專利名稱：在液體中溶解氣體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液體中溶解一種氣體，是在柔性容器中充裝液體方法的一部分，所述柔性容器如一般由鋁或鋼形成的薄壁罐和塑料瓶。
在一些罐裝和瓶裝工業(yè)中，最近幾年內有這樣的趨勢，對于在罐裝或瓶裝人工碳化飲料時，將傳統(tǒng)的硬質鋼罐和硬質玻璃瓶用具有柔性壁的容器替代，罐裝或瓶裝加工包括在壓力下用二氧化碳飽和飲料，以及在壓力下排出飲料進入待加料的開口的容器中。然后封閉和密封容器。二氧化碳在密封的容器內從溶液中逸出來從而在每個密封的頭部空間產生壓力，這壓力可足以抵抗在正常的輸送和堆垛期間容器壁的變形。為了在每個罐的頭部空間產生所必須的超大氣壓力，一般在每體積液體中(在15℃測定)溶解2.5體積以上的二氧化碳。在一些飲料中，特別是軟飲料中，不認為這種碳化作用的水平對飲料的質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體食品產品，包括其它飲料，這種碳化作用的水平是不能接受的。確實，許多液體食品產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們的包裝，除非提供另外的供給高于大氣壓的內壓的裝置。
為供給這種其它裝置的大部分嘗試是根據使用通常所說的液氮微滴分布器。這種裝置在容器最后封裝之前輸送小劑量液氮進入每個加料的容器內。液氮幾乎瞬時蒸發(fā)，考慮到1體體積的液氮可產生大約600體積的氮氣，所以可在容器的頭部空間產生超大氣壓力。因為新式的罐裝生產線可在高達2000罐每分鐘以上的速度下操作，在設計這種小液滴分布器時應考慮相當多的問題，以便能輸送每分鐘高達2000相等單元數量的液氮。至今這些問題沒有充分解決，并且有明顯變化的趨勢，既使在罐裝生產線速度大大低于2000罐每分鐘時，在封裝罐的頭部空間內的壓力還達不到可接受的值。另一種常與操作液氮微滴分布器有關的困難是傳統(tǒng)方式中在罐裝過程中，要將非氧化性氣體如氮氣或二氧化碳吹掃開口容器的嘴部，當該容器充滿并達到其封口時間時，非氧化氣體為此目的的最佳流速趨向于將氮氣從罐的頭部空間中抽出并引起密封罐內部壓力產生不適當的變化。因而趨向于用低于最佳非氧化氣體流速穿過開口容器的嘴，其結果是每個容器頭部空間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。
確實，在現有技術中有許多替代的建議。例如us專利4347695公開了一種非碳化飲料瓶裝或罐裝方法。一種除二氧化碳以外的惰性氣體如氮氣被注入非碳化飲料中。然后，將生成的含溶解氮的飲料在去向加料器的通路上引入到冷卻器中，使用加料器用氮化的飲料裝罐或瓶。允許惰性氣體在封裝容器之前，在裝料的容器中從飲料中逸出。釋出氣體的量足夠從飲料中移走溶解的氧氣，然后從容器的頭部空間驅除空氣。在飲料中應保持足夠的氣體以在容器被密封后產生超大氣壓力?，F已表明，頭部空間的氧含量的降低，優(yōu)于用氮氣吹掃氣流通過頭部空間所實現的值。它進一步公開了為了免除或者將過量泡沫形成減至最小，最好，計量氣體將其注入流動的飲料流中。過量泡沫形成降至最小的具體含義是當容器按傳統(tǒng)容量加料時，不使液體被帶出容器的封閉區(qū)之外。
GB-A-2134496名義上涉及用不嘶嘶發(fā)泡聲的或基本沒有碳化的飲料灌裝薄壁罐。然而在該專利描述的方法中，要求用二氧化碳加入到氮氣中以產生罐內壓力。這樣使用二氧化碳在許多液體食品產品中是不能被接受的。
GB-A-2203417涉及的是用非碳化液體裝載如罐或塑料瓶這樣的柔性容器。氬被溶解于液體中。將液體通入加料器的器皿內并在此用液體充滿容器。然后將容器密封。由于氬氣比氮氣的溶解度大，從而可產生相對較高的頭部壓力。但是不幸的是在英國和一些其它國家，氬沒有被批準為食品添加劑。并且這缺點導致GB-A-2203417描述方法在工業(yè)開發(fā)上減緩。
GB-A-2089191公開了在用液體食品充裝容器之前在液體食品中通過預溶解惰性氣體在封裝了的容器中產生了超大氣壓力。在液體食品通向罐裝加料站的路途中的氣化裝置中將氣體溶解在液體食品中。
FR-A-2636918公開了一種方法，在該方法中為了用果汁充裝薄壁容器。將氮氣溶解在冷卻水中并且將生成的氮化水在通向加料站路途中間的管線中與脫氧的濃縮果汁混合。然后容器被加料并密封，在容器被加料并密封，在容器內的液體中氮氣逸出來產生所必需的超大氣壓力。這個方法存在的缺點是同脫氧果汁混合的冷卻水將降低在水中溶解氮氣的量，因此限制了在容器內可產生的最大壓力。
在前述專利說明書中上述討論僅有一個，就是US-A-4347695提出液體起泡問題，認為這種起泡(有時稱起泡沫)可減至最小。我們發(fā)現這是對工業(yè)實踐所產生的情況的不實際的判斷。許多液體食品產品都含有可促使發(fā)泡的表面活性劑或其它物質。況且氮氣趨向于同這些物質互作用而產生相對穩(wěn)定的泡沫，因而所用的許多液體食品產品在實際應用中，當溶解氮氣時，起泡是不可能避免的。
本發(fā)明的目的是提供一種用液體食品產品裝載具有柔性壁的容器的方法，在上述的液體食品產品中氮氣溶解在液體中，以便能在每個密封容器內產生適宜的頭部空間壓力并在充裝容器時產生泡沫對其操作不會有不利的影響。
根據本發(fā)明所提供的用非碳化液體食品產品裝載具有柔性壁容器的方法包括在液體食品產品中溶解氮氣，在氮氣壓力下保持含溶解的氮氣的液體食品產品至少10分鐘，上述的持續(xù)時間對于在溶解氮氣期間形成泡沫直到消失應是足夠的，然后將液體引入到容器中，此后氣密性的封閉容器，在被引入到容器內的液體中溶解的氮氣的濃度為在容器封閉之后液體中溶解的氮氣能從每個容器的溶液中逸出而在容器內產生超大氣內壓力，該壓力能抵抗在一般搬運中它的壁的變形。
如果需要連續(xù)的輸送超過一個容器體積的液體，所述容器在所述氮氣壓力下保持該液體食品產品，則可使用一組盛裝容器，使用一個或多個容器輸送氮化液體至加料站，另一個或另一些容器則裝入或正盛裝氮化液體食品產品，也可使用一單個的保持容器，容器有一個位于充分低于液體進口以下位置的液體出口，可連續(xù)地從該出口排出不含泡沫的液體。
最好，在高于盛裝壓力的氮氣壓力下將氮氣溶入液體食品產品中。一般，溶解壓力是在3-6.5大氣絕壓[大氣壓(絕對)，下同]范圍內，而盛裝壓力是在2-3.5大氣絕壓的范圍內。
最好，供給足夠量氮氣與液體食品產品相接觸，以便在溶解壓力下用氮使它飽和。雖然應理解不可能全部氮氣可被溶解，而確實，實質上一般在溶解壓力下不必要使液體食品產品飽和。
任何傳統(tǒng)的設備可被用來在液體中溶解氮氣。最好在湍流、增壓的液體食品產品流中溶解氮氣。此外，將氮氣引入到液體食品產品的方法，最好是一種促進形成小的氮泡沫方法。例如，氮氣可通過文丘里被引入到液體食品產品流中，文丘里形狀應自然的形成有助于溶解氮氣的湍流。另一種方法可使用分布器，分布器是一帶在有一組小孔(如每個0.012mm)的管，它通常位于增壓流中以便由它的存在形成湍流。如果含有未溶解氮氣泡的啤酒湍流液流通過板式或板翅式熱交換氣，該板提供增強的從氣相氮到液相氮的傳遞表面積，則可相當程度的促進氮的溶解。因而，液氮食品產品通過冷凝器可溶解相當量的氮。最好，冷凝器可調節(jié)液體食品產品的溫度，這樣，當它離開冷凝器時其溫度應是或接近0℃。一般，生成的流體離開冷凝器呈泡沫狀。
氮化的液體食品產品可按一氮氣濃度保持一段時間，使得在該保持階段的最后，根據本發(fā)明的方法制成時，有充足的溶解了的氮氣以提供足夠的容器內壓力。
為了以期望值維持保持壓力，希望氮氣通入保持容器的頭部空間，而不是通過液體食品產品。
將液體食品產品引入容器的步驟一般包括輸送氮化液體食品產品從保持容器到加料容器。加料容器可以是如傳統(tǒng)的加料器皿。當處于加料容器內時，最好，將氮化液體食品產品在至少等于在保持密器內保持啤酒的氮氣壓力值的氮氣壓力下保持。因而，正位移泵優(yōu)選被使用于從保持容器到加料容器的液體食品產品的輸送。如果需要，可在保持密器和加料容器之間使用一緩沖容器，通過避免依靠在保持容器內的較高壓力和在加料容器內較低壓力之間的壓差的壓力傳遞系統(tǒng)來實現液體食品產品的傳輸，從而可以避免因液體食品產品從保持容器流到加料容器時任何顯著的泡沫變形。最好增壓的氮氣被提供給任意緩沖容器的頭部空間內，當給柔性壁容器(即薄壁罐或塑料瓶)加料時，按照本發(fā)明的方法，最好以低壓(如0.4psig)在每個被加料罐嘴的上方通過氮氣直到蓋被密封到罐上的時候(密封步驟在本領域有時稱為“接縫”)。這種氮氣流有助于加料后和封閉前使進入到罐的頭部內的空氣減至最少。
在從加料器排出液體食品產品和裝載液體食品產品的容器密封之間的短時間內，由于在這期間內液體食品產品受到比保持在加料器內壓力低的環(huán)境大氣壓力的作用，趨向于從溶液中逸出氮氣。因此，使操作罐裝生產線在或接近它的最大速度下操作，以使該期間減至非常短。
在罐即將密封之前使氮氣吹掃其內部的液體食品產品表面，不僅有助于降低封閉的罐內氧含量，而且我們相信還會加強平衡的罐壓力。我們知道在封閉之后的短時間內，可以隨后從在罐中保持的液體溶液中逸出來的所有氣體不會都逸出。平衡可如此實現即通過搖動或其它的擾動使得在罐內的氣相和液相良好的接觸，這樣可在罐的液體內溶解的氣體和頭部空間的氣體之間建立平衡。
如果液體食品產品要求脫氧，該步驟最好在上述溶解氮步驟的上游進行。如果要求，脫氧可由通過氮氣泡穿過液體來進行，以驅走溶液中溶解的氧氣。雖然這脫氧步驟將幫助在液體食品產品中提供一些溶解的氮氣。但該含量大大低于在每個加料的容器產生足以抵抗在普通裝運中的變形所需壓力所必須的氮氣量。
如果由混合二種以上的液體形成液體食品產品，最好，混合步驟應在上述在液體食品產品中溶解氮氣的步驟的上游完成。
根據本發(fā)明，可以用寬范圍的不同的已經氮化了的液體食品產品的任一種裝載柔性容器。液體食品產品可以是如果汁、牛奶、軟飲料、酒、食用油或蔬菜汁。
按照本發(fā)明的方法通過實例并參照附圖進行描述。


圖1是用液體食品產品裝罐的第一種裝置的流程圖。
圖2是用液體食品產品裝罐的另一種裝置的流程圖。
參照圖1，由泵2以5大氣絕壓泵送脫氧液體食品產品流通過一種氣體溶解裝置4，在該裝置內的待溶解氣體通過具有許多小孔的噴灑管(沒有表示)被引入一湍動的液體食品產品流中。一般在6大氣壓絕壓的氮氣流被引入流過氣體溶解裝置4的湍動的液體食品產品流中。氮氣進入湍動的液體食品產品流中呈泡沫狀。進入氣體溶解裝置4內氮氣對液流的體積流量比一般是1到3。溶解裝置4通常在0和4℃之間操作。生成的湍動的液體食品產品流含有溶解的氮和未溶解的氮泡沫，然后進入板翅式冷卻裝置6。當一些氮氣泡沫溶解于冷卻裝置6的上游同時，由于冷卻裝置6強化了液-氣接觸，其結果使氮氣進一步在冷卻裝置6溶解。由于在氮氣和液體之間的緊密接觸的結果，液體食品產品流呈泡沫狀離開冷卻裝置6。
為氮化液體食品產品設置貯罐8和10。人工或自動操作分別與貯罐8和10有關的斷流閥12和14配置在與冷卻裝置6出口相連接的貯罐8和10的任一個上。首先貯罐8和10被用來接受氮化的液體產品食品并在氮氣壓力下保持，保持的時間應足夠以在這段時間內使泡沫減少，其次輸送液體進入加料器20。操作閥12和14按如下操作，使貯罐8接受和保持氮化的液體食品產品的同時，由貯罐10將已保持足夠長的時間以使泡沫消失的液體食品產品輸送到加料器20。一旦液體從貯罐10被送到加料器20，二個貯罐8和10的作用顛倒，貯罐8被用來輸送液體食品產品而貯罐10接受和保持這種產品。每個貯罐8和10在它的底部有出口，流過的液體被送到加料器20。貯罐8有一位于它的出口的可人工或自動開一閉操作的閥16，而貯罐10有一相同的人工或自動操作斷流閥18位于它的出口處。因此，通過適當打開和關閉相應的閥12、14、16和18，即能實現連續(xù)輸送氮化的液體食品產品到加料器20。這樣可實現連續(xù)生產罐裝液體食品產品。
在開始輸送液體食品產品到選用的貯罐8或10之前，先清洗貯罐8和10，然后在壓力下用氮氣加料。這壓力例如是3大氣絕壓，在每個貯罐的上部空間保持其壓力，通過有連續(xù)的氮氣流分別經由進口管22和24和出口管26和28進入貯罐的上部空間32并從中排出來保持該壓力。一般，在選用的貯罐中保持液體食品產品的時間至少為1小時。在這期間的最后，泡沫幾乎完全沒有了，這就能夠使由加料器20到每個罐分配的液體食品產品有精確的量。
通過正位移泵30來實現從選用的貯罐8或10輸送液體食品產品到加料器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。通過控制在其間通過氮氣來保持加料器30上部空間內38的氮氣超大氣壓力，如3大氣絕壓。
罐(未示出)被提前放在加料器20下，并用一選定體積的氮化的液體食品產品裝罐。在罐裝料直到它被封閉，氮氣通過或被吹掃過每個罐的敝開的嘴。然后用蓋封閉罐，蓋通過接縫機立即封住該處。然后，罐內的東西可被巴氏滅菌法滅菌。
一般，每百萬分之50-100份(體積)的氮氣可溶解于液體食品產品中。在平衡之后，一般，裝料并密封的罐的平衡罐內部壓力為從20-30Psig(在20℃)。
參照圖2，在該圖中描述的裝置與圖1所示的裝置一樣，在二圖中相同部分用相同的標號注明，圖2和圖1之間基本的不同是，在圖1中使用了與閥12、14、16和18相關連的二個貯罐8和10，而在圖2所示的裝置中，僅使用一個大容器貯罐，貯罐50在3大氣絕壓的超大氣壓的頭部空間氮氣壓力下進行操作。該壓力由進入頭部空間52并從其中排出的氮氣來保持，為此目的設置了一個進口54和出口56。貯罐50的容量大到足以能從底部的出口58連續(xù)排出不含泡沫的液體，而同時有泡沫流通過進口60被接受。在貯罐50中液體的平均停留時間足夠容許泡沫消失。在另一方面，如圖2所示的裝置的操作與圖1所示的相類似。
為用碳化飲料裝罐，一般，可以用傳統(tǒng)設備部分構成加料器20，之后氮溶解設備，和貯存氮化液體食品產品的設備可以被后裝配到加料器20上。
權利要求
1.一種用非碳化液體食品產品裝載具有柔性壁的容器內的方法，包括在碳化液體中溶解氮氣、保持含溶解氮的液體食品產品在氮氣壓力下至少10分鐘，上述期間足以使在溶解氮期間形成泡沫消失，然后將液體引入容器，之后氣密性地封閉容器，在引入容器內的液體中溶解的氮氣的濃度為，在它們封閉之后，溶解氣體可以從每個容器內的溶液中逸出而在容器內產生一超大氣壓內壓力以抵抗在一般裝卸中容器壁的變形。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于在湍動的液體食品產品流中溶解泡沫狀氮。
3.按照權利要求1或2的方法，其特征在于在通過液體的冷卻裝置中溶解一些氮。
4.按照前述權利要求任一個權利要求的方法，其特征是容器是罐，每個裝載罐在平衡后有-在20℃的20-30psig的內部罐壓力。
5.按照權利要求4的方法，其特征是加料器的頭部空間內的壓力至少等于在保持液體時使泡沫消失下的壓力。
6.按照權利要求5的方法，包括將氮氣通加料器頭部空間的步驟。
7.按照前述權利要求的任一權利要求的方法，其特征在于在加料期間，在每個容器嘴上方通過氮。
8.按照前述權利要求的任一個權利要求的方法，其特征在于有一組保持容器，而使用一個或多個的保持容器接受和貯存氮化的液體食品產品，而至少另一個保持容器輸送氮化液體進入容器加料站。
9.按照權利要求1-7的任一個權利要求的方法，其特征是氮化液體產品被貯存在一具有在其進口以下足夠低位置的出口的單個容器內，以便于不含泡沫的液體連續(xù)地從其出口排出并通向容器加料站。
10.用前述權利要求任一個權利要求的方法加料的容器。
全文摘要
在罐裝非碳化液體食品產品中，氮在氣體溶解裝置4中溶解在產品中，產品在氮氣壓力下被貯存在貯罐8或10中，其貯存時間足以使泡沫消失，然后，產品從一加料器20裝入罐，接著罐被氣密性的封閉。在每個封閉的罐的液體中可逸出氮氣以在罐內產生一超大氣壓壓力，因而可被用于柔性薄壁罐。
文檔編號B67C3/00GK1062877SQ9110758
公開日1992年7月22日 申請日期1991年12月5日 優(yōu)先權日1990年12月5日
發(fā)明者N·B·菲茨帕特里克, S·C·彼得森 申請人:英國氧氣集團有限公司