التعبئة المعقمة Aseptic packaging

تعرف التعبئة المعقمة بأنها طرق التعبئة التي تضمن أقل قدر ممكن من اعادة التلوث للمنتج المعقم بالمعاملة الحرارية العالية وذلك الى الحد المطلوب تجاريا واقتصاديا لتداول المنتج.. هذا وتعتبر الطرق المختلفة للتعبئة المعقمة وسيلة لحفظ المنتجات الغذائية وهي أيضاً تقلل من التغيرات التي تحدث في القيمة الغذائية وفي جودة المنتج والتي تصاحب عادة طرق التعقيم التقليدية. ان مثل هذه الطرق تختلف جوهريا عن طرق الحفظ بالتعقيم في أن المعاملة الحرارية والتعبئة تتمان بصورة مستقلة عن بعضها البعض بينما في الطرق التقليدية لا يمكن الفصل بين المعاملة الحرارية والتعبئة.. والتعبئة المعقمة لا تصنع حدودا على حجم ونوع العبوات ولا على نظام التعبئة اذ يتراوح حجم العبوة من أقل من 10 مليلتر كما في حالة قشدة القهوة المعقمة الى تنكات حفظ اللبن المعقم في المصانع بالإضافة الى امكانية استخدام تنكات معقمة لنقل وحفظ المنتجات المعاملة حراريا من أماكن التصنيع الى أماكن التعبئة.. يضاف الى ذلك امكانية استخدام أنواع متعددة ومتجددة من مواد التعبئة المختلفة.

شكل يبين عبوات اللبن الكرتون وتسمى في الولايات المتحدة الأمريكية العبوة هرمية الشكل Tetrahedral (الى اليسار) بجوار العبوة مستطيلة الشكل Rectangular وهذه الاشكال يطلق عليها في أوروبا عبوات  Tetra-Brick, Tetra – Pakعلى التوالي.

ان الطرق التقليدية لتعقيم اللبن تتم بالتسخين لدرجات حرارة أعلى من 110م لمدة 15 ق او حوالى 106م لمدة ۲۰ ق.. اما الطرق الحديثة للتعقيم فان أشهرها التعقيم بطريقة مستمرة ويتعرض فيها اللبن الى درجات حرارة عالية لا تقل عن ۱۳۰ م وتصل الى 140 - 150 م لمدة تتراوح ما بين ثانية الى خمس، ثوان وذلك حسب نظام التعقيم المستعمل ويعرف هذا النوع من التعقيم تجاريا بالـ (Ultra Heat Temperature (UHT ويطرح اللبن المعقم تجاريا في الاسواق في عبوات مختلفة منها أكياس البولي اثيلين أو عبوات الكرتون من نوع Trtra Pak أو PKL أو عبوات من البلاستيك ويمكن بتعقيم اللبن بهذه الطريقة أن يحفظ في الجو العادي دون فساد لمدة تصل الى عدة شهور.. هذا ويرجع اختراع أول جهاز لتعقيم اللبن بطريقة UHT الى عام 1950 في سويسرا وأنتج بمعرفة شركة Alpura - Ltd .. كما كان لشركة Tetra Pak السويدية الفضل في انتاج أول ماكينة تعبئة معقمة Aseptic filling manchine وذلك في اوائل 1960 وأصبح النظام معروفا بـ Tetra Pak System وفي مثل هذا النظام يتم معاملة اللبن حراريا علي حرارة 73.8 – 85 م ثم ترفع الحرارة بسرعة الى 140.5 – 148.8 م... ويبقي اللبن على هذه الحرارة لمدة 2 - 4 ثواني ثم يبرد اللبن فجائيا.. ويتبع ذلك ضرورة تعبئة اللبن تحت ظروف معقمة بالكامل .. وفي هذه الحالة يمكن حفظ اللبن لمدة لا تقل عن ثلاثة شهور على حرارة الغرفة دون الحاجة الى ثلاجة حفظ واذا تم حفظ اللبن في الثلاجة يبقى اللبن صالحا للاستهلاك لمدة تصل الى سنة كاملة.

أن عبوات اللبن الورقية والمعروفة بعبوات Tetra Pak استخدمت في التعبئة المعقمة في السويد. ومند 1٩٦٨ بدأ استخدام العبوات الورقية المستطيلة Brik - Pak ومثلت في ذلك الحين 50 ٪ من كمية اللبن المباع في آلماني وايطاليا وحوالى 35٪ من كمية اللبن المباع في سويسرا.

العبوات المستخدمة في التعبئة المعقمة

ان هناك العديد من العبوات المستخدمة لذلك.. منها العبوات الزجاجية أو عبوات البلاستيك أو العبوات الورقية.. ويمكن القول انه بالنسبة للعبوات الزجاجية كانت هناك العديد من الدراسات لعمل نماذج لأجهزة التعبئة المناسبة والتي تضمن سلامه التعبئة المعقمة في زجاجات.. الا أن أي من هذه الاجهزة لم يطور الى الاستخدام على المستوى الصناعي وللتعبئة في زجاجات ميزة ضمان عدم تسرب الاكسجين الى اللبن من خلال العبوة كما يمكن حماية اللبن من الضوء باستخدام زجاج مناسب أما عن استخدام البلاستيك في هذا المجال فعاده ما يستخدم البولي اثيلين والبولي بروبلين والبولي ستيرين لإنتاج عبوات التعبئة المعقمة للبن وتستخدم هذه اللدائن اما منفردة وعلى صورة طبقة واحدة أو على صورة طبقات متعددة (٢ أو اكثر) وفي كثير من الأحيان على هيئة طبقات مختلفة Laminate ومركبة مع الورق ورقائق الالومنيوم .. هذا ومن المتفق عليه الا يقل سمك طبقة البلاستيك عن 13 ملليميكرون لمنع اختراق الكائنات الدقيقة له.. وأوضحت الخبرة العملية أفضلية أن يكون السمك 40 - 50 ملليميكرون خاصة في حالة استخدام اللدائن منفردة .. وفي حالة استخدام اللدائن متعددة الطبقات يمكن استخدام السمك الأقل، هذا ويمكن زيادة مقاومة PP ،PE للأكسجين وللأشعة فوق البنفسجية وأيضاً المرئية بتشكيل هذه اللدائن على هيئة طبقات متعددة مع رقائق الالومنيوم واضافة بعض الصبغات لإكسابها خاصية عدم نفاذية الضوء. ان عبوة اللبن المعقم متعددة الطبقات عادة ما تتكون من طبقة خارجية من البولي اثيلين (10 جم / م٢) ثم طبقة الورق ثم بولي اثيلين ثم رقيقة الالومنيوم ثم طبقة داخلية من البولي اثيلين (٤٦ جم / م٢).

طرق تعقيم العبوات

(1) التعقيم بالطرق الكيماوية ويتم ذلك باستخدام:

أ- اكسيد الاثيلين

هذا الغاز له تأثير قاتل على الجراثيم ويلزمه 3 ساعات لضمان قتل الجراثيم كما يتطلب التخلص من بقايا الغاز عدة أيام وعلى ذلك يفضل استخدامه لتقليل الحمل الميكروبي في مواد التعبئة قبل استخدامها بحيث يمكن تعقيمها فيما بعد في أقل وقت ممكن وبأقل معاملة.

ب- فوق اكسيد الايدروجين

لفوق أكسيد الايدروجين تأثيراً ضعيفاً على الجراثيم على درجة الحرارة العادية وتأثيراً قويا على درجات الحرارة المرتفعة مثل 80 م.. ومما يعوق تطبيق ذلك هو تحلل فوق أكسيد الايدروجين على الحرارة المرتفعة وقد أمكن التغلب على تلك الصعوبات بإمرار مادة التعبئة في حمام من هذه المادة أو رش العبوة برزاز من محلول فوق أكسيد الايدروجين على درجة الحرارة العادية ثم تبخيره بعد ذلك على درجة حرارة أعلى قليلا من 100 م حيث يتم تعقيم العبوة وتستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في التعبئة المعقمة للبن ومنتجاته.. والفوق اكسيد الأيدروجين بعض العيوب منها ضرورة اضافة بعض المواد ذات النشاط السطحي لضمان توزيعه الجيد على سطح العبوة .. وهذه المواد لا تتبخر مع فوق اكسيد الأيدروجين وبالتالي تبقى أثارها في اللبن.. أيضاً مهم جداً التأكد من كفاءة التبخير ويتم ذلك بتقدير المتبقي من فوق أكسيد الأيدروجين في اللبن.. كما يلاحظ ضرورة التخلص من أبخرة فوق أكسيد الايدروجين ذاتها والا أصابت العاملين في مصنع التعبئة بأضرار صحية.

ج- مواد تعقيم اخرى

وهذه تشمل هيبوكلوريات الصوديوم وأحماض Peracetic وهذه المواد فعالة بدرجة عالية على حرارة الغرفة ولكن من أهم عيوبها عدم إمكانية تبخيرها على درجات الحرارة العالية وتظهر أثارها في اللبن اذا ما استخدمت في التعقيم.. وعلى ذلك لا تستخدم هذه المواد الا في تعقيم ماء الغسيل.. أيضاً من المواد الفعالة كمطهراته الكحولات ولا تعمل كمواد تعقيم الا على درجات الحرارة المرتفعة مثل الجليكول علي ۱۰۰ م وهناك معقمات آخري لا تناسب اللبن والتعبئة المعقمة له مثل الفورمالدهيد والجلوترالدهيد.

(2) التعقيم بالطرق الطبيعية ويتم ذلك باستخدام:

أ- الحرارة الرطبة (البخار المشبع أو الماء الساخن) وهي من أبسط واكثر طرق التعقيم أمنا في التعبئة المعقمة ويقتصر استخدامها على أنابيب اللبن والصمامات.

ب- الحرارة الجافة وتستخدم لتعقيم الهواء في منطقة التعبئة.. وتستخدم المعاملة الحرارية أما منفردة أو بالإضافة الى ترشيح الهواء قبل تسخينه.. هذا ويستخدم الهواء الساخن في تعقيم أنابيب اللبن علي 330-350 م لمدة 30 ق.

ج - الأشعة فوق البنفسجية : يمكن استخدام هذه الأشعة في التعقيم اذا ما وفيت عدة شروط بدقة منها:

- سقوط الأشعة عموديا على الأسطح المراد تعقيمها.

- جو جاف.

- أسطح ملساء خالية من الاتربة.

- عدم وجود أشعة مرئية تنشط الميكروبات مرة أخرى.

- أن يعطى مصدر الأشعة أشعة ذات طول موجة 200- 280 ملليميكرون.

- وجود عازل لحماية جلد وأعين العاملين.

وهذه الاشتراطات من الصعب توفيرها في كثير من الحالات وعلى ذلك لا ينصح باستخدامها منفردة ولكن تستخدم كطريقة إضافية مكملة.

د- التشعيع: يمكن استخدام الأشعة ذات الطاقة العالية (أشعة جاما) كمعقم مبدي لمواد التعبئة قبل استخدامها في مصانع الالبان.

هـ - الترشيح : هناك نوعان من المرشحات:

1- مرشحات تعتمد على أغشية ذات أقطار لا تسمح بنفاذ الميكروبات وهي لا تصلح لترشيح الهواء نظرا لحدوث انخفاض كبير في ضغط الهواء على جانبي المرشح.

۲- مرشحات Depth filter والتي يتوقف مقدار ارتجاعها للميكروبات علي مدي سمكها وتصنع من مواد مختلفة مثل الصوف الزجاجي أو الاسبستس وقد تصنع على صورة شبكه مجهزة من المعادن أو السيراميك.. ويمكن تعقيم هذه المرشحات بالهواء الساخن أو المعقمات الغازية وتتوقف كفاءة هذه المرشحات علي مدي جفافها وسرعة الهواء فيها.

تعبئة اللبن تحت ظروف معقمة Aseptic milk packaging

توجد عدة نظم لتعبئة اللبن ومنتجاته تحت ظروف معقمة وهي:

1- نظام Aseptic Tetra Pak (ATP)

2- نظام Aseptic Tetra Brik (ATB)

3- نظام Dole Aseptic canning

وفيما يلى وصفا مختصرا لهذه الأنظمة

النظام الأول: مثله مثل ذلك النظام المستخدم في تعبئة اللبن المبستر مع اختلاف أن الظروف هنا كلها معقمة.. وفي هذا النظام يعرض ورق Tetra Pak المبطن بالبولي أثيلين الى وسائل تعقيم خاصة قد تكون طبيعية مثل التعرض المعاملات الحرارية أو الاشعة فوق البنفسجية وقد تكون كيماوية وهي الاكثر نجاحا وفيها يعرض الورق لأكسيد الاثيلين أو الكلور أو فوق أكسيد الأيدروجين وتعتبر المعاملة بفوق أكسيد الأيدروجين معاملة كافية وتتم بإمرار الورق في صمام مزود بالمادة المذكورة على درجة حرارة الغرفة.. ثم ترفع الحرارة بعد ذلك ويتم التخلص من الزيادة من فوق اكسيد الايدروجين بإمرار الورق بين زوج من اسطوانات العصر.. وهي اسطوانات مسخنه تساعد في عمليه تبخير فوق اكسيد الايدروجين.. والجدير بالذكر أن شكل العبوات في هذا النظام هرمى ومنشأ هذا النظام السويد.

شكل يبين مجموعة مختارة من دول العالم المختلفة لعبوات اللبن المعبأ تحت ظروف معقمة من نوع - Aseptically packed Brik – Paks.

النظام الثاني: وهو مصمم خصيصا لتعبئة الأغذية المعقمة وفي هذا النظام تتم كل خطوات التشكيل والتعبئة والقفل تحت ظروف معقمة .. والعبوات في هذا النظام مستطيلة الشكل.. ويختلف هذا النظام أيضاً عن السابق في أن المعاملة بفرق اكسيد الايدروجين تتم على 80 م ثم يستخدم نظام السكاكين الهوائية للتخلص من الزيادة من فوق أكسيد الأيدروجين بدلاً من اسطوانات العصر في النظام السابق والتي فيها يبقي غشاء رقيق من المحلول علي سطح الورق والذي ربما يزال بالمعاملة الحرارية بعد ذلك.. والجدير بالذكر أن في نظام السكاكين الهوائية يعرض الورق المعامل بمادة فوق أكسيد الايدروجين لتيار شديد من الهواء يزيل الزيادة من المادة الكيماوية مع تجفيف الورق في نفس الوقت .. ومن مزايا استخدام العبوات المستطيلة امكان تخزينها ورصها في حيز محدود بعكس العبوات هرمية الشكل التي تحتاج لمساحة كبيرة.. هذا ومنشأ هذا النظام أيضاً السويد.. ويتم في النظام الاول والثاني استخدام رول الورق واللدائن الأخرى في صورة متعددة الطبقات لتشكيل العبوة ثم تعبئتها ثم قفلها في نفس الماكينة باتباع نظام FFS السابق ذكره.

النظام الثالث: وهذا النظام يختلف عن النظامين السابقين في أنه يعتمد على التعقيم الكيماوي للعبوة سابقة التجهيز Preformed وخطوات هذا النظام تتم في ظروف أكثر وأدق تعقيما حيث بعد معاملة العبوة بالكيماويات تجفف عبوات الكرتون بالهواء الساخن المترشح النقي.. كما أن غرفة التعبئة تكون معزولة تماما عن باقي المصنع.. وذو مواصفات خاصة من ناحية نعومة ملمس الحوائط وجفاف الأرضيات مع تطبيق الشروط الصحية الصارمة لكل الأفراد والأجهزة المستخدمة.. كما أن كل ما يلزم عمليات التعبئة يكون خارج هذه الغرفة.. ويتم ادخال الكميات المطلوبة من العبوات أولاً بأول تحت ظروف التعقيم السابق ذكرها.. هذا وعبوات هذا النظام تكون مستطيلة الشكل وذات قمة مستوية ومنشأ هذا النظام الولايات المتحدة الامريكية.

النظام الرابع: ونعنى به تعليب اللبن وبعض منتجاته تحت ظروف معقمة وهذا النظام يستخدم بنجاح أيضاً في تعبئة المواد الغذائية الحساسة للحرارة مثل الأغذية الأطفال والفواكه والصلصة.. وبالنسبة للألبان فان اللبن يعقم بطريقة UHT السابق ذكرها ويكون جاهزاً لعملية التعليب .. ويلاحظ قبل اجراء عملية التعبئة ضرورة تعقيم ماكينات القفل ببخار عالي الحرارة تحت الضغط الجوي العادي.. وتتم هذه العملية بأن تمرر العلب الفارغة على ناقلة أو سير متحرك خلال نفق خاص حيث تعقم بالبخار المسخن والذى تصل حرارته الى 550 درجة فهرنهيت لمدة 40 - 60 ثانية وبهذه المعاملة تصل حرارة العلب ذاتها الى 425 درجة وهذه أقل قليلا من درجة انصهار صفيح العلب.. ويلاحظ أن أغطية العلب تعامل نفس المعاملة ولكن في خط أخر مناسب لها.. كما يلاحظ قبل التعبئة ضرورة تبريد الأسطح الخارجية للعلب بواسطة تيار من الماء المعقم البارد الى درجة 55 درجة فهرنهيت ثم تمرر العلب الباردة الى قسم التعبئة ودرجة الحرارة في هذا القسم تكون أعلى من ذلك لتدفئة محتويات العلبة الى 70 درجة فهرنهيت ثم تتم عملية التعبئة بأن ينساب اللبن المعقم على حرارة هذه درجة فهرنهيت من المبادلات الحرارية الخاصة بجهاز التعقيم حيث توجد العلب والتي تمر في نفس الوقت تحت فوهه خاصة في جهاز التعبئة.. ثم تمرر العلب حيث يتم تغطيتها بالأغطية المعدنية ثم تغسل من الخارج وتجفف وتخزن الطب عادة لمدة 20 - 30 يوما وذلك لكشف أي معايب قبل عملية التسويق.. هذا ويستخدم هذا النظام على نطاق تجارى لتعبئة اللبن الكامل، اللبن الفرز، ولبن الشيكولاته، القهوة بالقشدة، مخاليط الأيس كريم وغير ذلك.

أجهزة التعبئة المعقمة التجارية

تقسم هذه الاجهزة الى عدة نظم على النحو التالي

1- أجهزة تعتمد على عبوات سابقة التجهيز

أ- أجهزة تستخدم مواد تعبئة متعددة الطبقات مثل البولي اثيلين - ورق - الومنيوم .. وفي مثل هذه الحالة فان العبوة سابقة التجهيز يتم تعقيمها بعد قتل الجزء السفلى منها ويتم ذلك بدفع رزاز من فوق أكسيد الأيدروجين ثم تجفف العبوة بتيار من الهواء الساخن كما يتم تعقيم منطقة التعبئة بهواء ساخن معقم ويكون شكل العبوة مستطيلا بقمة مسطحة وبحجم من 5, - 1 لتر.. وتعتبر الولايات المتحدة الامريكية هي بلد المنشأ لهذا النظام.

ب - أجهزة تستخدم العبوات الورقية المشكلة من الورق المغطى بالبولي اثيلين في صورة متعددة الطبقات وتعقم العبوة عن طريق دفع رزاز من يد ₂أ₂ ثم تيار من الهواء الساخن للتبخير.. أما منطقة التعبئة فتعقم بالهواء الساخن على ۲۰۰ م وشكل العبوة ايضاً مستطيل ذو قمة مسطحة وبحجم 2, - 25, - 5,- 1 - 2 لتر وبلد منشأ هذا النظام ألمانيا.

جـ- أجهزة تستخدم أكواب بلاستيك وغطاء من الالومنيوم أو الالومنيوم والبولي اثيلين.. ويتم تعقيم هذه العبوة سابقة التجهيز وكذلك الغطاء بالأشعة فوق البنفسجية أما منطقة التعبئة فيتم تعقيمها أيضاً بالأشعة فوق البنفسجية.. ويختلف حجم اكواب البلاستيك هذه باختلاف طلبات السوق وحاجة المصنع وتتراوح عادة ما بين 100 - 500 مل وبلد منشأ هذا النظام المانيا.

٢- أجهزة تعتمد على تشكيل العبوات من رول اللدائن متعددة الطبقات ومعلوم السمك

أ. أجهزة سويدية المنشأ حيث تشكل العبوة من لدائن متعددة الطبقات ويتم تعقيم الورق متعدد الطبقات بأمراره في حمام من يد ₂أ₂ ويتم التخلص منه بعد التعقيم بإمرار الورق على اسطوانة ساخنه لتبخير يد ₂أ₂.. أما منطقة التعبئة فتعقم بأبخره يد ₂أ₂ وقد تكون العبوة اما هرمية الشكل بحجم ثابت ما بين 150 - ۱۰۰۰ مل او قالب مستطيل الشكل بحجم ثابت ۱۷۸ - ۱۰۰۰ مل وتكون سرعة الماكينة في حالة العبوات المستطيلة ۳۵۵۰ - ۷۵۰۰ عبوة ذات حجم اكبر من 500 مل, 4550-9300 للعبوات 250 مل فاقل.

ب- أجهزة فرنسية المنشأ وتشكل العبوة اما من

* بولي اثيلين حيث تمرر الرقائق في حمام من يد ₂أ₂ ثم أشعة فوق بنفسجية للتعقيم مع تعقيم منطقة التعبئة بالهواء المرشح النقي وتأخذ العبوة شكل الكيس البلاستيك وتكون سرعة الماكينة من 2000-3500عبوة / ساعة.

* بولي اثيلين ۔ بولي اثيلين ۔ ساران وتعقم الرقائق في حمام من يد ₂أ₂ ثم التجفيف بالهواء المعقم تحت ضغط وتعقم منطقة التعبئة بهواء مرشح نقى والعبوة عبارة عن كيس بلاستيك وسرعة ماكينة التشكيل والتعبئة 4000 كيس / ساعة.

ج - أجهزة ألمانية المنشأ تشكل الجزء السفلى من العبوة قبل القفل من بلاستيك سميك قابل للتشكيل الحرارى اما غطاء العبوة فيكون من الالومنيوم أو الالومنيوم ورقائق البولي اثيلين وقد يتم تعقيم العبوة اما عن طريق:

* رزاز من يد ₂أ₂ مع التجفيف بتيار من الهواء الساخن والأشعة فوق البنفسجية أما منطقة التعبئة فتعقم بهواء مرشح نقى.. وللعبوة أشكالا متغيرة.

* حمام من يد ₂أ₂ حيث تمرر اللفائف قبل تشكيل العبوة في هذا الحمام ثم يتم تشكيل الجزء السفلى من العبوة وتعبئتها وقفلها في منطقة التعبئة وهي عبارة عن نفق يمرر فيه هواء معقم مضغوط بقوة أعلى قليلا من الضغط الجوي وأيضاً للعبوة اشكالا مختلفة.

٢- أجهزة تعتمد على تشكيل العبوة من حبيبات البلاستيك الخام

أ. أجهزة سويسرية المنشأ تعتمد على تشكيل العبوة من حبيبات البولي اثيلين حيث تشكل العبوة في القوالب بواسطة الهواء الساخن المعقم وتتم التعبئة في منطقة خاصة يتم تعقيمها بالهواء الساخن المعقم ثم تقفل العبوة حراريا لتكوين عنق الزجاجة.. ويتم ذلك بمعدل 1200 - 6000 عبوة / ساعة لعبوة ذات حجم ۲, - ۱ اتر.

ب- أجهزة فرنسية المنشأ تشكل العبوة من حبيبات البولي اثيلين مع رقائق الالومنيوم المغطاة بالبولي اثيلين حيث يتم تشكيل العبوة بواسطة تيار من الهواء الساخن وفي منطقة التعبئة يتم فتح العبوة الفارغة وملكها واعادة قفلها في غرفة سبق تعقيمها بأحد الكحولات العالية وبمحلول الهيبوكلوريت.. ويكون قفل العبوة بغطاء دائري من البولي اثيلين المشكل بالضغط الحرارى .. والشكل العام للعبوة يكون مستطيلا وسرعة مثل هذه الماكينات 5000 عبوة / ساعة للعبوة حجم ١ لتر.

جـ- أجهزة فرنسية المنشأ ويتم تشكيل العبوة من نفس المواد السابق ذكرها في (ب) وبنفس الطريقة المذكورة ولكن الاختلاف أن منطقة التعبئة يتم تعقيمها بالهواء المرشح التقى الخالي من الكائنات الدقيقة.. ويكون شكل غطاء العبوة مربعاً ويتراوح حجم العبوة من 25. - ٢ لتر وسرعة الماكينة من 1000 - 1400 عبوة / ساعة.