無菌加工在全球廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)高品質(zhì)的食品，如果汁、果泥、乳制品、湯料、布丁及進(jìn)一步加工所需的原料。在美國，無菌牛奶和果汁更是學(xué)校午餐計(jì)劃的重要組成部分。

無菌食品加工的重要意義在于，它能夠延長食品保質(zhì)期而無需冷藏，保持食品質(zhì)量，避免使用防腐劑，并通過實(shí)現(xiàn)商業(yè)無菌性保障食品安全。對(duì)食品加工企業(yè)而言，這項(xiàng)技術(shù)不僅提升了食品的質(zhì)量與安全性，還能降低生產(chǎn)成本并減少食品浪費(fèi)。

根據(jù)《美國聯(lián)邦法規(guī)》第21篇第113部分《密封容器內(nèi)熱加工低酸食品》中的定義，無菌加工與包裝是指：“將經(jīng)過商業(yè)無菌處理并冷卻的產(chǎn)品灌裝入經(jīng)過預(yù)先滅菌的容器中，并在無微生物污染的環(huán)境下，使用滅菌封口材料進(jìn)行無菌密封。”以下我們來探討如何實(shí)現(xiàn)這一流程中的各項(xiàng)要求。

首先，所有用于無菌加工與包裝的設(shè)備和容器必須達(dá)到商業(yè)無菌標(biāo)準(zhǔn)。這意味著通過加熱、化學(xué)滅菌劑或其他適當(dāng)方式處理，使設(shè)備和容器中不再殘留任何對(duì)公共衛(wèi)生有意義的活性微生物，同時(shí)也消除那些即使無公共衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)，但在常溫下會(huì)導(dǎo)致食品腐敗的微生物。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，是無菌加工系統(tǒng)開發(fā)與驗(yàn)證過程中最大的挑戰(zhàn)之一。

此外，所有打算進(jìn)行無菌包裝的產(chǎn)品，必須在生物學(xué)和化學(xué)上都保持穩(wěn)定。尤其在化學(xué)穩(wěn)定性方面，曾有因熱處理未徹底滅活酶類而導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì)的案例。為低酸食品（尤其是乳制品及布丁類產(chǎn)品）開發(fā)高溫短時(shí)（HTST）工藝，成為一大難題。開發(fā)新配方時(shí)，首先需通過熱死亡時(shí)間研究，確定肉毒桿菌芽孢在產(chǎn)品中的耐熱性。

通過芽孢存活數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出兩個(gè)重要參數(shù)：

? D值：在設(shè)定溫度下使微生物數(shù)量減少90%所需的時(shí)間（分鐘）。

? Z值：熱死亡時(shí)間曲線橫跨一個(gè)對(duì)數(shù)周期所需的溫度變化（攝氏度數(shù)）。

基于D值和Z值，可以推算出不同溫度下的芽孢耐熱性。多數(shù)無菌加工產(chǎn)品在135°C到140°C范圍內(nèi)處理幾秒鐘后迅速冷卻，即可實(shí)現(xiàn)商業(yè)無菌狀態(tài)。有時(shí)還需進(jìn)行接種包研究，使用無毒的替代菌株模擬肉毒桿菌的熱反應(yīng)，進(jìn)一步驗(yàn)證工藝安全性。

包裝材料滅菌

驗(yàn)證包裝材料滅菌工藝是無菌加工系統(tǒng)驗(yàn)證中較具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)之一。目前用于無菌食品包裝材料滅菌的方法包括：

? 過熱蒸汽滅菌（如Dole系統(tǒng)）：通過對(duì)金屬罐和蓋子加熱至約190°C，利用細(xì)菌芽孢測(cè)試確認(rèn)達(dá)到商業(yè)無菌狀態(tài)。溫度標(biāo)簽輔助記錄表面實(shí)際溫度，以便確認(rèn)工藝可靠性。

? 輻射滅菌：適用于各類大小的袋裝產(chǎn)品（如果泥）。包裝袋暴露于伽瑪射線，并使用劑量計(jì)確保照射劑量達(dá)標(biāo)。

? 化學(xué)滅菌（如過氧化氫、過氧乙酸）：過氧化氫的應(yīng)用標(biāo)志著無菌加工時(shí)代的開啟。通過研究找到對(duì)過氧化氫高度耐受的芽孢桿菌作為指示菌，結(jié)合不同接種水平和干燥空氣溫度參數(shù)，驗(yàn)證滅菌效果。

灌裝設(shè)備與區(qū)域無菌性控制

產(chǎn)品與包裝材料滅菌后，需要在無菌灌裝區(qū)完成組合。灌裝區(qū)本身不僅要實(shí)現(xiàn)無菌，還要在整個(gè)灌裝過程中維持無菌環(huán)境。

在 Dole 系統(tǒng)中，灌裝區(qū)域使用過熱蒸汽進(jìn)行滅菌。在將罐體和罐蓋組合并灌裝時(shí)，灌裝區(qū)必須保持無菌。這是通過在正壓下持續(xù)供應(yīng)熱的過熱蒸汽來實(shí)現(xiàn)的。無菌性的驗(yàn)證是通過將替代細(xì)菌芽孢接種在小金屬片上，并將其置于灌裝區(qū)各處來完成的。每個(gè)金屬片的位置都編號(hào)并繪制成分布圖。無菌系統(tǒng)經(jīng)過滅菌循環(huán)后，回收金屬片并進(jìn)行培養(yǎng)。 對(duì)于使用化學(xué)方法滅菌的無菌包裝灌裝區(qū)，驗(yàn)證方法與 Dole 系統(tǒng)類似。

在無菌袋灌裝區(qū)域的滅菌過程中也采用了類似的方法。將無菌袋放置在灌裝區(qū)并鎖定，袋口和蓋子在灌裝前進(jìn)行原位滅菌，滅菌方法可選用蒸汽、氯或過氧化氫。滅菌驗(yàn)證可以通過接種蓋子并進(jìn)行培養(yǎng)，或者在灌裝艙內(nèi)放置帶菌條帶后回收并培養(yǎng)。

結(jié)語

無菌加工與包裝技術(shù)賦予了食品更長的保質(zhì)期、更高的品質(zhì)與更好的流通便利性。以果汁生產(chǎn)為例，相比需要提前解凍的冷凍產(chǎn)品，使用耐儲(chǔ)存的無菌原料無疑是更加高效且經(jīng)濟(jì)的選擇。

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

作者簡介：

Seattle，美國食品工程碩士，Certified Food Scientist, 海外食品行業(yè)從業(yè)6年，曾供職于美國知名嬰幼兒食品企業(yè)，現(xiàn)今從事食品包裝研發(fā)工作。