CN1062877A - 在液体中溶解气体 - Google Patents

Abstract

在罐装非碳化液体食品产品中，氮在气体溶解装 置4中溶解在产品中，产品在氮气压力下被贮存在贮 罐8或10中，其贮存时间足以使泡沫消失，然后，产 品从一加料器20装入罐，接着罐被气密性的封闭。 在每个封闭的罐的液体中可逸出氮气以在罐内产生 一超大气压压力，因而可被用于柔性薄壁罐。

Description

本发明涉及液体中溶解一种气体，是在柔性容器中充装液体方法的一部分，所述柔性容器如一般由铝或钢形成的薄壁罐和塑料瓶。

在一些罐装和瓶装工业中，最近几年内有这样的趋势，对于在罐装或瓶装人工碳化饮料时，将传统的硬质钢罐和硬质玻璃瓶用具有柔性壁的容器替代，罐装或瓶装加工包括在压力下用二氧化碳饱和饮料，以及在压力下排出饮料进入待加料的开口的容器中。然后封闭和密封容器。二氧化碳在密封的容器内从溶液中逸出来从而在每个密封的头部空间产生压力，这压力可足以抵抗在正常的输送和堆垛期间容器壁的变形。为了在每个罐的头部空间产生所必须的超大气压力，一般在每体积液体中（在15℃测定）溶解2.5体积以上的二氧化碳。在一些饮料中，特别是软饮料中，不认为这种碳化作用的水平对饮料的质量具有副作用而常常相信是有益的。然而有大量的其它的液体食品产品，包括其它饮料，这种碳化作用的水平是不能接受的。确实，许多液体食品产品要求不含溶解的二氧化碳。所以新式的柔性薄壁容器不能用于它们的包装，除非提供另外的供给高于大气压的内压的装置。

为供给这种其它装置的大部分尝试是根据使用通常所说的液氮微滴分布器。这种装置在容器最后封装之前输送小剂量液氮进入每个加料的容器内。液氮几乎瞬时蒸发，考虑到1体体积的液氮可产生大约600体积的氮气，所以可在容器的头部空间产生超大气压力。因为新式的罐装生产线可在高达2000罐每分钟以上的速度下操作，在设计这种小液滴分布器时应考虑相当多的问题，以便能输送每分钟高达2000相等单元数量的液氮。至今这些问题没有充分解决，并且有明显变化的趋势，既使在罐装生产线速度大大低于2000罐每分钟时，在封装罐的头部空间内的压力还达不到可接受的值。另一种常与操作液氮微滴分布器有关的困难是传统方式中在罐装过程中，要将非氧化性气体如氮气或二氧化碳吹扫开口容器的嘴部，当该容器充满并达到其封口时间时，非氧化气体为此目的的最佳流速趋向于将氮气从罐的头部空间中抽出并引起密封罐内部压力产生不适当的变化。因而趋向于用低于最佳非氧化气体流速穿过开口容器的嘴，其结果是每个容器头部空间的氧含量比理想的值高，因而，需要液氮微滴分布器的替代品。

确实，在现有技术中有许多替代的建议。例如us专利4347695公开了一种非碳化饮料瓶装或罐装方法。一种除二氧化碳以外的惰性气体如氮气被注入非碳化饮料中。然后，将生成的含溶解氮的饮料在去向加料器的通路上引入到冷却器中，使用加料器用氮化的饮料装罐或瓶。允许惰性气体在封装容器之前，在装料的容器中从饮料中逸出。释出气体的量足够从饮料中移走溶解的氧气，然后从容器的头部空间驱除空气。在饮料中应保持足够的气体以在容器被密封后产生超大气压力。现已表明，头部空间的氧含量的降低，优于用氮气吹扫气流通过头部空间所实现的值。它进一步公开了为了免除或者将过量泡沫形成减至最小，最好，计量气体将其注入流动的饮料流中。过量泡沫形成降至最小的具体含义是当容器按传统容量加料时，不使液体被带出容器的封闭区之外。

GB-A-2134496名义上涉及用不嘶嘶发泡声的或基本没有碳化的饮料灌装薄壁罐。然而在该专利描述的方法中，要求用二氧化碳加入到氮气中以产生罐内压力。这样使用二氧化碳在许多液体食品产品中是不能被接受的。

GB-A-2203417涉及的是用非碳化液体装载如罐或塑料瓶这样的柔性容器。氩被溶解于液体中。将液体通入加料器的器皿内并在此用液体充满容器。然后将容器密封。由于氩气比氮气的溶解度大，从而可产生相对较高的头部压力。但是不幸的是在英国和一些其它国家，氩没有被批准为食品添加剂。并且这缺点导致GB-A-2203417描述方法在工业开发上减缓。

GB-A-2089191公开了在用液体食品充装容器之前在液体食品中通过预溶解惰性气体在封装了的容器中产生了超大气压力。在液体食品通向罐装加料站的路途中的气化装置中将气体溶解在液体食品中。

FR-A-2636918公开了一种方法，在该方法中为了用果汁充装薄壁容器。将氮气溶解在冷却水中并且将生成的氮化水在通向加料站路途中间的管线中与脱氧的浓缩果汁混合。然后容器被加料并密封，在容器被加料并密封，在容器内的液体中氮气逸出来产生所必需的超大气压力。这个方法存在的缺点是同脱氧果汁混合的冷却水将降低在水中溶解氮气的量，因此限制了在容器内可产生的最大压力。

在前述专利说明书中上述讨论仅有一个，就是US-A-4347695提出液体起泡问题，认为这种起泡（有时称起泡沫）可减至最小。我们发现这是对工业实践所产生的情况的不实际的判断。许多液体食品产品都含有可促使发泡的表面活性剂或其它物质。况且氮气趋向于同这些物质互作用而产生相对稳定的泡沫，因而所用的许多液体食品产品在实际应用中，当溶解氮气时，起泡是不可能避免的。

本发明的目的是提供一种用液体食品产品装载具有柔性壁的容器的方法，在上述的液体食品产品中氮气溶解在液体中，以便能在每个密封容器内产生适宜的头部空间压力并在充装容器时产生泡沫对其操作不会有不利的影响。

根据本发明所提供的用非碳化液体食品产品装载具有柔性壁容器的方法包括在液体食品产品中溶解氮气，在氮气压力下保持含溶解的氮气的液体食品产品至少10分钟，上述的持续时间对于在溶解氮气期间形成泡沫直到消失应是足够的，然后将液体引入到容器中，此后气密性的封闭容器，在被引入到容器内的液体中溶解的氮气的浓度为在容器封闭之后液体中溶解的氮气能从每个容器的溶液中逸出而在容器内产生超大气内压力，该压力能抵抗在一般搬运中它的壁的变形。

如果需要连续的输送超过一个容器体积的液体，所述容器在所述氮气压力下保持该液体食品产品，则可使用一组盛装容器，使用一个或多个容器输送氮化液体至加料站，另一个或另一些容器则装入或正盛装氮化液体食品产品，也可使用一单个的保持容器，容器有一个位于充分低于液体进口以下位置的液体出口，可连续地从该出口排出不含泡沫的液体。

最好，在高于盛装压力的氮气压力下将氮气溶入液体食品产品中。一般，溶解压力是在3-6.5大气绝压[大气压（绝对），下同]范围内，而盛装压力是在2-3.5大气绝压的范围内。

最好，供给足够量氮气与液体食品产品相接触，以便在溶解压力下用氮使它饱和。虽然应理解不可能全部氮气可被溶解，而确实，实质上一般在溶解压力下不必要使液体食品产品饱和。

任何传统的设备可被用来在液体中溶解氮气。最好在湍流、增压的液体食品产品流中溶解氮气。此外，将氮气引入到液体食品产品的方法，最好是一种促进形成小的氮泡沫方法。例如，氮气可通过文丘里被引入到液体食品产品流中，文丘里形状应自然的形成有助于溶解氮气的湍流。另一种方法可使用分布器，分布器是一带在有一组小孔（如每个0.012mm）的管，它通常位于增压流中以便由它的存在形成湍流。如果含有未溶解氮气泡的啤酒湍流液流通过板式或板翅式热交换气，该板提供增强的从气相氮到液相氮的传递表面积，则可相当程度的促进氮的溶解。因而，液氮食品产品通过冷凝器可溶解相当量的氮。最好，冷凝器可调节液体食品产品的温度，这样，当它离开冷凝器时其温度应是或接近0℃。一般，生成的流体离开冷凝器呈泡沫状。

氮化的液体食品产品可按一氮气浓度保持一段时间，使得在该保持阶段的最后，根据本发明的方法制成时，有充足的溶解了的氮气以提供足够的容器内压力。

为了以期望值维持保持压力，希望氮气通入保持容器的头部空间，而不是通过液体食品产品。

将液体食品产品引入容器的步骤一般包括输送氮化液体食品产品从保持容器到加料容器。加料容器可以是如传统的加料器皿。当处于加料容器内时，最好，将氮化液体食品产品在至少等于在保持密器内保持啤酒的氮气压力值的氮气压力下保持。因而，正位移泵优选被使用于从保持容器到加料容器的液体食品产品的输送。如果需要，可在保持密器和加料容器之间使用一缓冲容器，通过避免依靠在保持容器内的较高压力和在加料容器内较低压力之间的压差的压力传递***来实现液体食品产品的传输，从而可以避免因液体食品产品从保持容器流到加料容器时任何显著的泡沫变形。最好增压的氮气被提供给任意缓冲容器的头部空间内，当给柔性壁容器（即薄壁罐或塑料瓶）加料时，按照本发明的方法，最好以低压（如：0.4psig）在每个被加料罐嘴的上方通过氮气直到盖被密封到罐上的时候（密封步骤在本领域有时称为“接缝”）。这种氮气流有助于加料后和封闭前使进入到罐的头部内的空气减至最少。

在从加料器排出液体食品产品和装载液体食品产品的容器密封之间的短时间内，由于在这期间内液体食品产品受到比保持在加料器内压力低的环境大气压力的作用，趋向于从溶液中逸出氮气。因此，使操作罐装生产线在或接近它的最大速度下操作，以使该期间减至非常短。

在罐即将密封之前使氮气吹扫其内部的液体食品产品表面，不仅有助于降低封闭的罐内氧含量，而且我们相信还会加强平衡的罐压力。我们知道在封闭之后的短时间内，可以随后从在罐中保持的液体溶液中逸出来的所有气体不会都逸出。平衡可如此实现即通过摇动或其它的扰动使得在罐内的气相和液相良好的接触，这样可在罐的液体内溶解的气体和头部空间的气体之间建立平衡。

如果液体食品产品要求脱氧，该步骤最好在上述溶解氮步骤的上游进行。如果要求，脱氧可由通过氮气泡穿过液体来进行，以驱走溶液中溶解的氧气。虽然这脱氧步骤将帮助在液体食品产品中提供一些溶解的氮气。但该含量大大低于在每个加料的容器产生足以抵抗在普通装运中的变形所需压力所必须的氮气量。

如果由混合二种以上的液体形成液体食品产品，最好，混合步骤应在上述在液体食品产品中溶解氮气的步骤的上游完成。

根据本发明，可以用宽范围的不同的已经氮化了的液体食品产品的任一种装载柔性容器。液体食品产品可以是如果汁、牛奶、软饮料、酒、食用油或蔬菜汁。

按照本发明的方法通过实例并参照附图进行描述。

图1是用液体食品产品装罐的第一种装置的流程图。

图2是用液体食品产品装罐的另一种装置的流程图。

参照图1，由泵2以5大气绝压泵送脱氧液体食品产品流通过一种气体溶解装置4，在该装置内的待溶解气体通过具有许多小孔的喷洒管（没有表示）被引入一湍动的液体食品产品流中。一般在6大气压绝压的氮气流被引入流过气体溶解装置4的湍动的液体食品产品流中。氮气进入湍动的液体食品产品流中呈泡沫状。进入气体溶解装置4内氮气对液流的体积流量比一般是1到3。溶解装置4通常在0和4℃之间操作。生成的湍动的液体食品产品流含有溶解的氮和未溶解的氮泡沫，然后进入板翅式冷却装置6。当一些氮气泡沫溶解于冷却装置6的上游同时，由于冷却装置6强化了液-气接触，其结果使氮气进一步在冷却装置6溶解。由于在氮气和液体之间的紧密接触的结果，液体食品产品流呈泡沫状离开冷却装置6。

为氮化液体食品产品设置贮罐8和10。人工或自动操作分别与贮罐8和10有关的断流阀12和14配置在与冷却装置6出口相连接的贮罐8和10的任一个上。首先贮罐8和10被用来接受氮化的液体产品食品并在氮气压力下保持，保持的时间应足够以在这段时间内使泡沫减少，其次输送液体进入加料器20。操作阀12和14按如下操作，使贮罐8接受和保持氮化的液体食品产品的同时，由贮罐10将已保持足够长的时间以使泡沫消失的液体食品产品输送到加料器20。一旦液体从贮罐10被送到加料器20，二个贮罐8和10的作用颠倒，贮罐8被用来输送液体食品产品而贮罐10接受和保持这种产品。每个贮罐8和10在它的底部有出口，流过的液体被送到加料器20。贮罐8有一位于它的出口的可人工或自动开一闭操作的阀16，而贮罐10有一相同的人工或自动操作断流阀18位于它的出口处。因此，通过适当打开和关闭相应的阀12、14、16和18，即能实现连续输送氮化的液体食品产品到加料器20。这样可实现连续生产罐装液体食品产品。

在开始输送液体食品产品到选用的贮罐8或10之前，先清洗贮罐8和10，然后在压力下用氮气加料。这压力例如是3大气绝压，在每个贮罐的上部空间保持其压力，通过有连续的氮气流分别经由进口管22和24和出口管26和28进入贮罐的上部空间32并从中排出来保持该压力。一般，在选用的贮罐中保持液体食品产品的时间至少为1小时。在这期间的最后，泡沫几乎完全没有了，这就能够使由加料器20到每个罐分配的液体食品产品有精确的量。

通过正位移泵30来实现从选用的贮罐8或10输送液体食品产品到加料器20。加料器20包括一在它的底部的有一分配嘴36的加料器杯34。通过控制在其间通过氮气来保持加料器30上部空间内38的氮气超大气压力，如3大气绝压。

罐（未示出）被提前放在加料器20下，并用一选定体积的氮化的液体食品产品装罐。在罐装料直到它被封闭，氮气通过或被吹扫过每个罐的敝开的嘴。然后用盖封闭罐，盖通过接缝机立即封住该处。然后，罐内的东西可被巴氏灭菌法灭菌。

一般，每百万分之50-100份（体积）的氮气可溶解于液体食品产品中。在平衡之后，一般，装料并密封的罐的平衡罐内部压力为从20-30Psig（在20℃）。

参照图2，在该图中描述的装置与图1所示的装置一样，在二图中相同部分用相同的标号注明，图2和图1之间基本的不同是，在图1中使用了与阀12、14、16和18相关连的二个贮罐8和10，而在图2所示的装置中，仅使用一个大容器贮罐，贮罐50在3大气绝压的超大气压的头部空间氮气压力下进行操作。该压力由进入头部空间52并从其中排出的氮气来保持，为此目的设置了一个进口54和出口56。贮罐50的容量大到足以能从底部的出口58连续排出不含泡沫的液体，而同时有泡沫流通过进口60被接受。在贮罐50中液体的平均停留时间足够容许泡沫消失。在另一方面，如图2所示的装置的操作与图1所示的相类似。

为用碳化饮料装罐，一般，可以用传统设备部分构成加料器20，之后氮溶解设备，和贮存氮化液体食品产品的设备可以被后装配到加料器20上。

Claims (10)

1、一种用非碳化液体食品产品装载具有柔性壁的容器内的方法，包括在碳化液体中溶解氮气、保持含溶解氮的液体食品产品在氮气压力下至少10分钟，上述期间足以使在溶解氮期间形成泡沫消失，然后将液体引入容器，之后气密性地封闭容器，在引入容器内的液体中溶解的氮气的浓度为，在它们封闭之后，溶解气体可以从每个容器内的溶液中逸出而在容器内产生一超大气压内压力以抵抗在一般装卸中容器壁的变形。

2、按照权利要求1的方法，其特征在于在湍动的液体食品产品流中溶解泡沫状氮。

3、按照权利要求1或2的方法，其特征在于在通过液体的冷却装置中溶解一些氮。

4、按照前述权利要求任一个权利要求的方法，其特征是容器是罐，每个装载罐在平衡后有-在20℃的20-30psig的内部罐压力。

5、按照权利要求4的方法，其特征是加料器的头部空间内的压力至少等于在保持液体时使泡沫消失下的压力。

6、按照权利要求5的方法，包括将氮气通加料器头部空间的步骤。

7、按照前述权利要求的任一权利要求的方法，其特征在于在加料期间，在每个容器嘴上方通过氮。

8、按照前述权利要求的任一个权利要求的方法，其特征在于有一组保持容器，而使用一个或多个的保持容器接受和贮存氮化的液体食品产品，而至少另一个保持容器输送氮化液体进入容器加料站。

9、按照权利要求1-7的任一个权利要求的方法，其特征是氮化液体产品被贮存在一具有在其进口以下足够低位置的出口的单个容器内，以便于不含泡沫的液体连续地从其出口排出并通向容器加料站。

10、用前述权利要求任一个权利要求的方法加料的容器。

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