灌装
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《软饮料工业手册》第527页（6701字）
(一)灌装的质量要求
灌装是碳酸饮料生产的关键工序，不论采用玻璃瓶、金属罐和塑料容器等不同的包装形式，也不论采用何种灌装方式和灌装系统，都应保证碳酸饮料的质量要求，这些质量要求主要有：
(1)达到预期的碳酸化水平 在碳酸化过程中，碳酸饮料的碳酸化应保持一个合理的水平，CO2含气量必须符合规定要求。成品含气量不仅与混合机有关，灌装系统也是主要的决定因素。
(2)保证糖浆和水的正确比例 两次灌装法成品饮料的最后糖度决定于灌浆量、灌装高度和容器的容量，要保证糖浆量的准确度和控制灌装高度，而现代化的一次灌装法要保证配比器正确运行。
(3)保持合理和一致的灌装高度 灌装高度的精确性与保证内容物符合规定标准，商品价值和适应饮料与容器的膨胀比例有关。例如两次灌装时的灌装高度直接影响糖浆和水的比例。而灌得太满，顶隙小时，在饮料由于温度升高而膨胀时，会导致压力增加，产生漏气和瓶破裂等现象。
(4)容器顶隙应保持最低的空气量 顶隙部分的空气含量多，会使饮料中的香气或其他成分发生氧化作用，导致变味变质。
(5)密封严密有效 密封是保护和保持饮料质量的关键因素，瓶装饮料不论是冠形盖还是旋紧盖都应密封严密，压盖时不应使容器有任何损坏之处，金属罐卷边质量应符合规定要求。
(6)保持产品的稳定 不稳定的产品开盖后会发生喷涌和泡沫溢出现象。造成碳酸饮料产品不稳定的因素主要有：过度碳酸化、过度饱和，存在泄气杂质，存在空气以及灌装温度高或温差较大等。任何碳酸饮料在大气压下都是不稳定的(过饱和)，而且这种不稳定性随碳酸化度和温度升高而增加，因此冷瓶子(容器)、冷糖浆、冷水(冷饮料)对灌装是极为有利的。
(二)灌装方式和系统
灌装是碳酸饮料生产的主要工序之一。灌装方式不同、灌装系统也是不同的。例如两次灌装系统由灌浆机(糖浆机、定量机)、灌水机和压盖机组成。大规模生产均采用一次灌装法，使用配比器，置于混合机前，灌装系统由同一个动力机构驱动的灌装机和压盖机组成。碳酸饮料由于是含气饮料，通常是在0．3～0．4MPa压力下灌装的，如果在常温下灌装高碳酸化度的产品，灌装压力有时可达0．6MPa。
1．灌浆机及其定量机构
这是两次灌装系统灌装糖浆用的设备，一般有12、16、24头，常用定量机构有两种形式：液面密封定量和容积定量。定量机由定量机构、瓶座、回转盘、进出瓶装置和传动机构组成。瓶座是安装在转盘上的，随转盘运动，由进瓶装置送进的瓶子，由拨盘拨入瓶座，瓶座下的弹簧有一个向上的力，将瓶座顶起。顶开装在定量机构下部的阀。糖浆依靠本身的静压流入瓶中。瓶座下的小滚轮在斜铁的作用下，将瓶座压下，瓶子脱离定量机构，阀即关闭，装好糖浆的瓶子由出瓶拨盘拨到输送带上，送到灌装机。
(1)液面密封式定量机构 这种机构的料槽在机器的最上部，它与定量机构有高度差100～200mm。料槽保持一定液位高度。当料槽下部开孔圆盘旋转到与一个定量的进料口重合时，糖浆即流入定量器中。定量器中的液面上升，封闭住排管口。并且，料液沿排气管上升到与料槽的液面平衡(排气管高于料槽液面)，完成定量过程。这时旋塞旋转90°，定量好的糖浆即流入容器中，这种定量机构又称旋塞式定量杯机构，调节排气管高低可改变定量的大小。这种机构定量较准确，密封性好。
(2)容积式定量机构 最简单的容积式定量机构是量杯，更改糖浆量时要换量杯。活塞式加料机也是一种容积式定量机构，是依靠弹簧阀门灌浆的容积定量机构。当瓶顶起上部周围有孔的进料管时，管上部的胶垫封住进料口，同时已经定量的糖浆沿泄料管上的孔，在重块作用下流入瓶中。瓶子落下后，进料管在弹簧的作用下复位。下面胶垫封住泄料口，同时进料口打开，进行第二次循环。调节上部的调节螺杆可以改变定量大小。
这种定量器结构简单，定量比较准确可靠。缺点是当变换品种时必须有足够时间进行热水浸泡和冲洗。
2．配比器
配比器也称混比器，安装在水与CO2的混合机前，将一定体积的调味糖浆与定量的水混合，使操作连续化。
两次灌装不用配比器，糖浆依靠灌浆机等定量，按照糖浆∶水=1∶4～5的比例，将糖浆先装入容器中，然后再灌装4～5倍的碳酸水，由于糖浆不经碳酸化处理，混合后成品饮料中的含气量有所降低，因此碳酸化水的含气量应比成品饮料规定的含气量高。
配比器用于一次灌装，糖浆与水按比例定量混合冷却后再进行碳酸化，主要方法有比例泵法，孔板控制法和注射法。
孔板控制法的配比器是液体在一个不变压头下以固定流速通过小孔流下并进行混合的。一个小孔通过水，另一个较小的小孔通过糖浆，二种液体流入共用的贮存器。主要结构包括贮水器、贮浆器、混合贮存器、混合泵和控制系统(图2－3－4)。
图2－3－4 孔板控制式配比器
在贮水器和贮浆器中，各有一个浮球，通过气动信号发生器控制进水和进浆口的气动阀门，将贮水器和贮浆器的液面控制在一个很小的高度范围内。水和糖浆的不变压头是由一个循环给料系统中有溢流的立管获得的，安装在立管上的微调阀可将水和糖浆以准确比例定量送入混合贮存器中。液体定量的调节可通过调换安装在立管上的孔板，改变液体通过的截面积来获得。
贮存器里的另一浮球，通过一气动信号发生器，将工作信号传给安装在两根立管之间的气缸，控制水立管和浆立管底部阀门的同时开闭，使贮存器里的液面不会过高或被抽空。
在贮水器和贮浆器中各有一支高液位电极和低液位电极，当两贮存器中液面同时高于低液面电极时，水立管和浆立管下的阀门才会开始工作，因此电极是保证配比精确的保护装置。当两个贮存器中的任一个液面，高于高液位电极和低于低液位电极时，全系统即会自行停止工作。
配比器的最后部分是离心式混合泵，其作用是将混合后的液体进一步搅拌，可取得更佳的混合效果。同时，将混合好的饮料送到冷却系统，降到所需温度进行碳酸化。
配比器有一套自动控制装置，定量精确，操作简单，更换品种时，只需更换立管上的孔板和将立管上的微调阀调到所需配比即可。
生产过程中，还需定时检验水和浆的比例，以使饮料中的各种原料始终保持含量精确一致。
3．灌装机
灌装机用于灌装碳酸水或混合好的饮料，因此灌装机又称灌水机。按灌装方法，常用的灌装机主要有以下几种。
(1)压差式灌装机 压差式灌装机又称启闭式灌装机，老式的机器多为这种灌装机，采用虹吸原理，通往瓶子的阀门只有两个通路，一通料槽，一通大气，当通往料槽的通路打开时，饮料流入瓶中，直至瓶内与料槽等压。由于瓶中空气不能换出，因此灌装的饮料不会满。
因为瓶中的压力与料液压力(混合机压力)有较高的压差，料液冲入瓶中，随着瓶中液体体积的增加，压差迅速变小，最后平衡。一次灌水和一次排气为一组过程。整个灌装一般需要4～5组过程，再进行一次最后排气，即完成整个灌装程序。
为了避免已装入瓶中的过饱和二氧化碳和水的混合液体在卸去压力后，游离出来形成泡沫带走液体，应尽量缩短灌装阀的排气时间，同时最后一次的灌水和排气之间的时间要尽量延长。使液体能够在瓶中静置一段时间。这样当瓶脱离泄料口后，饮料会比较稳定。这样灌入瓶中的饮料就可以压盖封口。
压差式灌装机的优点是结构简单，含气量小，适用于小型机。主要性能如下：
①机械化程度低，需人工放入空瓶和卸去灌装完毕的饮料瓶。
②效率较低，一般机速为36瓶／min左右，很难适应大中型的饮料生产。
③灌装机与压盖机分离，使饮料有较长的时间接触外界空气，容易发生杂菌污染和CO2的损失。
④灌水阀采用压差灌装原理，混合机的压力一般0．4MPa左右，饮料直接输入空瓶，水流冲击瓶底，造成分子运动加剧，使碳酸水中的CO2游离出来，从而减少饮料中的CO2容积，引起泡沫并造成CO2的浪费。因此目前先进的灌装机已不采用这种结构的灌装阀。
(2)等压式灌装机 近年来，我国引进了很多生产线，其中有德国、日本、意大利、美国等国的产品，也有罗马尼亚和原民主德国、波兰、捷克等的瓶装生产线，灌装头数30～60头不等，生产能力低的120～150瓶／min，高的300～500瓶／min。易拉罐灌装机多为德国、美国的，生产能力一般300～500罐／miin。这些灌装机自动化程度高，生产效率高。灌装阀全部为全自动等压灌装阀，而且灌装与压盖紧密组合，灌装后能迅速密封。等压灌装阀在灌装时液体不受直接冲击，CO2损失极少，且可保持稳定的灌装压力。适用于汽水、啤酒、矿泉水和汽酒等灌装压力0．5MPa以下的有气或无气饮料的灌装。灌装量有80、270、350、640mL等规格。
等压灌装的灌装阀是机械式弹簧阀，其作用一是灌装，二是定量，灌装阀通往容器有三条通路：进气管、料管和排气管。灌装阀在回转中通过装在环形导轨上的液阀关闭凸块及排气凸块，完成工艺要求的四个过程，即充气反压，灌装回气，排除气管余液和排除液管余液。当瓶座升到最高位置时，灌装阀上部的气阀打开，贮液槽上层的CO2经气管进入瓶内，使瓶内气体压力与贮液槽液面上的气体压力相等，以保持等压灌装。其次，由于反压力的作用，自动打开灌装阀下部的弹簧阀，靠势能差，饮料在静压力作用下经分水圈成伞形顺瓶壁流下，同时瓶内气体又经气管反回到贮液槽内。再其次当瓶内液面上升至气管下端小孔时，饮料堵住气体返回的通道，剩余气体积存在瓶颈内，使液体和气体处于平衡状态，实现瓶内液体等高度定量。当关阀机构凸块拨动开闭板机后灌装阀被关闭。控片顶开排气塞，打开排气管，使瓶与大气相通，气体排出，泄出瓶中压力，瓶颈内气体排入大气，气管中的饮料流入瓶中，完成整个灌装过程。只需改变进液管孔的高低位置，就可调节瓶中液面的高低。
(3)负压灌装机 负压式灌装机原来用于非碳酸饮料的灌装，首先滑阀上升，真空室与饮料瓶相通，瓶中空气首先被抽出形成负压，同时，灌注口开启，排气孔打开，饮料在重力作用下流入瓶内。装入瓶中的流体通过排气管升至灌装机贮液槽的液面高度，灌装结束。然后滑阀下降，残留在气管内的液体流入瓶中，灌注口关闭。
负压式灌装机用于碳酸饮料时则为负压式和等压式的组合。这种灌装机的灌装头与真空阀相通，真空阀由灌装头外的一个盘形凸轮控制，真空阀开启时，容器中的空气抽向真空环，进行空气预排，在容器内可处于真空状态，真空阀关闭后，向容器内充入CO2形成反压，其余过程与等压灌装相同，因此这种灌装机的灌装是由抽空、等压、灌装、排余液四个过程完成的。
抽空式等压灌装机可用于灌装啤酒，也可用于充气果蔬汁饮料的灌装。容器抽空以后灌装，可以减少饮料与空气接触的机会，降低溶解氧的含量。灌装机的保压气体最好选用CO2，在灌装后，CO2部分返回贮液槽。
4．灌装生产线
碳酸饮料灌装生产线有玻璃瓶、易拉罐(两片罐)和聚酯(PET)瓶等类型，我国的饮料灌装设备是在酒类灌装设备基础上发展起来的。20世纪60年代，我国只有北京啤酒厂、青岛啤酒厂、上海啤酒厂、华光啤酒厂、沈阳啤酒厂以及上海两家汽水厂使用美国和日本等国家30年代的灌装设备。直到20世纪70年代，我国陆续从西德、意大利、日本引进7条灌装生产线，并开始测绘和仿制。特别是80年代，随着我国经济的发展，大批引进一些技术比较先进的设备，其中汽水玻璃瓶灌装线127条，易拉罐灌装线30多条，复合软包装饮料线60多条以及有关制罐、制盖和其他容器制造设备。
(1)玻璃瓶灌装生产线 美国迈耶(MEYER)公司玻璃瓶灌装机头数32～120头，最高生产能力每分钟1400瓶。1984年广东轻工机械厂引进德国SEN和H&K公司啤酒灌装线制造技术，生产每小时20000瓶啤酒灌装设备。南京轻工机械厂和合肥轻工机械厂从日本三菱重工(株)引进玻璃瓶灌装线制造技术，生产每小时18000瓶的汽水灌装线。除广东轻机厂、南京轻机厂外，重庆轻机厂、廊坊包装设备制造公司(廊坊锻压机床厂)等制造厂也通过引进、消化吸收途径制造中小型饮料灌装设备。
(2)易拉罐灌装生产线 易拉罐灌装机引进设备生产能力一般每分钟300～400罐，速度高的500罐以上，例如广州亚洲汽水厂引进的德国赛茨(SEN)的灌装生产线每分钟500罐。包括卸托盘机、洗罐机、灌装机、封罐机、混合机、温罐机、吹罐机、装托盘机、包装机以及液位检测器、喷码机等。广东运动饮料厂和深圳饮乐汽水厂引进的美国迈耶公司的饮料罐装线每分钟生产能力可达575罐。该公司灌装机40～120头，最高速度每分钟可达2000罐。
(3)聚酯瓶灌装生产线 聚酯(PET)瓶多用于碳酸饮料和矿泉水的包装。聚酯瓶灌装线的主要设备有冲瓶机、灌装旋盖机、温瓶机等。聚酯瓶灌装线可以是单独的专用线，但一般均与玻璃瓶灌装线通用一台灌装设备。灌装玻璃瓶时用玻璃瓶洗瓶机，灌装聚酯瓶时用冲瓶机。灌装机高度可以调整，以适应两种不同类型瓶的高度。另外，用于玻璃瓶灌装时，灌装机与王冠盖压盖机相连；用于聚酯瓶灌装时，灌装机与旋盖机连接。这样一台灌装机可以完成两种不同类型容器的灌装。
我国进口的聚酯瓶灌装生产线主要是美国迈耶(MEYER)和德国赛茨的设备，灌装1250mL聚酯瓶时的生产能力为50～100瓶／min。
国产设备50头两用灌装机，用于玻璃瓶灌装线时，250mL瓶生产能力500瓶／min，灌装1250mL聚酯瓶的生产能力为120瓶／min。聚酯瓶矿泉水灌装线，灌装机头数有18、32和50三种机型，灌装600mL聚酯瓶时的生产能力分别为3500、7000和12000瓶／h。
中小规模聚酯瓶灌装线灌装机头数12个，封口机3头，灌装1250mL瓶时的生产能力为900瓶／h。