無菌冷灌裝技術以其營養(yǎng)物質損失少、運行成本低、能耗少等優(yōu)勢漸漸取代了傳統(tǒng)的熱灌裝技術。冷灌裝工藝具有很強的科學性，對環(huán)境、設備要求嚴格。正確實現(xiàn)果汁、灌裝設備、灌裝材料的無菌處理以及灌裝環(huán)境的空氣凈化是無菌冷灌裝技術的關鍵。

   1、無菌冷灌裝的工藝要點 

   無菌冷灌裝的主要工藝流程如下：

PET瓶果汁飲料冷灌裝工藝流程圖

   根據(jù)生產工藝和潔凈等級將果汁車間分區(qū)布置。瓶蓋消毒、沖瓶、灌裝和封蓋過程在無菌灌裝間內完成，其空氣凈化級別為5級（原標準為100級）。所有接觸果汁飲料的設備、物品甚至空間都必須經過嚴格的滅菌。

   1.1、瓶子無菌：由于PET材料不耐熱，一般采用化學試劑進行滅菌，且不能讓化學試劑影響到果汁。無菌灌裝采取了以下措施：要求初吹制的瓶子原始菌落數(shù)不超過5cuf／瓶；瓶子采用250ppm的二氧化氯消毒液浸泡30s；浸泡槽做局部5級凈化；消毒劑有自動回收和濃度測定系統(tǒng)，保證消毒劑濃度穩(wěn)定；瓶子消毒后輸送至灌裝間，用無菌水將瓶中殘留的消毒劑沖洗干凈，再用無菌空氣吹干，保證殘留消毒劑不會對物料產生影響。

   1.2、蓋子無菌：蓋子殺菌可采用臭氧熏蒸法，在臭氧消毒柜中進行，臭氧濃度為1％左右，時間為25～30分鐘。臭氧消毒柜放置在無菌間內，滅菌后的蓋子直接上灌裝機。

   1.3、果汁無菌：與熱灌裝相比，無菌冷灌裝對果汁殺菌是采用UHT超高溫瞬時殺菌溫度135～1500C、時間3～5秒。物料受熱時間短，營養(yǎng)成分損失很少，品質和口感也沒有明顯變化。

   1.4、灌裝設備無菌：無菌冷灌裝的主體設備要求符合衛(wèi)生級設計，在管道和閥門技術、材料表面的刨光、重要區(qū)域的表面設計、選擇抗腐蝕材料等幾方面都有嚴格的要求。目前一般采用將消毒機、沖瓶機、灌裝機和旋蓋機組合成四合一機組，采用隔離罩將臺面以上部分全密封，做局部5級空氣凈化，灌裝間做8級空氣凈化；也可采用三合一機組在灌裝間內且不加密封罩，在整個灌裝無菌車間做5級空氣凈化。

   沖瓶機一般采用[敏感詞]式噴嘴，可進行多次無菌水沖洗、瀝干，使得殘留濃度小于0.1ppm。灌裝閥采用非接觸式流量計定量灌裝，有效防止二次污染。帶有完整的全自動清洗（CIP）系統(tǒng)、殺菌（SIP）

   另外，無菌冷灌裝設備還會添加一套氮氣（或其他惰性氣）置換系統(tǒng)，上蓋前將灌裝好的瓶子頂部空氣吹走，保證果汁不被氧化。

    1.5、操作人員凈化：在整個環(huán)境體系中，操作人員是[敏感詞]的污染源。空調系統(tǒng)在凈化空氣的同時，還很好地降低了人員帶來的污染。操作人員在進入5級凈化間時，要經過嚴格的消毒程序，使操作人員在不破壞其無菌環(huán)境的情況下進行操作。人員凈化程序：換鞋→更外衣→淋浴→更潔凈工作服→手消毒→風淋→進入潔凈室。

   2、工程實例：冷灌裝的無菌灌裝空間主要靠空調系統(tǒng)得以實現(xiàn)，冷灌裝車間相對其它產品的生產車間而言，它的空調系統(tǒng)相對比較復雜，而且房間面積小，凈化級別要求高，設計和施工難度較大。[敏感詞]是一個6000b／h的PET果汁飲料灌裝線，其灌裝間長度為4.5ｍ,寬3.9ｍ,平面呈長方形,凈化建筑面積17.55ｍ2；理瓶間長4.5ｍ，寬2.7ｍ，其中浸泡槽做局部5級凈化，面積0.96ｍ2，其余做8級凈化，建筑面積11.19ｍ2；更衣室（包括走廊等）凈化建筑面積共計23.76ｍ2。車間墻體、門、頂均采用50ｍｍ厚的企口型聚苯乙烯泡沫(難燃型)夾心彩鋼板，地面采用環(huán)氧樹脂自流坪，燈具采用不銹鋼凈化日光燈，潔凈區(qū)內地漏采用不銹鋼潔凈地漏，更衣室及緩沖間的門，傳遞窗均裝電子連鎖裝置。

   2.1、凈化系統(tǒng)劃分　

   根據(jù)無菌冷灌裝的生產要求，該車間空氣凈化分兩個級別,其劃分按設計圖；(1)灌裝系統(tǒng)：包括灌裝間和瓶子浸泡槽，凈化級別5級，凈化面積18.51ｍ2。（2）輔助系統(tǒng)：包括理瓶間、換鞋、一次更衣、淋浴、換潔凈工作服、手消毒、無菌通道，凈化級別8級，凈化建筑面積34.95ｍ2。

   2.2、室內溫濕度　

   標準規(guī)定一般生產車間：冬季溫度20～22℃，相對濕度30％～50％；夏季溫度24～26℃，相對濕度50％～70％。人員凈化及生活用室：冬季溫度16～20℃，夏季溫度26～30℃。溫濕度的確定主要是根據(jù)生產產品的要求確定，果汁飲料對溫濕度無特殊要求，所以根據(jù)以上規(guī)范以及車間系統(tǒng)控制程度，確定兩個凈化系統(tǒng)夏季室內設計參數(shù)為ｔ=24±2℃，Φ=60±10%，冬季設計參數(shù)為ｔ=18±2℃、Φ=40±10%。

   2.3、室內正壓　

   為防止外部空氣污染凈化區(qū)，整個凈化系統(tǒng)需對外界保持一定正壓。根據(jù)設計規(guī)范規(guī)定，不同等級的潔凈室以及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差，應不小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的壓差，應不小于10Pa。對兩個不同級別的凈化系統(tǒng)設計了壓力梯度，并在適當位置設置了微壓差計，用于監(jiān)測及控制房間的相對壓差。

   2.4、新風量　

   為維持正壓必須補充一定的新風量。另一方面，由于凈化區(qū)密封性好，工人在其中工作，必須補充新風以滿足衛(wèi)生需求。設計新風量的確定取下列二項中的大值：(1)補償室內排風量和保持室內正壓之所需新鮮空氣量之和；(2)保證供給潔凈室內每人每小時的新鮮空氣量不小于40ｍ3。

   3、潔凈空調系統(tǒng)的計算

    3.1、凈化空調風量　

   系統(tǒng)風量根據(jù)負荷計算風量和換氣次數(shù)風量兩者取大值。

   系統(tǒng)換氣次數(shù)按如下確定：

8級：換氣次數(shù)ｎ≥15次/小時。

5級：垂直層流，斷面風速V≥0.25m/s

空調風量按如下公式計算：

Q=s×h×n        m3/h                          = 1 \* GB2⑴

Q=s×V×3600     m3/h                          = 2 \* GB2⑵

 式中：n－換氣次數(shù)      次/h       s－房間面積       m2

h－房間凈高度     m　       V－層流控制速度   m/s

表1　灌裝系統(tǒng)各功能間計算風量

表2　輔助系統(tǒng)各功能間計算風量

   3.2、冷熱負荷　

   根據(jù)室內設計參數(shù)、新風比例、濟南地區(qū)室外氣象參數(shù)計算系統(tǒng)冷熱負荷。夏季總冷負荷為25.5Kw,冬季總熱負荷為8.5Kw。

   根據(jù)負荷計算風量均小于根據(jù)換氣次數(shù)計算的風量，故兩個系統(tǒng)分別選用了20000ｍ3/ｈ、2000ｍ3/ｈ風量組合式空調機組各一臺。

   4、凈化空氣系統(tǒng)　

   4.1、凈化空氣的過濾　

   凈化空氣過濾方式采用初效、中效、高效三級過濾，其中初效、中效過濾器設于組合式空調機組箱體內，高效過濾器設于送風系統(tǒng)末端。8級室內潔凈空氣系統(tǒng)采用亂流型,氣流組織為上送下側回；5級房間采用垂直層流，頂棚滿布百級高效過濾器。設計時曾考慮灌裝間的灌裝設備加密封罩做局部5級層流，后考慮到氣流組織比較困難，而且灌裝間面積也不是很大，根據(jù)生產工藝需要，決定采取全室性5級凈化，層流面積達到18.51ｍ2。為使該系統(tǒng)安裝簡單、控制方便、效果更佳，決定采用集中送風垂直層流方式。在層流房間頂棚內設送風管道，管道側開口裝5級高效過濾器，頂部采用微孔板并加阻尼層，使空氣經高效過濾器后送入凈化區(qū)。回風口設在側墻下側，通過回風夾墻與回風總管相連后通過回風總管回至空調機組。

   4.2、凈化空氣的處理　

   空氣處理是將室外引入的新鮮空氣和回風經過一系列的制冷、加熱、除濕或加濕處理，使之調整到能滿足潔凈室內生產工藝的要求。

   4.3　系統(tǒng)消毒　

   根據(jù)工藝要求,潔凈生產區(qū)必須定期消毒滅菌。故本設計采用了臭氧消毒。在每個組合式空調機箱內的中效出風段中都放置了一臺臭氧發(fā)生器，通過整個空調送回風系統(tǒng)使臭氧充滿整個凈化空調系統(tǒng)，起到消毒、滅菌、除異味等功能。這不僅改變了潔凈室常見的消毒設計模式即紫外燈和甲醛熏消的方法，而且還能對組合空調機內腔、風管的內壁、和初、中、高效過濾器等進行消毒，有效地遏止了其內部的微生物生長，提高了高效過濾器的過濾效率和使用壽命，減輕了初、中、高效過濾器的風阻，降低了潔凈空調的能耗。

   4.4　潔凈區(qū)保障措施　

   為減少外界對潔凈區(qū)內潔凈度、濕度的影響，設計需采取以下措施：

   (1)潔凈區(qū)內的排風均設置止回閥，防止室外空氣倒灌；

   (2)人員進出的更衣系統(tǒng)，物料進出的傳遞窗等的門窗均安裝電子連鎖裝置，避免凈化區(qū)與外界直接聯(lián)通；

   (3)潔凈空調系統(tǒng)的送、回風和排風系統(tǒng)的啟閉連鎖，防止室內產生負壓；

   (4)為保證潔凈區(qū)內不同凈化級別的房間以及潔凈區(qū)對非凈化區(qū)有一定的壓差，在適當位置均安裝0－60Pa指針圓盤式微壓差計，能隨時監(jiān)測、調整、控制系統(tǒng)或房間的壓差。

   5　結束語　

   通過對多個果汁飲料冷灌裝無塵車間設計、安裝調試和生產經驗的分析后得到以下幾點體會：

   (1)凈化空調系統(tǒng)潔凈級別的高低以及室內設計參數(shù)的確定將直接影響到工程冷熱負荷的計算量和配套公用工程消耗量，進而對整個工程的造價和系統(tǒng)的運行費用產生巨大影響。因此，在符合[敏感詞]規(guī)范和滿足生產要求的情況下，選擇合適的潔凈級別和合理確定室內設計參數(shù)是工程前期工作的重要環(huán)節(jié)。

   (2)凈化空調系統(tǒng)應設置變頻裝置，以降低風機的運行費用，便于系統(tǒng)調節(jié)，降低能耗。

   (3)與灌封間灌裝設備局部層流罩5級凈化相比，集中送風垂直層流使室內參數(shù)控制更嚴格，更易保證5級凈化要求；對灌裝設備采用局部層流罩將使室內噪音、溫濕度很難控制，實踐證明采取對整個灌裝間作凈化處理的方案是經濟合理的。