認(rèn)識(shí)灌裝設(shè)備學(xué)習(xí)灌裝技術(shù)

我國(guó)液體食品在近幾年來(lái)有了很大的發(fā)展，僅軟飲料市場(chǎng)產(chǎn)量就由1995年的949萬(wàn)噸增長(zhǎng)到2009年的8086.2萬(wàn)噸，以平均每年20％的速度增長(zhǎng)。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(shè)備的發(fā)展就對(duì)液體食品的發(fā)展起到了重要的作用。灌裝設(shè)備不但為液體食品企業(yè)的發(fā)展節(jié)約了勞動(dòng)力而且提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，使產(chǎn)品向標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。為了使人們對(duì)灌裝設(shè)備有更多的了解，本刊記者特別采訪了浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)系劉東紅教授和山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院包裝工程研究所王佃剛教授。

記者：灌裝機(jī)械的發(fā)展是為了滿足液體食品的包裝需要，那么請(qǐng)為我們介紹一下什么是液體食品?

劉東紅：根據(jù)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(nèi)按一定速度自由流動(dòng)，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(dòng)，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(dòng)，必須借助于擠壓等外力才能流動(dòng)，黏度在10Pa·s以上的物料，如花生醬、果醬等。

記者：我們平時(shí)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(jīng)包裝好的，而對(duì)于液體食品來(lái)說灌裝設(shè)備可謂是完成包裝的重要條件，請(qǐng)您介紹灌裝設(shè)備的主要類型有哪些?

劉東紅：液體食品灌裝設(shè)備的分類方法比較多，主要依據(jù)以下幾種方法進(jìn)行分類。

(1)按照罐裝的容器形式可分為杯式灌裝設(shè)備，瓶式灌裝設(shè)備和軟袋式灌裝設(shè)備。其中杯式是適用于塑杯包裝食品的灌裝設(shè)備，瓶式液體灌裝機(jī)械主要是為玻璃瓶，易拉罐，PET瓶三大類包裝容器而設(shè)計(jì)的設(shè)備；軟袋式灌裝設(shè)備針對(duì)復(fù)合軟塑包裝袋和復(fù)合紙軟包裝的灌裝機(jī)，其中復(fù)合紙軟包裝的灌裝機(jī)是用于果及牛奶的利樂包裝設(shè)備，為無(wú)菌灌裝，灌裝容量為0.25-2L，有磚形，屋形和三角形。

(2)根據(jù)灌裝設(shè)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(jī)和全自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線(包括連續(xù)進(jìn)行洗瓶、灌裝，壓蓋、貼標(biāo)、裝箱等工序)。

(3)按灌裝原理可分為常壓灌裝機(jī)、壓力灌裝機(jī)和真空灌裝機(jī)。

常壓灌裝機(jī)是指在大氣壓力下靠液體自重進(jìn)行灌裝。這類灌裝機(jī)又分為定時(shí)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(jī)是在高于大氣壓力下進(jìn)行灌裝，也可分為兩種一種是貯液缸內(nèi)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(nèi)的壓力高于瓶中的壓力，液體靠壓差流入瓶?jī)?nèi)，高速生產(chǎn)線多采用這種方法。壓力灌裝機(jī)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(dāng)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(chǎn)品的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均不相同，在灌裝過程中，為了使產(chǎn)品的特性保持不變，必須采用不同的灌裝方法。一般灌裝機(jī)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(jìn)包裝容器內(nèi)。大部分能自由流動(dòng)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(duì)包裝容器充氣，使之形成與貯液箱內(nèi)相等的氣壓，然后再依靠被灌液料的自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)。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(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量和定量精度。

(3)真空法是在低于大氣壓的條件下進(jìn)行灌裝的，可按兩種方式進(jìn)行：一是差壓真空式，即貯液箱內(nèi)處于常壓，只對(duì)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(chǎn)生流動(dòng)而完成灌裝，此法國(guó)內(nèi)較為常用。二是重力真空式，即貯液箱內(nèi)處于真空，包裝容器首先抽氣使之形成與貯液箱內(nèi)相等的真空，隨后液料依靠自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)，因結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，國(guó)內(nèi)較少采用。真空法灌裝應(yīng)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?jī)?nèi)形成真空就意味著減少了液料與空氣的接觸，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的保質(zhì)期，真空法還適用于灌裝有毒的物料；如農(nóng)藥等，以減少毒性氣體的外溢，改善勞動(dòng)條件。

(4)壓力法利用機(jī)械壓力或氣壓，將被灌物料擠入包裝容器內(nèi)。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(shí)也可用于汽水一類軟飲料的灌裝，這時(shí)靠汽水本身的氣壓直接灌入未經(jīng)充氣等壓的瓶?jī)?nèi)，從而提高了灌裝速度，形成的泡沫因汽水中無(wú)膠體尚易消失，對(duì)灌裝質(zhì)量有_定影響，但不算太大。

記者：對(duì)于瓶裝液體來(lái)說灌裝時(shí)的定量是其重要步驟，那么灌裝機(jī)常用的定量方法主要有哪些?

劉東紅：液體產(chǎn)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(dá)到定量灌裝的目的。因?yàn)槊看喂嘌b的液料容積等于一定高度的瓶子內(nèi)腔容積，故習(xí)慣稱它為“以瓶定量”。該法結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，不需要輔助設(shè)備，使用方便，但對(duì)于要求定量準(zhǔn)確度高的產(chǎn)品不宜采用，因?yàn)槠孔拥娜莘e精度直接影響灌裝量的精度。對(duì)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(jìn)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(jìn)行定量，然后再將計(jì)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(dòng)力控制活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(fù)運(yùn)動(dòng)的行程來(lái)控制。對(duì)于這種定量方法，若要改變每次的灌裝量，則只需設(shè)法調(diào)節(jié)活塞的行程。

比較上述3種定量方法，從定量精度來(lái)看，第一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(jī)械結(jié)構(gòu)看，第一種顯然最為簡(jiǎn)單，因此，它自然得到廣泛應(yīng)用。

王佃剛：根據(jù)計(jì)量方法，可采用稱重和容積式進(jìn)行灌裝。稱重法是上世紀(jì)80年代才開始應(yīng)用的灌裝方法，需要電子計(jì)算機(jī)輔助操作。灌裝過程中，安裝在工作臺(tái)上的應(yīng)變載荷元件會(huì)精確感知液體質(zhì)量的變化，通過控制液料的流速和時(shí)問，完成定量灌裝。根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行定量包裝，具體來(lái)說可以分為先定量后灌裝，定量和灌裝同步進(jìn)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(chǎn)效率。目前大多數(shù)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(jìn)行的定液位式灌裝，固定流量和流速進(jìn)行的定時(shí)灌裝等等?；钊莘e式灌裝由活塞泵進(jìn)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(gè)撓陛的起伏隔膜在壓力氣體的作用下，將液體物料從儲(chǔ)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(cè)灌裝物料液位的高低，對(duì)灌裝過程進(jìn)行定量控制。定時(shí)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(dòng)的時(shí)間完成灌裝定量控制。

記者：熱灌裝和冷灌裝，無(wú)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(lái)備受爭(zhēng)議，請(qǐng)介紹其各自特點(diǎn)，企業(yè)應(yīng)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(jìn)行灌裝，利用產(chǎn)品的熱量對(duì)容器內(nèi)表面進(jìn)行殺菌。熱灌裝的高溫會(huì)影響到食品的風(fēng)味、顏色品質(zhì)，以及包裝容器(如塑料瓶會(huì)因?yàn)槭軣嶙冘?、變形，?qiáng)度下降等)。

冷灌裝即在液體食品處于常溫時(shí)灌裝，在灌裝后再進(jìn)行殺菌，如冷凍濃縮果蔬汁和一些冷藏果汁。

無(wú)菌冷灌裝即灌裝前進(jìn)行殺菌，冷卻后進(jìn)行灌裝。無(wú)菌冷灌裝使得包裝容器中的產(chǎn)品因加熱較少而保留有較好的質(zhì)量及風(fēng)味同時(shí)，無(wú)菌冷灌裝減少了防腐劑的使用量，保存期也得到延長(zhǎng)。另外，由于無(wú)菌冷灌減少了對(duì)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(chǎn)品為例，無(wú)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(shè)計(jì)方面更加靈活。

瞬間超高溫消毒：即時(shí)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(duì)物料品質(zhì)影響較小。

企業(yè)在選擇灌裝和殺菌方式的時(shí)需針對(duì)自己產(chǎn)品的特點(diǎn)選擇，另外也要綜合考慮設(shè)備和包裝成本。

王佃剛：食品的包裝要求是無(wú)菌包裝，所謂的無(wú)菌包裝技術(shù)是指在被包裝物，包裝容器或材料，包裝輔材無(wú)菌情況下，在無(wú)菌的環(huán)境中進(jìn)行充填和封合的一種包裝技術(shù)，處于無(wú)菌狀態(tài)下的被包裝食品可在常溫下儲(chǔ)存而不會(huì)變質(zhì)。而對(duì)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(shù)還有巴氏滅菌技術(shù)和瞬間超高溫消毒。巴氏滅菌技術(shù)是將食品充填并密封于包裝容器后，在一定時(shí)間下保持100℃以下的溫度，殺滅包裝容器內(nèi)的細(xì)菌。巴氏殺菌可以殺滅多數(shù)致病菌，而對(duì)于非致病的腐敗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(dá)國(guó)家的灌裝設(shè)備及技術(shù)發(fā)展水平如何，國(guó)外大型灌裝設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)有哪些?為了縮短這種差距我們?cè)趺慈プ?

王佃剛：國(guó)外液體灌裝設(shè)備方面，美國(guó)，德國(guó)，日本、意大利等國(guó)的制造水平相對(duì)較高。像德國(guó)的SEN公司、KRONFS公司，美國(guó)邁耶公司，目前國(guó)外的灌裝設(shè)備呈現(xiàn)如下趨勢(shì)

(1)自動(dòng)化程度越來(lái)越高，大量使用機(jī)電一體化控制，可以完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，生產(chǎn)速度越來(lái)越快，可口可樂公司的一條灌裝生產(chǎn)線，速度可以達(dá)到2000瓶／分鐘。

(2)功能性增強(qiáng)，設(shè)備適用范圍增廣同一臺(tái)設(shè)備可灌裝多種不同種類產(chǎn)品，設(shè)備適用范圍增廣

(3)精度高，可靠性強(qiáng)。在高速灌裝過程中，能夠很好的完成灌裝定量，設(shè)備的可靠性明顯增強(qiáng)。

劉東紅：國(guó)內(nèi)灌裝設(shè)備與先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在整體設(shè)計(jì)、設(shè)備成套化、微生物控制，無(wú)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(gè)建議：

(1)加大人才培養(yǎng)和研發(fā)投入。目前國(guó)內(nèi)一流高校中都缺乏食品機(jī)械專業(yè)，只是在一些原輕工院校中保留了食品機(jī)械或包裝專業(yè)；同時(shí)國(guó)內(nèi)企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)投入上仍顯不足，原創(chuàng)性的研發(fā)不多，多為仿制和改進(jìn)性的產(chǎn)品開發(fā)。

(2)提升基礎(chǔ)工業(yè)水平。從材料、控制系統(tǒng)元器件，制冷氣動(dòng)等基礎(chǔ)工業(yè)的整體提升入手提高我國(guó)工業(yè)的整體水平，逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品。

(3)重視工藝與裝備的有機(jī)結(jié)合。使裝備的設(shè)計(jì)開發(fā)和工作更優(yōu)化，才能生產(chǎn)出質(zhì)優(yōu)而能耗最低的產(chǎn)品，從而體現(xiàn)高水平，高效益。

記者：今年是“十二五”的開局之年，國(guó)家開始提出食品包裝機(jī)械及灌裝市場(chǎng)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，您覺得這種大的政策方向?qū)υ蹅冃袠I(yè)或者企業(yè)有影響嗎?

王佃剛：十二五期間，國(guó)家將會(huì)逐漸加大食品包裝機(jī)械研發(fā)的投入，尤其是近一段時(shí)間以來(lái)，我國(guó)的食品包裝頻頻出現(xiàn)問題，這也促使國(guó)家對(duì)于食品包裝的重視程度增加。這對(duì)我們包裝機(jī)械行業(yè)是一個(gè)很好的機(jī)遇，更是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。國(guó)家政策導(dǎo)向必將加速包裝機(jī)械行業(yè)的未來(lái)發(fā)展。這也必將推進(jìn)企業(yè)的技術(shù)革新，逐漸增強(qiáng)自身的技術(shù)能力和生產(chǎn)能力，縮小與國(guó)外技術(shù)的差距，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)能夠趕上甚至超越發(fā)達(dá)國(guó)家的制造水平。