紙卷成形包裝系統(tǒng)

紙卷成形包裝系統(tǒng)紙卷成形包裝系統(tǒng)是目前使用最廣泛的包裝系統(tǒng)。包裝材料由紙卷連續(xù)供給包裝機(jī)，經(jīng)過一系列成形過程進(jìn)行灌裝、封合和切割。紙卷成形包裝系統(tǒng)主要分為兩大類，即敞開式無菌包裝系統(tǒng)和封閉式無菌包裝系統(tǒng)。

一、敞開式無菌包裝系統(tǒng)敞開式無菌包裝系統(tǒng)的包裝容量有200mL、500mL、1000mL等，包裝速度一般有3600包/h、4500包/h兩種形式。

(1)敞開式無菌包裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。利樂3型無菌包裝機(jī)(TBA/3是典型的敞開式無菌包裝系統(tǒng)。如圖4-8所示，包裝材料從紙卷進(jìn)入包裝機(jī)后上升到包裝機(jī)的背部，縱封貼條經(jīng)熱黏合到包裝紙的一側(cè)20縱封貼條黏合主要有以下兩個功能：加強(qiáng)縱封的結(jié)合和防止產(chǎn)品外漏。黏合縱封貼條之后，包裝紙經(jīng)輥輪涂上一層雙氧水膜，隨后由一雙壓力輥輪將多余的雙氧水除去、這時包裝紙已達(dá)到最高位，隨后向下移動，經(jīng)縱封加熱器和導(dǎo)輪而成紙筒，殘留的雙氧水經(jīng)加熱器蒸發(fā)隨后向下移動，經(jīng)縱封加熱器和導(dǎo)輪而形成紙筒，殘留的雙氧水經(jīng)加熱器蒸發(fā)然后產(chǎn)品開始灌入。產(chǎn)品的液位始終控制在橫封液面之上，兩對橫封壓力器連續(xù)不斷地將包裝紙拉過包裝機(jī)，同時產(chǎn)品也連續(xù)不斷地進(jìn)^包裝機(jī)。橫封是通過兩步來完成的，即黏合和切割。有效的黏合需要兩大因素，即溫度和壓力，封合時的溫度是電感加熱產(chǎn)生的，即通過夾爪夾住圓柱形的紙筒，這樣紙筒就變成了長方形。產(chǎn)品在封合區(qū)通過夾爪的壓力將其擠出，夾爪內(nèi)的U形金屬圈通入高頻電流，高頻電流在包裝紙的鋁箔層形成反向電感電流，從而使鋁箔受熱并將熱量傳遞至內(nèi)層聚乙烯使其熔化。在夾爪壓力的作用下聚乙烯同時迅速冷卻使熔化的聚乙烯固化，完成了封合。封合后夾爪內(nèi)的切刀在封合區(qū)內(nèi)將包裝切割開(圖1)。產(chǎn)品通過灌注管進(jìn)入紙筒，其下端(圖1)位于產(chǎn)品液面之下，這樣能有效防止泡沫的形成。灌注、封合后的包裝經(jīng)過終端成形器，將頂部和底部的邊角分別彎曲、折疊、疊合而成形。

(2)敞開式無菌包裝系統(tǒng)的無菌包裝環(huán)境的形成。①包裝機(jī)的滅菌：在生產(chǎn)之前，包裝機(jī)內(nèi)與產(chǎn)品接觸的表面必須經(jīng)過滅菌，其滅菌是通過包裝機(jī)自身產(chǎn)生的無菌熱空氣來實現(xiàn)的，無菌熱空氣是由無菌空氣裝置吸收周圍環(huán)境內(nèi)空氣，由空氣加熱器加熱至足以對空氣進(jìn)行有效滅菌的溫度(280℃以上)。在滅菌過程中，無菌熱空氣直接接觸包裝機(jī)與產(chǎn)品接觸的表面，當(dāng)產(chǎn)品閥人口溫度達(dá)到180℃時，計時器啟動，在一定時間內(nèi)(30min以上)完成滅菌。滅菌后，水冷卻器啟動，無菌熱空氣被冷卻，冷卻后的無菌空氣將產(chǎn)品接觸表面冷卻。這時整個生產(chǎn)前的預(yù)滅菌過程結(jié)束，包裝機(jī)進(jìn)入準(zhǔn)備生產(chǎn)狀態(tài)。②包裝紙的滅菌：包裝材料的滅菌有多種形式，但對于紙包裝系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛是雙氧水滅菌。紙包裝系統(tǒng)雙氧水滅菌通常分為以下兩個步驟。第一，雙氧水膜的形成。在包裝紙滅菌前均勻地在與產(chǎn)品接觸的表面涂上一層雙氧水膜是保證其滅菌的前提條件，敞開式無菌包裝系統(tǒng)的這一過程是由雙氧水槽實現(xiàn)的。敞開式無菌包裝系統(tǒng)工作時，包裝紙先經(jīng)過貼條，再進(jìn)入雙氧水槽，通過一套輥輪系統(tǒng)將一層雙氧水膜附在包裝紙的產(chǎn)品接觸表面上，同時帶走部分包裝紙表面所附著的微生物。這里所使用的雙氧水必須含有潤濕劑以降低雙氧水的表面張力，否則由于產(chǎn)品接觸表面(聚乙烯)具有疏水性，不可能被均勻地涂上雙氧水膜。潤濕劑的添加量為0.3％左右。雙氧水槽并不對包裝紙進(jìn)行滅菌，因為這里溫度較低，達(dá)不到所需的滅菌效果，它只是將一層雙氧水薄膜附在包裝紙上以進(jìn)行后序的滅菌。值得注意的是，涂布雙氧水膜后整個包裝紙是暴露于空氣中向前移動的，因此包裝間具有穩(wěn)定的溫度和濕度是十分重要的，否則將影響雙氧水的蒸發(fā)量，最終影響到對包裝紙的滅菌效果。第二，包裝紙的滅菌。涂上雙氧水膜的包裝紙經(jīng)擠壓輥輪除去多余的雙氧水，向下經(jīng)導(dǎo)輪、成形環(huán)等形成紙筒，一直到達(dá)管加熱器和橫封區(qū)域。包裝紙的滅菌是通過管加熱器對雙氧水加熱而實現(xiàn)的，管加熱器是纏繞在產(chǎn)品灌注管外的電子元件，它一直延伸至紙筒的中部。根據(jù)包裝容積的大小不同，管加熱器的溫度范圍也不同，一般來說在450～650℃范圍內(nèi)。管加熱器通過傳導(dǎo)和輻射加熱將包裝紙內(nèi)表面溫度加熱至110～115℃，被蒸發(fā)為氣體的雙氧水大大提高了滅菌效率，因此，包裝紙的滅菌是在這一過程中完成的。在實際生產(chǎn)過程中，為防止微生物污染，一方面通過管加熱器區(qū)域蒸發(fā)的雙氧水氣體上升，另一方面通過向紙筒內(nèi)不斷通人無菌空氣，這樣兩者在包裝紙表面形成了一道無菌空氣屏障。二、封閉式無菌包裝系統(tǒng)封閉式無菌包裝系統(tǒng)最大的改進(jìn)之處在于建立了無菌室，包裝紙滅菌是在無菌室內(nèi)的雙氧水浴槽內(nèi)進(jìn)行，并且不需要潤濕劑，提高了無菌操作的安全性。這種系統(tǒng)的另一改進(jìn)之處是增加了自動接紙裝置并且包裝速度有了進(jìn)一步的提高。封閉式包裝系統(tǒng)包裝容積范圍較廣，從l00mI到1500mL，包裝速度最低為5000包/h，最高為18000包/h。

(1)封閉式無菌包裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖2是典型的封閉式無菌包裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在生產(chǎn)中，包裝紙沿紙卷上升到達(dá)縱封貼條器，縱封條經(jīng)熱合后到包裝紙的一側(cè)，然后進(jìn)入雙氧水浴槽，滅菌后的包裝紙在無菌室內(nèi)形成紙筒。為保證無菌室內(nèi)不受微生物的污染，在生產(chǎn)中一直通有無菌空氣保持其正壓。封閉式無菌包裝系統(tǒng)的橫封、縱封與敞開式基本相似，為防止氣泡的形成和氣體的混入，1．紙卷2．H202槽3．無菌室4．紙筒成形5．產(chǎn)品灌注6．產(chǎn)品液位下封合橫封也是在產(chǎn)品的液位之下。另外，封閉式無菌包裝系統(tǒng)可以生產(chǎn)出帶有頂隙的產(chǎn)品，即在灌注產(chǎn)品的同時注入氮氣。圖2典型的封閉式無菌包裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(2)封閉式無菌包裝系統(tǒng)無菌環(huán)境的形成。①包裝機(jī)的滅菌：封閉式無菌包裝機(jī)的滅菌比敞開式要復(fù)雜，其主要分為兩個部分：第一是對產(chǎn)品接觸表面的滅菌，這與敞開式無菌包裝系統(tǒng)基本相似；第二是對無菌室的滅菌。無菌室的建立是對封閉式無菌包裝系統(tǒng)最大的改進(jìn)。無菌室是由不銹鋼制成的封閉空間，無菌室內(nèi)包括雙氧水槽、擠壓輥輪、無菌空氣噴射器、導(dǎo)向輪、壓力輥輪等。滅菌是通過雙氧水蒸氣與無菌熱空氣聯(lián)合實現(xiàn)的。首先將空氣加熱至280℃以上，然后用35％的液態(tài)雙氧水噴人無菌空氣并瞬間蒸發(fā)，無菌空氣和雙氧水的混合氣體進(jìn)入無菌室，奴氧水凝結(jié)于無菌室內(nèi)表面，隨后被無菌熱空氣干燥，至此無菌室的滅菌過程結(jié)束。在生產(chǎn)過程中，向無菌室內(nèi)通入125℃的無菌空氣，一方面保持無菌室的正壓，另一方面蒸發(fā)掉殘留于包裝紙表面的雙氧水。雙氧水蒸氣進(jìn)入無菌空氣循環(huán)系統(tǒng)后通過水環(huán)壓縮機(jī)使雙氧水溶于密封水中。一般情況下為節(jié)省水資源，在排掉密封水之前，用其在空氣冷卻器中作為冷卻介質(zhì)。②包裝紙的滅菌與敞開式系統(tǒng)不同：封閉式無菌包裝系統(tǒng)包裝紙的滅菌主要是在雙氧水浴槽內(nèi)進(jìn)行的。包裝紙由紙卷經(jīng)縱封貼條器、輥輪等進(jìn)入無菌室，縱封條通過熱風(fēng)或電感加熱黏合于包裝紙的一側(cè)，然后進(jìn)人雙氧水浴槽。為保證一定的滅菌效率，雙氧水的溫度一般在70℃以上。包裝紙在雙氧水中停留的時間是由包裝速度和雙氧水液面的高度所決定的，實際生產(chǎn)中其停留時間保持在6s以上。雙氧水的含量通常保持在35％以上。經(jīng)過雙氧水浴槽的包裝紙由一對擠壓輥輪除去多余的雙氧水后，再由125℃左右的無菌熱空氣將其表面干燥，這樣既保證