ESL灌裝技術(shù)在PET瓶飲料熱灌裝生產(chǎn)中的應用
ESL（Extended shelf life）技術(shù)是指利用現代化的食品保鮮技術(shù)，在最大程度保存產(chǎn)品新鮮度的條件下，減少產(chǎn)品的細菌含量，減少產(chǎn)品變質(zhì)幾率以及延長(cháng)產(chǎn)品保質(zhì)期的生產(chǎn)技術(shù)。生產(chǎn)ESL產(chǎn)品的技術(shù)早在1960年在北美就已經(jīng)存在了，當時(shí)主要用于生產(chǎn)流通速度緩慢的產(chǎn)品，如攪拌奶油和咖啡奶油�，F在此技術(shù)已經(jīng)擴展到其它高附加值產(chǎn)品以及常規飲用品領(lǐng)域。以當前受到廣泛關(guān)注的ESL奶的生產(chǎn)加工技術(shù)為例，ESL技術(shù)包括從牛場(chǎng)衛生、原奶的質(zhì)量控制、殺菌工藝、ESL灌裝加工方法、加工關(guān)鍵點(diǎn)控制、加工設備和成品儲運配送等一系列環(huán)節嚴格執行微生物柵欄控制技術(shù)，以達到保持產(chǎn)品的新鮮度及提高微生物水平的安全性，延長(cháng)產(chǎn)品的保質(zhì)期的目的。
改善產(chǎn)品的殺菌條件和提高灌裝設備的衛生等級是ESL技術(shù)中極為重要的生產(chǎn)環(huán)節。其中ESL灌裝技術(shù)，又稱(chēng)為超潔凈灌裝（Ultra-Clean Filling）技術(shù)，是依據微生物柵欄技術(shù)的原理和HACCP質(zhì)量控制理論，利用潔凈的灌裝設備，在潔凈的充填環(huán)境下，將殺菌合格的物料充填到潔凈的包材中，從而達到延長(cháng)產(chǎn)品的保質(zhì)期的目的。ESL灌裝技術(shù)不僅在ESL奶的生產(chǎn)中得以應用，而且，近年來(lái)在PET瓶飲料熱灌裝生產(chǎn)中也逐步得以應用，從而使得PET瓶熱灌裝技術(shù)的應用范圍不斷得以拓展和延伸。
在PET瓶ESL熱灌裝技術(shù)中，需要重點(diǎn)考慮包裝材料（瓶和蓋）的消毒、灌裝空間的凈化、灌裝設備外部的清潔和消毒、物料灌裝通道的清洗和消毒、以及操作過(guò)程中相關(guān)人員污染控制等諸多技術(shù)環(huán)節。
1、 包裝材料的消毒
在PET瓶熱灌裝生產(chǎn)中，與物料直接接觸的包裝材料主要為PET瓶及瓶蓋。PET空瓶在剛吹制出來(lái)時(shí)，其所帶菌落數較少，但由于吹制出的空瓶自身帶有靜電，其極易吸附空氣中的灰塵，而灰塵又是微生物的良好載體，因此空瓶在儲存過(guò)程中會(huì )受到微生物的污染，其污染程度和PET的包裝方式及儲瓶的環(huán)境有關(guān)[[1]]。用于ESL熱灌裝的PET瓶和瓶蓋需要選擇合理的包裝方式并嚴格控制包裝材料的儲運條件，同時(shí)，在生產(chǎn)使用前必須經(jīng)過(guò)消毒處理。在工藝設計中，需要根據包裝材料初始的微生物污染程度來(lái)確定消毒劑品種的選擇、消毒劑使用的工藝條件和消毒方式的選擇。
在PET瓶ESL熱灌裝生產(chǎn)線(xiàn)中，空瓶的消毒方式主要有消毒液灌注法和噴沖法�？丈w的消毒方式主要有連續噴沖法和浸泡法。在生產(chǎn)線(xiàn)的設計中，需要根據所選用消毒劑的殺菌強度、消毒劑的腐蝕性和對人員的刺激性、生產(chǎn)線(xiàn)的運行速度和穩定性要求以及生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量品控水平選擇合理的包材消毒方式。
用于PET瓶ESL熱灌裝生產(chǎn)中的包材消毒的常用消毒劑主要有次氯酸、二氧化氯、過(guò)氧乙酸和復合型消毒劑[[2]]。一般來(lái)講，在低速生產(chǎn)線(xiàn)中，采用灌注消毒法一般可維持較長(cháng)的消毒液作用時(shí)間，因此可選用殺菌能力偏弱的消毒劑。而在中、高速生產(chǎn)線(xiàn)中，為了保證設備運行的可靠性，一般要采用消毒液的噴沖法，同時(shí)，為了減少設備投資成本，工藝上要求消毒液的噴沖、作用時(shí)間要越短越好，因此在選用消毒劑時(shí)，要選用殺菌能力強的消毒劑。
在消毒劑品種的選擇上，除了重點(diǎn)考慮消毒劑對于微生物的廣譜殺菌特性及殺菌強度外，消毒劑對設備的腐蝕、消毒劑對操作人員的傷害以及消毒劑在包材中的殘留也是重點(diǎn)需要考慮的因素。如目前常用的二氧化氯，其具有強烈刺激性，接觸后引起咳嗽、噴嚏、氣急、胸悶以及流涕、流淚等刺激癥狀，吸入高濃度還可發(fā)生肺水腫。據文獻報道，當空氣中的ClO2的含量超過(guò)3mg/m3對人體是有害的，[本文來(lái)源于中華包裝瓶網(wǎng)]達到14mg/m3時(shí)就能被人察覺(jué)。我國規定二氧化氯的時(shí)間加權平均容許濃度為0.3mg/m3，短時(shí)間接觸容許濃度為0.8mg/m3[[3]]。在PET瓶ESL熱灌裝生產(chǎn)線(xiàn)中，如選用ClO2對包材進(jìn)行消毒時(shí)，不可避免的因ClO2的泄漏而導致生產(chǎn)車(chē)間空氣中含有一定量的ClO2，因此在設備的設計中，首先要提高空瓶消毒區的設備密封性，盡量減少ClO2的外泄；其二需要增設操作工人的呼吸系統的保護裝置；其三要監測車(chē)間空氣中ClO2的濃度，排除泄漏就十分必要的措施。
對于所選用的消毒劑的工藝使用條件（如溫度、濃度和時(shí)間），在生產(chǎn)使用前，應參照《消毒技術(shù)規范》－消毒劑對物體表面模擬現場(chǎng)和現場(chǎng)消毒鑒定試驗中規定的方法進(jìn)行消毒液消毒效果的驗證試驗，以驗證工藝條件在包材消毒設備上的合理性和可靠性。
2、 灌裝空間的空氣凈化
在PET瓶ESL熱灌裝工藝中，為了防止空氣中的微生物對灌裝半成品的二次污染，在生產(chǎn)線(xiàn)的灌裝區域設置空氣凈化系統是不可缺少的措施。
空氣凈化系統可分為以無(wú)生命微粒的控制為對象的工業(yè)潔凈室和以控制有生命微粒（細菌）與無(wú)命微粒（塵埃）對工作對象的生物潔凈室。PET瓶ESL熱灌裝工藝要求生產(chǎn)線(xiàn)灌裝區域的凈化采用生物潔凈室，微生物的靜態(tài)控制等級要達到國家規定的百級凈化標準（見(jiàn)表-8）
與主要控制灰塵的潔凈室所不同的是，生物潔凈室的主要目的是控制微生物�？諝庵谢钗⑸锎蠖嘁栏綁m埃粒子而形成生物活性粒子。在PET瓶ESL熱灌裝生產(chǎn)線(xiàn)中的生物潔凈系統中，首先是要通過(guò)HEPA高效過(guò)濾器過(guò)濾塵埃的方式來(lái)除去空氣中附著(zhù)在塵埃表面上的微生物，但由于HEPA僅為物理性的除菌方法，在潔凈系統的墻壁、頂棚及設備表面容易積存細菌，要達到生物潔凈室的技術(shù)要求，因此在潔凈系統的設計中還需要采用消毒方法來(lái)殺滅潔凈室中的微生物。其實(shí)施方式主要由以下幾種方式協(xié)同作用來(lái)完成：
（1）在生產(chǎn)準備期，定期采用藥物熏蒸方式對灌裝區域進(jìn)行消毒處理；
（2）在生產(chǎn)前，利用COP和SOP操作對設備表面進(jìn)行清洗和消毒；
（3）在生產(chǎn)前及生產(chǎn)過(guò)程中，采用臭氧消毒方式；即利用HVAC系統的循環(huán)風(fēng)作為臭氧的載體，由HVAC系統中凈化風(fēng)機產(chǎn)生的循環(huán)風(fēng)將臭氧擴散至所控制的整個(gè)潔凈區域，并且使空氣中臭氧濃度均勻，對HVAC系統起到殺滅雜菌和霉菌的效果，實(shí)踐發(fā)現，該消毒滅菌方式還能對高效過(guò)濾器起到溶菌疏導作用，延長(cháng)其使用壽命。
（4）灌裝區域設置有自動(dòng)消毒液氣溶膠噴霧熏蒸系統，可自動(dòng)定期對灌裝空間及其設備表面進(jìn)行消毒。
在PET瓶ESL熱灌裝空氣潔凈系統中，與常見(jiàn)的熱灌裝凈化方式有所區別，其采用灌裝區域和操作區域彼此獨立的凈化風(fēng)循環(huán)系統（見(jiàn)圖-1、2），這種凈化方式具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）可防止消毒液的氣味揮發(fā)到灌裝操作區，改善操作人員的工作環(huán)境；
（2） 可減少灌裝操作區人員的活動(dòng)對灌裝區域的污染。
（3） 可明顯提高動(dòng)態(tài)下灌裝區域的凈化等級。
在新型的PET瓶ESL熱灌裝機中，也采用了PET瓶無(wú)菌灌裝的凈化方式，利用隔離器（Isolator）方式來(lái)確保各個(gè)工作區的潔凈度要求。
3、 物料灌裝通道的清洗和消毒
物料殺菌機與灌裝機之間的物流灌裝通道是殺菌合格的產(chǎn)品造成微生物二次污染的主要環(huán)節之一，保持物流灌裝通道的潔凈性是PET瓶ESL熱灌裝技術(shù)中的至關(guān)重要的環(huán)節之一。因此，在設計、安裝和生產(chǎn)使用過(guò)程中，需要對物料灌裝通道進(jìn)行重點(diǎn)考慮。在設計過(guò)程中，在物料灌裝通道上應避免使用非無(wú)菌類(lèi)閥門(mén)，同時(shí)物料殺菌機與灌裝機之間應采用直聯(lián)方式，避免在熱灌裝生產(chǎn)線(xiàn)中常用的物料高位罐中存在的不可避免的衛生[本文來(lái)源于中華包裝瓶網(wǎng)]死角而造成的二次污染；在生產(chǎn)線(xiàn)的安裝過(guò)程中，物料殺菌機與灌裝機之間的物料通道應考慮能充分的清洗和消毒，避免衛生死角，采用的不銹鋼管道內外應作拋光處理(衛生管，內拋光Ra≤0.4μm，外拋光Ra≤1.6μm)，管道之間的連接盡量采用焊接方式，減少采用卡式或圓螺母快裝方式的連接，因為管道中每加入一個(gè)密封圈，從某種意義上等于在內壁上增加了兩道細縫，容易造成雜質(zhì)的滯留和微生物的滋長(cháng)。管道的焊接要采用惰性氣體保護焊，焊接后的管道要經(jīng)過(guò)嚴格的脫脂、酸洗、鈍化處理；在生產(chǎn)前，物料殺菌機與灌裝機之間的物流灌裝通道必須經(jīng)過(guò)嚴格的CIP（Cleaning-In-Place）和SIP（Sterilization-In-Place）操作，為此，在PET瓶ESL熱灌裝生產(chǎn)線(xiàn)中，需要配備有用于物料殺菌設備和灌裝機清洗的專(zhuān)業(yè)CIP裝置，同時(shí)，根據灌裝機灌注閥門(mén)的不同形式以及灌裝產(chǎn)品的不同性質(zhì)，需要采用消毒劑法SIP、食品級蒸汽法SIP或熱水法SIP對物流通道進(jìn)行有效的消毒操作。
4、 灌裝區內灌裝設備外部的清潔和消毒
在PET瓶ESL熱灌裝過(guò)程中，由設備表面微生物的繁殖而造成灌裝環(huán)節的二次污染是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，由于設備表面或環(huán)境清洗不徹底，或者在生產(chǎn)過(guò)程中物料灑濺到設備表面，會(huì )使部分營(yíng)養物質(zhì)富集并導致部分微生物得以生存和繁殖，當微生物繁衍到一定程度后會(huì )形成“生物膜”，在生物膜保護下，各類(lèi)雜菌飛速繁殖。一旦條件許可，就會(huì )破壞灌裝潔凈區內的衛生凈化程度。因此在PET瓶ESL熱灌裝生產(chǎn)線(xiàn)中，為了保證灌裝環(huán)境的潔凈程度，需要通過(guò)COP（Cleaning-Out-Of-Place）泡沫清洗方式和SOP（Sterilization -Out-Of-Place）消毒方式來(lái)實(shí)現凈化隔離區內設備外表面的清洗和消毒。
COP泡沫清洗的方法是將泡沫母液按比例添加到高壓水中，溶液在混合器內被壓縮空氣充分混合后使其發(fā)泡，然后將發(fā)泡后的清洗液通過(guò)專(zhuān)用的COP裝置噴灑在被洗物的表面，清洗液與污垢保持充分[本文來(lái)源于中華包裝瓶網(wǎng)]的接觸時(shí)間（通常l0～15分鐘）后，再用高壓水洗涮便可將處于極易剝離狀態(tài)的污垢很容易除去。這種方法只需用少量的洗滌劑就能達到很好的清洗效果。另外，通過(guò)調節混入空氣的比率可以調節泡沫的軟硬度，從而使得泡沫在垂直面上具有較強的附著(zhù)性。
COP泡沫清洗與SOP消毒具有得天獨厚的優(yōu)點(diǎn)，具體表現為：
（1） 大大節約了人力及清洗消毒用的化學(xué)品；
（2） 能在較短的清洗工作時(shí)間內完成大面積的清潔工作；
（3） 由于泡沫有一定的附著(zhù)性，使化學(xué)品接觸被處理表面時(shí)間相對較長(cháng)；
（4） 由于泡沫有一定的流動(dòng)性，使清洗劑或消毒劑能滲透到非常光滑的縫隙或凹槽內，防止衛生死角。
泡沫清洗裝置有同定式和移動(dòng)輕便式兩種，對于大規模生產(chǎn)的工廠(chǎng)，適合于選用固定式集中控制的裝置，小規模工廠(chǎng)以及小的清洗對象適合于選用移動(dòng)輕便式裝置。
作為泡沫清潔和消毒的化學(xué)品主要有堿性泡沫劑、酸性泡沫劑和消毒型泡沫劑。利用自動(dòng)泡沫清洗設備，可以完成“水沖洗→堿性泡沫→水沖洗→酸性泡沫→水沖洗→消毒泡沫→水沖洗”七步法以及“水沖洗→堿（酸）性泡沫→水沖洗消毒泡沫→水沖洗”五步法等多種模式的清洗和消毒程序，以達到灌注區內灌裝設備外表面的清洗和消毒的目的。同時(shí)，通過(guò)與灌裝空間的空氣凈化系統協(xié)同作用，來(lái)保證灌裝區域的潔凈度。
5、 操作過(guò)程中相關(guān)人員污染控制
在PET瓶ESL熱灌裝生產(chǎn)中，防止來(lái)自操作人員的二次污染是十分重要的環(huán)節，為此，需要加強培養操作人員的微生物質(zhì)量意識，同時(shí)，建立維修操作過(guò)程中意外人為污染的應急消毒措施，建立合理的HACCP質(zhì)量控制體系，降低生產(chǎn)的風(fēng)險性。
近年來(lái)，ESL灌裝技術(shù)在PET瓶熱灌裝生產(chǎn)中已經(jīng)得到了一定程度的應用。例如，在PH≤4.5的果汁飲料和運行飲料PET瓶熱灌裝生產(chǎn)中，通過(guò)應用ESL灌裝技術(shù)，可將熱灌裝工藝中的充填溫度由83℃～95℃降低至65～70℃，在不添加防腐劑的前提下，使得采用非耐熱PET瓶生產(chǎn)的飲料的衛生指標達到了耐熱PET瓶裝飲料的衛生技術(shù)指標及國家有關(guān)標準要求。ESL灌裝技術(shù)在乳酸飲料PET瓶熱灌裝生產(chǎn)線(xiàn)中的應用，可以使得產(chǎn)品在常溫狀態(tài)下達到標準要求。
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