摘要:為了解決食品飲料超高速包裝線生產(chǎn)過(guò)程中的倒瓶率高、輸送鏈微生物滋生和潤(rùn)滑泡沫過(guò)多等技術(shù)難題，根據(jù)輸送鏈運(yùn)行特點(diǎn)和潤(rùn)滑原理進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，采用多組正交試驗(yàn)進(jìn)行配方篩選優(yōu)化，在超高速包裝生產(chǎn)線進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證測(cè)試，完成集潤(rùn)滑、抑菌和無(wú)泡為一體的食品飲料超高速包裝線輸送鏈潤(rùn)滑劑配方產(chǎn)品研發(fā)。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，在 48000 瓶/h 生產(chǎn)線上，對(duì) 0.1%、0.2%、0.3%、0.4% 和 0.5% 應(yīng)用濃度進(jìn)行上線測(cè)試，各項(xiàng)性能指標(biāo)隨濃度增大而提高。潤(rùn)滑劑濃度為 0.2% 時(shí)，平均摩擦拉力為0.541N、倒瓶率為4.3 × 10－ 3% 、潤(rùn)滑殘液活菌數(shù) 0 /100mL 和實(shí)現(xiàn)無(wú)泡性能，已完全滿足食品飲料超高速包裝線生產(chǎn)輸送鏈潤(rùn)滑的要求，解決我國(guó)食品飲料超高速包裝線輸送鏈潤(rùn)滑的共性技術(shù)難題。
近年來(lái)食品飲料行業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)方式快速向規(guī)模化、集中化、自動(dòng)化、超高速化轉(zhuǎn)變，單線生產(chǎn)能力達(dá)到每小時(shí)幾萬(wàn)乃至十幾萬(wàn)瓶的超高速包裝線(灌裝速度在 40000 瓶/h 以上)快速增加。食品飲料超高速包裝生產(chǎn)線運(yùn)行具有如下特點(diǎn):
(1)瓶子與鏈條之間，鏈條與鏈條軌道之間為滑動(dòng)摩擦;鏈條節(jié)環(huán)處為滾動(dòng)摩擦;
(2)輸送鏈條運(yùn)行速度快，快速無(wú)壓力區(qū)(如空瓶檢驗(yàn)區(qū)、灌裝區(qū)以及貼標(biāo)區(qū))可達(dá)到 3 ～5m/s;變速區(qū)速度變化梯度大，鏈板變速或產(chǎn)品在不同速度鏈板間切換時(shí)極易發(fā)生倒瓶，潤(rùn)滑劑的好壞對(duì)生產(chǎn)效率起著決定性作用;
(3)倒瓶時(shí)擠壓或封蓋不緊造成飲料或乳品泄露，且由于生產(chǎn)環(huán)境高溫高濕，適宜微生物滋生;
(4)輸送鏈條的潤(rùn)滑由浸泡式潤(rùn)滑向中央集中分配的噴淋式潤(rùn)滑轉(zhuǎn)變;
(5)無(wú)菌冷灌裝逐漸成啤酒飲料乳品行業(yè)主流。食品工業(yè)包裝生產(chǎn)線輸送鏈潤(rùn)滑，可減小輸送鏈板的磨損和提高生產(chǎn)線效率，同時(shí)防止生產(chǎn)線微物滋生。本文針對(duì)食品飲料超高速包裝線特點(diǎn)及技術(shù)難題，進(jìn)行了超高速包裝線輸送鏈潤(rùn)滑劑配方研制及應(yīng)用開發(fā)的闡述。
1 試驗(yàn)材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料與儀器
黑曲霉(Aspergillus niger)ATCC16404 購(gòu)自廣東微生物研究所;玫瑰紅鈉瓊脂培養(yǎng)基(ＲoseBengal AgarⅡ) 購(gòu)自廣東環(huán)凱微生物科技有限公司;脂肪胺、冰醋酸、聚乙二醇、脂肪醇醚、三氯羥基二苯醚、季銨鹽、乙醇、封端脂肪醇聚氧乙烯醚、有機(jī)硅和聚醚，均為市售工業(yè)級(jí)化工原料。GM-1 型摩擦系數(shù)測(cè)定儀 ( 廣州標(biāo)際包裝設(shè)備有限公司);LDZX-30KBS 型高壓蒸氣滅菌鍋(上海申安醫(yī)療器械廠);HH-2 型恒溫水浴鍋(金壇市富華儀器有限公司);FA1104 型電子分析天平(上海民橋精密儀器有限公司);DＲP-9082 型電熱恒溫培養(yǎng)箱(上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司);SW-CJ-5 型超凈工作臺(tái) ( 上海錦屏儀器有限公司);2151 型標(biāo)準(zhǔn)型羅氏泡沫儀(上海銀澤儀器設(shè)備有限公司);在線全自動(dòng)摩擦拉力時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(自制)。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 配方設(shè)計(jì)
根據(jù)食品飲料超高速包裝線運(yùn)行特點(diǎn)，配方設(shè)計(jì)考慮到:
(1)潤(rùn)滑性能，輸送鏈潤(rùn)滑以邊界潤(rùn)滑為主，通過(guò)潤(rùn)滑成分在界面吸附形成單分子膜，達(dá)到減磨減阻作用，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑;
(2)抑菌性能，食品飲料生產(chǎn)車間環(huán)境高溫高濕，存在包裝破損溢流物等條件下，微生物極易滋生，特別是菌冷灌裝生產(chǎn)線，對(duì)微生物控制提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此抑菌性能成為輸送鏈潤(rùn)滑劑主要性能之一;
(3)泡沫性能，快速運(yùn)行輸送鏈?zhǔn)節(jié)櫥寒a(chǎn)生大量泡沫，泡沫帶入包裝箱能使紙箱強(qiáng)度下降破損或霉變、粘附啤酒瓶底或瓶壁，自動(dòng)光檢機(jī)則誤判為污垢、溢流于車間，引起地面濕滑產(chǎn)生安全隱患等;
(4)水溶性好。潤(rùn)滑系統(tǒng)是采用潤(rùn)滑劑和生產(chǎn)用水瞬時(shí)稀釋至 200 ～500 倍，連續(xù)噴淋沖洗傳送帶，由于噴淋噴嘴直徑只有 0.2 ～ 0.4 mm，必須保證稀釋后完全溶解，在硬水中不生成沉淀，否則，長(zhǎng)期使用積累下來(lái)的不溶物或水垢將會(huì)堵塞噴淋器，甚至?xí)氯苈罚斐杉袧?rùn)滑系統(tǒng)癱瘓;
(5)潤(rùn)滑殘液不污染環(huán)境。因此本研制配方選用脂肪胺、冰醋酸、聚乙二醇、脂肪醇醚、三氯羥基二苯醚、季銨鹽、乙醇、封端脂肪醇聚氧乙烯醚、有機(jī)硅和聚醚進(jìn)行篩選復(fù)配。
1.2.2 潤(rùn)滑性能的篩選復(fù)配
試驗(yàn)選用脂肪胺、冰醋酸、聚乙二醇和脂肪醇醚為因素，按正交試驗(yàn)表進(jìn)行配制鏈條潤(rùn)滑劑，將鏈條潤(rùn)滑劑∶水為 1︰500 進(jìn)行稀釋后添加于兩接觸面間，用摩擦系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定兩摩擦面間的摩擦系數(shù)，進(jìn)行潤(rùn)滑性能配方優(yōu)化，摩擦系數(shù)越小則潤(rùn)滑效果越優(yōu)異。
1.2.3 抑菌性能試驗(yàn)
試驗(yàn)以 1.2.2 優(yōu)選配方為基礎(chǔ)配方，選用三氯羥基二苯醚、季銨鹽和乙醇為因素，按正交試驗(yàn)表進(jìn)行配制鏈條潤(rùn)滑劑。取直徑為 80mm 的無(wú)菌試片放入活濃度約為 200 ～300cfu / mL 孢子懸液中浸泡 5min，取出室溫風(fēng)干，放入鏈條潤(rùn)滑劑∶水為 1︰500 進(jìn)行稀釋的潤(rùn)滑液中，放置 120min，取出放入培養(yǎng)皿中注入培養(yǎng)基，在 25℃培養(yǎng) 72h，計(jì)數(shù)存活菌數(shù)，同時(shí)進(jìn)行陽(yáng)性對(duì)照，計(jì)算抑菌率。并測(cè)定其摩擦系數(shù)，以抑菌率和摩擦系數(shù)為判定依據(jù)，進(jìn)行抑菌性能配方優(yōu)化。
抑菌率(%) =對(duì)照組菌數(shù) －試驗(yàn)組菌數(shù)對(duì)照組平均活菌數(shù)× 100
1.2.4 泡沫性能試驗(yàn)
試驗(yàn)以 1.2.3 優(yōu)選配方為基礎(chǔ)配方，選用封端脂肪醇聚氧乙烯醚、聚醚和有機(jī) 硅為因素，按正交試驗(yàn)表進(jìn)行配方制鏈條潤(rùn)滑劑。稱取鏈條潤(rùn)滑劑10g，用蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)移至 1000mL 容量瓶中，并稀釋到刻度，搖勻。再將溶液置于20 ±0．5℃恒溫水浴30min 后，按GB/T13173—2009《洗衣粉》中第 11 章的規(guī)定進(jìn)行。以泡沫高度(1%水溶液，2min)為判定依據(jù)，進(jìn)行無(wú)泡配方優(yōu)化。
1.2.5 生產(chǎn)線應(yīng)用測(cè)試
在線速為48000 瓶/h 的生產(chǎn)線上進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試。對(duì)輸送鏈板和潤(rùn)滑液分配系統(tǒng)進(jìn)行全面清洗后，將潤(rùn)滑劑添加泵吸管插入待測(cè)潤(rùn)滑劑中，自動(dòng)運(yùn)行30min，待生產(chǎn)線各設(shè)備正常運(yùn)行后，開始測(cè)試。(1)摩擦力測(cè)試。用自制全自動(dòng)潤(rùn)滑摩擦力測(cè)試裝置連續(xù)時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 900s，取平均值;(2)倒瓶率。在生產(chǎn)線正常運(yùn)行下，統(tǒng)計(jì) 120min 內(nèi)的倒瓶總數(shù)和總灌裝瓶數(shù)，計(jì)算倒瓶率。倒瓶率(%) =倒瓶數(shù)/總生產(chǎn)瓶數(shù) ×100;(3)回收潤(rùn)滑液活菌檢驗(yàn)。取潤(rùn)滑殘液 100mL 用無(wú)菌過(guò)濾膜進(jìn)行過(guò)濾，用無(wú)菌生理鹽水沖洗3 次后，將過(guò)濾膜貼在平板培養(yǎng)基上在25℃下培養(yǎng)72h，計(jì)數(shù)存活菌數(shù);(4)泡沫情況。生產(chǎn)線連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行4h 后，觀察輸送鏈板和潤(rùn)滑液回收槽中是否有泡沫積累或溢出。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 潤(rùn)滑性能
試驗(yàn)通過(guò)采用 4 因素 3 水平正交試驗(yàn)進(jìn)行配方優(yōu)化脂肪醇醚對(duì)摩擦系數(shù)的影響最大，其次是聚乙二醇和脂肪胺，冰醋酸最小。最佳的反應(yīng)條件是 A1B2C3D3，即脂肪胺2.5%，聚乙二醇 3.0%，冰醋酸 2.0% 和脂肪醇醚 4.0%。在最佳條件下做試驗(yàn)，得出最終摩擦系數(shù)為 0.076。
2.2 抑菌性能
試驗(yàn)通過(guò)采用 3 因素 3 水平正交試驗(yàn)進(jìn)行配方優(yōu)化。
三氯羥基二苯醚對(duì)抑菌率的影響最大，其次是季銨鹽，乙醇最小，但由于三氯羥基二苯醚水中溶解度較低，水溶液具有弱陰離子特性，添加量大于 0.2% 時(shí)，與陽(yáng)離子表面活性劑特性的脂肪胺和季銨鹽產(chǎn)生吉抗作用，對(duì)潤(rùn)滑性能有一定影響;脂肪醇醚對(duì)三氯羥基二苯醚有封閉作用，通過(guò)乙醇對(duì)其解封閉。因此綜合考慮抑菌率和摩擦系數(shù)，選擇最佳的反應(yīng)條件為 A2B2C3，即脂肪胺 2.5%，聚乙二醇 3.0%，冰醋酸 2.0%、脂肪醇醚 4.0%、三氯羥基二苯醚 0.2%，季銨鹽0.4% 和乙醇 3.0% 。在最佳條件下做試驗(yàn)，得出最終抑菌率 100%和摩擦系數(shù)為 0.076。
2.3 泡沫性能
試驗(yàn)通過(guò)采用 3 因素 2 水平正交試驗(yàn)進(jìn)行配方優(yōu)化。
封端脂肪醇聚氧乙烯醚對(duì)泡沫高度的影響最大，其次是聚醚和有機(jī)硅。最佳的反應(yīng)條件是 A2B2C2，同時(shí) A2B1C2和 A2B2C1均以滿足要求，考慮到有機(jī)硅的溶解分散性能較差，因此選擇 A2B2C1最優(yōu)配方，即脂肪胺 2.5%，聚乙二醇3.0% ，冰醋酸 2.0% 、脂肪醇醚 4.0% 、三氯羥基二苯醚 0.2%，季銨鹽 0.4%、乙醇 3.0%、封端脂肪醇聚氧乙烯醚 0.5%，聚醚 0.3% 和有機(jī)硅0.05% 。在最佳條件下做試驗(yàn)，得出最終泡沫高度 0，抑菌率 100%和摩擦系數(shù)為 0.075。
2.4 生產(chǎn)線應(yīng)用測(cè)試
在廈門某飲料廠 48000 瓶/h 500mL PET 瓶生產(chǎn)線上對(duì)研制鏈條潤(rùn)滑劑進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試在灌裝速度為 48000 瓶/h的 500mL PET 瓶生產(chǎn)線上，潤(rùn)滑劑濃度在 0.1%～ 0.5% 時(shí)，摩擦拉力和倒瓶率隨濃度的增大而降低，倒瓶率在 0.1% 到 0.2% 階段快速下降，而后逐漸趨緩。潤(rùn)滑劑濃度為 0.2% 時(shí)，摩擦拉力為0.541N，倒瓶率為 43 × 10－ 4%，具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性能;潤(rùn)滑回收液活菌數(shù)為 0/100mL，具備了優(yōu)異的抑菌性能;輸送鏈板表面滑泡沫，潤(rùn)滑液回收槽沒(méi)泡沫積累，實(shí)現(xiàn)無(wú)泡性能。
來(lái)源：惠合膠體磨設(shè)備廠

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食品飲料超高速包裝輸送鏈潤(rùn)滑劑研究與應(yīng)用