馮雪紅，蘇 兵，吳業(yè)庭，朱煥宗，蔡偉源

(天地壹號飲料股份有限公司，廣東江門(mén) 529000)

摘 要：含二氧化碳醋飲料灌裝工序是飲料加工工藝流程中的重要環(huán)節之一，混合灌注的效率會(huì )直接影響飲料的品質(zhì)、產(chǎn)能、效率、成本等。本文對含汽醋飲料混合灌注生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究，在現有混合灌注生產(chǎn)工藝中增加混合料液緩沖罐、熱交換冷媒開(kāi)閥與混合料液的溫度進(jìn)行自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)控制改造，增加灌注后二次補溫裝置，并使其與酒缸溫度檢測進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，在混合緩沖罐安裝低液位探頭與止罐器進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制等設備改造創(chuàng )新，解決含汽醋飲料灌注過(guò)程中生產(chǎn)效率偏低、含氣量不穩定和料液因溫度升高無(wú)法正常灌注等問(wèn)題。結果表明，經(jīng)改造后，產(chǎn)品中二氧化碳含量的穩定性、混合灌注的溫度、產(chǎn)品的品質(zhì)、生產(chǎn)灌注效率均得到提高，實(shí)現了品質(zhì)提升、效率提高及生產(chǎn)能耗降低的目的。

關(guān)鍵詞：汽醋飲料;混合灌注;自動(dòng)化控制;二氧化碳;穩定性

經(jīng)行業(yè)研究，醋酸飲料被譽(yù)為是繼碳酸飲料、飲用水、果汁和茶飲料之后的“第四代”飲料。雖然在部分地區形成了一定規模的醋飲消費市場(chǎng)，但同歐美日韓等發(fā)達國家相比還處于前期發(fā)展階段。中國醋飲料使用的食醋量?jì)H占全國食醋總產(chǎn)量的2%左右，而美國、加拿大、英國等發(fā)達國家占比都在10%以上[1]。據智研咨詢(xún)發(fā)布《2017-2022年中國蘋(píng)果醋市場(chǎng)運行態(tài)勢及投資戰略研究報告》，2015年中國醋飲料市場(chǎng)規模超過(guò)35億元，且連續3年的增速分別為22%、27%、25%，在整個(gè)食品飲料行業(yè)中屬高速增長(cháng)。

目前，飲料行業(yè)在生產(chǎn)中加入二氧化碳的現象十分普遍，其獨特的口感深受消費者的喜愛(ài)。而含二氧化碳醋飲料的灌裝工序是飲料行業(yè)加工工藝流程中的重要環(huán)節之一，其工作效率會(huì )直接影響企業(yè)的產(chǎn)能、效率、成本等。

1 醋飲料的二氧化碳溶解度的影響因素分析

醋飲料的二氧化碳相對于其他碳酸飲料及啤酒的穩定性較差的一個(gè)原因是其營(yíng)養較為豐富。以發(fā)酵蘋(píng)果醋為例，其中含有較多的有機酸和植物多酚類(lèi)物質(zhì)[2]。研究發(fā)現L-蘋(píng)果酸在檸檬酸蘋(píng)果酸鈣的高吸收利用性中起到關(guān)鍵作用，能促進(jìn)營(yíng)養物質(zhì)的消化和吸收。蘋(píng)果多酚可以促進(jìn)腸粘膜上皮細胞的生長(cháng)增殖以及前腸和中腸粘膜絨毛的發(fā)育，提高肝胰臟、腸道蛋白酶活性，從而促進(jìn)營(yíng)養物質(zhì)的消化和吸收[3-4]。部分黃酮類(lèi)化合物在腸道菌群的作用下可降解為簡(jiǎn)單的酚酸，進(jìn)而被人體吸收，發(fā)揮效應[5]。醋飲料中的這些營(yíng)養成分較高，導致二氧化碳的混合和灌注穩定性較差，并影響產(chǎn)品的不良率。

醋飲料的二氧化碳相對于其他碳酸飲料及啤酒的穩定性較差的另一個(gè)原因是其冷點(diǎn)相對較高。二氧化碳在低溫下穩定性相對較好，灌注過(guò)程較少出現“返泡”現象。而醋飲料冰點(diǎn)較高，不能在較低溫度下混合和灌注，否則會(huì )出現停機結冰現象。

因此，醋飲料含有豐富的營(yíng)養物質(zhì)及其冰點(diǎn)相對其他二氧化碳飲料較高，是影響其二氧化碳溶解度的主要因素。

2 醋飲料灌注技術(shù)與存在問(wèn)題

由于發(fā)酵后的果醋含有豐富的營(yíng)養物質(zhì)，混合碳酸化過(guò)程很容易大量發(fā)泡。含汽飲料混合碳酸化溫度有嚴格的要求，在一定溫度范圍內，溫度越低，二氧化碳的溶解系數越高，料液碳酸化的穩定性越好。但過(guò)低的溫度控制，既大大增加了能耗，又容易因為溫度低而出現換熱板面和管道結冰，產(chǎn)生其他風(fēng)險，在灌注工序常出現跑料而導致無(wú)法正常生產(chǎn)和生產(chǎn)效率低，這是規?；嘧⑸a(chǎn)需要突破的技術(shù)瓶頸。

如圖1所示，含汽飲料在加入二氧化碳之前需要經(jīng)過(guò)板式熱交換機進(jìn)行降溫，目的是為了加大二氧化碳的溶解度，便于進(jìn)行碳酸化，且降溫的飲料有利于灌裝的穩定性;而板式熱交換機由冷媒進(jìn)行打冷，冷媒的流量過(guò)大就會(huì )造成熱交換機的飲料結冰堵塞;冷媒流量不足時(shí)，飲料溫度就會(huì )升高，影響二氧化碳的溶解度，并且飲料在灌裝過(guò)程會(huì )不穩定，造成產(chǎn)品凈容量偏低。

3 改造后醋飲料灌注技術(shù)

為解決醋飲料灌注存在的問(wèn)題，提高混合灌注的料液溫度，解決板機結冰問(wèn)題，在原有的混合灌注生產(chǎn)工藝中(圖1)增加灌注流程自動(dòng)化的溫度檢測和灌注后料液二次補溫裝置;將現有熱交換冷媒開(kāi)閥控制由人工手動(dòng)改造為自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)控制(圖2);在混合緩沖罐新增低液位探頭與止罐器進(jìn)行聯(lián)動(dòng)等設備創(chuàng )新和改造(圖3)，設備改造后開(kāi)展調試，測試出最佳的控制性能參數，解決了含汽醋飲料灌注過(guò)程中灌注效率低、含氣量不穩定和料液因溫度升高無(wú)法正常灌注等問(wèn)題。

增加二次溫度補償裝置的運用原理是當檢測灌裝機酒缸的溫度大于設置的溫度時(shí)，自動(dòng)停止灌注，料液從酒缸回流到二次溫度補償裝置進(jìn)行補償降溫后回到緩沖罐再次灌注，當料液溫度檢測滿(mǎn)足灌裝溫度時(shí)，啟動(dòng)灌注[6]。從而解決當料液溫度升高不能正常灌注而排料的問(wèn)題，實(shí)現防呆控制。

新增冷媒閥門(mén)開(kāi)度自動(dòng)調節閥與混合后料液溫度檢測探頭進(jìn)行自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)控制，從而實(shí)現了根據混合后料液檢測的溫度來(lái)控制熱交換冷媒閥門(mén)開(kāi)度(實(shí)際上是控制冷媒流量)達到了精準溫度實(shí)時(shí)自動(dòng)化控制，解決了控溫精準問(wèn)題和能耗問(wèn)題，實(shí)現混合料液溫度按上限溫度控制，大大降低了正常生產(chǎn)的能耗和產(chǎn)品二氧化碳含量波動(dòng)性問(wèn)題。

如圖3所示，在緩沖缸進(jìn)料口的管道處安裝低液位探頭(即低液位傳感器)與灌注機入口的止罐器聯(lián)動(dòng)，當緩沖缸料液液位低于該探頭時(shí)，自動(dòng)停止送罐，可以防止緩沖缸料液被抽空或防止緩沖缸料液過(guò)少導致料液二次碳酸化，二氧化碳溶解量過(guò)多造成反泡容量不足或殺菌后凸角罐，實(shí)現防呆。在灌裝的濾缸前安裝單向閥，防止料液因為料缸壓力不穩定產(chǎn)生反沖，造成二次混合，進(jìn)而導致二氧化碳高，造成反泡容量不足。

4 改造后產(chǎn)線(xiàn)測試及數據分析

4.1 產(chǎn)線(xiàn)改造后二氧化碳溶解時(shí)間和不良率測試

產(chǎn)線(xiàn)改造后，開(kāi)展緩沖罐料液暫存穩定時(shí)間(即二氧化碳溶解時(shí)間)與灌注容量不良率測試。由表1可知，通過(guò)在混合、灌注工序間增加二氧化碳溶解穩定裝置，二氧化碳與料液溶解時(shí)間增加3～6 min，溶解工藝的前3 min，產(chǎn)品不良率明顯下降，3 min后產(chǎn)品不良率趨向于穩定。通過(guò)產(chǎn)線(xiàn)測試，灌注提速8%，液位不足問(wèn)題得以解決。

4.2 產(chǎn)線(xiàn)改造后灌注料液溫度二次降溫補償測試

產(chǎn)線(xiàn)改造后，開(kāi)展混合料液大于灌注設置溫度測試，收集測試灌注回流及二次補償裝置后數據，由表2可知，當灌注溫度檢測到料液溫度大于10 ℃時(shí)，料液通過(guò)酒缸回流閥自動(dòng)回流到溫度二次補償裝置并能降溫到9.5 ℃以下，緩沖罐料液在15 min完成一次循環(huán)，通過(guò)二次溫度補償能將高的灌注溫度降溫到工藝所需的灌注溫度，產(chǎn)線(xiàn)解決當料液溫度高不能灌注排料問(wèn)題。

4.3 冷媒自動(dòng)化控制后的混合和灌注溫度的測試

產(chǎn)線(xiàn)冷媒閥門(mén)由人工手動(dòng)改造為自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)緩沖罐混合料液溫度后，開(kāi)展混合溫度上限及冷媒溫度提升的產(chǎn)線(xiàn)測試，測試溫度提高后，主要影響產(chǎn)品指標(二氧化碳含量)、灌注后主要影響產(chǎn)品指標(二氧化碳含量)是否在控制范圍內。由表3、表4可知，經(jīng)過(guò)改造后，混合碳酸化料液溫度在 6～9 ℃范圍內波動(dòng)(標準控制在2～9 ℃)，混合后半成品的二氧化碳含量穩定控制在2.45～2.60倍(標準控制在2.1～2.70倍);灌注料液溫度在 9～10 ℃范圍內波動(dòng)(標準控制在6～10 ℃)，灌注后半成品的二氧化碳含量穩定控制在2.50～2.60倍(標準控制在2.2～2.8倍)。

通過(guò)開(kāi)展以上測試測試及表2、表3、表4數據統計分析可知，經(jīng)過(guò)改造冷媒的控制方式后，料液混合溫度、灌注溫度和冷媒溫度得到精準控制(表5)，實(shí)現了產(chǎn)品品質(zhì)的提升，同時(shí)降低了能耗。

4.4 二氧化碳含量與停機時(shí)間和排氣時(shí)間相關(guān)參數測試

為解決料液二氧化碳含量超出控制標準無(wú)法灌注問(wèn)題，通過(guò)在緩沖罐新增泄壓裝置，當二氧化碳含量升高后，通過(guò)排氣糾正，能夠正常灌裝，減少了不必要的排料。通過(guò)開(kāi)展二氧化碳含量升高/降低試驗，由表6、表7可知，經(jīng)過(guò)對試驗數據的統計分析得出泄壓的操作控制參數(表8)，產(chǎn)線(xiàn)停機時(shí)間在3個(gè)時(shí)間梯度，采取對應的泄壓時(shí)間實(shí)現了對料液二氧化碳含量偏高糾正，解決了二氧化碳含量偏高無(wú)法灌注問(wèn)題。

5 結論

本研究通過(guò)在含汽醋飲料的混合、灌注工序間增加二氧化碳溶解穩定裝置，增加了二氧化碳與料液的接觸時(shí)間，提高了二氧化碳在醋飲料中的溶解度，減少了二次碳酸化問(wèn)題，實(shí)現了二氧化碳含量的穩定控制;通過(guò)冷媒開(kāi)閥自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)時(shí)精準控制冷媒流量，解決了料液在停機或待機狀態(tài)下結冰的問(wèn)題;通過(guò)增加一套溫度補償裝置，解決了醋飲料溫度升高導致的返泡無(wú)法正常灌注而需要排料的問(wèn)題。

綜上所述，含汽醋飲料混合灌注溫度、灌注效率的提高通過(guò)對產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng )新改造，解決了醋飲料二氧化碳含量波動(dòng)導致灌注返泡效率低、不良率高問(wèn)題，實(shí)現了節能降耗。

參考文獻

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作者簡(jiǎn)介：馮雪紅(1980—)，女，廣東江門(mén)人，本科，工程師。研究方向：食品飲料研發(fā)、生產(chǎn)工藝、食品安全。