飲料設備

飲料生產機械的發展趨勢是：

（1）高速度、高質量、高精度，向大型化發展

非碳酸飲料設備的灌裝閥頭數有50-100頭，灌裝速度最高可達1500罐/min。

（2）設備多功能化

一體多用，適應多種液體、多種瓶型的灌裝和封口。可進行茶飲料、咖啡飲料、豆乳飲料和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝，也可進行玻璃瓶和聚酯瓶的灌裝

（3）機電一體化

這是當前飲料機械設備發展的最重要的趨勢。可編程序控制器普遍應用于飲料機械設備的控制系統中，大型設備采用計算機控制，故障自我診斷，有信號顯示，實現了智能化。生產設備的技術含量高、可靠性高，全生產線的自控水平高和全線效率高。在線檢測裝置和計量裝置配套完備，能自動檢測各項參數，計量精確。集機、電、氣、光、磁為一體的高新技術產品不斷涌現。飲料包裝設備的可靠性和包裝線的協調性，直接影響到整條生產線的工作效率、生產成本和產品質量。

不同的飲料生產工藝需要不同的飲料機械設備，下面介紹幾種在飲料生產過程中通用的和常用的機械設備。

飲料工業是改革開放以后發展起來的新興行業，1982年列為國家計劃管理產品，當年全國飲料總產量40萬噸。二十多年來，我國飲料工業從小到大，已初具規模，成為有一定基礎，并能較好地適應市場需要的食品工業重點行業之一。飲料工業的快速發展，對國民經濟建設和提高人民生活質量做出應有的貢獻。飲料已成為人民日常生活中不可缺少的消費食品。

飲料設備是伴隨著飲料工業的產生而產生，并且伴隨著飲料工業的發展而發展的。早在1890年美國就制造出了玻璃瓶灌裝機。1912年又發明了皇冠蓋壓蓋機，接著制造出了集灌裝和壓蓋于一體的灌裝壓蓋機組。在20世紀初德國也制造出了手動灌裝機和壓蓋機。

飲料設備技術水平較高的國家有德國、美國、意大利和瑞典等。亞洲的日本雖起步較晚，但發展很快，在國際市場也占有一定地位。

無菌冷灌裝技術在飲料生產中應用日益擴大。無菌冷灌裝設備器源于英國，然后傳播到美國和歐洲各國，主要應用于果汁行業，近十年已進入乳品和其他飲品灌裝的市場。

水是飲料生產中用料最大的原料，而且水質的優劣對飲料的品質影響極大。因此，必須對水進行處理以滿足工藝要求。通常按其作用把水處理設備分為三類：水的過濾設備、水的軟化設備和水的消毒殺菌設備。

（一）水過濾設備

（1）砂石過濾設備（多介質過濾設備） 砂石過濾器（多介質過濾器）是以成層狀的無煙煤、砂、細碎的石榴石或其他材料為床層的機械過濾設備，其原理為按深度過濾水中不同顆粒度的顆粒，較大的顆粒在頂層被去除，較小的顆粒在過濾器介質的較深處被去除，從而使水質達到粗過濾后的標準，降低水的SDI（污泥密度指數）值，滿足深層凈化的水質要求。

（2）活性炭過濾器 活性炭具有吸附作用，還有一定的除濁作用，活性炭過濾器的主要結構和布置形式與砂石過濾器相似。因此，活性炭吸附也稱為活性炭過濾。活性炭過濾主要用于水中有機雜質和水中分子狀的膠體微小顆粒雜質，也可用于脫氯等。

（3）砂芯棒過濾器 砂芯棒過濾器亦稱為砂濾棒過濾器，在水處理設備中已有定型產品。主要適用于處理水量較少、水中只含有有機物、細菌及其他雜質的水處理。

（4）微孔過濾器 微孔過濾是新型的膜分離技術。它可濾除濾液、氣體的0.01μm以上微粒和細菌。其特點是高捕捉能力、過濾面積大、使用壽命長、過濾精度高、阻力小、機械強度大、無剝離現象、抗酸堿能力強、使用方便。此濾器能濾除絕大部分微粒，所以廣泛應用于精濾和除菌工藝。

（二）水軟化設備

（1）離子交換器 離子交換器是水處理中常用的一種裝置，它可以通過選擇一定的流程，使水軟化或除鹽。其主要是利用一些離子交換劑把原水中不需要的離子暫時固著，使水中這些離子的含量降低到所要求的程度。被交換劑固著的離子，在再生液中被釋放出來，交換劑又可重新使用。也就是說，其實質是不溶性的電解質（樹脂）與溶液中的另一種電解質進行的物理化學反應，亦即樹脂上的可交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應。

（2）電滲析器 電滲析在工業上作為一種分離、濃縮、提純和回收工藝的新技術，廣泛應用于化工、制藥、食品等行業，在食品工業上的應用主要集中在汽水用水、啤酒用水的純化處理上，在軟飲料廠用來對水進行軟化（脫鹽）。電滲析技術是通過具有選擇透過性和良好導電性的離子交換膜，在外加直流電場的作用下，根據異性相吸、同性相斥的原理，使原水中陰、陽離子分別通過陰離子交換膜和陽離子交換膜而達到凈化作用的一項技術。

（3）反滲透設備 反滲透是應用規模最大、技術相對最成熟的膜技術，其應用在整個膜分離領域中約占一半，是膜技術發展的一個最大的突破。反滲透是通過反滲透膜把溶液中的溶劑分離出來。反滲透的應用從海水淡化、硬水軟化等發展到維生素、抗菌素、激素等的濃縮，細菌、病毒的分離以及果汁、牛乳、咖啡的濃縮等許多方面，應用極廣。反滲透設備優點是連續運行，產品水質穩定；無須用酸堿再生；不會因再生而停機；節省了反沖和清洗用水；以高產率產生超純水（產率可以高達95%）；再生污水不需水處理設施；運行及維修成本低；安裝簡單、費用低廉。

反滲透設施生產純水的關鍵有兩個：一是一個有選擇性的膜，我們稱之為半透膜，二是一定的壓力。簡單的說，反滲透半透膜上有眾多的孔，這些孔的大小與水分子的大小相當，由于細菌、病毒、大部分有機污染物和水合離子均比水分子大得多，因此不能透過反滲透半透膜而與反滲透膜的水相分離。在水中眾多雜質中，溶解性鹽類是最難清除的。因此，經常根據除鹽率的高低來確定反滲透的凈水效果，反滲透除鹽率的高低主要決定于反滲透半透膜的選擇性。較高選擇性的反滲透膜元件除鹽率可以高達99.7%。

反滲透分離的進行，必須先在膜-溶液界面形成優先吸附層，優先吸附的程度取決于溶液的化學性質和膜表面的化學性質，只要選擇合適的膜材料，并簡單地改變膜表面的微孔結構和操作條件，反滲透技術就可適用于任何分離度的溶質分離。

（4）超濾器

超濾技術雖在我國起步較晚，但發展非常迅速，隨著這項技術的不斷推廣和人們對它認識的不斷提高，飲料生產行業必將從中獲得更多的益處。

超濾膜設備在工業應用上有平板狀、管狀、螺旋板狀和空心纖維狀等幾種不同的形式。目前國內應用的大多數為板狀和管狀，特別是空心纖維膜（中空纖維膜）也已在水處理方面得到廣泛應用。

中空纖維超濾膜是超濾技術中最為成熟與先進的一種形式。這種膜是在平板膜的基礎上開發出的具有空間立體幾何形狀的薄膜，使單位體積的膜設備不依靠極薄的半透膜而有很大的膜滲能力。中空纖維管壁上有布滿微孔，孔徑以能截留物質的相對分子質量表達，截留相對分子質量可達幾千至幾十萬。由于采用了空心圓柱構形，就大大地提高了單位體積膜滲設備的生產能力。原水在中空纖維外側或內腔加壓流動，分別構成外壓式和內壓式。超濾是動態過濾過程，被截留物質可隨濃度而排除，不致堵塞膜表面，可長期連續運行。可以證明，在超濾應用上，采用一個大小合理的小直徑空心纖維膜的圓柱束，則所發生的透過液量將相當于十幾平方米超薄平板膜上所得者。

空心纖維為細長的膜管，內壁為膜層，膜層結合于海綿式的外壁上，外壁有粗孔，內層起超濾分離作用。內膜孔的大小，決定管內被阻物質的大小。空心纖維內經約200μm，由惰性的非離子聚合物制成，具有獨特的各向異性的（表皮）結構，有明顯高的流率。其特點是：①裝置內單位體積的膜面積很大；②膜壁薄，液體透過速度快；③因空心纖維的幾何構形具有一定的耐壓性能，故強度高。

（三）水殺菌消毒設備

（1）臭氧殺菌器 所謂臭氧殺菌器是利用臭氧的強氧化性而達到殺菌的目的。臭氧是強烈的氧劑，其殺菌作用比氯高15∽30倍，在一定濃度下作用5∽10min，臭氧對各種菌類都可以達到滅菌的程度。國外已將其廣泛用于水的消毒處理以除臭、除色等，國內在礦泉水、純凈水生產中應用于滅菌也很普遍。

（2）紫外線殺菌器 當微生物受紫外光照射后，微生物的蛋白質和核酸吸收紫外光譜能量，導致蛋白質變性，引起微生物死亡。紫外線對清潔透明的水具有一定的穿透能力，所以能使水消毒。紫外線殺菌不能改變水的物理化學性質，殺菌速度快、效率高、無異味，因此得到廣泛應用。

殺菌，是飲料加工的一個重要環節。飲料殺菌與醫學上和生物學上的殺菌有一定區別。飲料殺菌有兩種含義：一是要求殺死飲料中所污染的致病菌、腐敗菌，破壞食品中的酶而使飲料在特定環境中，如密閉的瓶內、罐內或其他包裝容器內，有一定的保存期；二是要求在殺菌過程中盡可能地保護飲料中營養成分和風味。所以，經殺菌后的飲料屬于商業無菌。

飲料殺菌的方法有物理殺菌和化學殺菌兩大類。化學殺菌法是使用過氧化氫、環氧乙烷、次氯酸鈉等殺菌劑。由于化學殺菌存在化學殘留物等影響，當代食品殺菌法趨向于物理殺菌法。物理殺菌法分為熱殺菌法和冷殺菌法。熱殺菌法又分為是熱殺菌法、干熱殺菌法、微波殺菌法和遠紅外線加熱殺菌法。冷殺菌法分為紫外線輻射殺菌法、電離輻射殺菌法和冷凍殺菌法。在濕熱殺菌方法中，有巴氏殺菌法、高溫短時殺菌法和超高溫瞬時滅菌法之分。所謂巴氏殺菌（pasteurization)是低溫長時間殺菌法，殺菌溫度低于100℃，保溫時間是30min。高溫短時殺菌法（HTST），殺菌溫度一般在100℃一下，如牛奶的HTST殺菌溫度為85℃，保持15s以上。超高溫瞬時滅菌法（UHT），殺菌溫度在120℃以上，僅保持幾秒鐘。HTST和UHT殺菌法，不但效率高，而且食品的結構和外觀及營養和風味的保存都較其他殺菌方法好。根據上述的殺菌方法而相應發展起來的飲料殺菌設備種類較多，以被處理物料的形態分類分別有以下三種：

（1）流體飲料的殺菌設備 流體飲料指未經包裝的乳品、果汁等物料。處理這類物料的殺菌設備又有直接式和間接式之分。直接式是以蒸汽直接噴入物料中進行殺菌。間接式是用板、管熱換器對飲料進行熱交換進行殺菌。

（2）罐裝飲料的殺菌設備 罐裝飲料及瓶裝飲料等有包裝容器的飲料，處理這類物料的殺菌設備根據殺菌溫度不同可分為常壓殺菌設備和加壓殺菌設備。常壓殺菌設備的殺菌溫度為100℃以下，用于pH值小于4.5的飲料產品殺菌。用巴氏殺菌原理設計的罐頭殺菌設備屬于此類。加壓殺菌設備一般在密閉的設備內進行，壓力大于0.1MPa，溫度常用120℃左右。常壓和加壓殺菌設備在操作上亦可分為間歇式和連續式。根據殺菌設備所用熱源不同又可分為直接蒸汽加熱殺菌設備、加水加熱殺菌設備、火焰連續殺菌機等。

（3）使用電磁波的物理殺菌設備 該類殺菌設備是使用微波、遠紅外線、紫外線等物理輻射進行加熱殺菌的，是一種有開發前途的殺菌設備。

CP-12 型沖瓶機是引進、消化、吸收國內外先進技術為基礎，自行創新設計而成的一種具有國內先進水平的回轉式沖瓶機。本機適用于瓶裝飲料、礦泉水、可樂等料液的灌裝生產，對塑料瓶進行清洗，可提供給大中型生產廠使用，也可以單機使用。該機主要有如下特點：

（1）本機是清洗各種規格塑料瓶的專用設備；

（2）設備結構緊湊，控制系統完善，操作和維修簡便；

（3）清洗工藝合理，采用噴淋式原理沖洗瓶內外，并自動濾干瓶內殘留水，清洗后空瓶符合衛生要求；

（4）變換瓶形，只需更換星輪及導板就可實現，操作簡單方便。

CP-32型沖瓶機為半自動外淋式沖瓶機械，適用于各種瓶形和材質的新舊瓶沖洗。該機的主要特點是：對瓶子外壁噴淋，內壁兩次連續沖洗，以保證沖洗效果；主要另部件采用不銹鋼或耐磨銅合金制造，以防銹蝕；采用自來水常壓工作，適應性強。該機結構合理，操作簡單，維修方便，廣泛應用于酒、飲料、醬油、醋、藥液等生產廠家。

全自動洗瓶機
根據不同情況分為不同的類型：從進出瓶方式可分為雙端式和單端式；從瓶套的傳送方式可分為連續式和間歇式；從機器處理瓶子的方式可分為噴射、刷洗和浸泡式。下面主要按洗瓶方式介紹一下。

包括對瓶子的內外沖洗。噴頭的中心必須對準瓶子的中心。這種型式特別適用于皇冠蓋的沖洗，因為該瓶頸較小，一般只有5mm左右，用其他型式的洗瓶機很難清洗瓶內臟物。洗滌劑的噴頭應采用高壓式。但這種洗瓶方式極易生成泡沫，除去商標也較困難。另外，由于洗液和空氣中的二氧化碳作用，濃度會很快降低，能量消耗也較大。

先進行一次或數次熱水噴射沖洗，然后在不同溫度的洗滌槽中連續將瓶子淹沒（充填后倒空）進行洗滌或消毒。在最后一次淹沒后，再用熱水和冷水噴射沖洗幾次以沖去洗液。合乎要求的浸泡式洗瓶機還用得很少。

它是通過浸泡于刷洗結合進行清洗瓶子的。這是一種刷洗瓶壁有效地清洗方法。過去多年來用的是毛刷，由于易掉毛，壽命較短，同時因刷子里易藏污垢而影響刷洗質量。有些國家采用合成材料作刷子，使用效果較好。這種洗瓶機洗刷部分的結構比較復雜，因為刷子和瓶口必須對準才能進入瓶子，所以使用這種型式也并不多。

它綜合了浸泡與噴射的優點，有一個或多個浸泡槽和較多的噴射部分，噴頭多為高壓式。有的認為，當噴射部分多到一定程度時可代替兩個噴射槽，高壓噴射的清洗效果則可以相當于用刷子刷洗。

從對物料的包裝角度可分為液體灌裝機、膏體灌裝機、粉劑灌裝機、顆粒灌裝機等；從生產的自動化程度來講分為半自動灌裝機和全自動灌裝生產線；從灌裝物料含氣與否可分為等壓灌裝機、常壓灌裝機和負壓灌裝機。

等壓灌裝機一般是在貯料箱中保持一定的灌裝壓力，當待灌容器進入灌裝機后，先對容器充氣，氣體可以是壓縮空氣，也可以用二氧化碳氣，以二氧化碳氣為好。當容器內壓力和貯料箱壓力一致時，即隨料液的自重通過開啟的灌裝閥灌裝。在灌裝過程中，容器內的氣體要順利地導出，回到貯料箱內或氣室內。

在汽水、小香檳及啤酒的灌裝中，大多是采用等壓灌裝，其過程如下：

（1）初始位置 瓶子還未接觸灌裝閥，所有的氣體和液體通道都處于關閉狀態。

（2）充氣壓力 瓶子和灌裝閥罩一起上升到預定位置，這時回轉撥叉將充氣閥打開，壓力氣體從環形貯料缸通過充氣通道進入瓶子。

（3）注液回氣 當瓶內壓力達到貯料缸的壓力時，液閥自動打開，料液須由分流傘沿瓶壁流下，同時，在瓶內被置換的壓力氣體通過回氣管返回注液缸，當瓶內液面達到回氣管的下端口時，注液結束。

（4）閥門關閉 回轉撥叉將壓力氣體閥和液閥關閉。

（5）充氣 頂部充二氧化碳閥打開，二氧化碳或其它惰性氣體從環形槽充入瓶中，將瓶頸處空氣趕走。

（6）壓力釋放 壓力釋放閥打開，瓶中的壓力經過在壓力釋放通道中的針閥，逸出至環形槽。

很多飲料，如果汁、乳性飲料，以及汽水二次灌裝中的糖漿，它們本身不含二氧化碳，一般采用常壓灌裝機。

常壓灌裝機主要由灌裝系統、進出瓶機構、升降瓶罐機構、工作臺、傳動系統等組成，用于灌裝不含氣的液體，這類灌裝機一般為回轉式。

在傳動系統作用下，轉軸帶動轉盤和定量杯一同回轉，液料從貯料筒經管道靠自重流入定量杯內。在凸輪作用下瓶托帶動瓶子上升。當瓶口頂著壓蓋盤上升時彈簧壓縮，此時滑閥就在活動量杯的內孔向上滑動。隨著轉軸回轉，已定良好的量杯已轉離進料管下方，進入灌裝位置。當滑閥上升使進液孔打開時液料便流入瓶內，瓶內氣體從壓蓋盤下表面的四條小槽排出，完成一個瓶子的灌裝任務。隨著轉盤轉動，定量杯逐次進入正下方完成定量工作，當轉離定量位置，進入灌裝位置時又開始灌瓶，如此反復連續不斷地工作。

它常稱為真空式灌裝機。這種灌裝方法是使貯料箱內處于常壓，在灌裝時，只對瓶內抽氣使之形成真空，到一定真空度時，液體靠注液箱與容器間的壓差作用流入瓶中，完成灌裝。它主要用于不含氣的液體灌裝，如果汁類。由于在真空下灌裝，所以當瓶罐破漏時就停止灌裝，可減少損失。但在真空下，對某些帶有芳香的液體，要損失一些香味

負壓灌裝法對于瓶子規格要求較嚴，因為它的定量由灌裝嘴深入瓶子的深度來確定，瓶的容積直接影響定量準確度。但因調整容易，仍被廣泛應用。

CIP為 clean in place（洗滌定位）或in-place cleaning（定位洗滌）的簡稱。其定義為：不用拆開或移動裝置，即可用高溫、高濃度的洗凈液，對裝置加以強力的作用，把與食品的接觸面洗凈的方法。

因此，CIP即為完全不用拆開機械裝置和管道，即可進行刷洗、清洗和殺菌。在清潔過程中并能合理地處理洗滌、清洗、殺菌與經濟性，能源的節約等關系，是一種優化清洗管理技術。CIP裝置適用于流體物料直接接觸的多管道殺菌機械裝置，如果汁飲料、乳品、濃縮果汁、豆漿等，采用就地清洗（即CIP清洗）是飲料生產廠普遍使用的方法，是產品質量的保證。清洗的目的是清除設備及管壁上的殘留物，保證達到衛生指標。在一般情況下，連續使用6∽8h必須進行一次清洗。在特殊情況下，當發現生產能力顯著降低時，應立即進行清洗。

清洗的目的是去除粘附于機械上的污垢，以防止微生物在其間滋長。要把污垢去掉，就必須使清洗系統能夠供給克服污染物質所需的洗凈能力。洗凈能力的來源有三個方面，即從清洗液流動中產生的運動能，從洗滌劑產生的化學能，清洗液中的熱能。這三種能力具有互補作用。同時，能力的因素與時間的因素有關。在同一狀態下，洗滌時間越長則洗滌效果越好。

CIP優點：

（1）能維持一定的清洗效果，以提高產品的安全性；

（2）節約操作時間和提高效率，節省勞動力和保證操作安全，節約清洗用水和蒸汽；

（3）衛生水平穩定，節約清洗劑的用量；

（4）生產設備可大型化，自動化水平高；