计瓶型。

  无菌冷灌装工艺技术特点

  热灌装工艺中,饮料在高温下保持较长时间,-般细菌和微生物都会被杀灭,并且还要添加防腐剂,这样饮料安全性比较高。那么,无菌冷灌装是如何保证饮料安全性呢?主要是无菌环境的建立和保障。与热灌装相比,无菌冷灌装对物料杀菌是采用UHT超高温瞬时杀菌,物料受热时间短,营养成分损失很少,品质和口感也没有明显变化。新的无菌冷灌装工艺可以配合巴氏杀菌进行冷链生产,这样对于物料的营养成分造成的损失就更低,并且在冷链的条件下,产品的安全性完全可以得到保障。

  包装材料的灭菌,是无菌冷灌装生产工艺中关键的一步。由于PET材料的不耐热性,只能采用化学试剂进行灭菌,要保证瓶子和盖子得到有效的灭菌,且不能让化学试剂影响到物料,无菌灌装采取了以下措施:要求初吹制的瓶子原始菌落数不超过5cf/瓶;输送瓶子采用无菌空气,要有空气输送带;瓶子内部采用过乙酸类消毒剂(PAA)进行杀菌,可以达到很高的杀菌效果(7log);同时对瓶子外部进行消毒剂灭菌;消毒剂有自动回收和浓度测定系统,保证消毒剂浓度稳定;用无菌水将瓶中残留的消毒剂冲洗干净,再用无菌空气吹干,保证残留消毒剂不会对物料产生影响;瓶盖一般采用消毒剂浸泡式灭菌,通过控制浸泡时间可以很好的保证灭菌效果。

  无菌冷灌装的主体设备要求符合卫生级设计,主要在管道和阀门技术、材料表面的刨光、重要区域的表面设计、选择抗腐蚀材料等几方面具有优势,还带有完整的全自动清洗(CIP)系统、杀菌(SIP)系统以及设备外部泡沫清洗系统(COP),另外,无菌冷灌装机都设计有自己独特的无菌灌装阀,所有这些措施保证设备方面不会给物料二次污染。

  由于冷灌装后PET瓶不会收缩,这样物料和瓶盖之间会有-部分空气,其中的氧会在存放过程中缓慢氧化物料,从而导致饮料变质。所以,无菌冷灌装设备会添加一套氮气(或其他惰性气体)置换系统,将顶部的空气吹走,保证物料不被氧化。

  无菌空间环境的保持,一般采用净化间隔离措施。主体灌装机设计为D100级空气净化间,外面还有万级净化间(有些无菌灌装设备并不需要),通过净化间的过滤系统保证灌装环境内空气洁净度,使物料不会被空气中悬浮的微生物二次污染。

  对于中性饮料无法用热灌装工艺进行生产,由于其采用倒瓶方式对瓶盖进行杀菌,高酸饮料还可以抑制微生物增长,而中性饮料则无法保证产品安全性,产品不良率很高。如果用热灌装工艺生产中性茶饮料,就必须添加防腐剂。对于无菌冷灌装,由于是在无菌条件下进行灌装,其工艺适应惭艮强,能够生产的产品类型非常广泛,包括中性茶饮品、乳饮料以及其他各种饮料,只需对前处理设备进行调整既可改变产品类型。

  操作人员因素,在整个环境体系中,操作人员是大的污染源,设计空气净化间在净化空气的同时,还很好地降低了人员带来的污染;操作人员在进入万级净化间时,要经过喷淋杀菌;百级净化间设计的小而实用,可以使操作人员不破坏其无菌环境进行操作;净化设备的内表面可以进行自动清洗和消毒。

  管理因素。饮料无菌冷罐装技术含量很高,需要有高水平的技术人员和高素质的管理人员进行统一管理,一般都应用HACCP管理体系。所有管理都要形成文件制度,并有专人负责执行。只有做到规范化的管理;才能真正保证无菌冷灌装饮料的安全性。

  原材料和生产线成本比较

  两种灌装方式生产线投入成本上有很大差别,无菌冷灌装使用的吹瓶机肷瓶速度快,耗电少,而热灌装吹瓶机吹瓶速度比较慢,耗电量很大,在同样生产能力的情况下,投资比冷灌装吹瓶帆高很多(不包括瓶坯设备)。无菌冷灌装工艺过程复杂,灌装辅助设备比较多。整体比较,一条无菌灌装生产线的初期投资要高于热灌装生产线。

  原材料成本方面,主要是两种瓶的质量差别很大,节省原材料以降低成本,由于热灌装PET瓶口的特殊要求,两种瓶盖重量也不相同。

  从操作成本来讲,无菌冷灌装多-项杀菌液消耗,但总的成本还是低很多,而且生产线速度越快,产量越高,其生产成本越低。

  通过比较,可以看出无菌冷灌装初期投资比较大,但由于无菌冷灌装原料成本和操作成本比较低,所以会很快收回高出部分的投资。随着设备使用时间的延长,无菌冷灌装的低成本优势就可以明显表现出来。

  结论

  传统饮料热灌装技术和无菌冷灌装技术现在都已被广泛采用,技术各有优点,传统热灌装工艺成熟,产品风险性小,操作比较简单,对员工的技能要求不是很高,但其在饮料保鲜方面的缺点则无法彻底解决。无菌冷灌装技术工艺要求复杂,产品也具有一定的风险性,但是其产品在饮料营养与保鲜方面,具有热灌装无法比拟的优势,在未来的市场发展中有着非常广阔的前景。应该看到,随着现代灌装技术日趋完善,无菌冷灌装将会逐步替代热灌装成为饮料包装主要方式。

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