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啤酒灌装中的几个问题探讨

来源: 啤酒网 2014-03-07 00:31:37
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[导读]啤酒是通过生化反应酿造而制成的液态食品,它的基体是水,应遵循流体力学的基本定理,如能量守恒、流体连续和力平衡等。

   自上世纪80年代开始,在消化吸收国外先进制造技术的基础上,我们在国内首先开发出了具有自己特色的啤酒灌装机液气控制系统,发展至今己经过了近二十年,现己发展到第四代,与国际上灌装机液气控制技术的发展基本上同步。在此过程中,通过对啤酒灌装物理过程的研究、与国内外装备制造商的交流和讨论,发现有些问题需要澄清,有些问题需要说明,另一些问题值得进一步研究和探讨。在讨论具体问题之前,首先对啤酒灌装的内涵,给予科学的分析。
   啤酒是通过生化反应酿造而制成的液态食品,它的基体是水,应遵循流体力学的基本定理,如能量守恒、流体连续和力平衡等。它的主体是微生物和生化反应的代谢物以及某些无机物。其中微生物和代谢物中的二氧化碳和蛋白质,是啤酒灌装过程中必须正视的主要因素,这也是啤酒灌装区别于其它液态食品灌装的难度所在。如尽量减少增氧量以减少微生物的生存空间;遵循物理化学中气体溶解量的亨利定理,根据二氧化碳含量和灌装温度确定背压高低;蛋白质在二氧化碳气体作用下易起泡,且持泡时间较长等。
   灌装指的是商品灌装,是要在市场上进行交易的商品,因此必须要计量容积、质量或一定容器下的液位高度。
   任何食品包装都不可能提高其品质,而且必然会有所影响,包装工艺的原则是将不利影响减至最小。
  —、啤酒灌装技术的核心是灌装阀
   在我国的媒体和专业会议上,经常可以看到和听到一些说法,将灌装阀数量的增加当作技术进步来宣传,制造厂家也以此来做广告,似乎灌装头越多灌装技术越先进,灌装流速越快。实际上无论阀的数量多少,就每一个灌装阀而言,工作状态和过程都是一样的,阀数量增多仅仅是酒缸直径大了,所需的动力和传动有些变化,灌装技术无进步可言。所谓高速灌装的高速,指的是进出瓶的切线速度增快,单位时间内灌装的瓶数增多。而灌装机转动的角速度却是一样的,即灌装每—瓶啤酒所需的时间无任何变化,对每个灌装阀而言,仍然是转—圈完成灌装流程。真正变化的是输送系统,高速无压力输送和无阻塞输送系统才是高速灌装的核心技术。只要灌装阀的功能和结构相同,其灌装的技术性能也就相同,对每—个灌装阀而言,排除机械加工和装配误差,在理论上应完全相同。决定灌装质量和技术水平的是灌装阀本身,而不是阀的数量多少。如德国的KHS和KRONES公司,都是以灌装阀的功能和结构来分类并形成各自的产品系列;而国内的企业,多数在头数上做文章,还未形成以阀为核心技术的产品系列。目前在国内,据我所知仅有南轻的外置式机械灌装阀,其性能优于现有的其他机械阀,是唯一具有自己知识产权的灌装核心技术。为此,两年前本人曾在有关报刊上撰文宣传这一创新成果。
   在2000年中国国际啤酒、饮料制造技术及设备展览会后,本人对国外和国内参展品的差异,曾发表过评论,国外参展商主要展示的是技术,而国内参展商主要展示的是加工能力和制造水平。说明我国的企业尚未真正成为技术开发和创新的主体。
  
   啤酒灌装技术的核心是灌装阀,有阀才有机;机随阀而分。灌装技术的进步主要体现在阀的技术性能上,而不是阀的数量多少。开展灌装阀单阀技术的研究,才是提高灌装技术水平的关键。
  二、啤酒平稳灌装的关键是灌装阀等压开阀
   上世纪80年代,我国从德国引进两种类型的机械阀灌装机的制造技术,一种是SEN公司的外置式长管机,另一种是H&K公司的内置式短管机,由于种种原因,主要是我国的玻璃瓶制造很不规范,在我国的啤酒厂中绝大部分都采用短管机,这里就以短管机为例来讨论啤酒平稳灌装。
   啤酒泡沫是啤酒风味的特色,是评价啤酒品质的主要指标之一,喝啤酒应喝带泡沫的啤酒。但啤酒的这一特色给灌装带来很大的麻烦,在啤酒厂的灌装现场经常能看到反泡现象。引起啤酒反泡的原因可能有以下几方面:瓶子定位对中不到位、瓶口缺损密封不严和密封圈老化而形成非等压灌装;二氧化碳含量过高或背压过低使二氧化碳从酒液中大量溢出;流动速度过快或未形成沿瓶内壁面的流动引起对啤酒的扰动过大等。泡沫一旦形成则需一定时间才能消失,浮在啤酒液面上的泡沫一旦到回气管的底口,将影响正常的回气速度,造成液位参差不齐。
   机械阀是在弹簧力的作用力下开阀,理论上应当在瓶内充气压力等于酒缸内背压时开阀,弹簧力的大小仅用以克服酒缸内液面至阀口间静压差,而实际上还需要克服阀门开启时的摩擦力,且必需留有余地,即实际上是在充气压力低于背压时阀门就开启。因此,所有由弹簧开阀的灌装,在开阀时推动流体流动的作用力多了一个背压与瓶内压力的差压,是差压开阀。阀门开启后,由于回气管与缸内背压连通,开阀时附加作用力消失,形成等压灌装。但是,差压开阀时作用力较大所产生的泡沫却不会消失,它将影响整个灌装流程,加上弹簧力大小不一致,附加的作用力不相等所造成的扰动强度不一样,液位的高低不齐是其必然结果。这就是国产机械阀短管机灌装液位一致性较差的主要原因,这与弹簧的材质和工艺以及灌装阀的制造工艺水平和质量管理有关。经观察就会发现:德国KHS和KRONES公司的机械阀灌装机,在正常运转情况下,若打开灌装机的后挡板观察其灌装过程,就见到形成一条斜线的高低液面,浮在液面上的泡沫数量相差不多,灌装后液位高度的一致性也较好。深究其原因,一是阀门开度的一致性较好,二是开阀的弹簧作用力和阀开启所需克服的静摩擦力一致性较好。
   解决问题的途径是提高阀的制造工艺,达到KHS和KRONES的水平,但这还是没有消除开阀时的附加作用力。另一种方法是干脆不用弹簧开阀,像电子灌装阀那样在等压时主动开阀,从源头上消除开阀时的附加作用力,实现等压开阀灌装,这就是南京轻机外置式灌装阀的核心原理。其实它的道理很简单,即在啤酒灌装时的灌装速度应遵循慢--快--慢规律。开始慢是为了防止产生大量泡沫,终结慢是为了降低流动惯性使液位准确。而中间的快也不是越快越好,应以不起泡为界限,何况流量受回气管外径和瓶口内径的制约。在传统的机械阀中,由于采用弹簧开阀是差压开阀而未能实现开始慢,啤酒在开阀时起泡就不可避免,因此液位就不可能很准确。另外,弹簧差压开阀在第一次抽空后充气时,充气时间必须调短些以避免酒阀误开,这无形中损害了抽空的效果。于是就出现了能克服这一缺陷的电子灌装阀,南京轻机的外置式机械灌装阀同样也可以达到这一目的。
   综上所述,啤酒平稳灌装的关键是灌装阀等压开阀,或者说关键是开阀时尽量避免啤酒起泡。

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