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        食品飲料超高速包裝輸送鏈潤滑劑研究與應用

        文章來源:未知 發布日期:2014-08-14 15:19:00作者:admin 點擊次數:
        摘要:為了解決食品飲料超高速包裝線生產過程中的倒瓶率高、輸送鏈微生物滋生和潤滑泡沫過多等技術難題,根據輸送鏈運行特點和潤滑原理進行配方設計,采用多組正交試驗進行配方篩選優化,在超高速包裝生產線進行應用驗證測試,完成集潤滑、抑菌和無泡為一體的食品飲料超高速包裝線輸送鏈潤滑劑配方產品研發。經試驗測試,在 48000 瓶/h 生產線上,對 0.1%、0.2%、0.3%、0.4% 和 0.5% 應用濃度進行上線測試,各項性能指標隨濃度增大而提高。潤滑劑濃度為 0.2% 時,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 和實現無泡性能,已完全滿足食品飲料超高速包裝線生產輸送鏈潤滑的要求,解決我國食品飲料超高速包裝線輸送鏈潤滑的共性技術難題。
        近年來食品飲料行業的快速發展,生產方式快速向規;、集中化、自動化、超高速化轉變,單線生產能力達到每小時幾萬乃至十幾萬瓶的超高速包裝線(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線運行具有如下特點:
        (1)瓶子與鏈條之間,鏈條與鏈條軌道之間為滑動摩擦;鏈條節環處為滾動摩擦;
        (2)輸送鏈條運行速度快,快速無壓力區(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,鏈板變速或產品在不同速度鏈板間切換時極易發生倒瓶,潤滑劑的好壞對生產效率起著決定性作用;
        (3)倒瓶時擠壓或封蓋不緊造成飲料或乳品泄露,且由于生產環境高溫高濕,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)無菌冷灌裝逐漸成啤酒飲料乳品行業主流。食品工業包裝生產線輸送鏈潤滑,可減小輸送鏈板的磨損和提高生產線效率,同時防止生產線微物滋生。本文針對食品飲料超高速包裝線特點及技術難題,進行了超高速包裝線輸送鏈潤滑劑配方研制及應用開發的闡述。
        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);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);在線全自動摩擦拉力時時監測系統(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運行特點,配方設計考慮到:
        (1)潤滑性能,輸送鏈潤滑以邊界潤滑為主,通過潤滑成分在界面吸附形成單分子膜,達到減磨減阻作用,實現潤滑;
        (2)抑菌性能,食品飲料生產車間環境高溫高濕,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線,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,自動光檢機則誤判為污垢、溢流于車間,引起地面濕滑產生安全隱患等;
        (4)水溶性好。潤滑系統是采用潤滑劑和生產用水瞬時稀釋至 200 ~500 倍,連續噴淋沖洗傳送帶,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,長期使用積累下來的不溶物或水垢將會堵塞噴淋器,甚至會堵塞管路,造成集中潤滑系統癱瘓;
        (5)潤滑殘液不污染環境。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,按正交試驗表進行配制鏈條潤滑劑,將鏈條潤滑劑∶水為 1︰500 進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,進行潤滑性能配方優化,摩擦系數越小則潤滑效果越優異。
        1.2.3 抑菌性能試驗
            試驗以 1.2.2 優選配方為基礎配方,選用三氯羥基二苯醚、季銨鹽和乙醇為因素,按正交試驗表進行配制鏈條潤滑劑。取直徑為 80mm 的無菌試片放入活濃度約為 200 ~300cfu / mL 孢子懸液中浸泡 5min,取出室溫風干,放入鏈條潤滑劑∶水為 1︰500 進行稀釋的潤滑液中,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,同時進行陽性對照,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,進行抑菌性能配方優化。
        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,按正交試驗表進行配方制鏈條潤滑劑。稱取鏈條潤滑劑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 章的規定進行。以泡沫高度(1%水溶液,2min)為判定依據,進行無泡配方優化。
        1.2.5 生產線應用測試
            在線速為48000 瓶/h 的生產線上進行應用測試。對輸送鏈板和潤滑液分配系統進行全面清洗后,將潤滑劑添加泵吸管插入待測潤滑劑中,自動運行30min,待生產線各設備正常運行后,開始測試。(1)摩擦力測試。用自制全自動潤滑摩擦力測試裝置連續時時監測 900s,取平均值;(2)倒瓶率。在生產線正常運行下,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/總生產瓶數 ×100;(3)回收潤滑液活菌檢驗。取潤滑殘液 100mL 用無菌過濾膜進行過濾,用無菌生理鹽水沖洗3 次后,將過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。生產線連續穩定運行4h 后,觀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
            試驗通過采用 4 因素 3 水平正交試驗進行配方優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
            試驗通過采用 3 因素 3 水平正交試驗進行配方優化。
            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,與陽離子表面活性劑特性的脂肪胺和季銨鹽產生吉抗作用,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
            試驗通過采用 3 因素 2 水平正交試驗進行配方優化。
            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 A2B1C2和 A2B2C1均以滿足要求,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 生產線應用測試
            在廈門某飲料廠 48000 瓶/h 500mL PET 瓶生產線上對研制鏈條潤滑劑進行應用測試在灌裝速度為 48000 瓶/h的 500mL PET 瓶生產線上,潤滑劑濃度在 0.1%~ 0.5% 時,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,摩擦拉力為0.541N,倒瓶率為 43 × 10- 4%,具有優異的潤滑性能;潤滑回收液活菌數為 0/100mL,具備了優異的抑菌性能;輸送鏈板表面滑泡沫,潤滑液回收槽沒泡沫積累,實現無泡性能。
        來源:惠合膠體磨設備廠
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