□ 范珺 濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司

從一款叫“麥乳精”的即沖飲品出現(xiàn)，“固體飲料”開始進(jìn)入人們的視線。隨著產(chǎn)品的日益豐富，從速溶咖啡、果汁沖劑到奶茶粉……固體飲料因“便利且美味”的特點(diǎn)逐漸融入人們的日常休閑生活。但是從消費(fèi)者的反饋體驗(yàn)中不難發(fā)現(xiàn)，保質(zhì)期內(nèi)結(jié)塊是固體飲料被投訴的重災(zāi)區(qū)。

1 固體飲料結(jié)塊主因—糖的吸濕性

初峰等人在對固體棗粉飲料抗結(jié)塊問題的研究中，通過觀察棗粉結(jié)晶樣品的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相對濕度從11%上升到33%時(shí)樣品開始團(tuán)聚；當(dāng)相對濕度升到58%～75%之間時(shí)，樣品表面變得非常粗糙，大量顆粒粘結(jié)成塊。這一過程中，糖的結(jié)晶化現(xiàn)象非常明顯，形成了粗顆粒的糖晶體。因此，固體飲料結(jié)塊現(xiàn)象的發(fā)生主要源于物料的吸濕性，更準(zhǔn)確的說，是物料中糖類的吸濕性。

1.1 水分的動(dòng)態(tài)平衡

將一定濕度的糖料基質(zhì)置于一定溫濕度的空氣中，若空氣中含水量高于糖料基質(zhì)的含水量，糖料會(huì)吸收空氣中的水分直至達(dá)到平衡狀態(tài)；若空氣中的含水量低于糖料基質(zhì)的含水量，那么糖料中的水分會(huì)蒸發(fā)到空氣中，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。固體飲料中的糖料基質(zhì)經(jīng)過干燥后，含水量很低，通常低于灌裝環(huán)境的空氣濕度，因此為了達(dá)到平衡會(huì)吸收空氣中的水分。

1.2 水蒸氣的冷凝

干燥后的固體飲料基質(zhì)溫度較高，立即進(jìn)入灌裝密封環(huán)節(jié)會(huì)使容器中的高溫基質(zhì)繼續(xù)蒸發(fā)，容器內(nèi)的空氣溫度隨之上升。但是容器外層的環(huán)境溫度相對較低，因此容器內(nèi)接近容器壁的空氣先行冷卻，當(dāng)溫度降低到“露點(diǎn)”以下，水蒸氣凝結(jié)為水珠，造成附近的基質(zhì)變濕而結(jié)塊。

1.3 外部壓力

糖料的晶體顆粒表面存在一層液膜，吸濕后，隨著含水量的升高，液膜隨之變厚，反之則變薄。固體飲料灌裝后堆碼貯藏，糖料晶體彼此緊密接觸，表面的液膜粘連在一起，當(dāng)干燥后會(huì)粘結(jié)成塊。這一過程，堆碼的壓力加劇了吸濕糖類晶體的粘結(jié)，從而使固體飲料的結(jié)塊現(xiàn)象更加嚴(yán)重。

2 解決固體飲料結(jié)塊問題

2.1 物料基質(zhì)加工環(huán)節(jié)

水分是導(dǎo)致固體飲料潮解結(jié)塊的重要成因，因此在物料基質(zhì)加工環(huán)節(jié)，一方面要以國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)嚴(yán)格控制物料的含水量，避免物料自身的根源性問題；另一方面要確保干燥系統(tǒng)能有效干燥物料。

對于易吸潮結(jié)塊的物料基質(zhì)，通常建議采用制粒工藝，例如濕法制粒。這是一種在粉末物料中加入粘合液使之制成具有一定形狀與大小的粒狀物的工藝，其制得的粒狀物比粉末的粒徑大，每個(gè)粒子周圍可接觸的粒子數(shù)目少，因其黏附性、凝集性較弱，從而改善物料基質(zhì)的流動(dòng)性，一定程度上能降低結(jié)塊發(fā)生的幾率。

另一種應(yīng)對物料結(jié)塊的方法是添加能夠阻止粉狀顆粒彼此粘結(jié)成塊的抗結(jié)劑，利用其吸收水分的能力或使其附著在顆粒表面，進(jìn)而讓顆粒具有憎水性，常用的抗結(jié)劑有二氧化硅和微晶纖維素。二氧化硅含有豐富的毛細(xì)孔，當(dāng)周圍空氣中含有一定量的水分時(shí)，其毛細(xì)孔迅速吸濕。但由于二氧化硅的毛細(xì)孔的孔隙容量較小以及與水分子的物理結(jié)合能力較弱，不能將水分包裹，因此，吸濕的二氧化硅很容易解吸，因此表面水分還有可能被固體飲料物料基質(zhì)奪走，難以長時(shí)間地保持固體飲料的干燥。微晶纖維素是抗結(jié)劑的另一種應(yīng)用形式，其具有極強(qiáng)的吸水性，以合適的量添加在固體飲料的物料基質(zhì)中能夠起到防結(jié)塊和幫助流動(dòng)的作用。同時(shí)，由于該物質(zhì)在水中經(jīng)強(qiáng)力剪切作用后具有生產(chǎn)凝膠體的能力，因此當(dāng)固體飲料在水中分散時(shí)可以很快形成穩(wěn)定的膠體溶液，分散性和穩(wěn)定性大幅提高。

2.2 灌裝環(huán)節(jié)

經(jīng)干燥系統(tǒng)加工過的固體飲料物料基質(zhì)，將投入灌裝生產(chǎn)線，然后封包入庫。這一環(huán)節(jié)，物料基質(zhì)通常仍保持較高的溫度（50～60℃），因此封入包裝后極易出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，從而致使固體飲料結(jié)塊。同時(shí)，灌裝環(huán)境的溫濕度也影響很大—灌裝機(jī)械持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),源源不斷地產(chǎn)生熱量，加上氣候溫度的不斷起伏，致使灌裝環(huán)境的溫度常常發(fā)生較大變化，空氣濕度也伴隨變化，從而影響物料基質(zhì)，特別是糖料的水分平衡。因此，灌裝現(xiàn)場應(yīng)設(shè)立控溫控濕裝置，避免灌裝時(shí)包裝內(nèi)空氣含濕量過高。

2.3 包裝環(huán)節(jié)

固體飲料包裝主要有馬口鐵罐、玻璃瓶和復(fù)合膜袋3種形式。前兩種包裝在隔絕水蒸氣方面密封效果良好，但質(zhì)重易碎、成本高、占用空間大。塑料薄膜袋能很好的避免以上問題，因而成為現(xiàn)今使用最廣的包裝形式。當(dāng)然，相較之下，在防潮方面塑料薄膜袋與前兩種包裝形式存在一定差距。根據(jù)蘭光包裝安全檢測中心的測試經(jīng)驗(yàn)，從防潮結(jié)塊角度來看，固體飲料塑料薄膜包裝應(yīng)重點(diǎn)考慮包裝的密封性、封邊質(zhì)量以及包裝材料透濕性。

2.3.1 包裝的密封性

固體飲料包裝首先應(yīng)保證包裝整體具有良好的密封性，隔絕外界的水蒸氣進(jìn)入。筆者所在的蘭光包裝安全檢測中心曾利用MFY-01密封試驗(yàn)儀測試過一例固體飲料鋁塑包裝袋的多項(xiàng)物理性能，材料為PET/AL/OPA/CPE，厚度為94μm。其中，負(fù)壓密封性測試測得，當(dāng)壓力為 -67.6kPa時(shí)包裝出現(xiàn)泄漏，位置在包裝正面袋體中部壓痕處。仔細(xì)觀察此處，會(huì)發(fā)現(xiàn)其存在深淺不一的劃痕，鋁箔層極有可能已經(jīng)遭到破壞，導(dǎo)致此處的耐沖擊、耐穿刺能力下降，從而在壓力環(huán)境下最先發(fā)生泄漏。該劃痕可能由于制袋或運(yùn)輸、倉儲(chǔ)過程中人為或機(jī)器造成，而此類微小泄漏若能及時(shí)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可以及時(shí)采取調(diào)整灌裝和包裝等補(bǔ)救措施，若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，保質(zhì)期內(nèi)的固體飲料將有較大概率出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。

2.3.2 封口質(zhì)量

塑料薄膜包裝的固體飲料通常采用熱封工藝封口，即采用熱封機(jī)器對封口處薄膜以一定溫度的熱壓封口，并持續(xù)一段時(shí)間，使其達(dá)到預(yù)定的封口強(qiáng)度。這一過程中存在多重可能影響封口質(zhì)量的因素，如熱封的壓力、溫度和時(shí)間參數(shù)、封刀設(shè)計(jì)等。其中，影響最大的當(dāng)屬封口處的粉料污染。

固體飲料的物料基質(zhì)往往質(zhì)輕、干燥，因而易隨氣流飛揚(yáng)擴(kuò)散。在利用包裝機(jī)灌裝時(shí)，粉體物料顆粒以積聚流的形態(tài)自由下落進(jìn)入包裝袋，攪動(dòng)了原本相對靜止的空氣，使之向上流動(dòng)。隨著粉料加速下落，附近的氣流被裹入粉料顆粒中，粉料流外層的顆粒發(fā)生內(nèi)旋，逐漸脫離粉料流，懸浮于空氣中。由于下料口位置粉體物料下落的初速度相對較小，因此更多的顆粒被氣流帶離粉體流，懸浮在下料口四周。

與此同時(shí)，持續(xù)下落的粉料顆粒與已沉降顆粒、懸浮顆粒、包裝壁面相互撞擊，易導(dǎo)致部分顆粒懸浮于空氣中。這些懸浮顆粒被向上的氣流沿袋壁攜帶至包裝口，因而造成了包裝上封口部位四周大量粉料顆粒的聚集，為后續(xù)粉料對封口的污染制造了先決條件。

對此，筆者建議采用縮短下料口與包裝底部的距離、增加除塵裝置以及更換防靜電包裝材料等手段，以改善上述問題。最終可借助熱封試驗(yàn)及熱封強(qiáng)度試驗(yàn)對改善效果進(jìn)行驗(yàn)證測試。

2.3.3 合理選擇包裝材料

除因泄漏和封口不嚴(yán)導(dǎo)致的水分滲入外，選擇不同的包裝材料也會(huì)影響袋內(nèi)的水分含量。筆者針對不同包裝材料的袋裝豆乳粉做了含水量檢測，如表1。

通過觀測，可以明顯發(fā)現(xiàn)采用俗稱“鋁箔袋”的鋁塑復(fù)合膜包裝的豆乳粉，其固體飲料顆粒的含水量控制優(yōu)于鍍鋁復(fù)合膜，其原因在于復(fù)合膜的阻隔層不同。相比之下，AL對水蒸氣的滲透阻隔性更佳，因此更能獲得良好的防潮性。對于AL的易折性，可以通過在其和印刷層之間增加一層樹脂材料，從而起到緩沖作用。但鋁箔價(jià)格偏貴，會(huì)造成生產(chǎn)成本的增加。

表1 不同包裝材料的袋裝豆乳粉貯藏水分變化

2.3.4 巧用充氣包裝

前文對固體飲料結(jié)塊原因分析中提到，固體飲料灌裝后貯藏、堆碼的壓力致使固體飲料顆粒更加緊密接觸，從而加劇結(jié)塊。為緩解這一問題，生產(chǎn)者可以引入充氣包裝技術(shù)，即向包裝內(nèi)充入一定量的干燥惰性氣體，比如氮?dú)?，如此既不?huì)影響固體飲料的風(fēng)味，同時(shí)也會(huì)降低固體飲料所承受的壓力，保證其良好的流動(dòng)性。初峰等人的“固體棗粉飲料結(jié)塊與內(nèi)包裝充氣量之間的關(guān)系”研究試驗(yàn)證明，包裝內(nèi)充氣有效延緩了固體粉料的結(jié)塊。需要注意的是，充氣包裝技術(shù)有效性的關(guān)鍵在于維持袋內(nèi)氣體量的恒定，即最大限度防止氣體的逸失，而這同樣與包裝的密封性、封口質(zhì)量和包裝材料的氣體滲透阻隔性有關(guān)。

3 結(jié)語

固體飲料結(jié)塊，根源在于水分的控制。這涉及到原料、加工、添加劑、灌裝、包裝、倉儲(chǔ)、環(huán)境管理等諸多環(huán)節(jié)?？梢哉f，結(jié)塊控制是一個(gè)系統(tǒng)工程。唯一有效的應(yīng)對方式是多措并舉，并且加強(qiáng)物料、包裝等質(zhì)量控制，利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方式建立一套有效的、系統(tǒng)的水分防控管理體系，避免因固體飲料結(jié)塊帶來經(jīng)濟(jì)和信譽(yù)的雙重?fù)p失。