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食品飲料超高速包裝輸送鏈潤滑劑研究與應用

文章來(lái)源:未知 發(fā)布日期:2014-08-14 15:19:00作者:admin 點(diǎn)擊次數: 次
摘要:為了解決食品飲料超高速包裝線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的倒瓶率高、輸送鏈微生物滋生和潤滑泡沫過(guò)多等技術(shù)難題，根據輸送鏈運行特點(diǎn)和潤滑原理進(jìn)行配方設計，采用多組正交試驗進(jìn)行配方篩選優(yōu)化，在超高速包裝生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行應用驗證測試，完成集潤滑、抑菌和無(wú)泡為一體的食品飲料超高速包裝線(xiàn)輸送鏈潤滑劑配方產(chǎn)品研發(fā)。經(jīng)試驗測試，在 48000 瓶/h 生產(chǎn)線(xiàn)上，對 0.1%、0.2%、0.3%、0.4% 和 0.5% 應用濃度進(jìn)行上線(xiàn)測試，各項性能指標隨濃度增大而提高。潤滑劑濃度為 0.2% 時(shí)，平均摩擦拉力為0.541N、倒瓶率為4.3 × 10－ 3% 、潤滑殘液活菌數 0 /100mL 和實(shí)現無(wú)泡性能，已完全滿(mǎn)足食品飲料超高速包裝線(xiàn)生產(chǎn)輸送鏈潤滑的要求，解決我國食品飲料超高速包裝線(xiàn)輸送鏈潤滑的共性技術(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�；�、集中化、自動(dòng)化、超高速化轉變，單線(xiàn)生產(chǎn)能力達到每小時(shí)幾萬(wàn)乃至十幾萬(wàn)瓶的超高速包裝線(xiàn)(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(xiàn)運行具有如下特點(diǎn):
(1)瓶子與鏈條之間，鏈條與鏈條軌道之間為滑動(dòng)摩擦;鏈條節環(huán)處為滾動(dòng)摩擦;
(2)輸送鏈條運行速度快，快速無(wú)壓力區(如空瓶檢驗區、灌裝區以及貼標區)可達到 3 ～5m/s;變速區速度變化梯度大，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，潤滑劑的好壞對生產(chǎn)效率起著(zhù)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)輸送鏈條的潤滑由浸泡式潤滑向中央集中分配的噴淋式潤滑轉變;
(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(xiàn)輸送鏈潤滑，可減小輸送鏈板的磨損和提高生產(chǎn)線(xiàn)效率，同時(shí)防止生產(chǎn)線(xiàn)微物滋生。本文針對食品飲料超高速包裝線(xiàn)特點(diǎn)及技術(shù)難題，進(jìn)行了超高速包裝線(xiàn)輸送鏈潤滑劑配方研制及應用開(kāi)發(fā)的闡述。
1 試驗材料與方法
1.1 試驗材料與儀器
    黑曲霉(Aspergillus niger)ATCC16404 購自廣東微生物研究所;玫瑰紅鈉瓊脂培養基(ＲoseBengal AgarⅡ) 購自廣東環(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、有機硅和聚醚，均為市售工業(yè)級化工原料。GM-1 型摩擦系數測定儀 ( 廣州標際包裝設備有限公司);LDZX-30KBS 型高壓蒸氣滅菌鍋(上海申安醫療器械廠(chǎng));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 型電熱恒溫培養箱(上海森信實(shí)驗儀器有限公司);SW-CJ-5 型超凈工作臺 ( 上海錦屏儀器有限公司);2151 型標準型羅氏泡沫儀(上海銀澤儀器設備有限公司);在線(xiàn)全自動(dòng)摩擦拉力時(shí)時(shí)監測系統(自制)。
1.2 試驗方法
1.2.1 配方設計
根據食品飲料超高速包裝線(xiàn)運行特點(diǎn)，配方設計考慮到:
(1)潤滑性能，輸送鏈潤滑以邊界潤滑為主，通過(guò)潤滑成分在界面吸附形成單分子膜，達到減磨減阻作用，實(shí)現潤滑;
(2)抑菌性能，食品飲料生產(chǎn)車(chē)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(xiàn)，對微生物控制提出嚴峻挑戰，因此抑菌性能成為輸送鏈潤滑劑主要性能之一;
(3)泡沫性能，快速運行輸送鏈使潤滑液產(chǎn)生大量泡沫，泡沫帶入包裝箱能使紙箱強度下降破損或霉變、粘附啤酒瓶底或瓶壁，自動(dòng)光檢機則誤判為污垢、溢流于車(chē)間，引起地面濕滑產(chǎn)生安全隱患等;
(4)水溶性好。潤滑系統是采用潤滑劑和生產(chǎn)用水瞬時(shí)稀釋至 200 ～500 倍，連續噴淋沖洗傳送帶，由于噴淋?chē)娮熘睆街挥?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(cháng)期使用積累下來(lái)的不溶物或水垢將會(huì )堵塞噴淋器，甚至會(huì )堵塞管路，造成集中潤滑系統癱瘓;
(5)潤滑殘液不污染環(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、有機硅和聚醚進(jìn)行篩選復配。
1.2.2 潤滑性能的篩選復配
    試驗選用脂肪胺、冰醋酸、聚乙二醇和脂肪醇醚為因素，按正交試驗表進(jìn)行配制鏈條潤滑劑，將鏈條潤滑劑∶水為 1︰500 進(jìn)行稀釋后添加于兩接觸面間，用摩擦系數測定儀測定兩摩擦面間的摩擦系數，進(jìn)行潤滑性能配方優(yōu)化，摩擦系數越小則潤滑效果越優(yōu)異。
1.2.3 抑菌性能試驗
    試驗以 1.2.2 優(yōu)選配方為基礎配方，選用三氯羥基二苯醚、季銨鹽和乙醇為因素，按正交試驗表進(jìn)行配制鏈條潤滑劑。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，放入鏈條潤滑劑∶水為 1︰500 進(jìn)行稀釋的潤滑液中，放置 120min，取出放入培養皿中注入培養基，在 25℃培養 72h，計數存活菌數，同時(shí)進(jìn)行陽(yáng)性對照，計算抑菌率。并測定其摩擦系數，以抑菌率和摩擦系數為判定依據，進(jìn)行抑菌性能配方優(yōu)化。
抑菌率(%) =對照組菌數 － 試驗組菌數對照組平均活菌數× 100
1.2.4 泡沫性能試驗
    試驗以 1.2.3 優(yōu)選配方為基礎配方，選用封端脂 肪 醇 聚 氧 乙 烯 醚、聚 醚 和 有 機 硅 為 因素，按正交試驗表進(jìn)行配方制鏈條潤滑劑。稱(chēng)取鏈條潤滑劑10g，用蒸餾水溶解，轉移至 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 章的規定進(jìn)行。以泡沫高度(1%水溶液，2min)為判定依據，進(jìn)行無(wú)泡配方優(yōu)化。
1.2.5 生產(chǎn)線(xiàn)應用測試
    在線(xiàn)速為48000 瓶/h 的生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行應用測試。對輸送鏈板和潤滑液分配系統進(jìn)行全面清洗后，將潤滑劑添加泵吸管插入待測潤滑劑中，自動(dòng)運行30min，待生產(chǎn)線(xiàn)各設備正常運行后，開(kāi)始測試。(1)摩擦力測試。用自制全自動(dòng)潤滑摩擦力測試裝置連續時(shí)時(shí)監測 900s，取平均值;(2)倒瓶率。在生產(chǎn)線(xiàn)正常運行下，統計 120min 內的倒瓶總數和總灌裝瓶數，計算倒瓶率。倒瓶率(%) =倒瓶數/總生產(chǎn)瓶數 ×100;(3)回收潤滑液活菌檢驗。取潤滑殘液 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)濾膜貼在平板培養基上在25℃下培養72h，計數存活菌數;(4)泡沫情況。生產(chǎn)線(xiàn)連續穩定運行4h 后，觀(guān)察輸送鏈板和潤滑液回收槽中是否有泡沫積累或溢出。
2 試驗結果與討論
2.1 潤滑性能
    試驗通過(guò)采用 4 因素 3 水平正交試驗進(jìn)行配方優(yōu)化脂肪醇醚對摩擦系數的影響最大，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，得出最終摩擦系數為 0.076。
2.2 抑菌性能
    試驗通過(guò)采用 3 因素 3 水平正交試驗進(jìn)行配方優(yōu)化。
    三氯羥基二苯醚對抑菌率的影響最大，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，對潤滑性能有一定影響;脂肪醇醚對三氯羥基二苯醚有封閉作用，通過(guò)乙醇對其解封閉。因此綜合考慮抑菌率和摩擦系數，選擇最佳的反應條件為 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，得出最終抑菌率 100%和摩擦系數為 0.076。
2.3 泡沫性能
    試驗通過(guò)采用 3 因素 2 水平正交試驗進(jìn)行配方優(yōu)化。
    封端脂肪醇聚氧乙烯醚對泡沫高度的影響最大，其次是聚醚和有機硅。最佳的反應條件是 A2B2C2，同時(shí) A2B1C2和 A2B2C1均以滿(mǎn)足要求，考慮到有機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% 和有機硅0.05% 。在最佳條件下做試驗，得出最終泡沫高度 0，抑菌率 100%和摩擦系數為 0.075。
2.4 生產(chǎn)線(xiàn)應用測試
    在廈門(mén)某飲料廠(chǎng) 48000 瓶/h 500mL PET 瓶生產(chǎn)線(xiàn)上對研制鏈條潤滑劑進(jìn)行應用測試在灌裝速度為 48000 瓶/h的 500mL PET 瓶生產(chǎn)線(xiàn)上，潤滑劑濃度在 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)異的潤滑性能;潤滑回收液活菌數為 0/100mL，具備了優(yōu)異的抑菌性能;輸送鏈板表面滑泡沫，潤滑液回收槽沒(méi)泡沫積累，實(shí)現無(wú)泡性能。
來(lái)源：惠合膠體磨設備廠(chǎng)
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