ESL技术在PET瓶饮料热灌装生产中的应用

作者：孙奇 张国宏

欢迎访问e展厅 展厅 4 饮料机械展厅 灌装机, 饮料生产线, 真空脱气罐, 矿泉水设备, 饮料混合机, ... ESL（Extended Shelf Life）技术是指利用现代化的食品保鲜技术，在最大程度保存产品新鲜度的条件下，减少产品的细菌含量、变质几率及延长产品保质期的生产技术。生产ESL产品的技术早在1960年就已经在北美存在了，当时主要用于生产流通速度缓慢的产品，如搅拌奶油和咖啡奶油。现在此技术已经扩展到其它高附加值产品以及常规饮用品领域。以当前受到广泛关注的ESL奶的生产加工技术为例，ESL技术包括从牛场卫生、原奶的质量控制、杀菌工艺、ESL灌装加工方法、加工关键点控制、加工设备和成品储运配送等一系列环节严格执行微生物栅栏控制技术，以达到保持产品的新鲜度及提高微生物水平的安全性，延长产品保质期的目的。 改善产品的杀菌条件和提高灌装设备的卫生等级是ESL技术中极为重要的环节。其中ESL灌装技术，又称为超洁净灌装技术，是依据微生物栅栏技术的原理和HACCP质量控制理论，利用洁净的灌装设备，在洁净的充填环境下，将杀菌合格的物料充填到洁净的包材中，从而达到延长产品保质期的目的。ESL灌装技术不仅在ESL奶的生产中得以应用，近年来在PET瓶饮料热灌装生产中也逐步得以推广，从而使PET瓶热灌装技术的应用范围不断得以拓展和延伸。 在PET瓶ESL热灌装技术中，需要重点考虑包装材料（瓶和盖）的消毒、灌装空间的净化、灌装设备外部的清洁和消毒、物料灌装通道的清洗和消毒以及操作过程中相关人员污染控制等诸多技术环节。 1. 包装材料的消毒 在PET瓶热灌装生产中，与物料直接接触的包装材料主要为PET瓶及瓶盖。PET空瓶在刚吹制出来时，其所带菌落数较少，但由于吹制出的空瓶自身带有静电，极易吸附空气中的灰尘，而灰尘又是微生物的良好载体，因此空瓶在储存过程中会受到微生物的污染，其污染程度和PET的包装方式及储瓶环境有关。用于ESL热灌装的PET瓶和瓶盖需要选择合理的包装方式并严格控制包装材料的储运条件。同时，在生产使用前必须经过消毒处理。在工艺设计中，需要根据包装材料初始的微生物污染程度来确定消毒剂品种的选择、消毒剂使用的工艺条件和消毒方式。 在PET瓶ESL热灌装生产线中，空瓶的消毒方式主要有消毒液灌注法和喷冲法。空盖的消毒方式主要有连续喷冲法和浸泡法。在生产线的设计中，需要根据所选用消毒剂的杀菌强度、消毒剂的腐蚀性和对人员的刺激性、生产线的运行速度和稳定性要求以及生产企业的质量品控水平，正确选择合理的包材消毒方式。 用于PET瓶ESL热灌装生产中包材消毒的常用消毒剂主要有次氯酸、二氧化氯、过氧乙酸和复合型消毒剂。一般来讲，在低速生产线中，采用灌注消毒法一般可维持较长的消毒液作用时间，因此可选用杀菌能力偏弱的消毒剂。而在中、高速生产线中，为了保证设备运行可靠，一般采用喷冲消毒法，同时，为了减少设备投资成本，要求消毒液喷冲的作用时间越短越好，因此要选用杀菌能力强的消毒剂。 在消毒剂品种的选择上，除了重点考虑消毒剂对于微生物的广谱杀菌特性及杀菌强度外，消毒剂对设备的腐蚀、对操作人员的伤害以及消毒剂在包材中的残留也是需要重点考虑的因素。如目前常用的二氧化氯，具有强烈的刺激性，接触后会引起咳嗽、喷嚏、气急、胸闷以及流涕、流泪等症状，如吸入浓度高时还可发生肺水肿。据文献报道，当空气中的ClO2的含量超过3mg/ m3时即可对人体健康产生影响，达到14mg/ m3时人可明显感到不适。在PET瓶ESL热灌装生产线中，如选用ClO2对包材进行消毒，会不可避免地因ClO2泄漏导致生产车间空气中含有一定量的ClO2，因此在设备的设计中，首先要提高空瓶消毒区的设备密封性，尽量减少ClO2的外泄；其次需要增设操作工人呼吸系统的保护装置；再次要监测车间空气中ClO2的浓度。表2为国外空气中ClO2的排放限值，我国目前尚未制订出空气中ClO2的排放标准。 对于所选用消毒剂的工艺使用条件（如温度、浓度和时间），在生产使用前，应参照《消毒技术规范》－消毒剂对物体表面模拟现场和现场消毒鉴定试验中规定的方法进行消毒液消毒效果的验证试验，以验证工艺条件在包材消毒设备上的合理性和可靠性。 2. 灌装空间的空气净化 在PET瓶ESL热灌装工艺中，为了防止空气中的微生物对灌装半成品的二次污染，在生产线的灌装区域必须设置空气净化系统。 空气净化系统可分为以无生命微粒为对象控制的工业洁净室和以有生命微粒(细菌)与无生命微粒(尘埃)为控制对象的生物洁净室。PET瓶ESL热灌装工艺要求生产线灌装区域的净化采用生物洁净室，微生物的静态控制等级要达到国家规定的百级净化标准 与主要控制灰尘的洁净室所不同的是，生物洁净室的主要目的是控制微生物。空气中活微生物大多依附尘埃粒子而形成生物活性粒子。在PET瓶ESL热灌装生产线的生物洁净系统中，首先要通过HEPA高效过滤器过滤尘埃的方式除去空气中附着在尘埃表面上的微生物，但由于HEPA仅为物理性的除菌方法，在洁净系统的墙壁、顶棚及设备表面容易积存细菌，要达到生物洁净室的技术要求，还需要在洁净系统的设计中采用消毒方法来杀灭洁净室中的微生物。其实施过程主要由以下几种方式协同作用来完成： （1） 在生产准备期，定期采用药物熏蒸方式对灌装区域进行消毒处理； （2） 在生产前，利用COP和SOP操作对设备表面进行清洗和消毒； （3） 在生产前及生产过程中，采用臭氧消毒方式；即利用HVAC系统的循环风作为臭氧的载体，由HVAC系统中净化风机产生的循环风将臭氧扩散至所控制的整个洁净区域，并且使空气中臭氧的浓度均匀，对HVAC系统起到杀灭杂菌和霉菌的效果。实践发现，该消毒灭菌方式还能对高效过滤器起到溶菌疏导作用，延长其使用寿命。 （4） 灌装区域设置有自动消毒液气溶胶喷雾熏蒸系统，可自动定期对灌装空间及其设备表面进行消毒。 在PET瓶ESL热灌装空气洁净系统中，与常见的热灌装净化方式有所区别，其采用灌装区域和操作区域彼此独立的净化风循环系统，这种净化方式具有如下优点： （1） 可防止消毒液的气味挥发到灌装操作区，改善操作人员的工作环境； （2） 可减少灌装操作区人员活动对灌装区域的污染； （3） 可明显提高动态下灌装区域的净化等级。 3. 灌装区内灌装设备外部的清洁和消毒 在PET瓶ESL热灌装过程中，由设备表面微生物的繁殖而造成灌装环节的二次污染是一个渐进的过程，由于设备表面或环境清洗不彻底，或者在生产过程中物料洒溅到设备表面，会使部分营养物质富集并导致部分微生物得以生存和繁殖，当微生物繁衍到一定程度后会形成“生物膜”，在生物膜保护下，各类杂菌飞速繁殖。一旦条件许可，就会破坏灌装洁净区内的卫生净化程度。因此在PET瓶ESL热灌装生产线中，为了保证灌装环境的洁净程度，需要通过COP（Cleaning-Out-Of-Place）泡沫清洗方式和SOP（Sterilization -Out-Of-Place）消毒方式来实现净化隔离区内设备外表面的清洗和消毒。 COP泡沫清洗的方法是将泡沫母液按比例添加到高压水中，溶液在混合器内被压缩空气充分混合后使其发泡，然后将发泡后的清洗液通过专用的COP装置喷洒在被洗物的表面，清洗液与污垢保持充分的接触时间（通常l0分钟～15分钟）后，再用高压水洗涮便可将处于极易剥离状态的污垢很容易地除去。这种方法只需用少量的洗涤剂就能达到很好的清洗效果。另外，通过调节混入空气的比率可以调节泡沫的软硬度，从而使得泡沫在垂直面上具有较强的附着性。 COP泡沫清洗与SOP消毒相比具有得天独厚的优点，具体表现为： （1） 大大节约了人力及清洗消毒用的化学品用量； （2） 能在较短的清洗工作时间内完成大面积的清洁工作； （3） 由于泡沫有一定的附着性，使化学品接触被处理表面时间相对较长； （4） 由于泡沫有一定的流动性，使清洗剂或消毒剂能渗透到非常光滑的缝隙或凹槽内，防止卫生死角。 泡沫清洗装置有同定式和移动轻便式两种，对于大规模生产的工厂，适合选用固定式集中控制的装置，小规模工厂以及小的清洗对象适合选用移动轻便式装置。 作为泡沫清洁和消毒的化学品主要有碱性泡沫剂、酸性泡沫剂和消毒型泡沫剂。利用自动泡沫清洗设备，可以完成“水冲洗→碱性泡沫→水冲洗→酸性泡沫→水冲洗→消毒泡沫→水冲洗”七步法以及“水冲洗→碱（酸）性泡沫→水冲洗→消毒泡沫→水冲洗”五步法等多种模式的清洗和消毒程序，以达到灌注区内灌装设备外表面的清洗和消毒的目的。同时，通过与灌装空间的空气净化系统协同作用，来保证灌装区域的洁净度。 4. 物料灌装通道的清洗和消毒 物料杀菌机与灌装机之间的物流灌装通道是对杀菌合格的产品造成微生物二次污染的主要原因之一，保持物流灌装通道的洁净是PET瓶ESL热灌装技术中至关重要的环节之一。因此，在设计、安装和生产使用过程中，需要对物料灌装通道进行重点考虑。设计时要考虑在物料灌装通道上避免使用非无菌类阀门，同时物料杀菌机与灌装机之间应采用直联方式，避免在热灌装生产线中常用的物料高位罐中存在的不可避免的卫生死角而造成的二次污染；在生产线的安装过程中，物料杀菌机与灌装机之间的物料通道应考虑能充分清洗和消毒，避免卫生死角。采用的不锈钢管道内外壁应作抛光处理(卫生管，内抛光Ra≤0.4mm，外抛光Ra≤1.6mm)，管道之间的连接尽量采用焊接方式，减少采用卡式或圆螺母快装方式的连接，因为管道中每加入一个密封圈，从某种意义上等于在内壁上增加了两道细缝，容易造成杂质的滞留和微生物的滋长。管道的焊接要采用惰性气体保护焊，焊接后的管道要经过严格的脱脂、酸洗和钝化处理；在生产前，物料杀菌机与灌装机之间的物流灌装通道必须经过严格的CIP（Cleaning-In-Place）和SIP（Sterilization-In-Place）操作，为此，在PET瓶ESL热灌装生产线中，需要配备用于物料杀菌设备和灌装机清洗的专业CIP装置，同时，根据灌装机灌注阀门的不同形式以及灌装产品的不同性质，需要采用消毒剂法SIP、食品级蒸汽法SIP或热水法SIP对物流通道进行有效的消毒操作。 5. 操作过程中相关人员污染的控制 在PET瓶ESL热灌装生产中，防止来自操作人员的二次污染是十分重要的环节，为此，需要加强操作人员的微生物防控意识。同时，建立维修操作过程中意外人为污染的应急消毒措施，建立合理的HACCP质量控制体系，降低生产过程中污染的风险性。 近年来，ESL灌装技术在PET瓶热灌装生产中已经得到了一定程度的应用。例如，在PH≤4.5的果汁饮料和运行饮料PET瓶热灌装生产中，通过应用ESL灌装技术，可将热灌装工艺中的充填温度由83℃～95℃降低至65℃～70℃，在不添加防腐剂的前提下，使采用非耐热PET瓶生产的饮料卫生指标达到了耐热PET瓶装饮料的卫生技术指标及国家有关标准要求。ESL灌装技术在乳酸饮料PET瓶热灌装生产线中的应用，可以使产品在常温状态下达到储存的目的。此外，ESL灌装技术在PH>4.5的中性饮品如绿茶、大麦茶、玉米汁等产品的热灌装生产中的应用成功，也扩大了PET瓶热灌装的应用范围。相信随着PET瓶ESL热灌装工艺及装备的不断完善和提高，ESL灌装技术在PET瓶热灌装领域的应用将会变得愈来愈广泛。 孙奇 张国宏 作者单位：中国商业科技质量中心 江苏新美星包装机械有限公司 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/18/2007)