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縱觀無菌包裝業(yè)近幾十年的發(fā)展歷史，我們可以清楚地看到，無菌包裝技術(shù)的發(fā)展無不伴隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展，并日益顯現(xiàn)出四大顯著趨勢(shì)。
向高新技術(shù)集成性和高可靠要求的方向發(fā)展
無菌包裝技術(shù)是一項(xiàng)對(duì)食品及藥品的安全性實(shí)現(xiàn)綜合技術(shù)保障的系統(tǒng)工程，它集光機(jī)電一體化技術(shù)、現(xiàn)代化學(xué)、物理學(xué)、微生物學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)通訊等多項(xiàng)高新技術(shù)為一體。為滿足產(chǎn)品的安全性要求，系統(tǒng)本身的每一個(gè)子系統(tǒng)無不包含著新技術(shù)、新材料、新工藝的成果。為了滿足高可靠度的要求，每一個(gè)子系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到制造，從運(yùn)行實(shí)驗(yàn)到運(yùn)行監(jiān)控，以及信息反饋與補(bǔ)償修正都要融入現(xiàn)代質(zhì)量的理念，達(dá)到設(shè)備固有可靠性與運(yùn)行可靠性統(tǒng)一。高可靠度意味最終產(chǎn)品的高安全性，而實(shí)現(xiàn)高可靠度必須有諸多相關(guān)學(xué)科的高新技術(shù)做支撐。盡管各類無菌包裝設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)與最終產(chǎn)品的環(huán)境特性相關(guān)而存在著差異性，但最終必須以實(shí)現(xiàn)安全性保障為終極目標(biāo)。
向多個(gè)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展和延伸
眾所周知，無菌的概念和要求是醫(yī)學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物。隨著現(xiàn)代微生物學(xué)和應(yīng)用滅菌技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)殺滅包括細(xì)菌芽孢在內(nèi)的全部病原微生物和非病原微生物有了更新的認(rèn)識(shí)和控制手段。商業(yè)無菌作為評(píng)價(jià)食品安全性的技術(shù)指標(biāo)為相關(guān)行業(yè)和市場認(rèn)同。無菌包裝技術(shù)進(jìn)入食品工業(yè)首先以乳制品為切入點(diǎn)，以TETRA.PAK公司為代表率先解決了牛乳這種高營養(yǎng)和高時(shí)效性食品的無菌包裝技術(shù)，打破了牛乳生產(chǎn)與銷售的時(shí)間與空間的限制，無疑是一項(xiàng)革命性的突破。近幾十年來，伴隨著新型包裝材料和滅菌新工藝的不斷涌現(xiàn)，以及生物技術(shù)產(chǎn)品的市場消費(fèi)的推動(dòng)，無菌包裝從藥品到乳品向啤酒、果汁、軟飲料行業(yè)的熱敏性食品領(lǐng)域擴(kuò)展延伸，最具代表性的是啤酒、果汁、茶飲料的無菌包裝。歐美發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)無菌包裝設(shè)備逐步進(jìn)入國內(nèi)市場，而國內(nèi)廠商為了構(gòu)建和引領(lǐng)更新的市場消費(fèi)理念和銷售熱點(diǎn)，不惜重金引進(jìn)設(shè)備，也正說明了這一點(diǎn)。
無菌包裝設(shè)備向單一高速型方向發(fā)展
無菌包裝設(shè)備無論從技術(shù)含量和技術(shù)指標(biāo)要求上都屬于包裝機(jī)械中的高端產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了藥品、食品的各個(gè)行業(yè)。對(duì)于使用廠家而言，這種技術(shù)和資本雙重密集性的設(shè)備定位必須以提高生產(chǎn)效率為方向，而不同于現(xiàn)代包裝機(jī)械向多功能和單一高速型兩極化發(fā)展。從技術(shù)層面上講，高可靠度的裝備向多功能型發(fā)展，將意味著諸多工程技術(shù)中有待解決的問題出現(xiàn)，將加大技術(shù)上的難度。雖然設(shè)備使用廠商為了構(gòu)建自身產(chǎn)品的差異化優(yōu)勢(shì)而具有產(chǎn)品多樣化的需求，但要達(dá)到裝備的固有可靠性和運(yùn)行可靠性的統(tǒng)一，從而保障投資的回報(bào)，單一高速型應(yīng)該是最佳選擇。
向以技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化性價(jià)比的方向發(fā)展
無菌包裝設(shè)備本身的高技術(shù)含量和可以創(chuàng)造與眾不同的產(chǎn)品商機(jī)的特殊功能，決定了其高投入的特點(diǎn)。引進(jìn)國外的一條生產(chǎn)線，少則上千萬元，加上可觀的運(yùn)行費(fèi)用，使多少企業(yè)望而卻步。顯然國內(nèi)裝備企業(yè)要推動(dòng)無菌包裝行業(yè)的健康發(fā)展，為市場提供價(jià)格適中，性價(jià)比優(yōu)良的設(shè)備以推動(dòng)消費(fèi)市場，需要優(yōu)化性價(jià)比來降低投入。那么要達(dá)到這一目的的惟一出路，就是走技術(shù)創(chuàng)新的道路。技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)采取集成性與突破性相融合的技術(shù)策略。所謂集成性，就是對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)已發(fā)展成熟的相關(guān)技術(shù)成果進(jìn)行集成整合，以降低研發(fā)成本，簡化人機(jī)界面。突破性則是對(duì)關(guān)鍵工藝和器件進(jìn)行重點(diǎn)研究和突破。目前，國內(nèi)致力于無菌包裝發(fā)展的廠商在乳品、啤酒和果汁行業(yè)的無菌灌裝設(shè)備的研發(fā)上已取得了長足的進(jìn)步，為市場提供優(yōu)良性價(jià)比的無菌包裝設(shè)備已為期不遠(yuǎn)了。
無菌包裝技術(shù)是一門多學(xué)科的系統(tǒng)工程。每一臺(tái)無菌包裝設(shè)備都具有不可或缺的機(jī)械、控制、微生物柵欄和質(zhì)量監(jiān)控保障系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)彼此既相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系，在主控計(jì)算機(jī)的監(jiān)控下整體協(xié)同運(yùn)行。隨著科技成果向應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化速度加快，現(xiàn)代工程技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新是以工程技術(shù)專家對(duì)技術(shù)要素的優(yōu)化整合為特征，無菌包裝作為行業(yè)的前沿和高端技術(shù)自然給新技術(shù)的應(yīng)用開拓了新的天地。一臺(tái)性能優(yōu)良的無菌包裝設(shè)備可以集中體現(xiàn)現(xiàn)代科技、現(xiàn)代制造與控制技術(shù)的精華，也是一個(gè)企業(yè)乃至一個(gè)國家整體技術(shù)水平的綜合體現(xiàn)。
就機(jī)械與控制系統(tǒng)而言，光機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，使整機(jī)的固有可靠性和運(yùn)行可靠性得到了空間的提升。從傳動(dòng)到終端執(zhí)行部件，從物料輸送到精確計(jì)量灌裝，從控制到信號(hào)測(cè)控反饋與補(bǔ)償，各部件、器件的高質(zhì)量專業(yè)化生產(chǎn)為實(shí)現(xiàn)整機(jī)理想技術(shù)狀態(tài)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。CAD與CAM技術(shù)、伺服控制技術(shù)、傳感器及計(jì)算機(jī)現(xiàn)場總線技術(shù)等多項(xiàng)新技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。
從事無菌包裝設(shè)備技術(shù)開發(fā)的工程師都知道，評(píng)價(jià)設(shè)備整機(jī)運(yùn)行可靠性以及最終產(chǎn)品的安全性保障，很大程度上取決于無菌包裝設(shè)備中微生物柵欄系統(tǒng)的優(yōu)劣。目前，即使最先進(jìn)的設(shè)備也存在著成品染菌率的指標(biāo)，雖然每種產(chǎn)品貯存環(huán)境特性各異，但要將染菌率有效控制在最小的限度內(nèi)，無疑是最具挑戰(zhàn)性的課題。
微生物柵欄系統(tǒng)是指從包材及達(dá)到商業(yè)無菌要求的物料進(jìn)入設(shè)備并完成無菌包裝過程輸出機(jī)外，并包括CIP、SIP系統(tǒng)功能的無菌保障的綜合系統(tǒng)。其對(duì)外來微生物采取阻隔與滅菌兩種技術(shù)手段。
阻隔采用的是物理過濾方法，目前大都采用通過直徑為0.3μm的高效纖維層過濾器，但這種過濾器效率和耐壓低，污染及損傷失效概率高，使用壽命短。近期開發(fā)應(yīng)用的PVDF折疊式空氣除菌過濾器和金屬燒結(jié)型過濾器以及高分子膜過濾器，過濾精度可達(dá)到0.01μm，而且流量大，耐溫性、耐壓性好，安裝方便，可進(jìn)行蒸汽滅菌，從而保證了阻隔系統(tǒng)始終處在最佳工作狀態(tài)，可穩(wěn)定可靠的為系統(tǒng)提供安全、高可靠度的微生物阻隔技術(shù)支持。
微生物滅殺裝置主要是包裝容器和材料以及設(shè)備內(nèi)在相關(guān)系統(tǒng)的無菌保障，按技術(shù)手段劃分可分為化學(xué)滅菌和物理滅菌。
在無菌包裝上采用的化學(xué)滅菌多采用強(qiáng)氧化劑，包括H2O2、過氧乙酸、環(huán)氧乙烷、鹵素等，主要是依靠強(qiáng)氧化劑的氧化能力與細(xì)胞酶蛋白中的-SH-巰基結(jié)合轉(zhuǎn)化為-SS-基，破壞蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，干擾細(xì)菌酶系統(tǒng)的代謝，使其失去活性。按照分子生物學(xué)的觀點(diǎn)，就是對(duì)細(xì)胞的DNA進(jìn)行氧化性損傷，從而抑制細(xì)胞的增殖。使用化學(xué)滅菌會(huì)對(duì)容器和包材以及設(shè)備產(chǎn)生一定量的殘留污染，必須采取嚴(yán)格的措施控制殘留，以保障最終產(chǎn)品的安全性。
物理滅菌可分為蒸汽、電磁波和輻照三種方式，蒸汽滅菌屬于經(jīng)典式的滅菌方法，而電磁波滅菌多采用2450nm和915nm微波滅菌和超聲波滅菌。輻照滅菌可分為離子性輻照和非離子性輻照。非離子性輻照采用最廣泛的是253.7nm波長的紫外線，由于光源發(fā)出的強(qiáng)度所限，雖不存在殘留問題，但以上物理滅菌方法都有一定的局限性。
目前，最具備應(yīng)用前景的是近期開發(fā)的激發(fā)態(tài)紫外光脈沖殺菌技術(shù)，它不同于常規(guī)的物理滅菌手段，采用特制的光源和電源器件，在高頻高壓下產(chǎn)生單一波長253.7nm的紫外光，其強(qiáng)度可達(dá)到200mw/立方厘米以上，是常規(guī)紫外線裝置發(fā)光強(qiáng)度的200-300倍，其脈沖可達(dá)到納秒級(jí)，其能量足以打斷細(xì)胞DNA結(jié)構(gòu)中的C-H鍵、C-N鍵和O-H鍵，使DNA結(jié)構(gòu)產(chǎn)生致死性損傷。實(shí)踐驗(yàn)證，它可以在幾百毫秒時(shí)間內(nèi)使物體表面和空氣中10的9次方對(duì)數(shù)級(jí)細(xì)菌和10的5次方對(duì)數(shù)級(jí)芽孢致死。如果和低濃度H2O2協(xié)同作用，不但可以增大滅菌強(qiáng)度，同樣可以使殘留的H2O2分解。這種新技術(shù)的應(yīng)用將為無菌包裝設(shè)備的微生物柵欄系統(tǒng)提供更加強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
在質(zhì)量監(jiān)控和保障系統(tǒng)中，現(xiàn)代傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)及遠(yuǎn)程控制、通訊技術(shù)的采用，為設(shè)備的運(yùn)行可靠性提供了技術(shù)支撐。現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用可以使設(shè)備的每個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)始終處在主控計(jì)算機(jī)的嚴(yán)密監(jiān)控之下，從各種信號(hào)的跟蹤反饋預(yù)警補(bǔ)償修正進(jìn)行閉環(huán)控制，保證整機(jī)處在良好的運(yùn)行狀態(tài)，從而保障了最終產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
無菌包裝設(shè)備在使用中有嚴(yán)格的規(guī)定使用技術(shù)條件，這也是設(shè)備良好運(yùn)行不可或缺的必要條件。所有的外圍設(shè)備必須嚴(yán)格按照GMP規(guī)范設(shè)計(jì)施工，并引入HACCP程序，以確保整體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
目前，國內(nèi)使用的無菌包裝設(shè)備多為歐美發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品。就其設(shè)備本身技術(shù)密集性和高價(jià)位以及未來市場的高成長性，使國內(nèi)具備一定實(shí)力的包裝機(jī)械制造商紛紛介入。今年，中國標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)和中國包協(xié)無菌包裝委員會(huì)會(huì)同國同外相關(guān)廠商編制了《液體食品包裝設(shè)備驗(yàn)收規(guī)范》的國家標(biāo)準(zhǔn)，旨在與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，規(guī)范市場行為，促進(jìn)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，提高技術(shù)水平和競爭力。隨著無菌包裝行業(yè)的發(fā)展，要逐步建立無菌包裝設(shè)備的認(rèn)證制度，充分發(fā)揮行業(yè)引導(dǎo)和監(jiān)督作用，為無菌包裝設(shè)備的國產(chǎn)化和趕上國際先進(jìn)水平，為企業(yè)營造更加科學(xué)合理、公正的市場環(huán)境。
