灌装技术及设备中的气体处理方法和定量调节方法

灌装是指将液体（或半流体）灌入容器内的操作，容器可以是玻璃瓶、金属罐、塑料瓶、塑料软管、塑料袋等。影响液体食品灌装的主要因素是黏度，其次为是否含有气体、起泡性、微小固体物含量等。因此，在选用灌装方法和灌装设备时，首先要考虑液体的黏度。

（一）液体食品的种类

根据灌装的需要，一般将液体按黏度分为3类：流体、半流体和黏滞流体。

1.流体　是指靠重力作用下可在管道内按一定速度自由流动，黏度范围在0.001～0.1 Pa·s的液体。如牛奶、清凉饮料、酒等。

2.半流体　除靠重力外，还需加上外力才能在管道内流动，黏度范围在0.1～10Pa·s的液体，如炼乳、番茄酱、酸奶等。

3.黏滞流体　靠自身重力不能流动，必须借助于挤压等外力才能流动，黏度在10Pa·s以上的物料，如花生酱、果酱等。

（二）常用灌装方法

液体食品的灌装方法有以下几种。

1.常压灌装　在常压下液体靠自身重力产生流动而灌入容器的方法称常压灌装。大部分自由流动的液体都可用此法灌装。

如图6-13所示，液体从贮液槽1流经灌装阀4进入容器。灌装时升降机构将容器向上托起（或将灌装管向下降），容器口部和灌装阀下部的密封盖5接触并将容器密封，然后使容器再上升顶开弹簧而开启灌装阀，液体靠重力自由流入容器中，当液体上升至排气口上部时，即停止流动，液位达到规定高度完成灌装后，升降机构将容器下降，灌装阀失去压力并由弹簧自动关闭。容器内的空气经设在灌装管端部的空气出口2通到贮液槽液面上部的排气管3排出。

这种方法适用于低黏度非起泡性的液体，如牛奶、矿泉水、酱油、醋等，使用的设备构造简单、操作方便、易于保养而被广泛使用。

2.真空灌装　指在真空条件下进行的灌装，有以下两种方法。

（1）重力真空灌装　即贮液箱处于真空，对包装容器抽气形成真空，随后料液依靠自重流进包装容器内。此法采用低真空，可消除纯真空灌装法所产生的溢流和回流现象。

如图6-14所示，位于顶部的贮液槽是封闭的，供液管1从槽顶伸入并浸没在液体下部，由浮子2控制液面，其上部空间保持低真空，当容器输送到灌装阀4下方时，升降机构将它托起，与密封盖5吻合，将容器密封，继续上升将阀开启。由于容器经阀中的排气管3与贮液槽上部联通形成低真空，因而液体经阀中的套管靠重力灌入容器内。与重力灌装一样，当排气口被上升的液体封闭时，容器中的液面就不再上升。灌装完毕，容器下降，灌装阀由弹簧自动关闭。

这种灌装系统尤其适用于白酒和葡萄酒的灌装，因为灌装过程中，挥发性气体的逸散量最小，不会改变酒精浓度，使包装产品不失醇香。

图6-13　常压灌装

1.贮液槽　2.空气出口　3.排气管
4.灌装阀　5.密封盖

图6-14　重力真空灌装

1.供液口　2.浮子　3.排气管　4.灌装阀
5.密封盖　6.灌装液位

（2）真空压差灌装　即贮液箱内处于常压，只对包装容器抽真空，料液依靠贮液箱与待灌装容器间压差作用产生流动而完成灌装，如图6-15所示。真空压差灌装适用于易氧化变质的液体食品，如富含维生素等营养成分的果蔬汁产品的灌装。

图6-15　真空压差灌装

1.供液管　2.供液阀　3.浮子　4.贮液槽　5.供液泵　6.真空室　7.真空泵　8.真空管
9.液料　10.灌装阀　11.密封材料　12.灌装液位

3.等压灌装　在高于大气压条件下首先对包装容器充气，使之形成与贮液箱内相等的气压，然后再依靠被灌装液料的自重流进包装容器内。等压灌装属于定液位灌装，仅限于灌装含CO2的饮料，如汽水、啤酒、香槟酒等。加压的目的是使液体中CO2含量保持不变，压力可取0.1～0.9MPa。

如图6-16所示，回转台上方的贮液槽是密封的，其液面由浮子1控制，液面以上空间充有压缩空气或CO2以保持一定压力。液体经下部的供液口2进入。灌装阀4装在贮液槽内，其中部设有的排气管顶端伸出液面，下端为排气口7和泄压口5。当容器上升至灌装阀口时，先由密封盖3将容器封闭，然后压缩弹簧，顶开灌装阀，开始灌装；同时，机械弹簧打开排气管顶部的充气阀6，使容器的压力与贮液槽上部的压力相等。当液体上升到排气管口时，容器顶部空气压力上升，液体上升到规定液位而完成灌装。

4.机械压力灌装　利用机械压力如液泵、活塞泵或气压将被灌装液料压入包装容器内。主要适用于黏度较大的黏稠性物料，如果酱类食品的灌装。

（三）灌装机常用定量方法

灌装机的定量方法可分为两种类型：高度定量法和容积定量法。

1.高度定量法　通过控制容器中的液位高度来达到定量灌装的目的，即每次灌装液料的容积等于一定高度的瓶内容积，故习惯上称之为“以瓶定量法”。

图6-17所示为高度定量灌装机原理图。当橡胶垫6和滑套5被上升的瓶子8顶起后，灌装头7和滑套间出现间隙，料液由贮液箱9流入瓶内；瓶内原有气体由排气管排至贮液箱内部完成进液回气过程；当瓶内料液升至排气管嘴口C—C截面时，气体不能排出，而料液继续灌入致使液面超过排气管嘴，瓶口部分剩余的气体受压缩，一旦与阀口上的液位压头相平衡，料液就不再进入瓶内，而沿排气管上升至与贮液箱内液位水平为止，即完成液位定量、停止进液过程；然后瓶子下降，压缩弹簧4保证灌装头与滑套间的重新密封，排气管内的液位靠自重流入瓶内，至此，完成一次定量灌装。通过转动调节螺母10，改变排气管嘴伸入瓶口位置即可改变灌装量。

2.容积定量法　用容量杯或一定行程的活塞缸容积完成定量，即先将料液注入定量杯或活塞缸，然后再灌入包装容器内，因此，定量精度比高度定量法高。(www.xing528.com)

图6-18所示为定量杯定量灌装原理：在空瓶尚未升起时，定量杯1由弹簧7作用浸没在贮液箱中而使料液充满定量杯，随后空瓶由瓶托抬起，瓶嘴将灌装头8连同进液管6、定量杯1一起抬起，使定量杯超出液面而完成定量，并使进液管中间的上下两孔均与阀体3中间槽相通，使定量杯中料液经过定量调节管2流入瓶内；瓶内空气由灌装头的透气孔逸出而完成进液排气过程；当定量杯中料液下降至调节管2的上端时，则完成整个定量灌装。改变定量调节管2在定量杯中的高度或更换定量杯，即可调节灌装量。

图6-16　等压灌装法

1.浮子　2.供液口　3.密封盖　4.灌装阀
5.泄压口　6.充气阀　7.排气口　8.灌装液位

图6-17　高度定量灌装原理图

1.排气管　2.灌装架　3.螺母
4.弹簧　5.滑套　6.橡胶垫
7.灌装头　8.瓶子　9.贮液箱
10.调节螺母　11.压缩螺母

图6-19所示为活塞缸定量灌装原理：活塞9做上下往复运动，向下运动时，料液由贮料缸1在重力及压差作用下，经滑阀5上的弧形槽6流入活塞缸10内。当容器由瓶托抬起并顶紧灌装头8时，滑阀5被迫上升，贮料缸1与活塞缸10被间隔断，滑阀上的下料孔7则与活塞接通，同时活塞9做向上推进，把料液压入待灌容器内。灌装结束，容器连同瓶托一起下降，弹簧3迫使滑阀向下运动，滑阀上的弧形槽又将贮料缸与活塞缸沟通，进行下一个灌装循环。如在某一个瓶托上缺少待灌容器时，尽管活塞仍然做向上运动，但由于滑阀保持活塞缸与贮料缸的连通，体现了“无瓶不开阀”的功能。灌装量的调节通过活塞的运动行程来实现。

图6-18　定量杯定量灌装原理图

1.定量杯　2.定量调节管　3.阀体　4.锁紧螺母
5.密封圈　6.进液管　7.弹簧　8.灌装头

图6-19　活塞缸定量灌装原理图

1.贮料缸　2.阀体　3.弹簧　4.导向螺钉　5.滑阀
6.弧形槽　7.下料孔　8.灌装头　9.活塞　10.活塞缸

（四）灌装设备

灌装机按容器的输送形式可分为旋转型灌装机和直线型灌装机两种。旋转型灌装机灌装迅速、平稳、生产效率高，是大中型企业首选的液体灌装设备。目前国内以旋转型灌装机为基础，吸收国际最先进的灌装技术开发出集洗瓶、灌装、封盖、贴标于一体的组合型灌装系统。

图6-20所示为江苏新美星根据含汽饮料的灌装工艺要求，自行研制开发而成的一种具有国际先进水平的三合一等压灌装系统，这种碳酸饮料瓶装生产线的主要组成部分：CIP自动清洗系统、全自动理瓶机、风送系统、人工上瓶/自动卸瓶系统、空瓶杀菌系统、等压灌装系统、喷淋温瓶系统、贴标/套标系统、自动传输系统、空气净化系统。适用于可乐、雪碧等含汽饮料的等压灌装，生产能力每小时可达5000～36000瓶（每瓶500mL）。

新美星的热灌装系统（图6-21）组成部分与三合一等压灌装系统基本相同，只是把先进的热灌装技术系统取代等压灌装系统，适用于目前国际流行的果蔬汁饮料PET瓶热灌装工艺要求。

新美星的饮用水灌装系统是集洗瓶、灌装、封盖、贴标于一体的组合型常压灌装系统，见图6-22。最新研制开发的具有国际先进水平的无菌冷灌装系统，是集消毒液冲洗、无菌水洗瓶、灌装、封盖、贴标于一体的五合一常压灌装生产线，见图6-23，包括：CIP/SIP/COP系统、全自动理瓶机、风送系统、人工上瓶/自动卸瓶系统、空瓶杀菌系统、无菌冷灌装系统、喷淋冷却系统、贴标/套标系统、自动传输系统、空气净化系统；适用于果蔬汁、茶饮料、鲜奶等瓶装无菌包装产品，生产能力：每小时10000～36000瓶（每瓶500mL）。

图6-20　含汽饮料三合一等压灌装系统

图6-21　果蔬汁饮料热灌装系统

图6-22　饮用水组合型常压灌装系统

图6-23　无菌冷灌装系统