"無(wú)菌包裝技術(shù)"在屋頂盒包裝機(jī)中的應(yīng)用
科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高與發(fā)展，無(wú)菌包裝技術(shù)的應(yīng)用范圍逾來(lái)逾廣泛。
特別是近年來(lái)我國(guó)的乳品工業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，乳類(lèi)產(chǎn)品特別是液態(tài)奶的消費(fèi)增長(zhǎng)迅速。
但由于我們國(guó)家液態(tài)奶的生產(chǎn)與消費(fèi)存在著極大的不平衡，城市中的消費(fèi)量比較大，生產(chǎn)基本上都在一些偏遠(yuǎn)的農(nóng)村及牧場(chǎng)。因此，近年來(lái)各乳品廠紛紛對(duì)液態(tài)奶進(jìn)行塑料膜無(wú)菌包裝，這就大大延長(zhǎng)了液態(tài)奶的保質(zhì)期。但這種包裝形式消費(fèi)者飲用起來(lái)不方便，不衛(wèi)生，而且大大增加了“白色污染”，不利于環(huán)保，屬于一種最低檔次的包裝形式。
液態(tài)奶的屋頂盒包裝，消費(fèi)者飲用起來(lái)非常方便，衛(wèi)生，而且外型美觀適合于超市的貨架銷(xiāo)售。包裝盒是紙質(zhì)型的包裝材料，屬于環(huán)保型的包裝材料，有很大的發(fā)展前景。但由于乳品廠的液態(tài)奶屋頂盒包裝沒(méi)有實(shí)現(xiàn)無(wú)菌包裝。不但它的保質(zhì)期短，而且必須進(jìn)行冷鏈銷(xiāo)售。這就增大了它的銷(xiāo)售成本，使它的銷(xiāo)售價(jià)很高。
目前只在一些大的賓館，飯店里有一些消費(fèi)，阻礙了這種包裝形式的推廣使用，使我國(guó)的液態(tài)奶的包裝水平停滯在一個(gè)低的水平上，使乳品廠的屋頂盒包裝機(jī)的使用率很低。如果能將無(wú)菌包裝技術(shù)應(yīng)用于鮮奶的屋頂盒包裝，也就是在乳品廠現(xiàn)有的屋頂盒包裝機(jī)上加上一套無(wú)菌處理設(shè)備，就能實(shí)現(xiàn)屋頂盒的無(wú)菌包裝。大大降低屋頂盒裝鮮奶的銷(xiāo)售價(jià)格，這種方便飲用而且符合綠色包裝的包裝形式很快就會(huì)推廣起來(lái)，并且能夠帶動(dòng)液態(tài)奶的銷(xiāo)售。推動(dòng)我國(guó)乳品工業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)相關(guān)行業(yè)如畜牧業(yè)，包裝機(jī)械，包裝材料的發(fā)展。
屋頂盒包裝機(jī)上實(shí)現(xiàn)無(wú)菌包裝的技術(shù)關(guān)鍵
�。ㄒ唬┌b材料的滅菌
由于屋頂盒的包裝材料是具有預(yù)制線(xiàn)的方筒形片狀紙塑復(fù)合紙板材料，聚乙烯-紙板-聚乙烯，這類(lèi)材料雖然在復(fù)合加工時(shí)的溫度達(dá)到200℃左右，相當(dāng)于對(duì)包裝材料進(jìn)行了一次滅菌處理，但在印刷，方筒型制作加工，貯運(yùn)過(guò)程中又會(huì)產(chǎn)生微生物細(xì)菌的污染，因此在無(wú)菌包裝時(shí)必須對(duì)包裝材料進(jìn)行殺菌處理。
包裝材料的殺菌方法主要有物理方法和化學(xué)方法2種。物理方法主要有加熱處理，紫外線(xiàn)輻射，高頻電場(chǎng)處理等。由于屋頂盒為紙塑材料，進(jìn)行加熱處理，就會(huì)破壞屋頂盒的聚乙烯涂層，影響封接效果。高頻電場(chǎng)處理在包裝生產(chǎn)線(xiàn)上使用，安全性不易保證。
紫外線(xiàn)殺菌就是用波長(zhǎng)為250~270μm的紫外線(xiàn)照射包裝材料，殺死包裝材料上的細(xì)菌，使用紫外線(xiàn)殺菌雖然能起到一定的殺菌效果，但不能將包裝材料上的細(xì)菌完全殺死。
化學(xué)方法主要有過(guò)氧化氫(H2O2)溶液滅菌。采用過(guò)氧化氫溶液對(duì)包裝材料進(jìn)行浸漬或噴淋，即可對(duì)包裝材料進(jìn)行滅菌。目前，各種單獨(dú)使用雙氧水進(jìn)行殺菌的包裝機(jī)一般采用30％~35％濃度的雙氧水，并將溫度加熱至120℃左右，H2O2就分解成氧和水。新生態(tài)的[O]氧極為活潑，有較強(qiáng)的殺菌能力。但由于所使用雙氧水濃度較高，包裝材料上雙氧水的殘留量不易控制，從而影響包裝物的質(zhì)量。
但如果將紫外線(xiàn)照射與雙氧水結(jié)合使用就會(huì)產(chǎn)生驚人的殺菌效果，圖1所示為雙氧水加紫外線(xiàn)與單獨(dú)紫外線(xiàn)或單獨(dú)雙氧水殺菌效果的比較。低濃度的雙氧水溶液(<1％)加上高強(qiáng)度的紫外線(xiàn)，只須在常溫下就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的殺菌能力，比兩者單獨(dú)使用(即使在高溫下用高濃度的雙氧水)效果也要高百倍。
因此，在屋頂盒包裝機(jī)中要對(duì)包裝盒進(jìn)行滅菌，就采用雙氧水加紫外線(xiàn)相結(jié)合的方法。由于屋頂盒是一個(gè)個(gè)單獨(dú)的片狀紙盒，就不能象卷筒材料那樣用雙氧水進(jìn)行浸泡。
首先，必須將片狀紙盒用真空吸盤(pán)打開(kāi)成方筒型，再將底部成型封接后，用濃度為0．1％過(guò)氧化氫溶液對(duì)其進(jìn)行噴淋，結(jié)合使用一定的濕潤(rùn)劑，提高它的滅菌效果，一般需3~5s就能殺死細(xì)菌。
同時(shí)輔以90~100℃的無(wú)菌熱空氣噴射，一方面增強(qiáng)過(guò)氧化氫溶液分解出的新生態(tài)氧的滅菌效能，另一方面蒸發(fā)掉屋頂盒內(nèi)的殘余過(guò)氧化氫溶液及水。
最后，在紙盒輸送鏈道的上方安裝波長(zhǎng)為250μm的強(qiáng)紫外線(xiàn)等對(duì)包裝盒內(nèi)外進(jìn)行輻射殺菌，這樣就保證包裝材料即屋頂盒的無(wú)菌。
�。ǘo(wú)菌室的形成
包裝盒經(jīng)滅菌后，如果將它置于空氣中，空氣中的微生物細(xì)菌就會(huì)對(duì)它進(jìn)行2次污染。另外在灌裝及屋頂盒的頂部封接過(guò)程中空氣里的微生物細(xì)菌就會(huì)加入被灌裝的牛奶或其它被灌裝物中，形成污染。這就需要?dú)⒕蟮募埡休斔蛥^(qū)及牛奶的灌裝區(qū)是無(wú)菌的，如果給這些區(qū)域送入無(wú)菌空氣，也就是這些區(qū)域充滿(mǎn)無(wú)菌空氣，而且區(qū)域內(nèi)無(wú)菌空氣的壓力大于外部的大氣壓，外部的空氣不能侵入這些區(qū)域，那么這些區(qū)域就成為無(wú)菌室。
空氣中含有大量的微生物細(xì)菌，如城市室外空氣中一般含有103~105／m3左右的微生物，其中大部分是細(xì)菌如革蘭氏陰性桿菌，芽孢桿菌，褐色球形固氮菌，金黃色葡萄球菌，過(guò)氧化氫酶陽(yáng)性球菌，過(guò)氧化氫酶陰性球菌等，桿菌的寬度一般為0．4~1．0μm，長(zhǎng)度為1~5μm，球菌的直徑一般為0．4~2．0μm。有約占10％的霉菌，酵母菌，它們的直徑一般為1~10μm。它們都會(huì)對(duì)牛奶及其它被包裝物產(chǎn)生污染，引起被包裝物的腐敗，變質(zhì)。而這些細(xì)菌及霉菌的的直徑最小為0．4μm，如果對(duì)這些空氣進(jìn)行粗，中，精三級(jí)膜過(guò)濾，精過(guò)濾膜孔徑為0．25~0．3μm，經(jīng)過(guò)濾后的無(wú)菌空氣中不會(huì)含有直徑大于0．3μm的粒子，也就是說(shuō)不會(huì)含有污染被包裝物的微生物。
這些空氣由鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)濾后再經(jīng)過(guò)加熱器的加熱，變?yōu)闊峥諝膺B續(xù)地送入無(wú)菌室，無(wú)菌空氣在無(wú)菌室內(nèi)形成20~30Pa的正壓，這樣，無(wú)菌室外的含有微生物的空氣就不能進(jìn)入。保證了經(jīng)殺菌后的屋頂盒在灌裝，頂部成型，頂部封接的整個(gè)過(guò)程中不會(huì)受到空氣中的微生物的污染。另外，經(jīng)過(guò)加熱后的熱無(wú)菌空氣加速了噴在屋頂盒內(nèi)的雙氧水的氧化，也就是增強(qiáng)了它的殺菌能力及盒內(nèi)水份及殘余雙氧水的蒸發(fā)。
�。ㄈ〤IP清洗系統(tǒng)
對(duì)于無(wú)菌包裝，CIP清洗系統(tǒng)非常重要，屋頂盒包裝的主要是鮮奶或是果汁，飲料等，這些物料特別容易滋生細(xì)菌。每次生產(chǎn)結(jié)束后，必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行徹底的清洗，特別是料缸及灌裝閥，根據(jù)選定的最佳清洗工藝，預(yù)先設(shè)定好清洗程序輸入PLC控制器內(nèi)，生產(chǎn)結(jié)束后機(jī)器就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行清洗程序。為了保證清洗的干凈，無(wú)菌包裝機(jī)的管路，料缸及灌裝閥采用以下的清洗程序：
1)用水預(yù)沖洗5~8min，將管道及料缸，灌裝閥內(nèi)剩余的鮮奶或飲料頂出。
2)用75~80℃的堿性洗滌劑(濃度為1．2％~1．5％的氫氧化鈉溶液)沖洗15~20min。
3)用水沖洗5min。
4)用65~70℃的酸性洗滌劑(濃度為0．8％~1．0％的硝酸溶液或2．0％的磷酸溶液)沖洗15~20min。
5)用水沖洗5min。
每次清洗結(jié)束后，再用蒸汽進(jìn)行殺菌。灌裝頭處的零件清洗干凈后，應(yīng)在50％~70％的酒精溶液中浸泡保存。
生產(chǎn)開(kāi)始前，首先用消毒液或酒精擦拭紙盒架，心軸，互易中國(guó)底部成型器等部件，再用蒸汽對(duì)管道，料缸，灌裝閥等進(jìn)行蒸汽殺菌，然后對(duì)整個(gè)無(wú)菌區(qū)用雙氧水進(jìn)行噴霧殺菌。這樣就保證了生產(chǎn)開(kāi)始前整個(gè)機(jī)器的無(wú)菌。
屋頂型包裝機(jī)的工作流程
1)儲(chǔ)盒架。已預(yù)制好的片狀紙盒儲(chǔ)放在由幾根立柱組成的盒架內(nèi)，等待吸盤(pán)取下。
2)盒片打開(kāi)。真空吸盤(pán)將盒片自盒架上取下并打開(kāi)成方筒形盒，再由推板推入心軸。
3)心軸。套入紙盒內(nèi)部，間歇運(yùn)動(dòng)至紙盒底部封接的各執(zhí)行部件下，完成紙盒的底部封接。
4)底部加熱。經(jīng)加熱至550℃的熱空氣由出風(fēng)盒伸至底部張開(kāi)的方盒內(nèi)，將盒底內(nèi)部四壁的聚乙烯膜加熱熔化(不加熱盒子的其余部分)。
5)底部折疊成型。當(dāng)心軸轉(zhuǎn)至底部成型器下時(shí)，推鉤及成型板分別從縱橫2個(gè)方向?qū)⒑械撞空郫B成型。
6)底部封接。壓頭壓向已成型折疊好的盒底，并施加一定的壓力，將盒底部已熔化的聚乙烯粘接在一起，完成了屋頂盒底部的封接。
7)取盒入鏈道。真空吸頭將已完成底部封接的屋頂盒自心軸上取下放入鏈道中，由鏈道輸送至完成后邊的工藝。
8)輸送鏈。將底部封接好的盒子間歇的向前輸送至無(wú)菌區(qū)，無(wú)菌區(qū)內(nèi)充滿(mǎn)著經(jīng)過(guò)濾的具有一定正壓的熱無(wú)菌空氣。
9)雙氧水噴淋。噴淋器將雙氧水溶液和潤(rùn)濕劑的混合溶液噴灑在屋頂盒內(nèi)部，對(duì)屋頂盒進(jìn)行殺菌。
10)第1次紫外線(xiàn)殺菌。一定波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)對(duì)屋頂盒內(nèi)部進(jìn)行紫外線(xiàn)照射殺菌。
11)第2次紫外線(xiàn)殺菌—紫外線(xiàn)繼續(xù)對(duì)盒子進(jìn)行殺菌，同時(shí)，無(wú)菌區(qū)內(nèi)的熱空氣加速了盒內(nèi)的雙氧水溶液的分解，并將盒內(nèi)的水分蒸發(fā)。
12)頂部預(yù)折。折疊器將盒子的頂部折處一定的印痕，以備后邊的頂部封接。
13)灌裝頭�，钊y將牛奶自活塞腔中推出灌入經(jīng)殺菌后的紙盒中，為了防止在灌裝中牛奶在盒內(nèi)產(chǎn)生泡沫污染盒頂，在加熱時(shí)產(chǎn)生糊焦味，灌裝閥下有一個(gè)灌裝跟隨裝置，灌裝過(guò)程中，屋頂盒隨盒內(nèi)液面的升高而下降，互易中國(guó)保持盒內(nèi)液面在整個(gè)灌裝過(guò)程中與灌裝頭的距離一定，減少了泡沫的產(chǎn)生。
14)頂部加熱�，馉t將加熱至500℃左右的熱空氣吹向盒頂內(nèi)壁，將盒頂內(nèi)壁表面的聚乙烯層熔化。
15)頂部密封及日期打印。盒頂已熔化的屋頂盒在該處被封口鉗加緊，密封，并由日期打印鉗在此處壓印出日期。這樣，就完成了整個(gè)屋頂盒的包裝程序。成品就出無(wú)菌區(qū)，送往裝箱入倉(cāng)庫(kù)。
16)料缸。儲(chǔ)存待灌裝的牛奶，保持料缸內(nèi)液面的基本恒定。
17)CIP清洗管道。生產(chǎn)結(jié)束后料缸，灌裝閥及管道進(jìn)行清洗，防止微生物的生長(zhǎng)。
從上面的工藝過(guò)程可以看到，在現(xiàn)有的屋頂型包裝機(jī)上加上無(wú)菌空氣過(guò)濾器生成一個(gè)無(wú)菌區(qū)，再加上雙氧水噴淋及紫外線(xiàn)的照射殺菌，實(shí)現(xiàn)了屋頂盒包裝機(jī)的無(wú)菌包裝。這樣包裝好的屋頂盒就不需要進(jìn)行冷鏈銷(xiāo)售，同時(shí)，大大延長(zhǎng)了它的保質(zhì)期。這樣，降低了它的銷(xiāo)售成本。使這種環(huán)保型的屋頂型包裝在國(guó)內(nèi)得到進(jìn)一步的推廣和發(fā)展。
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