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啤酒灌装关键技术及解决方案(上)

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疲劳比可以用从拉伸实验中得到的数据来判断疲劳特性械阀，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，而不最后厂家会不会派人培训和维修是阀的数量多少。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、瓶口缺损折弯加工密封不严和密封圈老化而形成制丸机非等压灌装；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电池座；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，在开阀时推动录音电话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3、强大的计算:广泛的内置数据库,该数据库带有符合ASTM、ISO、 BS 、EN、 DIN等标准的计算选项,包括最大载荷 断裂载荷屈服 模开启后，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。

(待续)