固體飲料結塊原因和解決方式

范珺

從一款叫“麥乳精”的即沖飲品出現(xiàn)，“固體飲料”開始進入人們的視線。隨著產品的日益豐富，從速溶咖啡、果汁沖劑到奶茶粉……固體飲料因“便利且美味”的特點逐漸融入人們的日常休閑生活。但是從消費者的反饋體驗中不難發(fā)現(xiàn)，保質期內結塊是固體飲料被投訴的重災區(qū)。

1 固體飲料結塊主因——糖的吸濕性

初峰等人在對固體棗粉飲料抗結塊問題的研究中，通過觀察棗粉結晶樣品的微觀結構發(fā)現(xiàn)，當相對濕度從11%上升到33%時樣品開始團聚；當相對濕度升到58%～75%之間時，樣品表面變得非常粗糙，大量顆粒粘結成塊。這一過程中，糖的結晶化現(xiàn)象非常明顯，形成了粗顆粒的糖晶體。因此，固體飲料結塊現(xiàn)象的發(fā)生主要源于物料的吸濕性，更準確的說，是物料中糖類的吸濕性。

1.1 水分的動態(tài)平衡

將一定濕度的糖料基質置于一定溫濕度的空氣中，若空氣中含水量高于糖料基質的含水量，糖料會吸收空氣中的水分直至達到平衡狀態(tài)；若空氣中的含水量低于糖料基質的含水量，那么糖料中的水分會蒸發(fā)到空氣中，直至達到平衡狀態(tài)。固體飲料中的糖料基質經(jīng)過干燥后，含水量很低，通常低于灌裝環(huán)境的空氣濕度，因此為了達到平衡會吸收空氣中的水分。

1.2 水蒸氣的冷凝

干燥后的固體飲料基質溫度較高，立即進入灌裝密封環(huán)節(jié)會使容器中的高溫基質繼續(xù)蒸發(fā)，容器內的空氣溫度隨之上升。但是容器外層的環(huán)境溫度相對較低，因此容器內接近容器壁的空氣先行冷卻，當溫度降低到“露點”以下，水蒸氣凝結為水珠，造成附近的基質變濕而結塊。

1.3 外部壓力

糖料的晶體顆粒表面存在一層液膜，吸濕后，隨著含水量的升高，液膜隨之變厚，反之則變薄。固體飲料灌裝后堆碼貯藏，糖料晶體彼此緊密接觸，表面的液膜粘連在一起，當干燥后會粘結成塊。這一過程，堆碼的壓力加劇了吸濕糖類晶體的粘結，從而使固體飲料的結塊現(xiàn)象更加嚴重。

2 解決固體飲料結塊問題

2.1 物料基質加工環(huán)節(jié)

水分是導致固體飲料潮解結塊的重要成因，因此在物料基質加工環(huán)節(jié)，一方面要以國家標準或行業(yè)標準為依據(jù)嚴格控制物料的含水量，避免物料自身的根源性問題；另一方面要確保干燥系統(tǒng)能有效干燥物料。

對于易吸潮結塊的物料基質，通常建議采用制粒工藝，例如濕法制粒。這是一種在粉末物料中加入粘合液使之制成具有一定形狀與大小的粒狀物的工藝，其制得的粒狀物比粉末的粒徑大，每個粒子周圍可接觸的粒子數(shù)目少，因其黏附性、凝集性較弱，從而改善物料基質的流動性，一定程度上能降低結塊發(fā)生的幾率。

另一種應對物料結塊的方法是添加能夠阻止粉狀顆粒彼此粘結成塊的抗結劑，利用其吸收水分的能力或使其附著在顆粒表面，進而讓顆粒具有憎水性，常用的抗結劑有二氧化硅和微晶纖維素。二氧化硅含有豐富的毛細孔，當周圍空氣中含有一定量的水分時，其毛細孔迅速吸濕。但由于二氧化硅的毛細孔的孔隙容量較小以及與水分子的物理結合能力較弱，不能將水分包裹，因此，吸濕的二氧化硅很容易解吸，因此表面水分還有可能被固體飲料物料基質奪走，難以長時間地保持固體飲料的干燥。微晶纖維素是抗結劑的另一種應用形式，其具有極強的吸水性，以合適的量添加在固體飲料的物料基質中能夠起到防結塊和幫助流動的作用。同時，由于該物質在水中經(jīng)強力剪切作用后具有生產凝膠體的能力，因此當固體飲料在水中分散時可以很快形成穩(wěn)定的膠體溶液，分散性和穩(wěn)定性大幅提高。

2.2 灌裝環(huán)節(jié)

經(jīng)干燥系統(tǒng)加工過的固體飲料物料基質，將投入灌裝生產線，然后封包入庫。這一環(huán)節(jié)，物料基質通常仍保持較高的溫度（50～60℃），因此封入包裝后極易出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，從而致使固體飲料結塊。同時，灌裝環(huán)境的溫濕度也影響很大——灌裝機械持續(xù)運轉，源源不斷地產生熱量，加上氣候溫度的不斷起伏，致使灌裝環(huán)境的溫度常常發(fā)生較大變化，空氣濕度也伴隨變化，從而影響物料基質，特別是糖料的水分平衡。因此，灌裝現(xiàn)場應設立控溫控濕裝置，避免灌裝時包裝內空氣含濕量過高。

2.3 包裝環(huán)節(jié)

固體飲料包裝主要有馬口鐵罐、玻璃瓶和復合膜袋3種形式。前兩種包裝在隔絕水蒸氣方面密封效果良好，但質重易碎、成本高、占用空間大。塑料薄膜袋能很好的避免以上問題，因而成為現(xiàn)今使用最廣的包裝形式。當然，相較之下，在防潮方面塑料薄膜袋與前兩種包裝形式存在一定差距。根據(jù)蘭光包裝安全檢測中心的測試經(jīng)驗，從防潮結塊角度來看，固體飲料塑料薄膜包裝應重點考慮包裝的密封性、封邊質量以及包裝材料透濕性。

2.3.1 包裝的密封性

固體飲料包裝首先應保證包裝整體具有良好的密封性，隔絕外界的水蒸氣進入。筆者所在的蘭光包裝安全檢測中心曾利用MFY-01密封試驗儀測試過一例固體飲料鋁塑包裝袋的多項物理性能，材料為PET/AL/ OPA/CPE，厚度為94μm。其中，負壓密封性測試測得，當壓力為-67.6kPa時包裝出現(xiàn)泄漏，位置在包裝正面袋體中部壓痕處。仔細觀察此處，會發(fā)現(xiàn)其存在深淺不一的劃痕，鋁箔層極有可能已經(jīng)遭到破壞，導致此處的耐沖擊、耐穿刺能力下降，從而在壓力環(huán)境下最先發(fā)生泄漏。該劃痕可能由于制袋或運輸、倉儲過程中人為或機器造成，而此類微小泄漏若能及時檢驗發(fā)現(xiàn)，可以及時采取調整灌裝和包裝等補救措施，若發(fā)現(xiàn)不及時，保質期內的固體飲料將有較大概率出現(xiàn)結塊現(xiàn)象。

2.3.2 封口質量

塑料薄膜包裝的固體飲料通常采用熱封工藝封口，即采用熱封機器對封口處薄膜以一定溫度的熱壓封口，并持續(xù)一段時間，使其達到預定的封口強度。這一過程中存在多重可能影響封口質量的因素，如熱封的壓力、溫度和時間參數(shù)、封刀設計等。其中，影響最大的當屬封口處的粉料污染。

固體飲料的物料基質往往質輕、干燥，因而易隨氣流飛揚擴散。在利用包裝機灌裝時，粉體物料顆粒以積聚流的形態(tài)自由下落進入包裝袋，攪動了原本相對靜止的空氣，使之向上流動。隨著粉料加速下落，附近的氣流被裹入粉料顆粒中，粉料流外層的顆粒發(fā)生內旋，逐漸脫離粉料流，懸浮于空氣中。由于下料口位置粉體物料下落的初速度相對較小，因此更多的顆粒被氣流帶離粉體流，懸浮在下料口四周。

與此同時，持續(xù)下落的粉料顆粒與已沉降顆粒、懸浮顆粒、包裝壁面相互撞擊，易導致部分顆粒懸浮于空氣中。這些懸浮顆粒被向上的氣流沿袋壁攜帶至包裝口，因而造成了包裝上封口部位四周大量粉料顆粒的聚集，為后續(xù)粉料對封口的污染制造了先決條件。

對此，筆者建議采用縮短下料口與包裝底部的距離、增加除塵裝置以及更換防靜電包裝材料等手段，以改善上述問題。最終可借助熱封試驗及熱封強度試驗對改善效果進行驗證測試。

2.3.3 合理選擇包裝材料

除因泄漏和封口不嚴導致的水分滲入外，選擇不同的包裝材料也會影響袋內的水分含量。筆者針對不同包裝材料的袋裝豆乳粉做了含水量檢測，如表1。

通過觀測，可以明顯發(fā)現(xiàn)采用俗稱“鋁箔袋”的鋁塑復合膜包裝的豆乳粉，其固體飲料顆粒的含水量控制優(yōu)于鍍鋁復合膜，其原因在于復合膜的阻隔層不同。相比之下，AL對水蒸氣的滲透阻隔性更佳，因此更能獲得良好的防潮性。對于AL的易折性，可以通過在其和印刷層之間增加一層樹脂材料，從而起到緩沖作用。但鋁箔價格偏貴，會造成生產成本的增加。

2.3.4 巧用充氣包裝

前文對固體飲料結塊原因分析中提到，固體飲料灌裝后貯藏、堆碼的壓力致使固體飲料顆粒更加緊密接觸，從而加劇結塊。為緩解這一問題，生產者可以引入充氣包裝技術，即向包裝內充入一定量的干燥惰性氣體，比如氮氣，如此既不會影響固體飲料的風味，同時也會降低固體飲料所承受的壓力，保證其良好的流動性。初峰等人的“固體棗粉飲料結塊與內包裝充氣量之間的關系”研究試驗證明，包裝內充氣有效延緩了固體粉料的結塊。需要注意的是，充氣包裝技術有效性的關鍵在于維持袋內氣體量的恒定，即最大限度防止氣體的逸失，而這同樣與包裝的密封性、封口質量和包裝材料的氣體滲透阻隔性有關。

3 結語

固體飲料結塊，根源在于水分的控制。這涉及到原料、加工、添加劑、灌裝、包裝、倉儲、環(huán)境管理等諸多環(huán)節(jié)?？梢哉f，結塊控制是一個系統(tǒng)工程。唯一有效的應對方式是多措并舉，并且加強物料、包裝等質量控制，利用科學實驗的方式建立一套有效的、系統(tǒng)的水分防控管理體系，避免因固體飲料結塊帶來經(jīng)濟和信譽的雙重損失。