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認識灌裝設備，學習灌裝技術
閱讀：1478 發(fā)布時間：2019-4-9我國液體食品在近幾年來有了很大的發(fā)展，僅軟飲料市場產量就由1995年的949萬噸增長到2009年的8086.2萬噸，以平均每年20％的速度增長。其原因除了人們生活水平的提高和多樣化的需求外，也是與科技的發(fā)展分不開的，其甲灌裝設備的發(fā)展就對液體食品的發(fā)展起到了重要的作用。灌裝設備不但為液體食品企業(yè)的發(fā)展節(jié)約了勞動力而且提高了產品的質量，使產品向標準化的方向發(fā)展。為了使人們對灌裝設備有更多的了解，本刊記者特別采訪了浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院食品科學與營養(yǎng)系劉東紅教授和山東大學材料科學與工程學院包裝工程研究所王佃剛教授。
記者：灌裝機械的發(fā)展是為了滿足液體食品的包裝需要，那么請為我們介紹一下什么是液體食品?
劉東紅：根據灌裝的需要，一般將“液體按黏度分為3類：流體，半流體和黏滯流體。
(1)流體是指靠重力作用TW在管道內按一定速度自由流動，黏度范圍在0.001～0.1Pa?s的液體，如酒類、果汁飲料、飲用水，乳品，植物油等。
(2)半流體：除靠自身重力外，還需加上外力才能在管道中流動，黏度范圍在0.1～10Pa?s的液體，如煉乳、糖漿、番茄醬。
(3)黏滯流體：靠自身重力不能流動，必須借助于擠壓等外力才能流動，黏度在10Pa?s以上的物料，如花生醬、果醬等。
記者：我們平時在超市里面看到的液體食品，像清涼飲料、牛奶、番茄醬、花生醬等都是已經包裝好的，而對于液體食品來說灌裝設備可謂是完成包裝的重要條件，請您介紹灌裝設備的主要類型有哪些?
劉東紅：液體食品灌裝設備的分類方法比較多，主要依據以下幾種方法進行分類。
(1)按照罐裝的容器形式可分為杯式灌裝設備，瓶式灌裝設備和軟袋式灌裝設備。其中杯式是適用于塑杯包裝食品的灌裝設備，瓶式液體灌裝機械主要是為玻璃瓶，易拉罐，PET瓶三大類包裝容器而設計的設備；軟袋式灌裝設備針對復合軟塑包裝袋和復合紙軟包裝的灌裝機，其中復合紙軟包裝的灌裝機是用于果及牛奶的利樂包裝設備，為無菌灌裝，灌裝容量為0.25-2L，有磚形，屋形和三角形。
(2)根據灌裝設備的功能可分為灌裝一封口，容器清洗一灌裝一封口，容器成型一灌裝一封口一體機和全自動灌裝生產線(包括連續(xù)進行洗瓶、灌裝，壓蓋、貼標、裝箱等工序)。
(3)按灌裝原理可分為常壓灌裝機、壓力灌裝機和真空灌裝機。
常壓灌裝機是指在大氣壓力下靠液體自重進行灌裝。這類灌裝機又分為定時灌裝和定容灌裝兩種，只適用于灌裝低黏度不含氣體的液體如牛奶，葡萄酒等。
壓力灌裝機是在高于大氣壓力下進行灌裝，也可分為兩種一種是貯液缸內的壓力與瓶中的壓力相等，靠液體自重流入瓶中而灌裝，稱為等壓灌裝；另一種是貯液缸內的壓力高于瓶中的壓力，液體靠壓差流入瓶內，高速生產線多采用這種方法。壓力灌裝機適用于含氣體的液體灌裝，如啤酒，汽水，香檳酒等。
記者：我們知道隨著科技的發(fā)展，灌裝方法也在不斷增多，那么當前液體食品的灌裝方法主要有哪些種類?
劉東紅：各種液體產品的物理性質和化學性質均不相同，在灌裝過程中，為了使產品的特性保持不變，必須采用不同的灌裝方法。一般灌裝機常采用下列幾種灌裝方法：
(1)常壓法也稱純重力法，即在常壓下，液料依靠自重流進包裝容器內。大部分能自由流動的不含氣液料都可用此法灌裝，例如白酒，果酒，牛奶、醬油、醋等。
(2)等壓法也稱壓力重力式灌裝法，即在高于大氣壓的條件下，首先對包裝容器充氣，使之形成與貯液箱內相等的氣壓，然后再依靠被灌液料的自重流進包裝容器內。這種方法普遍用于含氣飲料，如啤酒、汽水等的灌裝。采用此種方法灌裝，可以減少這類產品中所含二氧化碳的損失，并能防止灌裝過程中過量起泡而影響產品質量和定量精度。
(3)真空法是在低于大氣壓的條件下進行灌裝的，可按兩種方式進行：一是差壓真空式，即貯液箱內處于常壓，只對包裝容器抽氣使之形成真空，液料依靠貯液箱與待灌容器間的壓差作用產生流動而完成灌裝，此法國內較為常用。二是重力真空式，即貯液箱內處于真空，包裝容器首先抽氣使之形成與貯液箱內相等的真空，隨后液料依靠自重流進包裝容器內，因結構較復雜，國內較少采用。真空法灌裝應用面較廣既適用于灌裝黏度稍大的液體物料，如油類、糖漿等，也適用于灌裝含維生素的液體物料，如蔬菜汁果子汁等，瓶內形成真空就意味著減少了液料與空氣的接觸，延長了產品的保質期，真空法還適用于灌裝有毒的物料；如農藥等，以減少毒性氣體的外溢，改善勞動條件。
(4)壓力法利用機械壓力或氣壓，將被灌物料擠入包裝容器內。這種方法主要用于灌裝黏度較大的稠性物料，例如番茄醬、肉糜、牙膏，香脂等，有時也可用于汽水一類軟飲料的灌裝，這時靠汽水本身的氣壓直接灌入未經充氣等壓的瓶內，從而提高了灌裝速度，形成的泡沫因汽水中無膠體尚易消失，對灌裝質量有_定影響，但不算太大。
記者：對于瓶裝液體來說灌裝時的定量是其重要步驟，那么灌裝機常用的定量方法主要有哪些?
劉東紅：液體產品一般易采用容積式定量，常見的有如下3種方法：
(1)控制液位高度定量法，是通過控制被灌容器中液位的高度以達到定量灌裝的目的。因為每次灌裝的液料容積等于一定高度的瓶子內腔容積，故習慣稱它為“以瓶定量”。該法結構比較簡單，不需要輔助設備，使用方便，但對于要求定量準確度高的產品不宜采用，因為瓶子的容積精度直接影響灌裝量的精度。對于這種定量方法，若要改變每次的灌裝量，則只需改變排氣管嘴進入瓶中的位置。
(2)定量杯定量法，是先將液體注入定量杯中進行定量，然后再將計量的液體注入待灌瓶中，因此每次灌裝的容積等于定量杯的容積。
(3)定量泵定量法，是一種采用壓力法灌裝的定量方法，一般由動力控制活塞往復運動，將物料從貯料缸吸入活塞缸，然后再壓入灌裝容器中，由此每次灌裝物料的容積用活塞往復運動的行程來控制。對于這種定量方法，若要改變每次的灌裝量，則只需設法調節(jié)活塞的行程。
比較上述3種定量方法，從定量精度來看，種方法由于直接受到瓶子容積精度以及瓶口密封程度的影響，其定量精度不及后兩種方法高，若從機械結構看，種顯然為簡單，因此，它自然得到廣泛應用。
王佃剛：根據計量方法，可采用稱重和容積式進行灌裝。稱重法是上世紀80年代才開始應用的灌裝方法，需要電子計算機輔助操作。灌裝過程中，安裝在工作臺上的應變載荷元件會感知液體質量的變化，通過控制液料的流速和時問，完成定量灌裝。根據產品的質量進行定量包裝，具體來說可以分為先定量后灌裝，定量和灌裝同步進行兩種 方法。先定量后灌裝是在灌裝前完成稱重，同步的方法則是在灌裝過程中完成稱重，具有更高的生產效率。目前大多數企業(yè)都是采用灌裝與定量同步的方法。容積灌裝方法則是通過控制液體的容積完成定量包裝，常見的方法有隔膜容積式灌裝、活塞容積式灌裝、采用液位傳感器進行的定液位式灌裝，固定流量和流速進行的定時灌裝等等。活塞容積式灌裝由活塞泵進行灌裝定量，灌裝壓力由泵提供，適合于黏度大的物料灌裝。隔膜容積式灌裝是用一個撓陛的起伏隔膜在壓力氣體的作用下，將液體物料從儲液罐抽到灌裝室，再注入包裝容器，這種方法的精度更高，灌裝速度更陡物料更衛(wèi)生。定液位式灌裝則是利用傳感器檢測灌裝物料液位的高低，對灌裝過程進行定量控制。定時灌裝是在流量和速度保持恒定的情況下，通過控制液體物料流動的時間完成灌裝定量控制。
記者：熱灌裝和冷灌裝，無菌冷灌裝和瞬、司超高溫消毒，企業(yè)的灌裝及殺菌方式一直以來備受爭議，請介紹其各自特點，企業(yè)應該怎么選擇適合自己的方式)
劉東紅：熱灌裝即果蔬汁殺菌后處于熱的狀態(tài)下進行灌裝，利用產品的熱量對容器內表面進行殺菌。熱灌裝的高溫會影響到食品的風味、顏色品質，以及包裝容器(如塑料瓶會因為受熱變軟、變形，強度下降等)。
冷灌裝即在液體食品處于常溫時灌裝，在灌裝后再進行殺菌，如冷凍濃縮果蔬汁和一些冷藏果汁。
無菌冷灌裝即灌裝前進行殺菌，冷卻后進行灌裝。無菌冷灌裝使得包裝容器中的產品因加熱較少而保留有較好的質量及風味同時，無菌冷灌裝減少了防腐劑的使用量，保存期也得到延長。另外，由于無菌冷灌減少了對塑料容器(主要是PET瓶)的影響，可以采用瓶壁更薄的塑料瓶，這樣可從制瓶原料方面降低成本。以500raL裝產品為例，無菌冷灌裝PET塑瓶克重為22g，而熱灌裝則需要30g，因此，瓶胚成本可以降低近30％的瓶胚成本，還可以在PET瓶型設計方面更加靈活。
瞬間超高溫消毒：即時間很短溫度較高的殺菌方式，如135～50℃，甚至更高。這種殺菌方式殺菌效果好對物料品質影響較小。
企業(yè)在選擇灌裝和殺菌方式的時需針對自己產品的特點選擇，另外也要綜合考慮設備和包裝成本。
王佃剛：食品的包裝要求是無菌包裝，所謂的無菌包裝技術是指在被包裝物，包裝容器或材料，包裝輔材無菌情況下，在無菌的環(huán)境中進行充填和封合的一種包裝技術，處于無菌狀態(tài)下的被包裝食品可在常溫下儲存而不會變質。而對于食品的滅菌工藝，可在包裝前完成滅菌，也可在包裝后完成滅菌。
除了劉教授講到的幾種滅菌方法外，常見的滅菌技術還有巴氏滅菌技術和瞬間超高溫消毒。巴氏滅菌技術是將食品充填并密封于包裝容器后，在一定時間下保持100℃以下的溫度，殺滅包裝容器內的細菌。巴氏殺菌可以殺滅多數致病菌，而對于非致病的*菌及其芽孢的殺滅能力就很不夠。
企業(yè)采用的滅菌方法可采用微波加熱滅菌、電阻加熱滅菌，高電壓脈沖滅菌，磁力滅菌、臭氧滅菌、超高壓滅菌等等。
記者：目前，發(fā)達國家的灌裝設備及技術發(fā)展水平如何，國外大型灌裝設備生產企業(yè)有哪些?為了縮短這種差距我們怎么去做?
王佃剛：國外液體灌裝設備方面，美國，德國，日本、意大利等國的制造水平相對較高。像德國的SEN公司、KRONFS公司，美國邁耶公司，目前國外的灌裝設備呈現如下趨勢
(1)自動化程度越來越高，大量使用機電一體化控制，可以完成復雜的運動，生產速度越來越快，可口可樂公司的一條灌裝生產線，速度可以達到2000瓶／分鐘。
(2)功能性增強，設備適用范圍增廣同一臺設備可灌裝多種不同種類產品，設備適用范圍增廣
(3)精度高，可靠性強。在高速灌裝過程中，能夠很好的完成灌裝定量，設備的可靠性明顯增強。
劉東紅：國內灌裝設備與*發(fā)達國家相比，在整體設計、設備成套化、微生物控制，無菌保障、加工工藝和元器件等方面還有差距，因此有以下幾個建議：
(1)加大人才培養(yǎng)和研發(fā)投入。目前國內高校中都缺乏食品機械專業(yè)，只是在一些原輕工院校中保留了食品機械或包裝專業(yè)；同時國內企業(yè)在產品開發(fā)的技術投入上仍顯不足，原創(chuàng)性的研發(fā)不多，多為仿制和改進性的產品開發(fā)。
(2)提升基礎工業(yè)水平。從材料、控制系統(tǒng)元器件，制冷氣動等基礎工業(yè)的整體提升入手提高我國工業(yè)的整體水平，逐步替代進口產品。
(3)重視工藝與裝備的有機結合。使裝備的設計開發(fā)和工作更優(yōu)化，才能生產出質優(yōu)而能耗低的產品，從而體現高水平，益。
記者：今年是“十二五”的開局之年，國家開始提出食品包裝機械及灌裝市場的準入標準，您覺得這種大的政策方向對咱們行業(yè)或者企業(yè)有影響嗎?
王佃剛：十二五期間，國家將會逐漸加大食品包裝機械研發(fā)的投入，尤其是近一段時間以來，我國的食品包裝頻頻出現問題，這也促使國家對于食品包裝的重視程度增加。這對我們包裝機械行業(yè)是一個很好的機遇，更是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。國家政策導向必將加速包裝機械行業(yè)的未來發(fā)展。這也必將推進企業(yè)的技術革新，逐漸增強自身的技術能力和生產能力，縮小與*的差距，在未來一段時間內能夠趕上甚至超越發(fā)達國家的制造水平。