浅谈食品无菌加工技术

无菌加工在全球广泛应用，生产高品质的食品，如果汁、果泥、乳制品、汤料、布丁及进一步加工所需的原料。在美国，无菌牛奶和果汁更是学校午餐计划的重要组成部分。

无菌食品加工的重要意义在于，它能够延长食品保质期而无需冷藏，保持食品质量，避免使用防腐剂，并通过实现商业无菌性保障食品安全。对食品加工企业而言，这项技术不仅提升了食品的质量与安全性，还能降低生产成本并减少食品浪费。

根据《美国联邦法规》第21篇第113部分《密封容器内热加工低酸食品》中的定义，无菌加工与包装是指：“将经过商业无菌处理并冷却的产品灌装入经过预先灭菌的容器中，并在无微生物污染的环境下，使用灭菌封口材料进行无菌密封。”以下我们来探讨如何实现这一流程中的各项要求。

首先，所有用于无菌加工与包装的设备和容器必须达到商业无菌标准。这意味着通过加热、化学灭菌剂或其他适当方式处理，使设备和容器中不再残留任何对公共卫生有意义的活性微生物，同时也消除那些即使无公共卫生风险，但在常温下会导致食品腐败的微生物。实现这一目标，是无菌加工系统开发与验证过程中最大的挑战之一。

此外，所有打算进行无菌包装的产品，必须在生物学和化学上都保持稳定。尤其在化学稳定性方面，曾有因热处理未彻底灭活酶类而导致产品变质的案例。为低酸食品（尤其是乳制品及布丁类产品）开发高温短时（HTST）工艺，成为一大难题。开发新配方时，首先需通过热死亡时间研究，确定肉毒杆菌芽孢在产品中的耐热性。

通过芽孢存活数据，可以计算出两个重要参数：

• D值：在设定温度下使微生物数量减少90%所需的时间（分钟）。

• Z值：热死亡时间曲线横跨一个对数周期所需的温度变化（摄氏度数）。

基于D值和Z值，可以推算出不同温度下的芽孢耐热性。多数无菌加工产品在135°C到140°C范围内处理几秒钟后迅速冷却，即可实现商业无菌状态。有时还需进行接种包研究，使用无毒的替代菌株模拟肉毒杆菌的热反应，进一步验证工艺安全性。

包装材料灭菌

验证包装材料灭菌工艺是无菌加工系统验证中较具挑战性的环节之一。目前用于无菌食品包装材料灭菌的方法包括：

• 过热蒸汽灭菌（如Dole系统）：通过对金属罐和盖子加热至约190°C，利用细菌芽孢测试确认达到商业无菌状态。温度标签辅助记录表面实际温度，以便确认工艺可靠性。

• 辐射灭菌：适用于各类大小的袋装产品（如果泥）。包装袋暴露于伽玛射线，并使用剂量计确保照射剂量达标。

• 化学灭菌（如过氧化氢、过氧乙酸）：过氧化氢的应用标志着无菌加工时代的开启。通过研究找到对过氧化氢高度耐受的芽孢杆菌作为指示菌，结合不同接种水平和干燥空气温度参数，验证灭菌效果。

灌装设备与区域无菌性控制

产品与包装材料灭菌后，需要在无菌灌装区完成组合。灌装区本身不仅要实现无菌，还要在整个灌装过程中维持无菌环境。

在 Dole 系统中，灌装区域使用过热蒸汽进行灭菌。在将罐体和罐盖组合并灌装时，灌装区必须保持无菌。这是通过在正压下持续供应热的过热蒸汽来实现的。无菌性的验证是通过将替代细菌芽孢接种在小金属片上，并将其置于灌装区各处来完成的。每个金属片的位置都编号并绘制成分布图。无菌系统经过灭菌循环后，回收金属片并进行培养。 对于使用化学方法灭菌的无菌包装灌装区，验证方法与 Dole 系统类似。

在无菌袋灌装区域的灭菌过程中也采用了类似的方法。将无菌袋放置在灌装区并锁定，袋口和盖子在灌装前进行原位灭菌，灭菌方法可选用蒸汽、氯或过氧化氢。灭菌验证可以通过接种盖子并进行培养，或者在灌装舱内放置带菌条带后回收并培养。

结语

无菌加工与包装技术赋予了食品更长的保质期、更高的品质与更好的流通便利性。以果汁生产为例，相比需要提前解冻的冷冻产品，使用耐储存的无菌原料无疑是更加高效且经济的选择。

Reference:

https://www.ift.org/news-and-publications/food-technology-magazine/issues/2025/may/columns/processing-understanding-aseptic-processing-of-foods?token=7a180f91-b9f2-485e-928b-69c926b4cd3c

作者简介：

Seattle，美国食品工程硕士，Certified Food Scientist, 海外食品行业从业6年，曾供职于美国知名婴幼儿食品企业，现今从事食品包装研发工作。