商业无菌产品的生产已有相当长的一段历史。 在20世纪初，直接式UHT（超高温）工艺就已引入商业无菌生产。当时，这项技术仅用来对充填到罐中的产品进行预处理，这些罐然后会被进行高温蒸煮灭菌。第一种超高温无菌包装的产品是灌装在铁罐中的，并于二十世纪二十年代中期在伦敦农业展览会上展出。但这种产品没有取得商业上的成功。在二十世纪三十年代初期，无菌罐头制品在美国得到了发展。

    在1961年，柔性包装材料引入无菌包装工艺，这是一种用蜡，纸和聚乙烯复合而成的薄片包材，如：利乐系统（利乐三角形无菌包装），纸基的纸盒上带有黑色的涂层，用来阻挡光线的侵入，但这种包材防止氧气等气体侵入的功能很差。UHT处理系统有着广泛的应用， 在解决了初期的技术问题后，UHT处理系统和三角包无菌灌装机组合而成的无菌生产系统取得了市场成功，这种产品被称之为：长保质期产品。

    1969年，利乐无菌砖型包装被引入商业生产。这种包材的结构更复杂，它是由：聚乙烯-纸-聚乙烯-铝箔-聚乙烯 复合而成。这种结构的包材能阻挡光线的侵入并具有有效的气体屏障。砖形包装的式样非常有利于存储，运输和搬运。这项技术也是UHT处理工艺和无菌包装技术上的一个真正突破。今天，大量的高酸或低酸类液体食品用这种连续式的处理方式进行灭菌，然后在无菌的环境下进行灌装来达到长期保存的目的。牛乳及其乳制品是第一个采用这种方式进行包装的长保质期产品，至今仍在加工数量上保持领先。

    用热处理的方式使食品达到长期保鲜的工艺可以为人类提供稳定，安全的食品。尽管商业罐头包装可能是最可靠，最安全的食品保存方式，但不是完美的。为了提高技术水平，提高无菌灌装产品的品质及其经济性，罐头包装现有的低污染风险的优点有时要被牺牲。

表1：不同材质包装的费用
包装类型	美元/千包
金属罐头	100
复合罐头	80
玻璃瓶	75
无菌杯	60
无菌纸盒	50

     无菌包装技术与传统包装技术相比有一下优点：

     a)  新的包装外形。

     b)  节能及包装费用低。

     c)  方便。

     d)  提高灌装食品的品质。

 

     不同包装方式的价格比较如表1 所示：

 

表2：罐头包装和纸基无菌包装的费用比较。
	罐头包装	无菌包装
	马克/千包	马克/千包
包装材料	225	140
外裹材料	13	12
热处理和灌装	11	21
总计	249	173

 

 

     在表2 中列出了罐头包装和长保质期产品生产费用比较。

 

摘要

食品通过超高温处理工艺可以达到商业无菌；快速地升温，很短的高温保持时间以及迅速地冷却可以最大限度地减少产品中化学变化的发生。以下是直接式和间接式超高温系统的原理简介。

1.概要

超高温处理工艺是对流动的产品进行连续热处理的一种工艺。首先产品被迅速加热，使其温度迅速达到灭菌温度，在这个温度下经过短暂的保持，然后产品被迅速冷却。UHT处理的目的是使产品达到商业无菌。要达到高的灭菌效率就需要高的热传输率，这只有液态食品才有可能。如果超高温处理的产品的配方中要用到粉末原料，对粉末原料的正确浸泡非常重要：所有的粉末颗粒必须完全浸湿。
1.1低酸液体食品
低酸食品的特征是PH值大于4.5 或4.6，这取决于地方食品法规的规定，对于这种产品的处理需要非常小心，这是因为：
a) 微生物可以在这种产品中生长，繁殖。细菌芽胞也可在这种产品中发芽而导致食品变质。

b) 特别是致病微生物可以在这种产品中生长。如果消费了被这种微生物污染 的产品，会引起食物中毒或致病。
对低酸产品典型的超高温处理温度时间组合为：130~150oC, 通常保持4秒钟。
1.2 高酸产品
高酸产品的PH值为小于等于4.5 或4.6。这类产品主要有果汁，果汁饮料及饮料。高酸产品比低酸产品安全，这是因为：
a) 高酸产品会抑制致病菌的生长，所以在公共健康方面比较安全。
b) 细菌的芽胞不能出芽，不会导致食品变质。
c) 随着PH值的下降，热处理的灭菌效果会增加。这样，只要较低的温度就可以使产品达到商业无菌。
d) 另外，水果中常见的一些有机酸可以显著降低腐败微生物的耐热性。
e) 高酸产品中的变质微生物主要有酵母，霉菌，和一些细菌（乳杆菌，链球菌等）。
高酸产品的热处理温度相当低。除几个特例外，85~95 oC，30~15秒的保持时间，有时需几分钟，就足以达到商议无菌。但有一些例外，特别是番茄产品，这种产品需相当高的处理温度，通常需要超过100 oC。

 1.3 酸化产品

酸化产品是将低酸产品在预处理过程中进行酸化，将其PH值降到高酸产品范围而生产出来的。这种产品有着高酸产品一样的微生物特点。酸化过程是至关紧要的。必须要使整个产品达到均匀的，低的PH值。酸化可以通过生物法来实现：在产品中添加菌种，使其在适宜的温度下生长熟化，使产品酸化，常用的菌种有：乳杆菌和链球菌。另外也可以通过在产品中添加柠檬酸或乳酸并迅速搅拌使其混合均匀的方法来实现酸化。
产品酸化后，通过热处理达到商业无菌，然后进行灌装。

2. 间接式UHT系统
在间接式UHT系统中，热（冷）媒和产品被换热表面分开。热媒可以是蒸汽也可以是超高温热水。
间接式系统的温度-时间图形如图所示。
通常，4oC左右的产品经进口平衡缸和离心供料泵送入灭菌机。接着产品被加热到70~75oC，在这个温度下进行均质。对牛乳的均质压力常用200~250 kg/cm2（第一级：150~200 kg/cm2，第二级：50 kg/cm2）。均质机是一个正压柱塞泵，它将产品直接送到无菌罐或无菌充填机进行后续的灌装。灭菌温度常用：135~140oC。在灭菌温度下的保持时间通常为在2~6秒。下游均质的工艺布置对一些产品会有更好的风味，但费用较高。
为了降低产品中氧气的含量，产品在上游均质前可以先进行脱气。通常牛乳在进灭菌机时是氧饱和的。因为间接式灭菌系统是个密闭系统，进出口产品的氧含量相等。根据牛乳温度的不同，乳中的含氧量通常在6~9ppm（通常为7ppm). 如果在进均质机前以70oC的温度先进脱气罐，乳中的氧含量会降至1~3ppm以下（0.3-0.9ppm). 脱气的程度取决于产品的温度及脱气所用的真空度。
在热处理过程中，加热表面，特别是在温度超过80oC的热表面上会出现结垢现象。为了减少结垢，延长连续生长时间，UHT系统中添加了一段保持管：90oC左右的牛乳在保持管中保持几分钟后，然后再灭菌。间接式系统可以进行高效的能量回收：用UHT处理过的产品对新进入的产品进行加热。产品在流经设备时会有一定的压力降，所以灭菌机入口处的产品压力总是高于出口的。在灭菌机能量回收段及终冷却段的任何泄漏都会造成再污染。可以用在终加热段后加设增压泵的方法来消除这个风险。
间接式UHT系统的优点有：
a) 就技术而言，结构比较简单。
b) 设备投资相对较少。
c) 可以有很高的热回收率（板式换热器可以达到93%以上）。
d) 维修量少。
e) 运行费用少。
现有商业无菌生产用的板式和管式（单管/多管）系统，生长能力可达：2000~30000升/小时，或更高。

3.直接式UHT系统

直接式UHT系统以产品和热媒直接接触为特征。热媒常用蒸汽，在个别地方也会用到电加热，如：Elecster, Ohmic. 。
电加热直接式UHT系统以电流流经产品为特征。这种系统常用于含颗粒液体食品的灭菌。尽管在几家大的食品公司和动物食品公司的研究发展部现仍装有几台这种系统，但该系统的商业应用非常有限。该系统有两个问题：一个问题是液相和固相间的电阻不同；另一个问题与含颗粒产品的热处理有关，这些颗粒在热处理及后续的无菌输送过程中会分离出来，并且会在热处理过程中被软化，破碎。
蒸汽喷射式系统是将蒸汽喷入产品，使产品达到商业无菌。产品混入式系统是将产品喷入蒸汽腔中，使产品达到商业无菌。
蒸汽喷入式和产品混入式系统都必须使用烹饪级洁净蒸汽。
所用蒸汽的最低要求是必须遵守的（电加热系统除外）。间接式系统尤其是用蒸汽做热媒的间接式系统，也要使用烹饪级洁净蒸汽。

典型的直接式系统,4oC左右的产品经进口平衡缸和离心供料泵送入灭菌机。接着产品被板式或管式换热器加热到70oC，在这一步，蒸汽被喷入产品，或产品喷入蒸汽腔，蒸汽冷凝过程中的放热使产品几乎在瞬间（喷入式约0.1秒，混入式约0.25秒）达到灭菌温度，通常为145 oC ~150oC。在灭菌温度下的保持时间通常平均为4秒。不论是蒸汽喷入式还是产品混入式，蒸汽凝结水都进入了产品并稀释了产品。凝结水的量约占产品体积的10%。这些水必须在后续的处理过程中从产品中除掉。
保温管的出口与一个真空舱相连。为了防止产品在保温段沸腾，系统上的一些限制装置保证产品在保温段时有着足够的正压。产品进入真空舱，开始剧烈地沸腾，蒸汽被闪蒸出来。通过调节喷射（混入）温度及真空舱的真空度就可以保证进出灭菌机的产品中的干物质含量一致。闪蒸器造成的压力降要求在系统中加装一台无菌排料泵来完成产品的后续输送。为了防止产品在膨胀式冷却器中积聚或空舱现象，产品供料泵和排料泵的容量应仔细匹配。
蒸汽冷凝过程中的空穴现象及产品在膨胀器中的沸腾都会使牛乳中的蛋白和脂肪不稳定，为了对其进行补偿，需要使用下游无菌均质机。均质压力通常用200~250 kg/cm2（第一级：150~200 kg/cm2，第二级：50 kg/cm2）。均质机推动产品，流经灭菌机的终冷却段，再输送到无菌罐或直接送到无菌灌装机。
在膨胀冷却器中，水及所有的挥发性成分都从产品中去除了。另外，真空舱的功能决定了它是一个很有效的脱气设备，可以有效地脱除产品中的氧和其他溶解在产品中的气体，主要是二氧化碳。这样，产品的冰点提高了。在膨胀器出口处，牛乳中的含氧量下降到约0.1ppm.
蒸汽喷入式和产品混入式系统的优点如下：
a) 热负荷较少，热处理过程中产品的化学变化较少。
b) 结垢现象较少，特别是在70 oC以上的热表面。可以长时间连续运转。减少了设备清洗和预灭菌的次数，节约了运行成本。
c) 产品中含氧量低，可以增强产品中一些维生素的稳定性，减少因氧化而造成的产品变味。
d) 更适宜处理高粘度产品。
最近开发出一种特别的UHT换热器，它是由直接式和间接式加热器组合而成。在同一组件中，管式加热和蒸汽喷入式加热相结合。产品在4 oC下进入，管式换热器将其加热到95 oC，在这个温度下保持一段时间使蛋白质稳定，然后喷入蒸汽，瞬间将产品温度提高到140~150 oC，产品在该温度下保持数秒后被冷却，管式换热器对产品进行预冷，

并回收热能；产品中喷入的蒸汽在真空舱中被闪蒸出来，同时产品温度降到80 oC；然后进行无菌均质，最后产品被冷却到常温并被无菌灌装。

4. 设备灭菌

在正式生产前，设备必须首先进行预灭菌。这个过程可以通过过热水或蒸汽来实现。在直接式系统中有膨胀器和混入器，所以必须使用蒸汽进行灭菌。在系统的敏感点一定要安装温度控制或监测探头，通常都应装在回流管上。
如果用过热水进行设备预灭菌，过热水的温度，时间和流量是关键。管路中可能的气囊现象及灭菌机和无菌罐回路的交界面都是影响设备预灭菌效果的关键因素。如果过热水的流速超过1.5m/s，管路中的空气可以被有效地除去。
在安装无菌罐的场合，应有另外的灭菌回路。这时常用蒸汽来灭菌。在蒸汽灭菌过程中，可能引起问题的是冷凝水必须及时从系统中除去。
无菌灌装机的预灭菌是另外进行的，可以用单独加热的方法，也可用化学及加热并用的方法来进行。应特别留意产品管和无菌灌装机交界面的预灭菌效果。

摘要
本章将主要介绍使用纸基包材和双氧水为灭菌剂的灌装系统的无菌灌装原理。着重介绍包材的灭菌，包装成型，灌装和封合所在环境的灭菌以及密闭包装的生产。
1. 概要
UHT工艺可以使液体食品达到商业无菌。无菌灌装的任务如下：
a) 使终产品在货架期内维持高的微生物学方面的质量。
b) 在声明的货架期内保持包装内容物的风味，组织状态和营养价值在消费者可接受的范围之内。
无菌包装的生产常采用以下四种方式：
a) 在无菌区域内灌装。
b) 无菌产品在无菌环境下灌装到预成型的纸盒中
c) 无菌产品在无菌环境下灌装到预成型并被灭菌过的纸盒中。
d) 成型-充填-封合均在无菌条件下完成的无菌包装方法。

成型-灌装-并封口的工序都在无菌环境下进行的生产方法是最好及最成功的技术，也是本书重点阐述的内容。这种无菌包装生产需要满足一些基本条件，如图1所示。
2.包装材料的灭菌
在无菌包装的生产过程中，包材的灭菌尤其是包材食品接触面的灭菌都会用到化学灭菌法。迄今，最常用的化学灭菌剂是双氧水（H2O2）。在生产中，我们最关注的问题是灭菌效率和双氧水（H2O2）在产品中的残留。
无菌灌装机的不同，决定了灭菌方式的不同，通常有以下几种灭菌方法：
1) 双氧水（H2O2）喷雾
2) 双氧水（H2O2）蒸汽
3) 双氧水（H2O2）滚轮涂抹法。
4) 浸泡法，等。

2.1 喷雾法的应用
双氧水喷雾灭菌法（雾化灭菌法）常用在间歇式生产或使用预成型纸盒进行生产的无菌灌装系统中。
一定量的双氧水通过喷嘴喷到预成型的纸盒中。为达到良好的灭菌效果，纸盒的食品接触面上都应被双氧水覆盖。因为塑料材料尤其是聚乙烯的疏水特性，研究发现，纸盒内表面只有20%~30%是被浸湿的。尽管这样，灭菌效率依然很高：用枯草芽胞杆菌做实验，据报道灭菌效率可以达到6D，这可能和双氧水在后面的加工过程中蒸发有关。热的无菌空气被吹入纸盒中，用以维持纸盒灭菌必须的温度，并带走食品接触面上的双氧水。用180 oC的无菌空气对纸盒进行干燥，可以对枯草芽胞杆菌有5~7D的灭菌效率。
低浓度双氧水（~0.5%  或浓度更低）的灭菌效率在结合紫外线照射的情况下可以得到显著的提高。
2.2 双氧水蒸汽的应用
在使用双氧水蒸汽的无菌灌装系统中，液体双氧水先喷入热的无菌空气流中，然后双氧水蒸发并凝结在需要灭菌的表面。因为凝结的雾滴很细小，雾滴在表面有很好的覆盖。接下来，双氧水雾滴被导入的高温无菌空气加热并蒸发掉，完成对包材的灭菌。
2.3双氧水滚轮涂抹法的应用
双氧水滚轮涂抹法是将常温的液体双氧水涂抹在平坦的包材内表面上，为包材成型前的灭菌做好准备。为了在包材内表面上形成一层均匀的双氧水膜，覆盖住整个需灭菌的表面，双氧水中一定要加入润湿剂，建议使用0.2~0.3% 的 （PSM）或类似物质。灭菌剂涂抹在包材的食品接触面上后，纵封形成，包材成型为纸管。对包材进行灭菌时，需要使覆盖在包材内表面上的双氧水达到一定的高温。一种电加热器（管式加热器）提供了灭菌需要的高温（105~110oC），同时去处了包材上的双氧水(见图5)。
2.4双氧水浸泡灭菌法
双氧水浸泡灭菌法也是先对平坦的包材进行灭菌，然后再成型的包材灭菌方式。包材走过双氧水浴槽后就完成了包材灭菌。灭菌过程中所需的必要的温度是通过一个设在双氧水浴槽的水浴加热器对双氧水进行间接加热来实现的。30%的浓度，70oC温度和约10秒钟的接触时间是达到对细菌芽胞足够灭菌效率的关键。包材上的双氧水可通过以下方式来去除的：
a) 用一对挤压滚轮将包材上的多余的双氧水挤回双氧水浴槽中。
b) 用一对气刀，把热的无菌空气吹到纸路的正反两面。
包材经过双氧水浴槽的浸泡并去处了多余的双氧水后，无菌的，平坦的包材被卷成筒装，然后进行纵向封合。
3. 无菌的充填环境
产品和包材经过灭菌后，一定要防止再污染。包装的成型，灌装和封口一定要在无菌环境下进行。进行包装的区域必须进行灭菌，并且无菌环境必须维持到生产结束。
3.1 充填机的灭菌
灭菌前，必须对设备进行有效的清洗，只有这样才能对设备进行有效灭菌。根据设备的结构和复杂程度，对设备的灭菌可以用以下两种方法：
1) 加热法
2) 加热法和化学法结合的方法。
3.1.1 加热灭菌法
一些系统或系统中的一些部件允许用蒸汽或热空气加热的方法来灭菌，如图7例。
在这种系统中，常用蒸汽和热空气结合的方法来灭菌，无菌空气是由普通空气经330~360oC煅烧的方法来获得，灼热的无菌空气通过阀组导入设备，温度高于240oC的热空气，在设备中循环30分钟后，充填管和无菌区域就被干热灭菌了。蒸汽障将无菌灌装机和供料管分开；蒸汽障及产品阀用130oC的蒸汽进行灭菌。
 
3.1.2 热空气和化学法结合的灭菌法
复杂的无菌灌装机不能仅用加热的方法进行灭菌。如成型环，导轮等结构都不能耐受灭菌时的高温。设备的材质很厚重，灭菌加热时间和灭菌后的冷却时间都长的惊人。对于这种系统的灭菌就需要用加热法和化学法结合的方法来进行。常用的灭菌剂为双氧水。
双氧水在设备灭菌时有两种用法：
• 喷成雾状
• 蒸发成气体然后凝结在需要灭菌的表面。
不论用什么方法，都需要用热的或高温的无菌空气来达到灭菌所需的温度并除去系统中的双氧水。化学灭菌之外的区域可以用干热或湿热的方法来灭菌。
3.2 生产过程中无菌状态的保持
在大多数无菌灌装系统中，无菌空气的正压被用来使无菌环境免受外界的污染（见图9）。
空气的灭菌可用超细过滤法和煅烧法，或两者结合的方法。超细过滤法是用高效空气过滤器对空气进行过滤，使用时注意以下几点：
• 用低压风机供风；
• 气流速度为0.5米/秒（层流）；
• 高效过滤器能滤除粒径大于0.3um的颗粒，效率大于99.99%。
如果用到煅烧法，340oC是灭菌必须的温度。加热后的高温空气可用水冷法或能量回收法进行降温：用它来预热进风。
4. 密闭包装的生产
生产密闭的包装依靠以下几个方面：
• 正确的顶部和底部封合（横封）
• 密闭的纵向封合
• 完好的包材结构。
包材质量，无菌灌装机错误的调整，维修和操作不当及包装的运输损伤都会造成包装完整性方面的问题。为了减少这些因素的影响，需进行适当的检查：
 
a) 新到包材的功能检查
b) 灌装机的正确维修
c) 设备操作工培训
d) 能力监督
e) 适当使用外裹设备并对其进行维修
f) 所用外裹材料应能对包装在运输和处理过程中提供有效保护。
g) 对处理无菌包装的每个环节的工作人员进行必要的培训。
h) 包材应在卫生的，适宜的条件下存放，如适宜的温度，湿度并在供应商推荐的时间内消耗掉。
现在，我们有一些检查包装完整性的方法：
a) 染色实验
b) 包材中氧含量增加量检查
c) 电导检查
d) 撕扯实验
微生物检查（如图10所示，将包装浸没在富含微生物的溶液中）已不再被推荐，因为实验过程会影响到包材：容易造成失误，使实验结果难以解释。
一些细菌可以穿过包材的一些细小孔隙，这些孔隙小到不会使产品泄漏。在模型实验中，我们用塑料材料，可以观察到运动型活菌的运动埃希氏大肠杆菌，铜绿色假单胞菌和枯草芽胞杆菌在24小时内，在内径10微米或更大的充满液体的毛细管中运动了10毫米。运动的速度随着孔径的减小显著地降低。最小内径介于1.3~2u. 非运动型活菌，如金黄色葡萄球菌和巨大芽胞杆菌及德巴利酵母属的酵母hansenii,假丝酵母（Candida parapsilosis) 和假丝球拟酵母属等微生物活动的非常缓慢，在内径为10u的充满液体的毛细管中，24小时它们的运动速度小于0.5毫米；根据细胞的尺寸，能被非运动型活菌穿透的最细毛细管内径为2~5u。

 

摘要
微生物的杀灭不是一个绝对的过程；不是所有的细菌在同一时间被同时杀灭。对于同一个灭菌过程，在一定时间间隔，相同级数的细菌被杀灭。理解这条非常重要。任何灭菌过程的效果都是由所采用的工艺参数和产品中微生物负荷来决定的。有时，为了使处理工艺更加有效，我们无法改变工艺参数来提高灭菌效率，这时我们只有通过降低原料中微生物负荷尤其是细菌芽胞的量来提高灭菌效果。
1. 概要
食品容器和食品的灭菌这个课题是充满争议的。一方面，立法部门或多或少地会将灭菌定义成绝对的状态，如：“没有。。。。”，另一方面，微生物的灭菌遵循半对数曲线的理论又被大家都接受。普通微生物和个别细菌芽胞的杀灭被广泛地研究。对大多数微生物而言，不论是使用热处理灭菌还是化学灭菌，都遵循半对数致死曲线的规律。
(Log(N0/N)=与灭菌剂的接触时间/D
No 为起始时的细菌营养体的量，N为细菌营养体与灭菌剂接触给定时间后的量，D为细菌营养体的量减少到原来的十分之一所用的时间。灭菌剂可以理解为加热或化学灭菌剂。

提高灭菌的效果可以有两种方式：减少产品中细菌芽胞负荷，如图1A所示；或使用更高的灭菌参数，如图1B所示。

无菌意味着产品中的所有活的微生物都不存在。用微生物的半对数致死率来表述，就是logx=0，但是，因为等式logx=0不存在，所以绝对的无菌是不存在的。它只能无限接近而不能达到。这样，每个灭菌过程都会有灭菌残留。也就是说都有灭菌效率。这可以用灭菌后微生物数量的常用对数被降低的个数来表达。例如：对一个常用的UHT系统，对牛乳灭菌时，安全地估计，灭菌效率为9D。也就是109个芽胞送入UHT灭菌系统，会有一个存活下来, 这个结果与处理的产品量无关。

109 细菌芽胞 - UHT- 100  =1

D值是一个时间量，它是在给定的温度下，对细菌芽胞达到1D灭菌效果所需的时间。F值是在指定条件下杀死食品中给定微生物量所需的时间（分钟数）。F0值设定的灭菌效率为12D，对应的Z值为180F（100C），灭菌温度为2500F (121.10C)。Z值是微生物反应时间减至原来的十分之一所需提高的温度。Q10值是灭菌温度提高100C，反应速度的提高倍数。假设Z值为10.5，Q10值为9，在1400C的灭菌温度下保持4秒钟，那么F0值为4.2秒。
在英国，健康及社会安全部门颁布了对低酸罐头食品的加工指南，其中规定，热处理的最低可接受标准为：经处理后，肉毒梭状芽胞杆菌可能的的残留为每1012个罐头里小于一个。这通常被解释成在1210C 的灭菌条件下，保持3分钟 （F0值=3）。在板式换热器中，用嗜热脂肪芽胞杆菌的芽胞作为实验微生物，灭菌温度为1420C，保持2秒，其灭菌效率为7D。这个结果是嗜热脂肪芽胞杆菌的芽胞被热处理后得到的结果，对牛乳进行热处理时需要修正，这是因为牛乳在热处理过程中会产生抑制剂，这种抑制剂会抑制普通细菌芽胞的发芽，尤其对嗜热脂肪芽胞杆菌芽胞的发芽更具有抑制作用。
被大量地衣芽胞杆菌芽胞污染的牛乳和奶油，Z值为7.4~8.00C 。在UHT的温度范围内，对嗜热脂肪芽胞杆菌芽胞的Q10 值为11，对应的枯草芽胞杆菌的Q10值为30。脱脂乳中的枯草芽胞杆菌的芽胞在129~1350C的灭菌温度下，Z值为6.8~180C。

 

				表1. 灭菌效果：蒸汽直接喷入式。
		枯草芽胞杆菌		嗜热脂肪芽胞杆菌
温度	芽胞起始量	最终芽胞数	对数减少值	起始芽胞数	最终芽胞数	对数减少值
140oC	45,000	0.0004	9.0	10,000	0.0004	7.4
135oC		0.0004	9.0		0.0004	7.4
130oC		0.0007	8.8		0.25	4.3
125oC		0.45	6.0		2.50	3.6
135oC	4,000,000	0.0004	10.0	250,000	0.0004	9.0
130oC		0.0004	10.0		0.0950	6.4
125oC		0.04	8.0		2.50	5.0
120oC		4.5	6.0		2.5	5.0
135oC	75,000,000	0.0004	11.0
130oC		0.0250	9.5
125oC		4

 

嗜热脂肪芽胞杆菌的芽胞在PH值为6.0和7.0的情况下，被加热到104.40C~137.80C， 我们就可以画出线性的半对数致死曲线，对应的Z值分别为8.70C和10.30C。
使用蒸汽直接喷入式灭菌系统，保持时间为4秒，在不同的温度下，我们就可以得出表1 所示的对数下降值（灭菌效果）。
在实验工厂，用嗜热脂肪芽胞杆菌作为实验微生物，脱脂乳被加热到1350C，Z值从没有低于6.70C (12 0F) 也从没有超过180C（320F）。

产气夹膜梭状芽胞杆菌A型芽胞在UHT时的钝化一直在研究。用毛细管法将含水芽胞悬浮液加热到85~1350C。在温度超过1000C时，结果显示芽胞的钝化效果很迅速。最耐热的肉毒梭状芽胞的D值在1400C时为0.1

表2.温度对枯草芽胞杆菌786的效果：超高温对乳制品中芽胞的破坏
温度(oC)	起始菌落数/毫升	最终菌落数/毫升	减少的数量级
130.5	7.2x106	0.9	7
	6.9x106	0.6	7
132.0	74.8x106	0.2	7
	4.8x106	0.09	7
133.0	4.7x106	0.001	8
	7.3x106	0.001	8
135.5	4.9x106	<0.0004	>8
	8.3x106	<0.0004	>9

秒。在灭菌温度范围为120~1400C之上时，悬浮在磷酸盐缓冲液（PH=7）中的肉毒梭状芽胞的Z值为110C。用毛细管法进行实验，会发现在85~1600C的温度范围，Z值有显著的增加。在148.90C/3.42秒时，对梭状芽胞的灭菌效率可达12D，这些结果是对芽胞悬浮液进行灭菌，Z值为19.40C及D值（148.90C）为0.285秒时得出的。
原料中肉毒梭状芽胞的数量在104/单位容器至10-1/单位容器之间。蘑菇产品中肉毒梭状芽胞的数量约为104/单位容器，肉中约为10-1/单位容器。包材上的肉毒梭状芽胞的数量在10-5/单位容器级别。一般包材上的微生物负荷可忽略，因为食品中的芽胞负荷要比包材上的大得多。当我们说工艺要求灭菌效率为12D时，有这样一个潜在的风险：我们只确定了芽胞的降低量，而终产品中的残余量会随着原料中肉毒梭状芽胞和其他芽胞的起始浓度变化而变化。
直接式灭菌系统在蒸汽和牛乳混合及闪蒸时的剧烈温度变化都会增对细菌芽胞热冲击的破坏效果。对比在实验室中将芽胞悬浮液置于较低的温度下的灭菌效果，直接式灭菌对芽胞的破坏效果比预期的要好。所以，在实验室获得的数据不能反映UHT的实际操作状态。在实验室做模型实验所用的微生物或多或少都是很耐热的而且在做实验时，它们的浓度都很高。这就让人怀疑实验结果多大程度可以反映实际生产。

 

 

 

摘要
在无菌灌装系统中，双氧水常用于对包材（食品接触面）的化学灭菌。本章将对以下方面进行讨论：双氧水在产品中的残留，双氧水对环境的影响及双氧水的化学灭菌效率。

1.概要

 

表1.不同浓度/温度的双氧水对枯草芽胞杆菌灭菌效率达到4D所需要的接触时间(秒)。
温度(oC)	10%	15%	20%
25	1640	780	570
50	192	128	66
60	96	53	45
70	60	39	26
80	36	23	15

在大多数无菌-及延长货架期（ESL）产品的包装系统中，都会用双氧水对包材食品接触面进行灭菌或消毒。一种好的灭菌剂必须满足以下几个方面的要求：

a) 易于使用
b) 在线应用的一部分
c) 使用后无残留
d) 能有效地杀灭可能的腐败菌如细菌芽胞
e) 价格不贵
f) 无毒
g) 无腐蚀
h) 容易买到
在以上条款中，最主要的是微生物效率和在产品中的残留。尽管，有些化学品在某些方面效果更好，但双氧水的综合指标最好。
2. 微生物方面
用枯草芽胞杆菌的芽胞，在不同的温度和双氧水浓度下进行实验来研究双氧水的微生物效果，其结果见表1。

相关的文献指出：双氧水的芽胞破坏效果受其温度和浓度的影响。10%的双氧水溶液,在600C时Q10值约为1.6。如果浓度从10%增加到15%及从15%增加到20%，都会增加50%的灭菌效率。800C，30%的双氧水溶液，接触时间为几秒钟就可获得对细菌芽胞几个D的灭菌效率。

表2.CL.botulinum和杆菌的芽胞对35%双氧水，71.1oC和87.8oC，(10000个芽胞)下的耐受性
	时间
	71.7oC		87.8oC
微生物	+	-	+	-
肉毒梭状芽胞杆菌	0	5	2	3
A型枯草芽胞杆菌	5	10	2	4
枯草芽胞杆菌			14	16
嗜热脂肪芽胞杆菌			10	14
+ =存活，生长
- =不生长

双氧水对肉毒梭状芽胞杆菌及杆菌的芽胞破坏效果对比结果，见表2所示。
实验用双氧水的浓度为10~41%，温度为24~760C，实验用微生物为枯草芽胞杆菌SA22，这是最耐化学品的微生物，及金黄色葡萄球菌，这是对化学品最敏感的微生物。

3. 双氧水在产品中的残留
在包材（食品接触面）灭菌过程中，常用双氧水浓度为15%~35%。无论是何种系统，灭菌后包材上的双氧水都不可能完全被除掉。所以，只要用到双氧水，就会有双氧水的残留。问题是多少双氧水残留是可接受的？在这方面，一些国家制订了相应的法规，其他国家在这方面没有控制。总而言之，有以下几种情形：
• 根本没有法规：双氧水的残留问题是公共健康监督员需要解释的事情。
• 现有的法规上说：“在食品加工过程中使用双氧水时，其残留不能超过‘技术不可避免的水平’”，但是，什么是‘技术不可避免的水平’？
• 在食品工业中应用的双氧水，“应能在加工结束前被去除或消散。”这里有两个问题：A). 去除是什么意思？显然应解释成“用相应的方法不能检出”。这样双氧水的允许残留量就取决于官方的实验方法的精度。如果检验方法不存在，那么允许的残留量是多少呢？这或多或少又是公共健康监督员需要解释的事情。B).结束是什么意思呢？对TBA系统而言，这是不是指横封完成，或是包装离开终端成型的时刻,或是在存储区，或是产品到了销售渠道，或是产品被消费者消费的时刻？
• 还有一种情况是既指定了相关的检验方法，也给出了最大的允许双氧水残留量。
现在，美国FDA对用双氧水对包材塑料表面进行灭菌后可允许的双氧水残留的规则是最完整，也是最好的。这个规则于1981年通过，规定如下：
• 只有规则中所列出的塑料表面需被双氧水处理。
• 双氧水中的添加物，如稳定剂，润湿剂等需满足规则或GRAS（通常认为安全规则）的要求。
• 双氧水的浓度控制在规则规定的范围内。
• 包装结束后，用规则中提到的一至两个检测方法即刻对包装进行双氧水残留量检测，其标准为不大于0.5ppm。
迄今为止，我们都没有发现消费一定量的双氧水会对身体有毒害。大剂量饮用双氧水，会刺激粘膜，但影响不会是长期的，因为人的细胞组织中就含有过氧化氢酶和过氧化物酶，双氧水会被分解：

2 H2O2     =  2 H2O     +     O2

对双氧水的毒性作过广泛的研究。双氧水分解的产物是水和氧，都是无毒的。双氧水也不会在体内积聚，不会出现慢性中毒。双氧水可以漂白头发及会对粘膜产生短暂的刺激。因为产气的缘故，大量摄取双氧水会有问题。
双氧水残留的推荐测试方法是过氧化物酶触酶实验。
残留在原料乳，巴氏杀菌乳及长保质期乳中的双氧水，在储存期的分解研究结果，见表4。

表3.牛奶中双氧水的分解

牛奶

原料奶

巴氏杀菌奶

长保质期奶

H2O2(ug/ml)

5

10

20

40

80

5

10

20

40

80

2

5

0 分钟

-

+

+

+

-

+

+

+

+

+

5 分钟

-

+

+

+

-

+

+

+

+

+

10分钟

+

+

+

+

+

+

+

20分钟

-

+

+

+

+

+

+

+

40分钟

+

+

-

+

+

+

+

60分钟

-

+

+

+

+

+

90分钟

+

+

+

+

+

120分钟

-

+

+

+

+

180分钟

+

+

+

+

240分钟

+

+

+

+

+ =可检测到；- =不可检测到； ug/ml = ppm = mg/升

表4.常温下长保质期奶中双氧水的分解
H2O2(ug/ml)	20	40	70	100	150	200	250
1天	-		+	+	+	+	+
2天		-	-		+	+	+
3天				-		+	+
4天					-	+	+
7天						+	+
8天							+
35天							+
+ =可检测到；- =不可检测到； ug/ml = ppm = mg/升

4. 环境中的双氧水
另一个需要关心的问题是环境中的双氧水，即工作环境中的双氧水。在一些国家有明确的法律规定：
• 人员长期工作或滞留的环境，空气中的双氧水含量最大不超过1ppm.
吸入双氧水，尽管没有毒，但也会刺激粘膜（眼，肺等）。另外，双氧水也是漂白剂，会改变毛发的颜色。

 

 

 

摘要

    生产过程或产品偏离既定的标准或规范所进行的问题调查活动，称之为故障排除。故障排除可以凭直觉判断，也可以进行系统分析。这种活动，尤其是系统地进行故障排除，所需费用相当昂贵，如果是为了分析某个问题的起因，费用问题尤为突出。不过后者可以避免类似问题的重复出现。凭直觉进行故障排除的细节无法讨论，系统故障排除则需要信息和数据。在本章节，利用微生物知识进行系统故障排除的细节，将会进行一定程度的讨论。
 
1 .概要

        有效进行故障排除的前提是存在确切的质量标准。只要产品或者一个加工过程偏离特定的标准，或者当这种偏离趋势比较明确时，就有必要进行故障排除。
但如果试图去解决并不存在的问题，所花费的费用就会更高。
故障排除往往并不会有效地进行。用微生物学的知识去解决问题经常会犯以下错误（261）：
a) 所调查的问题并不存在：一个想象的缺陷得到了强化。
b) 快速的技术调整改变了问题发生时的情况，以至无法再进行分析，同时还会引入新的问题。无限制的技术调整导致垫片被换掉，管接被拧緊，设备进行了调整和清洗等等。参数在不明所以的情况下得到了“校正”。经过这么多的调整，问题经常会自动消失。问题是，不同的措施并不会协调进行，而且没有记录，往往是你调试灌装机，我设置杀菌机。
c) 通常造成问题的原因会很多，最重要的原因却没有找出来。
d) 时间紧迫，人手短缺以及缺乏组织性都会造成问题的混乱。
e) 没有进行系统的微生物鉴定分析，或者分析结果与技术上的发现相去甚远。
 
        不过，解决问题的方法不外乎以下两种：
1）凭直觉进行判断；或
2）进行系统分析。
两种方法各有优缺。
 
2.直觉故障排除
        直觉故障排除不是解决问题的系统方法。其第一步就是行动。所以速度快，这是直觉故障排除的优点。时间不能说是故障排除最重要的一方面，但也是很重要的一方面（261）。另外，直觉故障排除所花费的费用不多。可以这样说，造成问题的原因并没有找出来，从而难以采取措施避免同样的问题再次发生。这是直觉故障排除的主要缺点。进一步还可以看到，并不是所有的问题都可以凭直觉来解决，而且，直觉故障排除无法教授。它需要一定的经验，直觉和运气。
        不能运用直觉故障排除解决问题一个例子如：产品线投入商业生产，取得操作经验，又用这些经验去提高“生产质量水平”。可是，经过一段时间，“使工作更轻松”的经验也被用到了生产中。大多数人都会很懒。结果，生产质量水平持续下跌，直到“成功销售所需要的质量水平”无法达到。此过程所牵扯的人员并不清除发生了什么。他们并没有故意让产品变坏。这样的问题很难解决，因为许多操作失误混在了一起，而每一个失误对问题所起的作用都很小。只有依靠外面的专家、系统进行有规律的技术审核才可以避免此类问题的发生。许多大公司已经采纳了上述的方法。

3.系统故障排除

        对于系统故障排除，第一步是进行思索：分析现存数据，形成一个看法。通常还会需要其它数据，这些数据必须正确地加以选择。搜集信息和辨认信息，缩小问题的范围。
也可以通过如下方法来选择信息：
•   信息鉴别或
•   排除无效信息。
        系统故障排除属于团队活动。该团队成员能够代表品控、生产和问题最可能出现的部门。有必要对故障排除团队的永久成员做正确地培训：产品的全面知识和所涉及的相关技术知识。
对造成问题的具体原因进行鉴别，采取相应措施避免类似问题的重复发生，这是系统故障排除的主要优点。只要时间足够，所发生的问题就能够解决。系统故障排除也可以教授。
       由于时间问题，在实践中很少单纯地进行系统故障排除。故此，问题发生的原因并没有清楚地分析出来，而是追朔到某一个
范围。得到问题发生的频率，并能够采取预防措施。但是利用故障发生的频率来优化生产过程则显得力不从心（262）。系统故障排除不仅耗时，而且费用也比较高。
        对长货架期生产线来讲，产品染菌的根源为二次污染、残留或者两者合一。

        如果产品杀菌和包材灭菌能够杀死所有的微生物，而且杜绝了产品的二次污染，当然可以获得零缺陷。
        低酸产品中能够耐受超高温灭菌的微生物都是革兰氏阳性菌，通常是嗜热菌，而且往往能够形成芽胞。虽然相对少见，原料和中间产品中的过多芽胞往往是该类问题出现的原因。如果在生产中适用粉末原料，正确的浸泡是至关重要的。
        超高温灭菌出现问题的概率相对较低。二次污染经常会造成混合染菌，主要是不产生芽胞细菌的一些营养细胞（80）。当然，由纯芽胞菌造成的二次染菌也可能发生，诸如清洗不彻底、设备灭菌不彻底、热交换器渗漏，以及工作温度高于80C的部件渗漏。
        在实践中，系统故障排除和直觉故障排除往往结合起来使用。系统故障排除的一个误区：发现问题，获得相关的数据，这些数据不见得完全。但不管清醒与否，对问题发生之处的概念已经形成。紧接着，设计试验去证实而不是去推翻自己的看法。经过一段时间，所涉及的人员就会老老实实地相信他们的看法是正确的。结果与发现汇报到管理层，从那时开始，威望就已经成了验证过程的一部分。一旦威望这个字眼浮现在脑海之中，故障排除就不是发现和解决问题，而是证明“我是对的”这么一个过程。

        一个典型的案例为：从同一条生产线上的一台或者两台灌装机（A机和B机）中各抽取50包随机样。我们可能会发现B机样有一包坏包，而A机样正常。在自觉或者不自觉的情况下，我们会形成一个看法：B机出现问题。为了证实这个看法，从B机进行再取样，而没有从A机进行再取样，后者没准会推翻上述的看法。显然，如果那样做，只会搜集到B机的证据，从而支持上述的看法。

3.排除微生物事故

        什么才可以称之为微生物事故？也就是说：消费者怎样看待一个特定的食品！消费者是不是认为食品是完美无缺的？首先必须区分群体消费者和个体消费者。个体消费者并不希望从货架上拿到的产品会出现坏包：个体消费者期望完美。群体消费者则反应各异。
        出现一定的缺陷率是可以接受的，虽然有限，但只要不影响市场。不同产品和消费群体对产品的可接受水平要求不同，但有一点，其肯定大于零。记住这一点非常重要。
        经过适当的培养，如果在样品中出现一个坏包，这样可以称之为微生物事故吗？对于这个问题意见不一。如上所述，灭菌过程不可能杀死所有的芽胞，只能使芽胞呈10倍递减。所以尽管最终的芽胞数量很少，但仍有“加工残留”。微生物的其它来源诸如二次染菌必须加以考虑。
        假设有100，000包产品，其中残留有一个芽胞可以生长和繁殖，这样就存在一个坏包的可能。如果从这批产品进行取样，该坏包就有被抽出的可能，尽管这种可能性比较有限。虽然一包坏包并不能说就是一场微生物事故，但它至少能够说明微生物事故发生的可能性：所以应当进行再取样。
        经过一定的时间，通常首先会发现微生物问题。在可见缺陷发生之前，有必要对样品进行适当地保温和衡量。客诉所需要的时间更长。如果所有的相关纪录都比较清醒而正确地完成，追朔终端产品缺陷的回顾研究就比较容易开展（86）。
       如果发现一个坏包，首先要判断它是否由微生物引起（84）。为了这个问题，同时进行“微生物粗略鉴定”，就必须用PCA培养基进行划线。细菌计数没有什么意义（158），不仅不必要，而且比较昂贵。
        如上所述，系统故障排除的第一步是建立一个看法。看法的准确性取决于信息的数量和准确性。通常情况下，手头信息不全，难以形成一个判断，从而需要进一步搜集信息。我们需要什么样的数据或者说什么样的数据最有帮助？
        工厂的环境比较相关。另外，还需要搜集如下的信息：
 
1）所涉及的设备；
2）设备的安装；
3）产品类型；
4）包装的严密性；
5）问题的大小；
6）产品坏包的类型；
7）坏包菌群（86）；
8）坏包的分布；
9）问题发生的背景。
        系统故障排除就象解决一个迷团。必须搜集信息，整合信息，分析信息，最重要的是不同方面的信息要结合在一起。然后才会出现一幅清晰的画面。
        机器操作工所做的加工与包装纪录自然会用来寻找操作失误或事件。无论什么样的信息，首先要考虑其来源的可靠性。
信息基本上可以划归三类：
    a) 故障排除者所搜集的信息：了解事实、规程和方法—最可靠的信息。
    b) 故障排除者熟人所搜集的信息：信息来源的可靠性与句限性是可知的；这种信息比较可靠。
    c) 其他人所搜集的信息：信息的可靠性无从知晓。每个人都会  报告他认为正确的信息！处理这类信息时要小心为是。
        报告中所谓的事实和结果往往是一种主观的看法，这一点应当记住。这些报告并不是“有意”经过篡改，但毕竟是报告人的所见和甄别而成。令人骑虎难下的事情就是缺乏数据，过多不相关或不确切的数据也是令人为难的事情。只要有可能，相关的数据就有必要经过仔细地总结和甄别。
        基于上述信息所形成的“看法”，通常还需要其它的数据。但还是要记住，我们不仅要搜集能够证明这个看法的信息，而且还要搜集能够推翻这个看法的数据。
 
3.1.1设备
        在本单位，设备本身不是，也不应当是一个问题：设备应当清楚地了解。但是品控人员缺乏设备知识毕竟是个缺陷。不过生产人员也往往缺乏实验室的工作知识。
        在大多情况下，参与解决问题的外部人员缺乏对设备的基本了解。他们应当了解所涉及设备的制造、构成和种类，以及运营的历史和维护的基本情况。

3.1.2安装
        设备的安装情况也许会影响到问题结果的判断。但本单位人员应当不存在这方面的问题，可是外部人员就不同，他们不熟悉该单位设备的安装情况。在任何情况下，都应当准备一张该单位设备的安装简图，只要能够说明各部分的基本功能就可以。

3.1.3产品类型
        各种产品的组份不同，所允许生长的微生物种类也就不同。由微生物造成产品特性的变化取决于产品的种类。了解产品的基本组成是十分重要的，尤其是糖类，如果添加糖类，还要了解数量和种类。
        组份中的粉末物质也许没有经过充分的浸泡。浸泡工艺至关重要，生产流程图中应当加以描述。 

3.1.4问题的大小
        坏包率经常以百分比的形式加以表述。尽管百分比本身能够说明一定的问题，但了解真正的取样量和坏包数更能说明问题，这样就能够利用泊松分布曲线。也有必要了解保温的时间和温度，还有测量的方法。

3.1.5坏包类型
        产品变化必须加以描述（84）。PH值，产气情况（胀包），结块情况和结块类型（软凝结，硬凝结，“破碎”等等），乳清分离，气味和口味（由于可能存在致病菌，口味问题值得注意），以及其它重要变化都应当包含在里头。从微生物的角度考虑，由纯菌造成的坏包才会出现特定的变化。

3.1.6染菌类型
        首先要问（80）：什么类型的微生物造成了坏包？这类信息通常十分有用，但经常会没有。
        由于以上原因，我们设计了一份“粗略鉴定图”，其操作方便，经济，快捷，而且几乎在所有情况下对手头的工作而言，已经足够了。可是，它并不是一种十分科学的鉴定。

      “粗略鉴定图”将腐败微生物分为六大类群。每一类群说明一个特定的污染来源。芽胞菌最耐热，假单胞菌最不耐热。微生物的有效致死温度罗列在表1。由于每一个类群包含了大量不同的微生物，应用该类群致死温度时就要十分小心。不过这种分析方法已经有文献纪录（159）。
        开包进行微生物分析时，最好在无菌条件下，但并不必要。因为坏包中微生物的数量很高，在开包时污染的一些微生物可以忽略不计（159）。接下来，要区分是纯污染还是混合污染。纯污染由一种微生物造成，混合污染中所包含的微生物种类则五花八门。在开包时，我们要本着是纯污染来操作，而且微生物最不耐热。
        故障排除的最重要工具是常识。要正确解释粗略鉴定所得微生物的结果，则需要一定的微生物知识。所有重要信息必须考虑而且加以结合。鉴定的微生物类群可以用来说明问题，但不能用来证明问题。芽孢杆菌在高酸产品中不繁殖。分解蛋白质产生苦味和软凝结是该类菌群的一个典型特点，但它们很少产气；乳酸杆菌、链球菌和肠杆菌科能够迅速分解糖类，产生酸类物质，可以使pH值降低到5以下，而且往往产气；放线菌、微球菌和假单胞菌对产品性状的影响不大，假单胞菌有时会升高产品的pH值，并伴随有水果味或臭鱼味。
        长效奶中出现细菌问题时，原因可以是（177）：
        a) 耐热芽孢残留；或
        b) 二次污染（再感染）。

        在25例坏包事件中发现高比例的由芽孢造成的坏包，这些芽孢菌生长在30C（177）。

        所使用的牛奶中通常含有很高的细菌芽孢：平均2,100/ml，范围在1到13,600/ml（177）。其可能是造成坏包的主要原因。但是，可以说明一个坏包事件是由芽孢菌和其它细菌所造成的，原因是混合染菌。

3.1.7 坏包分布

        如果按照生产时间和该时间所发现的坏包来绘制曲线，就会形成一种染菌模式（84），染菌模式可以提供有价值的信息。因而需要一定量的坏包，5包或者7包之多。有时还需要再取样。但是，必须记住，其它数据也需要搜集并整合到该染菌模式曲线中：染菌模式仅说明一定区域的信息，而不能够自我验证。
        基本上可以观察到以下规律：
        缺陷率在刚开始生产时很高，接下来出现“洗脱”。生产结束时，坏包率有时会增加（模式A）。当管道灭菌（清洗）出现问题时，这种染菌模式经常但不是一直会发生。在灌装机开机时出现压降，UHT冷却段存在的渗漏也会导致该类染菌模式。其它的解释也存在。
 
        生产初期没有坏包，生产后期突然出现坏包（模式B）或者坏包率逐渐增加（模式D）。
 
        操作失误可以导致这种染菌模式。中间产品批次的改变也可能导致该种染菌模式。换包材，同时伴随个人卫生比较差，或者其它随机失误，也能解释这种染菌模式。
        在整个生产过程中，坏包分布比较均匀（模式C）。产品灭菌失误，包材杀菌不彻底或者其它许多原因也可以导致该类染菌模式。操作失误也可以用来解释该类染菌模式。
        显然，这些模式图说明不同的染菌原因。
        如果按照图8来绘制染菌模式则更能说明问题，尤其当几台灌装机安装在同一条生产线上时。纵轴可以用来说明生产时间，从设备灭菌直到生产结束。对每一台灌装机而言，随机事件，诸
如换包材板（屋顶包）、纸卷（R）、纵封（L）、停机（S）或短停（St）等等都输入该图。所有相关条件的变化都应包括，诸如从杀菌机改变到无菌罐或者后段等等。通常情况下，每一个事件可能会对应相应的坏包数，从而说明该坏包产生的原因。相关信息来自于生产纪录。这些纪录可以来自于电子纪录、设备打印纪录或操作工手工纪录。自动纪录应当包括生产时间，生产开始时间，而且应当有操作工人和其主管的签字。
        手工纪录应当谨慎处理：
        a) 操作工的主要任务就是司机。保存操作纪录也是操作工的一项重要任务。如果出现问题，首先会想到操作工人。不过，纪录通常在事后填写。因而，时间并没有精确到分（仅以重要程度为序）。
        b) 如果操作工人犯错误，他的错误往往不可能填写到纪录表。当时的情形要么不填写，要么填写了其它的情况。

3.1.8历史
        过去发生过什么事情？坏包是不是独立发生的事件（84）？这类信息我们往往不得而知，而且不可能创造。不过通过实验室纪录和客诉，我们可以了解到一些过去发生的事情，也许会发现一些特定的规律。诸如坏包率随着生产时间增加（模式A）。这种模式可以说明是系统的失误，诸如，设备疲劳和磨损（159）。产品从开始到结束，一直有坏包，但缺陷率保持不变（模式B），诸如，一个持续的失误，象粉末浸泡不充分。有时什么规律也得不到（模式C）。这说明也许确实没有规律或者说进行了错误的分组。重新组合，如，进行一个星期的汇总，也许就会发现适当的规律。这只不过是汇总了星期一、星期二、星期三等等的数据而已。坏包也许只是零星的或偶然的，从而导致系统分析无法进行。但这些数据必须包含在AQL当中（159）。 

        不同的产品不应当混合在一块。高酸产品和低酸产品（尽管是在同一生产线上生产的）必须分别加以整理。

3.2零取样
    系统故障排除的目的是一步步地缩小问题可能发生的范围。这种目的可以通过鉴别或去除达到。诸如相关的问题：“问题发生在灌装操作之前、之后还是在灌注过程中？”是比较观注的问题。为了这个目的，我们常常使用零取样。
 
         在生产线的不同部分会安装一些取样设备。在这些部分进行取样、培养和微生物分析。如果在某一点发现问题，说明该点的后续产品会出现问题。问题是，用来分析问题的样品数量往往比较有限（262）。
        我们通常可以这样去做，尤其是界定了一个问题的特征时，如坏包。
 
        在上述例子中，一个容器中含有100升产品，该产品中含有一个活体微生物。那么使用1000ml 的包装，会产生一包坏包：坏包率1%！ 同时对于灌装操作，进行1升容量的零取样。这样针对零取样，抓住该细菌的概率是非常小的：平均来讲，1%的抽样会给出一个阳性结果，99%将指示出问题出在容器之后。随着零取样体积的增加，发现细菌的概率也会增加。如果容器中存在大量活菌（如，高缺限率）同样遵循这样的规律。 
       
       在生产线上安装多台无菌灌装机，更好更准确地发现问题的所在是比较不同灌装机零取样的缺限率（图13）。
        从不同的灌装机取样进行培养（A, B, C和D)。进行相同容量的缺陷比较。如果不同的灌装机生产相同容量的产品，每台灌装机所抽取的包数应当相等。假装灌装机A包装1000ml的样品，灌装机Ｂ灌装２５０ml的样品，B机的取样量应当是Ａ机的４倍。
在保温之前，4个250ml的样品应当“捆绑”在一起当作一个样品。不管有多少个坏包，都应当看作一个坏包。 

        运用统计学的知识，可以判定发现坏包的差异是否显著。如果差异显著，说明多坏包的灌装机存在缺陷，如果差异不显著，则说明可能是几台灌装机同时存在问题，例如生产供料部分的缺陷。
 
        不同灌装机抽取同样数量的样品，保温培养后进行评价。

例1：
        从灌装机A所抽取的样品中发现了2包坏包，从其它三台灌装机所抽取的样品中没有发现坏包。从这样的结果可以判定灌装机A有问题吗？ 要达到“20%错误冒险”水平，至少要发现4包坏包：不同不能说明差异显著。要正确判定这种情况，需要从所有灌装机抽取更多的样品。

例2：
        B 机样发现8包坏包，D机样发现1包坏包，其它两台灌裝机没有发现坏包。那么B机和其它几台灌裝机有显著差异吗？B机和其它机器之间存在“5%错误危险”水平。这说明，B机确实存在着故障。但D机所出现的1包坏包，说明有必要进行再取样（见例1）。
 
3.故障排除案例

1.概述
        考虑到市场上存在大量的长效、低酸食品产品，而截止到目前，文献中很少有报道说长效产品和长效奶被怀疑可能引起食物中毒。
        通常情况下，所提供长效产品坏包的微生物信息不足以鉴定导致坏包的原因。由于失误导致的坏包更是如此。这可以用两个例子来说明。

2.操作失误
2.1“突发性坏包”
        正常的长效奶生产安排是22小时，继后进行清洗和灭菌：一种典型的三班倒作业。安装比较明确：一台UHT杀菌机连接两台灌裝机。
        有可能出现以下这种情况：生产时间设定为36小时。在整个生产时间段，一台灌裝机一直没有坏包出现。另外一台在24小时之内没有坏包，之后突然出现100%的坏包。
        经过清洗和灭菌，第二天恢复正常生产，并没有坏包出现。
这是一种典型的操作失误案例。然而，不管是灌裝机的打印记录表，还是操作手的生产记录都不可能说明存在有这样一个失误。失误的确切原因难以获知，唯一的办法就是猜测。 

2. 2“突发性坏包”
        生产高酸长效产品可能会发生一种非常严重的情况。生产状况很不正常，违反了GMP 操作规范。生产从星期一早晨开始一直持续到星期六中午。星期六下午进行系统清洗，星期一早上生产前进行灭菌。生产安装直观简单：一台杀菌机和4台TBA9相连。清洗线通过手动阀组和每一台灌裝机相连。
        发生下面的情况： 
        截至到星期六，生产一直正常。接下来从星期一到星期六，四台灌裝机中的一台出现100%的坏包。经过清洗灭菌，生产从下一个星期一早晨继续开始，所有四台灌裝机生产正常：一个典型的操作失误案例。记录中再次没有反映出任何异常。确切的原因可能不会找到。在这个案例中，很可能是手动阀的操作失误所致，这种操作失误致使该台灌裝机没有连接在清洗回路上。
        虽然上述的真正原因永远没有找到，但是判定由操作失误导致的坏包也是很有帮助的。可以通过加强监控或者重新制定操作规程（QACP概念）来避免该类问题的再次发生。

3.文献上的案例
        文献上对一些低酸长效产品的微生物坏包案例已经有所描述。但是，能够应用的案例比较有限，下面以图式的方式说明三个案例。但是导致腐败的确切原因是很难解释清楚的。

3.1案例一
        正常生产循环。市场上也没有客诉记录。然而，质量控制人员经常发现大量的样品存在严重的风味缺陷：经过保温培养，牛奶尝起来发酸，pH值为6.15。微生物计数发现产品中存在108个芽胞形成菌/毫升。没有发现微生物营养体。从市场上搜集的样品中也含有微生物，但是数量很低，不足以形成可见坏包。实验室在40度条件下培养样品，这种温度适合嗜热微生物（80）的繁殖，但比正常的储运温度高，因而市场上不存在客诉。

3.2案例二
        所有生产产品受到了影响。品质控制人员没有发现问题，市场上客诉不断。牛奶含有苦味和不愉快的气味。在30度进行平板培养，没有揭示出任何微生物。可是，在室温条件下放置24小时，大量的假单胞菌得到了繁殖（80）。

3.3案例三
        长效奶油产生了一种不愉快的气味。内层的部分乙烯层和铝箔发生了剥离。微生物分析发现了大量的假单胞菌。为了弄清楚乙烯层发生剥离的原因，用假单胞菌进行反接，发现了同样的乙烯层剥离现象（80）。

4.假设案例
        下述案例是建树在25年现场进行微生物故障排除的经验基础之上。案例得到简化和修改，用以说明系统故障排除。

4 .1杀菌机的终端冷凝管泄漏
        系统故障排除需要搜集信息。

4.4.1问题
        在正常生产当中，从每一台灌裝机随机抽取50包样品。另外，在灌裝机的开机、每一次停机之后、重开机和换包材时分别进行目的取样。样品在30度条件下保温5天，最终分析风味变化和pH值变化。有一天，从灌裝机A发现一包坏包。从所有三台灌裝机重新取样，每一台灌裝机取样500包。经过保温试验，又发现四包坏包。经过平板划线，发现坏包是由微生物造成。

4.1.2设备和安装
        UHT杀菌机是由A公司生产的管式热交换器。其投入生产近五年。容量设定为每小时9400升。B公司生产的三台无菌灌裝机和其相连。每一台灌裝机的设定容量为每小时3000升。灌裝机和杀菌机的使用年限相同（图5）。
        弹簧保持式倍压阀保障三台灌裝机（A、B和C）的灌装压力。

4.1.3产品
        长效无糖纯奶

4.1.4再取样
        总共抽取1650包随机样， 100包目的样。发现四包坏包，即0.3 %。包装完整性检查没有揭示出任何渗漏问题。

4.1.5评价
        产品变苦而且有鱼腥味。pH为6.9。

4.1.6产品变化和菌相
        产品变化说明存在假单胞菌。3%KOH显示有拉丝现象。苯胺黑染色观察为杆菌。通过革兰氏染色验证KOH拉丝试验：革兰氏阴性杆菌。氧化酶试验变暗灰色：氧化酶阳性，说明确系假单胞菌。

4.1.7染菌模式
        在时间曲线上排放这5个坏包，就会呈现一种染菌模式。说明坏包事件与灌裝机的开机或重开机操作密切相关。三台灌裝机的坏包率也处于同一水平：
•   灌裝机A：640包样品中有3包坏包：-0.5%
•   灌裝机B：640包样品中有1包坏包：-0.2%
•   灌裝机C：640包样品中有1包坏包：-0.2%

4.1.8历史
        没有有关“历史”的相关信息：如，先前碰到的问题。

4.1.9分析
        对每一台灌裝机目的样的评估，没有发现开机样存在坏包。如，在生产开始时分析头两包开机样，以及重新开机后的头两包样品。
        三台灌裝机的样品都发现了坏包，但坏包处于轻微不同的水平。三台灌裝机坏包的显著差异能够说明灌装系统存在问题吗？统计学的知识说明三台灌裝机的坏包差异并不显著： 
 
        从每一台灌裝机抽取的样品数量和容量进行比较。要达到80%的可信度（20%风险），也就是说使三台灌裝机的坏包差异显著，最低需要6包坏包，由于单个灌裝机中发现的最低坏包数为1包（灌裝机B和C，表1）。最高坏包数为3（灌裝机A），差异不显著，说明是共同污染源，如生产供料部分。
        而且，三台灌裝机不可能在同一时间出现故障，而且导致同等数量的坏包。所有这些只能说明一点：生产供料的问题。
        坏包类型，即假单胞菌，说明该污染是由水的进入而导致的二次污染。假单胞菌对热非常敏感；70度以上的温度足以杀死他们。水能够在持热管后的哪一点进入系统，而且系统的温度还低于70度？仔细观察设备和安装就能有所帮助。
        水是怎样进入商业无菌产品中的？管道设计提供给无菌端一个正压。就是最终冷却段存在渗漏，无菌产品也会被压进有菌的冷却水端，有菌水而不会进入无菌产品端。
在无菌灌装设备开机时，通常存在一个短时间，这时，灌裝机比设定容量消耗更多的牛奶：灌裝机运行时，系统中必须充满牛奶。这时牛奶的消耗量往往会大于杀菌机的供给量。无菌产品端的压降就会翻转最终冷却段的压力：有菌冷却水的压力要高于无菌产品端的压力。在一个很短时间内，水进入产品，由此造成的染菌最终被冲刷出系统。只要最后一台灌裝机开机，就会导致一小段时间的染菌事件。该染菌事件会出现在任何一台灌裝机当中。

        仔细研究这种情况，就会得出上述模式。生产线最后一台灌装机开启之后，瞬时压降导致产品的染菌。可是，生产线上的产品还是无菌的；刚开始生产出来的几包产品也是无菌的。
        随后，“有菌栓塞”抵达灌装机，形成几包坏包。只要管道渗漏小，就只会有有限的几个细菌进入系统。而且会在任何一台灌装机出现。这种现象可以减少，甚至有可能杜绝，诸如通过在杀菌机的出口处安装倍压阀，或者在最终加热段安装一台增压泵会更好。

5.2倍压阀
        工厂正在进行微生物调试。所谈定条件如下：
        a) 三个独立的调试生产（清洗，每一轮生产间的灭菌）；
        b) 在每一轮生产中，从每一台灌装机总共抽取2400包（总产量）样品，三台灌装机总共抽取3×2400×3=21600包样品；
        c) 保温试验：35oC，5天；
        d) 评估：pH测试和感官评定。pH值变化0.2或者感官发生可见变化判定为一个坏包；
        e) 可接收水平：对每一台灌装机来讲，总共出现三包是可以接受的；但三轮测试中的任何一轮最多不能够出现2包坏包。

        待测样品经过保温（21600包），总共发现35包坏包（-0.2%)，这种结果不可接受。
        上述a 到e描述了取样方法和操作规程。系统解决问题的方法要求合理运用所有搜集到的信息。
        a) 设备与安装：三台无菌灌装机和一台UHT杀菌机直接相连（图9）。每一台灌装机生产1升的产品，容量为每小时6000升。杀菌机的设定容量为每小时19000升。
        b) 产品：使用牛奶当作待测产品；
        c) 取样：参照上述：每一台灌装机抽取3×2400包。
        d) 评价：参照上述：pH 和感官评估。
        e) 产品变化与菌相：大部分坏包为胀包（产气），凝结，pH为4.6；一些为凝结，pH6.2。胀包为混合染菌，包含革兰氏阳性杆菌和革兰氏阴性杆菌。革兰氏阴性杆菌的氧化酶试验也呈阴性：肠杆菌科。革兰氏阳性杆菌的触酶试验有的为阳性，有的为阴性：芽胞杆菌和乳杆菌的混合物。
        f) 模式：产品进行包装，每一箱12包。箱子进行连续编号。由于大部分坏包为胀包，所以胀包是这个时期所要调查的主要对象。在所有三轮测试中，胀包仅仅发生在灌装机C的开机段。
        g) 历史：不适用。 

        仔细检查发现坏包分布比较紧凑。
        统计表明灌装机C与灌装机B和C的坏包率有显著差异。从而说明坏包和C机关联。
        仔细观察箱号发现所有坏包（灌装机C）都在前5箱。
        仔细检查灌装机C没有发现任何能够解释这种坏包现象的异常情况。显著性差异可以说明C机故障，但也可以说明和C机相关的位置、安装等设备问题。再仔细观察，发现下述情况。生产线上的倍压阀不是无菌阀，而且距离C机很近：约30厘米。回流管的出口高于杀菌机进口平衡槽的产品液位。基于灌装机的设计，在灌装操作开始时，系统比灌装机的设定容量值，如每小时6000升需要更多的产品：设备全速运转需要充满产品。杀菌机仅仅能够提供（约18500升/小时）比三台灌装机设定容量（18000升/小时）稍高量的产品。当最后一台灌装机开机时，系统需要的产品会大于杀菌机的供给量：“负压”就会产生。 

        有菌空气通过回流管进入系统，最终达到灌装机C。无论哪一台灌装机最后开启，受影响的一直是灌装机C。解决的办法就是将倍压阀和灌装机C之间的距离增加到约10米或者更长。进一步的解决办法就是将回流管的出口延伸到平衡槽的液面以下。
        发现的其它坏包在可接受质量水平之内，在此时应当忽略掉。
        把倍压阀安装在距离灌装机C比较安全的距离时，生产调试成功。
 
5.3低质量的中间产品
        在发现坏包时，系统已经生产了一段时间的长效产品。市场客诉说明生产水平已经低于可接受质量水平。

5.3.1设备与安装
        UHT生产线包括一台间接加热式杀菌机（板式热交换机），一个无菌罐和5台无菌灌装机。
 
5.3.2 产品
        再制长效奶

5.3.3取样
        随机从各灌装机抽取20包样品。另外，在每一轮生产开始时，抽取目的样。

5.3.4保温与评估
        抽取的样品在35度条件下保温5天，用感官评估和pH测试。

5.3.5产品变化和菌相
        在执行品质控制时，只是偶尔会发现凝结包。这些被忽视了。由于市场客诉的原因，进行了二次取样。每台机器随机抽取500包样品（5台灌装机各取500包）。它们取自正常生产的产品，这些产品已经储存了5天。由于仓储温度为25-30度，这些样品没有经过任何保温试验而进行直接开包。大量坏包被发现（58）。产品凝结，pH值在6.1到6.4之间。没有产气记录。粗略鉴定，发现为革兰氏阳性菌：触酶阳性，产芽胞的芽胞杆菌。

5.5.6模式
        在时间曲线上放置坏包，5台灌装机的染菌模式相同。
 
        坏包均匀分布在整个生产时间段。在每一台灌装机上发现的坏包数罗列于表2。灌装机坏包差异不显著。

5.3.7历史
        品质控制人员偶尔会发现坏包（凝结）。这些现象和市场客诉都没有得到重视。
在这种情况下，我们了解到下面的信息：
        a) 所有5台灌装机的坏包差异不显著，说明是同一原因引起 了坏包：生产供料。
        b) 在整个生产段，坏包平均分布。
        c) 所有坏包类型和菌相相同：芽胞杆菌。微生物营养细胞一定被一些选择性因子消除掉了。具有这种选择性因素的可 能加工工序为UHT（中间产品发现大量芽胞）、管道灭菌（设备清洗不彻底）和包材灭菌（包材芽胞数高、灌装区域不卫生）。
        管道灭菌不彻底可以排除掉：管道灭菌不彻底导致冲刷染菌模式—生产开始时坏包多，随后逐渐降低。
        检查生产再制奶的所有配料：芽胞数非常低。检查中间产品，发现高计数的芽胞杆菌，每毫升约500000个。进一步检查粉状配料混合段，发现清洗状况非常差。