碳酸飲料、啤酒等液體壓力灌裝專利技術分析

朱夢詩

摘 要：本文針對帶氣飲料、啤酒的壓力灌裝專利申請，對該技術領域的不同技術分支進行分析，即主要從灌裝機、灌裝閥和特殊灌裝方式這幾個方面闡述國內外的專利技術。

關鍵詞：帶氣飲料 啤酒 壓力灌裝 灌裝閥

在采用預先注入惰性氣體的壓力灌裝技術領域，專利的申請往往集中在灌裝裝置以及灌裝閥上，但是，在啤酒消費領域，隨著大型啤酒桶的出現，為了方便飲用和灌裝，逐漸出現有關取酒器的專利技術申請。而在預先注入惰性氣體壓力灌裝機械發展的成熟，離不開灌裝中各種灌裝條件的改善和優化。另外，為了達到灌裝過程中存在一定壓力，且防止灌裝產品氧化，不乏有一些除預先注入惰性氣體以外的其它壓力灌裝方式，其也能實現同樣的技術效果，為該技術領域增添了新的血液。因此，有關碳酸飲料、啤酒等帶氣液體的壓力灌裝專利技術主要分為以下幾個技術：灌裝閥、灌裝機、取酒器、灌裝條件的優化、特殊灌裝方式。

在帶氣飲料壓力技術領域，最突出的技術分支是有關壓力灌裝機的專利申請（申請量為90左右，占比約36%），其次是有關灌裝閥的專利申請（申請量為85左右，占比約34%）、有關取酒器的專利申請（申請量為40左右，占比約17%）、有關灌裝條件的優化的專利申請（申請量為30左右，占比約12%）、有關特殊灌裝方式的專利申請（申請為5左右，占比約2%左右）。

1 灌裝機

在帶氣液體灌裝技術領域，多數灌裝機為等壓灌裝機，極少數情況下，也存在不等壓灌裝機。而本技術領域灌裝機根據結構特點分為直立式和旋轉式兩大類。在此兩類帶氣液體灌裝機的基礎上，申請人們紛紛作出改進，對其灌裝速度、氣密性、氣泡大小、容器的破損率等均產生一定的促進作用。

除此之外，等壓灌裝是先充氣，當灌裝瓶內氣壓與儲水器壓力相等時后，開啟進水閥門，碳酸水依靠液位差緩緩流入瓶內，瓶內的氣體隨之回到儲水器的空間，此法碳酸水在管道中流速慢，沖動少，二氧化碳逸出也少，灌裝效果較好。缺點：在灌裝瓶與灌裝裝置密封圈脫離的瞬間，瓶內氣壓突然下降，便出現跑冒氣現象。CN2035749U，中國輕機總公司南京輕工機械廠，無瓶不灌裝檢測及灌裝缸高度調節等作出了改進。CN86106863A，胡延明，采用密封式等壓灌裝瓶、等壓封蓋的方法，從而實現灌裝時不受飲料罐壓和溫度的制約，并確保瓶裝商品飲料中二氧化碳含量滿足計量標準需求。不等壓灌裝是往瓶內先灌注水，待瓶內氣壓與進水管道壓力平衡時，關閉進水閥，打開排氣閥，將瓶內氣體排放空間，達常壓后關閉排氣閥，打開進水閥進行灌水。這樣間斷灌水，排氣多次。缺點：由于排氣壓力大，會排出碳酸水，損失較大，不易灌滿。CN86208331U，朱文理，19880420，在灌裝裝置的管道端部安裝氣體微調開關（常開），用以代替排氣閥，增大灌裝管道孔徑，以提高流量。在制瓶（PET）過程中填充產品，CN104972640A（優先權1020141048741），20140404，克羅內斯股份公司，提供一種在制造容器過程中填充產品（碳酸飲料）的方法及裝置，發明點在于其將預制品引入到吹膜中制造塑料容器后，在塑料容器內腔抽真空到低壓，并將處于超壓下的填充產品導入塑料容器的低壓內腔中，從而提供一種有效的灌裝方法。DE2657670A1，其中形成的容器借助于吹塑和填充體填充。 EP1529620A1中，借助于填充產品執行相應的塑料容器的吹鼓。

2灌裝閥

在液體灌裝技術領域，灌裝閥的作用主要是根據灌裝工藝要求切斷或溝通液室、氣室盒與袋裝容器之間的物料流通的通道，是灌裝機控制灌裝的關鍵部件。不同的灌裝方式采用不同的灌裝閥。對于啤酒等帶氣液體的灌裝，一般采用等壓灌裝閥進行灌裝。為了滿足含氣飲料等壓灌裝的工藝要求，國內外出現了許多有關灌裝閥的專利申請，這些灌裝閥不僅結構復雜而且種類繁多。例如頂桿啟閉氣閥、圓盤旋轉閥、撥叉啟閉氣閥、長管式三室等壓灌裝閥、短管式等壓灌裝閥等，這些灌裝閥都是在專利申請的某一時期得到了廣泛應用，但隨著灌裝要求的不斷提高，一些老式產品也正在逐漸被淘汰，新閥型不斷出現。目前比較常規的是長管式三室等壓灌裝閥、短管式等壓灌裝閥等。

長管式等壓灌裝閥灌裝工藝過程為： 1.充氣負壓，將二氧化碳或無菌空氣充入容器中，容器中的空氣經置換進入回氣室，容器中形成負壓。2.慢速灌裝，在液面接觸長管出液口以前要慢速灌裝，以免液體飛濺產生泡沫。3.快速灌裝，管嘴被淹沒后，灌裝變成淹沒出流，灌裝比較穩定，可以快速灌裝。4.減速灌裝，當液面達到排氣口時，逐漸減緩進液速度，以免液體氣泡進入氣室。5.泄壓回滴。灌裝達到要求的包裝量后，緩慢卸掉瓶口處壓力，以免產生泡沫，同時管中余液回滴到瓶中。

目前國內外生產的灌裝機型廣泛采用短管式預真空等壓灌裝閥，其灌裝過程以CO2氣體作為酒缸內啤酒的背壓氣體，為了避免瓶內空氣排回到酒缸，在背壓前預先對瓶子抽真空，同時盡量提高酒缸內背壓CO2的濃度，從而降低灌裝過程的吸氧量。其工序一般如下：1.預真空，瓶子由托臺升降壓緊對中罩，真空閥受操控機構作用打開，吧瓶子與真空式連通，使瓶內空氣排出。2.充氣等壓，開啟氣門通道，使酒缸中壓力氣體通過氣管充入瓶腔內，形成瓶子與酒缸的等壓狀態。3.灌裝，壓力使液閥閥芯收到反壓力，通過彈簧自動打開液閥，進行灌裝液料，瓶內的氣體通過氣管返回酒缸。4.液滿泄壓，操控機構關閉氣閥，從而加速液閥的下行速度，迅速閉合液閥，停止灌裝作業。

3特殊灌裝方式

前述技術分支中均屬于對帶氣液體的壓力灌裝中的常規灌裝方式，即屬于壓力灌裝原理的灌裝方式。但在該技術領域中，不乏創新的灌裝方法和裝置，同樣能夠實現對帶氣飲料、啤酒等液體的壓力灌裝，且達到較好的灌裝效果。

例如克朗斯有限公司在公開號為CN104972640A（優先權1020141048741）的專利申請中，其采用在制瓶（PET）過程中填充產品，提供一種在制造容器過程中填充產品（碳酸飲料）的方法及裝置，發明點在于其將預制品引入到吹膜中制造塑料容器后，在塑料容器內腔抽真空到低壓，并將處于超壓下的填充產品導入塑料容器的低壓內腔中，從而提供一種有效的灌裝方法。同時相關的，在專利技術DE2657670A1中，形成的容器借助于吹塑和填充體填充; 在專利技術EP1529620A1中，借助于填充產品執行相應的塑料容器的吹鼓。

對于啤酒來說，純生啤酒的生產是建立在整個釀造、過濾、包裝全過程對污染微生物嚴格控制的基礎上，其特點體現在純和生這兩個字，純生啤酒通過嚴格的過程控制，實現了無菌釀造，杜絕了雜菌污染，保證了酵母的純種發酵，是啤酒擁有最純正的口感和風味。純生啤酒起源于20世紀90年代中期，我過最早的純生啤酒是珠江啤酒廠生產的，1998年投放市場。傳統的機械式灌裝閥的缺點是，不能用于純生啤酒的灌裝生產的要求。傳統的機械式灌裝閥僅有真空處理和二氧化碳充氣裝置，經處理后的空酒瓶的含氧殘存兩和有害細菌的含量不符合純生啤酒的灌裝生產的質量要求。廣東輕工機械二廠申請的公開號為CN2448816Y的專利技術中，采用一種出色南橫啤酒機械式灌裝閥，相對于傳統機械式灌裝閥，增設有用于對空瓶充干蒸汽的干蒸汽控制裝置以及對空酒瓶瓶口定位和密封的定中裝置，實現純生啤酒的灌裝。