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        減少啤酒包裝總氧

        2017-06-24 10:37:52JorgeRamirezJacobBowland
        流程工業(yè) 2017年8期
        關(guān)鍵詞:裝瓶超純水灌裝

        文 / Jorge Ramirez, Jacob Bowland

        特別策劃

        減少啤酒包裝總氧

        文 / Jorge Ramirez, Jacob Bowland

        本文闡明了一些個案研究結(jié)果,表明設(shè)計正確的超純水加熱器能夠改善作業(yè)狀況并有助于減少包裝啤酒的包裝總氧(TPO)——許多專家都認(rèn)為,絕大多數(shù)啤酒產(chǎn)品在剛灌裝到容器時,其風(fēng)味和品質(zhì)最佳(Bamforth & Krochta,2010),其后,啤酒內(nèi)氧氣的存在導(dǎo)致了啤酒發(fā)生氧化,而氧化是導(dǎo)致啤酒口味、品質(zhì)和色澤降級的主要促成因素之一。據(jù) Robertson 所述,即使低至 1 ppm的含氧量也會導(dǎo)致啤酒出現(xiàn)明顯可察的口味和色澤問題。氧化還給啤酒貯存期限造成不利影響,本文描述了一種大批量啤酒裝瓶作業(yè)超純熱水起泡裝置的實(shí)施方式。

        整個啤酒釀造過程各個階段都會滲入氧氣。Klein和 Dunand 以氧氣探頭預(yù)期檢測范圍為例做了說明,參見表1。Robertson 解釋說,在包裝之前,發(fā)酵釀造過程實(shí)際上將啤酒氧氣濃度減少至 40~50 ppb。而氧氣主要在灌裝階段摻入,灌裝時空氣會進(jìn)入包裝,其濃度可達(dá) 250~500 ppb。

        釀造商采用了多種方式減少瓶裝啤酒含氧量。其目標(biāo)是將剛包裝完的含氧量降低至 50 ppb 以下,并且致力于盡量長地保持這一濃度(Robertson)。包裝之后,氧氣還會滲透包裝外殼和/或包裝材料進(jìn)入啤酒。

        包裝總氧

        對于商品級釀造商來說,常見做法是測量包裝總氧(TPO),然后用此值評估最終包裝啤酒內(nèi)的含氧量。TPO 當(dāng)中包括了啤酒液體內(nèi)的溶解氧以及包裝頂隙內(nèi)的氧氣量。TOP 計算公式是 TPO = DO + HO,即是 TOP 為 DO(液體內(nèi)溶解 O2)加 HO(壓蓋前未能除凈的頂隙內(nèi) O2)之和。在采取其它工藝測量的同時,連續(xù)進(jìn)行的TPO 測量為釀造商提供了統(tǒng)計上的保證,確保產(chǎn)品滿足質(zhì)量參數(shù)要求,并且確保包裝啤酒在預(yù)定貯存期限內(nèi)保持預(yù)期口味、品質(zhì)和色澤。此外,TPO 測量還提供了定量值,可用于評估裝瓶作業(yè)、設(shè)備和工藝方面的新改進(jìn)創(chuàng)意。

        表1 整個釀造過程預(yù)期氧氣濃度

        利用超純熱水降低 TPO

        為了降低 TPO,啤酒裝瓶商已經(jīng)開發(fā)了各種方法,用于排出容器內(nèi)存在的空氣或大氣氧。早先系統(tǒng)包括用于引發(fā)起泡的敲瓶器和超聲波振動手段。較近期的系統(tǒng)則嘗試采用 CO2或液氮。

        據(jù) Oliver所述,有一種名為噴射的排出啤酒瓶頂隙空氣的方法,這種方法已經(jīng)證實(shí)可靠且容易實(shí)現(xiàn)和控制。Oliver 用“就在封蓋置于容器開口之時,一股經(jīng)常采用無菌熱水的高壓細(xì)流體將能量注入到啤酒內(nèi)部,導(dǎo)致啤酒深處形成的可控氣泡和泡沫升起現(xiàn)象出現(xiàn)在頂隙當(dāng)中”來描述這種方法。

        典型飲料裝瓶裝置示例

        為了進(jìn)一步澄清噴射裝置的工作原理,以下描述了飲料裝瓶裝置的主要組成部分并在圖1當(dāng)中示出。在典型裝瓶裝置當(dāng)中,瓶子首先由一臺輸送機(jī)運(yùn)送至清洗站。再由另一臺輸送機(jī)送入飲料灌裝機(jī)。

        常見飲料灌裝機(jī)采用旋轉(zhuǎn)式設(shè)計,每個轉(zhuǎn)子負(fù)責(zé)收取和夾持1個用于灌裝的瓶子,灌裝作業(yè)同時在多個轉(zhuǎn)子處執(zhí)行。每個瓶子都裝入預(yù)定數(shù)量的飲料。灌裝完的瓶子隨后繼續(xù)沿飲料裝配廠生產(chǎn)線移動至封瓶站。封瓶站包括一臺噴射裝置和一臺用于每個瓶子壓蓋的裝置。壓蓋后的瓶子隨后進(jìn)入標(biāo)簽粘貼站。

        噴射起泡裝置詳細(xì)介紹

        圖2提供了封瓶站內(nèi)噴射裝置工作方式詳細(xì)信息。由于噴射裝置要求采用超純水,首先必須對飲用水進(jìn)行處理,去除所有可能影響啤酒的物質(zhì)。釀造商特別關(guān)注氯化物、沉淀物和礦物質(zhì),因此應(yīng)當(dāng)在水進(jìn)入系統(tǒng)前先去除這些物質(zhì),避免給啤酒或設(shè)備帶來不利影響。

        純化水典型情況下以80~90 psi壓力供應(yīng)。為了精密控制最終水流,裝置采用高壓泵來控制和保持正確壓力。一臺壓力調(diào)節(jié)器將供至高壓泵的純水壓力降至25 psi。這樣有助于這臺高壓泵和一臺變頻器(VFD)更準(zhǔn)確地獲得140 psi的最終預(yù)定壓力。變頻器從一臺壓力傳感器獲得反饋信號。

        高壓超純水流經(jīng)過濾器外殼、流量計、壓力傳感器和超純水加熱器。結(jié)果體現(xiàn)為按預(yù)定供 應(yīng) 壓力 140 psi和 190 °F 供 應(yīng)170~200 mL/min 的經(jīng)過濾超純水。噴射水經(jīng)由一條隔熱的管道或短管流入,并通過 1 個 15 mL 噴嘴進(jìn)行分配并噴入每個啤酒瓶。

        圖1 飲料裝瓶裝置主要組成部分

        圖2 噴射裝置詳細(xì)運(yùn)行說明

        噴射裝置關(guān)鍵設(shè)計因素

        我們的具體個案研究呈現(xiàn)與Oliver 相符的結(jié)論。他指出,成功 水 壓 為 1~1.7 Mpa(145~246 psi), 噴 嘴 尺 寸 為 0.2~0.25 mm(0.008~0.010 英寸)。

        壓力、孔板尺寸和離壓蓋機(jī)距離均為影響著整體結(jié)果的重要參數(shù),并應(yīng)根據(jù)包裝容量、啤酒特性和生產(chǎn)線速度進(jìn)行調(diào)整。最重要的預(yù)定目標(biāo)是可重復(fù)性、降低成本和保持高品質(zhì)。Oliver 還解釋了噴嘴應(yīng)當(dāng)定期清理。不符規(guī)格的噴嘴會影響氣泡形成,產(chǎn)生不合格的液體損失或?qū)е鹿嘌b液位不正確。

        管線內(nèi)加熱器和設(shè)計要素

        極少有人注意到噴射裝置管線內(nèi)電加熱器的作用。釀造行業(yè)傳統(tǒng)上集中于使用蒸汽加熱式的噴射器,于是需要配備成本高昂的鍋爐。通過仔細(xì)考慮選定管線內(nèi)加熱器的設(shè)計要素,我們發(fā)現(xiàn)可以改善正確起泡特性的達(dá)成。

        工藝純度也需關(guān)注。啤酒裝瓶線的每一個組成部分都需要保持在釀造廠級的高清潔度標(biāo)準(zhǔn)和衛(wèi)生條件。加熱器也不例外。

        我們選擇了衛(wèi)生水平好的不銹鋼加熱器,其特色體現(xiàn)為加熱器與容器之間的接口衛(wèi)生度好。典型情況下,加熱器采用管螺紋或較為笨重的法蘭,但這兩種連接方式都會形成顆粒物混入和細(xì)菌生長。這種衛(wèi)生的加熱器接口采用了超純保證設(shè)計方案,非常易于清潔,并且選擇了一款電拋 光 316 L 不銹鋼加熱器以確保潔凈。

        表2 加熱器設(shè)計要素和優(yōu)點(diǎn)

        另一項提升工藝純度的設(shè)計要素是保持噴嘴盡可能無菌和干燥,最大程度減少裝瓶線的清潔作 業(yè) 和 停 運(yùn)。 加 熱 至 165°F 能夠殺滅細(xì)菌和保持噴嘴干燥。加熱器具備在更高溫度下運(yùn)行的能力,確保在噴嘴嘴尖處也能獲得165 °F 的目標(biāo)衛(wèi)生溫度。

        另一項顧慮領(lǐng)域就是安全性,特別是當(dāng)涉及到所使用的壓力容器和加熱器的電氣特性時。我們通過確保加熱器外殼(壓力容器)達(dá)到 ASME U-stamp 認(rèn)證,消除了對壓力容器是否能夠耐受工作壓力的顧慮。通過 ASEME U-stamp認(rèn)證的容器只能由通過全美認(rèn)證制造設(shè)施生產(chǎn),并每2年由第三方檢驗(yàn)員評估工廠質(zhì)量管理手冊和焊工考試。壓力容器還內(nèi)置了壓力釋放閥,能防止加熱器內(nèi)積蓄出不安全的壓力。

        通過采用接地加熱器解除了電氣安全顧慮。此外,所選加熱器帶有一個工藝熱電偶,可用于測量液體溫度,并另帶一個嵌在加熱元件內(nèi)部的過熱保護(hù)熱電偶。這個過熱保護(hù)擔(dān)保能夠比單設(shè)冗余液體傳感器更早提供信號給控制電路。更早提供信號讓控制電路有更多時間針對變化條件做出安全反應(yīng)。

        圖3 Heateflex 牌衛(wèi)生管線內(nèi)加熱器

        液體內(nèi)氧氣也有可能從可透入空氣的管接頭和管道工程處滲入。但由于液體并無明顯的滲漏現(xiàn)象,這些情況難以察覺。我們選用的加熱器在入口和出口都采用了衛(wèi)生度好的三葉式管件,提供了可靠密封。

        總體上看,所選用的加熱器應(yīng)當(dāng)提供恒定可靠的功效,采用衛(wèi)生的設(shè)計方案,并且確保安全。圖3 所示為由 Heateflex 公司面向TPO 減少應(yīng)用開發(fā)的加熱器產(chǎn)品,表2所概述了產(chǎn)品設(shè)計要素和優(yōu)點(diǎn)。

        結(jié)論

        本文展示了超純熱水噴射裝置通過形成正確泡沫特性減少TPO 的基本原理。啤酒內(nèi)氧氣會導(dǎo)致氧化現(xiàn)象,降低啤酒的口味、品質(zhì)和色澤。啤酒內(nèi)氧氣絕大多數(shù)在灌裝期間進(jìn)入過程。

        TPO 為啤酒溶解氧和容器頂隙氧氣之和。釀造商采用 TPO 指標(biāo)來指示其裝瓶工序的質(zhì)量,并有助于確定產(chǎn)品的預(yù)期貯存期限。

        研究發(fā)現(xiàn),超純熱水噴射(起泡)裝置能夠降低啤酒裝瓶作業(yè)當(dāng)中的包裝總氧(TPO)。起泡裝置采用經(jīng)改進(jìn)的加熱器產(chǎn)品將有助于改進(jìn)啤酒包裝和減少 TPO。理想的加熱器產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)包括衛(wèi)生的接口設(shè)計、ASME U-stamped認(rèn)證容器和一體化安全傳感器和特色。 ●

        本文作者系 Heateflex 公司職員。本文來源于《啤酒和飲料工業(yè)》國際版。

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