第七章 食品灌装技术 与方法 内容提要 现代社会中许多产品是以液体或半液体状态被包装、流通和销售的。习惯上把液体物料的充填称为灌装。 需要灌装的各种液体物料有不同的物理和化学特性，如黏度、色香味、酒精含量、二氧化碳含量、挥发性物质等。 可以盛装各种液料产品的容器也有各种不一样的种类，如玻璃瓶、金属罐、塑料瓶、纸袋、塑料袋，复合材料制成的杯、管、盒等。 因此液体产品的灌装技术方法必须适合于特定类型的商品和包装容器，因物而异。 一、灌装方法 (一)常压法灌装(Normal Pressure) 常压法灌装即是在大气压力下，依靠液体的自重自动流进包装容器内，其整个灌装系统处于敞开状态下工作。 其中，利用液面控制灌装的常压灌装法，其工作过程为：进液并排气——液料灌入容器内，同时将容器内的空气自排气管排出；到达定量停止进液——容器内液料达到定量要求后，自动停止灌装；排除余液——将进排气管内的残液排除，为下一次开始灌装进液排气准备好。 常压法主要可用于灌装那些黏度不大、不含二氧化碳、没有不良气味的液体产品，如酱油、牛奶、白酒、醋、果汁等。 常压灌装法因定量方法和所用器具的不同又可细分为以下几种。 1．? 液面感应式灌装（Level Sensing） 液面感应式灌装机只把产品灌装到容器控制的液面而不密封容器。 当容器中升高的液面堵塞住气流向外流出时，启动一个能切断流向容器的液体的控制机构(每一灌注头上需要此控制机构)。能轻松实现高速灌装，不会产生产品溢流和上部冒泡沫。 2．溢流式灌装(Over-flow) 某些产品可往开口容器中灌装至溢流的程度，再停止充灌，这些容器通常是经过消毒杀菌处理的卫生的食品罐或广口玻璃瓶。在较先进的溢流式灌装机中，进入开口容器的液流是由与容器同步运动的量杯供给的。容器中必需的预留空间可用置换块方法或容器倾斜法获得。 3．虹吸式灌装(Siphon) 应用虹吸原理使液体经虹吸管从贮料箱流入 容器中，直至两边液位相等。此法结构简 单，但速度较低。 4．活塞式灌装(Piston) 这是一种最常用的容积定量式灌装法。根据活塞的方位和入口的结构可分为进口端开口立式缸、单端卧式缸、双端面卧式缸、闭端立缸四种。图3-2所示为典型的立式缸旋转阀灌装机。 5．定量杯式灌装(Measuring Cup) 首先将产品从一个开口料槽输送到容量精确(可以 调节)的定量杯中，每个量杯可被灌装到与料槽液 面相平或沉入料槽液面以下，然后量杯上升到料槽 液面之上。之后，每个阀底受控打开，液体流入容 器中。此法精确可靠，成本低廉，此种灌装机常为 回转式。 6．涡轮计式灌装(Worm type Bottling Machine) 从一个注嘴灌装的液料量，可用一个安装在注嘴输送管前的涡轮流量计来测量。这种流量计包括一个电子计量控制系统，用以开启和停止液料的流动。此涡轮计式计量精确但价格较贵，一般仅用于灌装大型容器(如5gal以上，l gal＝3.785dm3)。 7．隔膜泵式灌装(Membrane Pumping) 隔膜泵定量灌装是1975年后的新发展。活塞泵式灌 装机通常在活塞与缸壁之间装有某种密封元件，如 V形垫圈或O形垫圈，当活塞与缸壁之间滑动摩擦 时会引起材料擦伤并产生微屑，这对于卫生要求严 格的注射药物等是不利的，隔膜泵中因无材料摩擦 故可避免以上缺陷。 8．称重式灌装(Gravimetric) 在称毛重式灌装机上，每个灌装工位安装一个称重 器。当达到预定质量时，秤杆动作切断液流。每个 秤被调整到相当于内装液料加上容器的最大质量， 若内装物量和容器质量改变，则可在每个灌装台另 加上特定质量。 9．计时式灌装(Timing) 本方法控制液料流出的时间来控制灌装量。如图3- 4所示。先由外部压力泵使液体流入具有沟槽的圆 盘内，借转动的计量圆盘上注流孔开放时间来计量 液料的流出量(即恒容积流量)。旋转速度决定灌装 口在沟槽下停留的时间。若使用几个计量沟槽，则 可在同一容器中分别灌入几种不同的液料。 (二)等压法灌装 等压法灌装是利用贮液箱上部气室的压缩空气，先给空容器充气，使两者内部压力接近相等，然后液料在此密闭系统中靠自重流进容器内。 此法工作过程为：充气加压；进液回气；停止进液；释放压力(释放瓶中残留气体压力，以免瓶子内突然降压而引起冒泡，影响定量精度)。 1．平衡压力灌装 又称反压法(Counter-pressure)或加压直力法，如图3-5所示，专门用于含二氧化碳等气体的含气饮料或啤酒的灌装。含气饮料必须在加压下灌装才能保持二氧化碳气体的溶解含量。 其灌装工序如下:①???? 加压充气——空瓶上升顶住灌装阀后，控制杆8打开加压气阀7，压力气体从上部环形气室1通过加压气道6进入瓶中。 ②???? 进液回气——当瓶内压力与上气室1内压力相等后，液阀4打开开始灌装，瓶内气体被产品压出，经回气管3进入上部环形气室l中。当产品液面抵达回气管下端口，不再回气，灌装完成。③???? 停止进液——控制杆8关闭加压气阀7和液阀4，停止进液。 ④???? 释放压力——打开压力释放阀5瓶颈内压力气体排放到下部环行气室9中。 2．纯重力灌装  最典型的等压灌装是纯重力灌装。产品从储液槽流经弹簧罐装阀，有容器顶着时此阀才开放，液体借重力流进容器，容器中的空气沿排气管向上流到储液槽上部。 排气口末端位置决定的精确液面高度时，液体停止流下。排气管中上一循环留下的余液靠沿排气管向上的空气全部返回贮液槽中，也可在灌装开始之前用抽真空法清理排气管。此法设备简单，易于维修，既适用于含气液体产品也适用于无气液体产品或黏度高的液体。 (三)不等压灌装 不等压灌装即利用待装液体与吸出容器中气体的排气口之间的压力差来灌装。由于存在压差可使产品的流速高于等压法灌装。对于小口容器、黏性产品或大容量容器特别有利。但是不等压法灌装系统需要一个溢流收集和产品再循环的装置。快速灌装产生的泡沫必须通过溢流系统排出。 1．重力—低线kPa)。容器(常为瓶子)需封口。低真空度是为了消除真空灌装时的溢流和回流，以及防止缺口和裂缝瓶的误灌。 如果容器达不到真空度，灌装口就不流出液体。因此遇到缺口或裂缝瓶就自动停灌。上面贮槽中的产品流经套阀而进入瓶中。套阀内管为排气用。当瓶子自动传送到阀下并上升时，阀门中弹簧受到压力而开启。通过排气管使瓶中压力与贮槽上部低真空度相等，这时重力灌装开始。 当上升液到达排气口时，灌装就自动停止。 本法特别适用于灌装酒或酒精，因为极少湍动和充气，酒精浓度不会改变。灌装高级名酒不会失去醇香，产品不会溢流，也不会发生回流。 2．线所示为典型的纯真空灌装法原理。灌装系统内处于低于大气压力状态。供料槽可位于容器位置以上或以下。灌装阀密封块抵住容器同时开启阀门，由于与真空室相通的容器内处于真空，液体可被迅速抽进容器中，直至灌装到预定液位。通常最后会有相当量的液体被抽到排出管中，进入溢流槽后被回收再循环。  真空法灌装的工艺过程是：瓶内抽真空；进液排气；停止进液；余液回流(排气管中余液经真空室回到贮液箱)。 真空法可提高灌装速度，减少产品与空气的接触，有利于产品的保存期，全封闭状态还限制了产品中有效成分的逸散。 3．压力法罐装 其原理与真空法正好相反，罐装密封系统将正压力加在产品之上。加压的方法包括将压力加在储液箱顶部空间或是用泵将产品压到罐装阀。压力法对于不能抽真空的产品是很理想的方法，如酒精类饮料、热饮料和热果汁等。 压力法可在产品和排气管之间保持高于大气压的压力，且产品端压力更高，这样的系统有利于控制某些饮料保持较低的二氧化碳含量。 二、定量方法 液料定量大多采用容积式定量法，即定容法(Volumetric)。具体实现定容可有多种方法。? (一)液位控制定量法(Level) 图3-11所示为液位控制灌装原理。灌装开始，瓶子上升并顶起橡皮密封垫5与滑套6，灌装头7与滑套6间就出现空隙，液料即可流入瓶中，并使空气经排气管l排至贮液箱9的上部空间。当瓶内液面到达排气管管口(A—A截面)时，瓶内气体不能排出，随着液料再进入，瓶颈处空气被压缩并与液面达成平衡，液面高度即可保持不变，只是一部分液料将沿排气管上升至与贮液箱液面相当。瓶子降下后，灌装头7与滑套6重新封闭，排气管中液料滴入瓶中。至此，完成了一次定量灌装。借螺母8可调节排气管下端口伸入瓶内的位置，从而改变灌装定量。此法结构相对比较简单，使用广泛，但精度稍差。 (二)定量杯定量(Measuring Cup) 图3-12所示为定量杯定量灌装原理。当瓶子未进入灌装机时，定量杯1的上沿由于弹簧7的作用而处于贮液箱液面之下，杯内充满液体。 瓶子上升并顶起灌装头8连同进液管6，使定量杯上沿超出贮液箱液面。同时，进液管内隔板11及其上下两通孔12和10恰好位于阀体3的中间槽腔13之内，而形成液料通路，于是杯中液料可灌入瓶中(从调节管2流经上孔12、槽腔、下孔10进入瓶中)。瓶中空气从罐装头上的斜向孔9排出。当杯中液面降至调节管2的上端面时，便完成了一次罐装。 （三）定量泵定量法 （Measuring Pump） 图3-13为用于黏稠性液料的定量泵式定量罐装原理图。 (四)定量方法的选择 选择定量方法首先应考虑产品所要求的定量精度。 此定量精度与产品特性有关，如番茄酱罐头，质量 误差不能超过±3％；640mL的啤酒，容量误差不 能超过±10mL；高档酒类，液位误差±1.5mm。 另外还需考虑液料的灌装工艺性，如含气饮料不能 采用定量杯法等。 三、灌装方法的选择 选择灌装方法时需要考虑：液料本身的特性如黏度、密度、含气性、挥发性；产品的工艺和质量要求和运行特点。 例如啤酒的灌装: (1)保证足够的二氧化碳含量。优质啤酒要求CO2的含量不小于0.40％，普通啤酒要求CO2含量不小于0.35％。 (2)尽量降低氧的含量。一般啤酒中氧含量不超过 l mg/L，以免在杀菌和贮存期间与某些物质发生反应而改变风味，甚至变质。 活塞向下运动时，料液在自重和压差作用下，从储料罐的底孔经滑阀4的弧形槽5进入活塞8中。当容器顶起罐装头7和滑阀4时，弧形槽断开，通向容器的通道打开。 活塞向上运动，迫使液料从活塞缸流到容器中。容器内的空气可经灌装头上的孔隙排出。若无容器，因活塞缸与下料孔不相通，即使活塞往复移动也无妨。借调节活塞行程，即可改变灌装定量。 * * * * 1．? 液面感应式灌装（Level Sensing） 液面感应式灌装机只把产品灌装到容器控制的液面而不密封容器。 当容器中升高的液面堵塞住气流向外流出时，启动一个能切断流向容器的液体的控制机构(每一灌注头上需要此控制机构)。可以实现高速灌装，不会产生产品溢流和上部冒泡沫。 2．溢流式灌装(Over-flow) 4．活塞式灌装(Piston) 这是一种最常用的容积定量式灌装法。根据活塞的方位和入口的结构可分为进口端开口立式缸、单端卧式缸、双端面卧式缸、闭端立缸四种。图3-2所示为典型的立式缸旋转阀灌装机。 5．定量杯式灌装(Measuring Cup) 首先将产品从一个开口料槽输送到容量精确(能调节)的定量杯中，每个量杯可被灌装到与料槽液面相平或沉入料槽液面以下，然后量杯上升到料槽液面之上。之后，每个阀底受控打开，液体流入容器中。此法精确可靠，成本低廉，此种灌装机常为回转式。 隔膜式容积灌装机利用一层柔性隔膜在气体压力的作用下将液体从料缸抽到灌装室，然后再注入容器中。 料缸的压力一般保持在0.11MPa以下。阀门打开时，在气压作用下，液体流入灌装室中。灌装室充满后，通向料缸的阀门就关闭，防止回流。然后，阀门启通容器方向。空气压力作用在柱塞上。柱塞将隔膜压下，迫使液体流入容器，如图3-3所示。 产品灌装完毕，加在隔膜上的气压释放。阀门换向，灌装室再次从料缸吸液。 在瓶颈导向装置上装有“无容器不灌装”机构。该机构只有在运动时碰到容器，才能触动气源控制管理系统，使气流推动隔膜运动。

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