PET瓶裝飲料自問(wèn)世以來(lái)，由于其美觀(guān)、輕便、可回收的特點(diǎn)，已得到廣大消費者的普遍認可，目前在歐美及世界各地的發(fā)展勢頭非常迅猛。在我國，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(cháng)。據專(zhuān)家預計，到2005年，我國PET瓶裝飲料總量將會(huì )達到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，匯源集團成功引進(jìn)中國第一條PET無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)，開(kāi)創(chuàng )了中國飲料制造行業(yè)的新局面。
一.PET瓶的突出優(yōu)勢
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(cháng)速度是最快的。其突出優(yōu)點(diǎn)表現為：
透明——消費者可以直觀(guān)看到內容物；
瓶型設計自由，形式多樣；
有韌性，耐沖擊強度比較高；
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FDA認證的安全食品包裝材料。
二.無(wú)菌冷灌裝理論基礎
無(wú)菌包裝技術(shù)誕生于二十世紀三十年代，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)，現在PET無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)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)程達到無(wú)菌要求。
無(wú)菌冷灌裝是指在無(wú)菌條件下對飲料產(chǎn)品進(jìn)行冷（常溫）灌裝，這是相對于通常采用在一般條件下進(jìn)行的高溫熱灌裝方式而言的。在無(wú)菌條件下灌裝時(shí)，設備上可能會(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(mǎn)足長(cháng)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微生物控制在允許范圍內（即商業(yè)無(wú)菌），為了保證無(wú)菌冷灌裝的成功，生產(chǎn)線(xiàn)必須滿(mǎn)足以下基本要求：
產(chǎn)品經(jīng)過(guò)超高溫瞬時(shí)殺菌達到無(wú)菌狀態(tài)；
包裝材料和密封容器要無(wú)菌；
灌裝設備達到無(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、監測、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(cháng)，但世界幾大著(zhù)名飲料設備生產(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比較。
1．灌裝工藝比較：
熱灌裝一般分為兩種，一種是高溫熱灌裝，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)需對瓶子和蓋子進(jìn)行單獨滅菌，只需將產(chǎn)品在高溫下保持足夠長(cháng)的時(shí)間即可達到殺菌效果。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，灌裝設備和灌裝區也都經(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
從工藝流程對比來(lái)看，兩者最大區別在于飲料受熱時(shí)間不同。大家知道，熱處理時(shí)間越長(cháng)，對飲料品質(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(cháng)時(shí)間處在高溫狀態(tài)下，嚴重影響產(chǎn)品口感、色澤以及熱敏性營(yíng)養素（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)境本身對微生物具有抑制作用，對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，其工藝適應性很強，能夠生產(chǎn)的產(chǎn)品類(lèi)型非常廣泛，包括中性茶飲品、乳飲料以及其他各種飲料，只需對前處理設備進(jìn)行適當調整既可。
2．兩種PET瓶比較
兩種灌裝方式對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材料的結晶度，在吹瓶時(shí)限制誘導應力的產(chǎn)生。具體有以下特點(diǎn)：瓶壁厚，需要高晶體化程度增強熱穩定性；有明確的瓶壁肋骨防止熱收縮；要求有結晶瓶口等，大大限制了瓶型設計的自由度。
無(wú)菌冷灌裝可以使用標準PET輕質(zhì)瓶（最高耐熱溫度60℃）和標準蓋，大幅度降低了包材成本，還可根據產(chǎn)品特性自由設計瓶型，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 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 特殊結晶瓶頸 標準瓶頸
材料拉伸率 要求高 標準
瓶型設計 帶熱嵌板的特殊瓶型 可用戶(hù)化的瓶型設計
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 標準蓋
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(mǎn)足的基本要求包括以下五個(gè)方面：
（1）無(wú)菌冷灌裝對物料殺菌只采用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是不同殺菌方法對牛奶營(yíng)養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。由于標準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(lèi)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)回收和濃度測定系統，保證消毒劑濃度穩定；
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)菌冷灌裝主體設備要求符合衛生級設計，主要在管道和閥門(mén)技術(shù)、材料表面刨光、重要區域表面設計、選擇抗腐蝕材料等幾方面具有優(yōu)勢，還帶有完整的全自動(dòng)清洗（CIP）系統、殺菌（SIP）系統以及設備外部泡沫清洗系統（COP），另外，無(wú)菌冷灌裝機均采用獨特的無(wú)菌灌裝閥，所有這些措施保證設備方面不會(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，從而導致飲料變質(zhì)。所以，無(wú)菌冷灌裝設備會(huì )添加一套氮氣（或其他惰性氣體）置換系統，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 標準輕質(zhì)瓶，透氧性高
（4）PET無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)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藥行業(yè)發(fā)展而來(lái)的，技術(shù)等級有統一標準，在美國使用聯(lián)邦標準209E�？諝鈨艋g根據空氣中控制對象可分為兩種：① 控制塵埃者稱(chēng)為無(wú)塵室（Industrial Clean Room）；② 控制微生物者稱(chēng)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區域要求設計為D100級無(wú)菌間，外面還有萬(wàn)級凈化間（有些無(wú)菌灌裝設備并不需要），通過(guò)凈化間的無(wú)菌風(fēng)過(guò)濾系統保證灌裝環(huán)境內空氣潔凈度，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，設計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)級凈化間時(shí)，要經(jīng)過(guò)噴淋殺菌；百級凈化間設計的小而實(shí)用，可以使操作人員不破壞其無(wú)菌環(huán)境進(jìn)行操作；凈化設備的內表面可以進(jìn)行自動(dòng)清洗和消毒。
（5）無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)關(guān)鍵控制點(diǎn)的建立、監測、記錄和控制
PET無(wú)菌冷灌裝線(xiàn)是非常復雜的連續式生產(chǎn)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，任何一項操作失誤或產(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)完善的監測控制體系是無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)成功運轉的關(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，從而預防不合格產(chǎn)品生產(chǎn)的具有高度邏輯性和評價(jià)系統的管理方法。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）、建立監測各控制點(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(xiàn)工藝過(guò)程復雜，無(wú)菌環(huán)境的控制要求非常嚴格。只有嚴格按照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(xiàn)成本比較
兩種灌裝方式在生產(chǎn)線(xiàn)投入上有明顯差別，無(wú)菌冷灌裝使用的吹瓶機吹瓶速度快，耗電少；而熱灌裝吹瓶機吹瓶速度比較慢，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要高。在灌裝線(xiàn)部分，無(wú)菌冷灌裝工藝過(guò)程復雜，灌裝輔助設備比較多。整體比較，一條無(wú)菌灌裝線(xiàn)初期投資要高于同樣產(chǎn)能的熱灌裝線(xiàn)。
原材料成本方面，無(wú)菌冷灌裝采用的標準瓶、蓋要輕很多，通過(guò)節約原材料以降低成本。從操作成本來(lái)講，無(wú)菌冷灌裝多一項殺菌液消耗，在設備折舊方面費用也比較高，但總的成本還是低很多，而且無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)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
設備折舊 898 1684
其它消耗 5406 3944
合 計 19840 15888
每瓶成本 0.5511元/瓶 0.4413元/瓶
備注 比熱灌裝節省0.1098元/瓶
無(wú)菌冷灌裝生產(chǎn)線(xiàn)初期投資比較大，但包材成本和操作成本比較低，隨著(zhù)設備使用時(shí)間的延長(cháng)，無(wú)菌冷灌裝的低成本優(yōu)勢會(huì )明顯表現出來(lái)。
四．結論
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。原材料的節省、能源消耗的節省以及人員的節省使得無(wú)菌冷灌裝產(chǎn)品的低成本優(yōu)勢可以在短時(shí)間內顯現出來(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)工藝要求復雜，生產(chǎn)過(guò)程仍具有一定的風(fēng)險性。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(zhù)現代灌裝技術(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。
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