ESL灌裝技術在PET瓶飲料熱灌裝生產中的應用
ESL（Extended shelf life）技術是指利用現代化的食品保鮮技術，在最大程度保存產品新鮮度的條件下，減少產品的細菌含量，減少產品變質幾率以及延長產品保質期的生產技術。生產ESL產品的技術早在1960年在北美就已經存在了，當時主要用于生產流通速度緩慢的產品，如攪拌奶油和咖啡奶油。現在此技術已經擴展到其它高附加值產品以及常規飲用品領域。以當前受到廣泛關注的ESL奶的生產加工技術為例，ESL技術包括從牛場衛生、原奶的質量控制、殺菌工藝、ESL灌裝加工方法、加工關鍵點控制、加工設備和成品儲運配送等一系列環節嚴格執行微生物柵欄控制技術，以達到保持產品的新鮮度及提高微生物水平的安全性，延長產品的保質期的目的。
改善產品的殺菌條件和提高灌裝設備的衛生等級是ESL技術中極為重要的生產環節。其中ESL灌裝技術，又稱為超潔凈灌裝（Ultra-Clean Filling）技術，是依據微生物柵欄技術的原理和HACCP質量控制理論，利用潔凈的灌裝設備，在潔凈的充填環境下，將殺菌合格的物料充填到潔凈的包材中，從而達到延長產品的保質期的目的。ESL灌裝技術不僅在ESL奶的生產中得以應用，而且，近年來在PET瓶飲料熱灌裝生產中也逐步得以應用，從而使得PET瓶熱灌裝技術的應用范圍不斷得以拓展和延伸。
在PET瓶ESL熱灌裝技術中，需要重點考慮包裝材料（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、以及操作過程中相關人員污染控制等諸多技術環節。
1、 包裝材料的消毒
在PET瓶熱灌裝生產中，與物料直接接觸的包裝材料主要為PET瓶及瓶蓋。PET空瓶在剛吹制出來時，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，因此空瓶在儲存過程中會受到微生物的污染，其污染程度和PET的包裝方式及儲瓶的環境有關[[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，在生產使用前必須經過消毒處理。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熱灌裝生產線中，空瓶的消毒方式主要有消毒液灌注法和噴沖法。空蓋的消毒方式主要有連續噴沖法和浸泡法。在生產線的設計中，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、生產線的運行速度和穩定性要求以及生產企業的質量品控水平選擇合理的包材消毒方式。
用于PET瓶ESL熱灌裝生產中的包材消毒的常用消毒劑主要有次氯酸、二氧化氯、過氧乙酸和復合型消毒劑[[2]]。一般來講，在低速生產線中，采用灌注消毒法一般可維持較長的消毒液作用時間，因此可選用殺菌能力偏弱的消毒劑。而在中、高速生產線中，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，為了減少設備投資成本，工藝上要求消毒液的噴沖、作用時間要越短越好，因此在選用消毒劑時，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，吸入高濃度還可發生肺水腫。據文獻報道，當空氣中的ClO2的含量超過3mg/m3對人體是有害的，[本文來源于中華包裝瓶網]達到14mg/m3時就能被人察覺。我國規定二氧化氯的時間加權平均容許濃度為0.3mg/m3，短時間接觸容許濃度為0.8mg/m3[[3]]。在PET瓶ESL熱灌裝生產線中，如選用ClO2對包材進行消毒時，不可避免的因ClO2的泄漏而導致生產車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、濃度和時間），在生產使用前，應參照《消毒技術規范》－消毒劑對物體表面模擬現場和現場消毒鑒定試驗中規定的方法進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，在生產線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生命微粒的控制為對象的工業潔凈室和以控制有生命微粒（細菌）與無命微粒（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線灌裝區域的凈化采用生物潔凈室，微生物的靜態控制等級要達到國家規定的百級凈化標準（見表-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。空氣中活微生物大多依附塵埃粒子而形成生物活性粒子。在PET瓶ESL熱灌裝生產線中的生物潔凈系統中，首先是要通過HEPA高效過濾器過濾塵埃的方式來除去空氣中附著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要求，因此在潔凈系統的設計中還需要采用消毒方法來殺滅潔凈室中的微生物。其實施方式主要由以下幾種方式協同作用來完成：
（1）在生產準備期，定期采用藥物熏蒸方式對灌裝區域進行消毒處理；
（2）在生產前，利用COP和SOP操作對設備表面進行清洗和消毒；
（3）在生產前及生產過程中，采用臭氧消毒方式；即利用HVAC系統的循環風作為臭氧的載體，由HVAC系統中凈化風機產生的循環風將臭氧擴散至所控制的整個潔凈區域，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，實踐發現，該消毒滅菌方式還能對高效過濾器起到溶菌疏導作用，延長其使用壽命。
（4）灌裝區域設置有自動消毒液氣溶膠噴霧熏蒸系統，可自動定期對灌裝空間及其設備表面進行消毒。
在PET瓶ESL熱灌裝空氣潔凈系統中，與常見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循環系統（見圖-1、2），這種凈化方式具有如下優點：
（1）可防止消毒液的氣味揮發到灌裝操作區，改善操作人員的工作環境；
（2） 可減少灌裝操作區人員的活動對灌裝區域的污染。
（3） 可明顯提高動態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瓶無菌灌裝的凈化方式，利用隔離器（Isolator）方式來確保各個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品造成微生物二次污染的主要環節之一，保持物流灌裝通道的潔凈性是PET瓶ESL熱灌裝技術中的至關重要的環節之一。因此，在設計、安裝和生產使用過程中，需要對物料灌裝通道進行重點考慮。在設計過程中，在物料灌裝通道上應避免使用非無菌類閥門，同時物料殺菌機與灌裝機之間應采用直聯方式，避免在熱灌裝生產線中常用的物料高位罐中存在的不可避免的衛生[本文來源于中華包裝瓶網]死角而造成的二次污染；在生產線的安裝過程中，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，容易造成雜質的滯留和微生物的滋長。管道的焊接要采用惰性氣體保護焊，焊接后的管道要經過嚴格的脫脂、酸洗、鈍化處理；在生產前，物料殺菌機與灌裝機之間的物流灌裝通道必須經過嚴格的CIP（Cleaning-In-Place）和SIP（Sterilization-In-Place）操作，為此，在PET瓶ESL熱灌裝生產線中，需要配備有用于物料殺菌設備和灌裝機清洗的專業CIP裝置，同時，根據灌裝機灌注閥門的不同形式以及灌裝產品的不同性質，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熱灌裝過程中，由設備表面微生物的繁殖而造成灌裝環節的二次污染是一個漸進的過程，由于設備表面或環境清洗不徹底，或者在生產過程中物料灑濺到設備表面，會使部分營養物質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形成“生物膜”，在生物膜保護下，各類雜菌飛速繁殖。一旦條件許可，就會破壞灌裝潔凈區內的衛生凈化程度。因此在PET瓶ESL熱灌裝生產線中，為了保證灌裝環境的潔凈程度，需要通過COP（Cleaning-Out-Of-Place）泡沫清洗方式和SOP（Sterilization -Out-Of-Place）消毒方式來實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泡，然后將發泡后的清洗液通過專用的COP裝置噴灑在被洗物的表面，清洗液與污垢保持充分[本文來源于中華包裝瓶網]的接觸時間（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性。
COP泡沫清洗與SOP消毒具有得天獨厚的優點，具體表現為：
（1） 大大節約了人力及清洗消毒用的化學品；
（2） 能在較短的清洗工作時間內完成大面積的清潔工作；
（3） 由于泡沫有一定的附著性，使化學品接觸被處理表面時間相對較長；
（4） 由于泡沫有一定的流動性，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輕便式兩種，對于大規模生產的工廠，適合于選用固定式集中控制的裝置，小規模工廠以及小的清洗對象適合于選用移動輕便式裝置。
作為泡沫清潔和消毒的化學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，通過與灌裝空間的空氣凈化系統協同作用，來保證灌裝區域的潔凈度。
5、 操作過程中相關人員污染控制
在PET瓶ESL熱灌裝生產中，防止來自操作人員的二次污染是十分重要的環節，為此，需要加強培養操作人員的微生物質量意識，同時，建立維修操作過程中意外人為污染的應急消毒措施，建立合理的HACCP質量控制體系，降低生產的風險性。
近年來，ESL灌裝技術在PET瓶熱灌裝生產中已經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瓶熱灌裝生產中，通過應用ESL灌裝技術，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瓶生產的飲料的衛生指標達到了耐熱PET瓶裝飲料的衛生技術指標及國家有關標準要求。ESL灌裝技術在乳酸飲料PET瓶熱灌裝生產線中的應用，可以使得產品在常溫狀態下達到標準要求。
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