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我国液体食品在近几年来有了很大的发展，仅软饮料市场产量就由1995年的949万吨增长到2009年的8086.2万吨，以平均每年20％的速度增长。其原因除了人们生活水平的提高和多样化的需求外，也是与科技的发展分不开的，其甲灌装设备的发展就对液体食品的发展起到了重要的作用。灌装设备不但为液体食品企业的发展节约了劳动力而且提高了产品的质量，使产品向标准化的方向发展。为了使人们对灌装设备有更多的了解，本刊记者特别采访了浙江大学生物系统工程与食品科学学院食品科学与营养系刘东红教授和山东大学材料科学与工程学院包装工程研究所王佃刚教授。
记者：灌装机械的发展是为了满足液体食品的包装需要，那么请为我们介绍一下什么是液体食品?
刘东红：根据灌装的需要，一般将“液体按黏度分为3类：流体，半流体和黏滞流体。
(1)流体是指靠重力作用TW在管道内按一定速度自由流动，黏度范围在0.001～0.1Pa·s的液体，如酒类、果汁饮料、饮用水，乳品，植物油等。
(2)半流体：除靠自身重力外，还需加上外力才能在管道中流动，黏度范围在0.1～10Pa·s的液体，如炼乳、糖浆、番茄酱。
(3)黏滞流体：靠自身重力不能流动，必须借助于挤压等外力才能流动，黏度在10Pa·s以上的物料，如花生酱、果酱等。
记者：我们平时在超市里面看到的液体食品，像清凉饮料、牛奶、番茄酱、花生酱等都是已经包装好的，而对于液体食品来说灌装设备可谓是完成包装的重要条件，请您介绍灌装设备的主要类型有哪些?
刘东红：液体食品灌装设备的分类方法比较多，主要依据以下几种方法进行分类。
(1)按照罐装的容器形式可分为杯式灌装设备，瓶式灌装设备和软袋式灌装设备。其中杯式是适用于塑杯包装食品的灌装设备，瓶式液体灌装机械主要是为玻璃瓶，易拉罐，PET瓶三大类包装容器而设计的设备；软袋式灌装设备针对复合软塑包装袋和复合纸软包装的灌装机，其中复合纸软包装的灌装机是用于果及牛奶的利乐包装设备，为无菌灌装，灌装容量为0.25-2L，有砖形，屋形和三角形。
(2)根据灌装设备的功能可分为灌装一封口，容器清洗一灌装一封口，容器成型一灌装一封口一体机和全自动灌装生产线(包括连续进行洗瓶、灌装，压盖、贴标、装箱等工序)。
(3)按灌装原理可分为常压灌装机、压力灌装机和真空灌装机。
常压灌装机是指在大气压力下靠液体自重进行灌装。这类灌装机又分为定时灌装和定容灌装两种，只适用于灌装低黏度不含气体的液体如牛奶，葡萄酒等。
压力灌装机是在高于大气压力下进行灌装，也可分为两种一种是贮液缸内的压力与瓶中的压力相等，靠液体自重流入瓶中而灌装，称为等压灌装；另一种是贮液缸内的压力高于瓶中的压力，液体靠压差流入瓶内，高速生产线多采用这种方法。压力灌装机适用于含气体的液体灌装，如啤酒，汽水，香槟酒等。
记者：我们知道随着科技的发展，灌装方法也在不断增多，那么当前液体食品的灌装方法主要有哪些种类?
刘东红：各种液体产品的物理性质和化学性质均不相同，在灌装过程中，为了使产品的特性保持不变，必须采用不同的灌装方法。一般灌装机常采用下列几种灌装方法：
(1)常压法也称纯重力法，即在常压下，液料依靠自重流进包装容器内。大部分能自由流动的不含气液料都可用此法灌装，例如白酒，果酒，牛奶、酱油、醋等。
(2)等压法也称压力重力式灌装法，即在高于大气压的条件下，首先对包装容器充气，使之形成与贮液箱内相等的气压，然后再依靠被灌液料的自重流进包装容器内。这种方法普遍用于含气饮料，如啤酒、汽水等的灌装。采用此种方法灌装，可以减少这类产品中所含二氧化碳的损失，并能防止灌装过程中过量起泡而影响产品质量和定量精度。
(3)真空法是在低于大气压的条件下进行灌装的，可按两种方式进行：一是差压真空式，即贮液箱内处于常压，只对包装容器抽气使之形成真空，液料依靠贮液箱与待灌容器间的压差作用产生流动而完成灌装，此法国内较为常用。二是重力真空式，即贮液箱内处于真空，包装容器首先抽气使之形成与贮液箱内相等的真空，随后液料依靠自重流进包装容器内，因结构较复杂，国内较少采用。真空法灌装应用面较广既适用于灌装黏度稍大的液体物料，如油类、糖浆等，也适用于灌装含维生素的液体物料，如蔬菜汁果子汁等，瓶内形成真空就意味着减少了液料与空气的接触，延长了产品的保质期，真空法还适用于灌装有毒的物料；如农药等，以减少毒性气体的外溢，改善劳动条件。
(4)压力法利用机械压力或气压，将被灌物料挤入包装容器内。这种方法主要用于灌装黏度较大的稠性物料，例如番茄酱、肉糜、牙膏，香脂等，有时也可用于汽水一类软饮料的灌装，这时靠汽水本身的气压直接灌入未经充气等压的瓶内，从而提高了灌装速度，形成的泡沫因汽水中无胶体尚易消失，对灌装质量有_定影响，但不算太大。
记者：对于瓶装液体来说灌装时的定量是其重要步骤，那么灌装机常用的定量方法主要有哪些?
刘东红：液体产品一般易采用容积式定量，常见的有如下3种方法：
(1)控制液位高度定量法，是通过控制被灌容器中液位的高度以达到定量灌装的目的。因为每次灌装的液料容积等于一定高度的瓶子内腔容积，故习惯称它为“以瓶定量”。该法结构比较简单，不需要辅助设备，使用方便，但对于要求定量准确度高的产品不宜采用，因为瓶子的容积精度直接影响灌装量的精度。对于这种定量方法，若要改变每次的灌装量，则只需改变排气管嘴进入瓶中的位置。
(2)定量杯定量法，是先将液体注入定量杯中进行定量，然后再将计量的液体注入待灌瓶中，因此每次灌装的容积等于定量杯的容积。
(3)定量泵定量法，是一种采用压力法灌装的定量方法，一般由动力控制活塞往复运动，将物料从贮料缸吸入活塞缸，然后再压入灌装容器中，由此每次灌装物料的容积用活塞往复运动的行程来控制。对于这种定量方法，若要改变每次的灌装量，则只需设法调节活塞的行程。
比较上述3种定量方法，从定量精度来看，第一种方法由于直接受到瓶子容积精度以及瓶口密封程度的影响，其定量精度不及后两种方法高，若从机械结构看，第一种显然最为简单，因此，它自然得到广泛应用。
王佃刚：根据计量方法，可采用称重和容积式进行灌装。称重法是上世纪80年代才开始应用的灌装方法，需要电子计算机辅助操作。灌装过程中，安装在工作台上的应变载荷元件会精确感知液体质量的变化，通过控制液料的流速和时问，完成定量灌装。根据产品的质量进行定量包装，具体来说可以分为先定量后灌装，定量和灌装同步进行两种 方法。先定量后灌装是在灌装前完成称重，同步的方法则是在灌装过程中完成称重，具有更高的生产效率。目前大多数企业都是采用灌装与定量同步的方法。容积灌装方法则是通过控制液体的容积完成定量包装，常见的方法有隔膜容积式灌装、活塞容积式灌装、采用液位传感器进行的定液位式灌装，固定流量和流速进行的定时灌装等等。活塞容积式灌装由活塞泵进行灌装定量，灌装压力由泵提供，适合于黏度大的物料灌装。隔膜容积式灌装是用一个挠陛的起伏隔膜在压力气体的作用下，将液体物料从储液罐抽到灌装室，再注入包装容器，这种方法的精度更高，灌装速度更陡物料更卫生。定液位式灌装则是利用传感器检测灌装物料液位的高低，对灌装过程进行定量控制。定时灌装是在流量和速度保持恒定的情况下，通过控制液体物料流动的时间完成灌装定量控制。
记者：热灌装和冷灌装，无菌冷灌装和瞬、司超高温消毒，企业的灌装及杀菌方式一直以来备受争议，请介绍其各自特点，企业应该怎么选择适合自己的方式)
刘东红：热灌装即果蔬汁杀菌后处于热的状态下进行灌装，利用产品的热量对容器内表面进行杀菌。热灌装的高温会影响到食品的风味、颜色品质，以及包装容器(如塑料瓶会因为受热变软、变形，强度下降等)。
冷灌装即在液体食品处于常温时灌装，在灌装后再进行杀菌，如冷冻浓缩果蔬汁和一些冷藏果汁。
无菌冷灌装即灌装前进行杀菌，冷却后进行灌装。无菌冷灌装使得包装容器中的产品因加热较少而保留有较好的质量及风味同时，无菌冷灌装减少了防腐剂的使用量，保存期也得到延长。另外，由于无菌冷灌减少了对塑料容器(主要是PET瓶)的影响，可以采用瓶壁更薄的塑料瓶，这样可从制瓶原料方面降低成本。以500raL装产品为例，无菌冷灌装PET塑瓶克重为22g，而热灌装则需要30g，因此，瓶胚成本可以降低近30％的瓶胚成本，还可以在PET瓶型设计方面更加灵活。
瞬间超高温消毒：即时间很短温度较高的杀菌方式，如135～50℃，甚至更高。这种杀菌方式杀菌效果好对物料品质影响较小。
企业在选择灌装和杀菌方式的时需针对自己产品的特点选择，另外也要综合考虑设备和包装成本。
王佃刚：食品的包装要求是无菌包装，所谓的无菌包装技术是指在被包装物，包装容器或材料，包装辅材无菌情况下，在无菌的环境中进行充填和封合的一种包装技术，处于无菌状态下的被包装食品可在常温下储存而不会变质。而对于食品的灭菌工艺，可在包装前完成灭菌，也可在包装后完成灭菌。
除了刘教授讲到的几种灭菌方法外，常见的灭菌技术还有巴氏灭菌技术和瞬间超高温消毒。巴氏灭菌技术是将食品充填并密封于包装容器后，在一定时间下保持100℃以下的温度，杀灭包装容器内的细菌。巴氏杀菌可以杀灭多数致病菌，而对于非致病的腐败菌及其芽孢的杀灭能力就很不够。
企业采用的灭菌方法可采用微波加热灭菌、电阻加热灭菌，高电压脉冲灭菌，磁力灭菌、臭氧灭菌、超高压灭菌等等。
记者：目前，发达国家的灌装设备及技术发展水平如何，国外大型灌装设备生产企业有哪些?为了缩短这种差距我们怎么去做?
王佃刚：国外液体灌装设备方面，美国，德国，日本、意大利等国的制造水平相对较高。像德国的SEN公司、KRONFS公司，美国迈耶公司，目前国外的灌装设备呈现如下趋势
(1)自动化程度越来越高，大量使用机电一体化控制，可以完成复杂的运动，生产速度越来越快，可口可乐公司的一条灌装生产线，速度可以达到2000瓶／分钟。
(2)功能性增强，设备适用范围增广同一台设备可灌装多种不同种类产品，设备适用范围增广
(3)精度高，可靠性强。在高速灌装过程中，能够很好的完成灌装定量，设备的可靠性明显增强。
刘东红：国内灌装设备与先进发达国家相比，在整体设计、设备成套化、微生物控制，无菌保障、加工工艺和元器件等方面还有差距，因此有以下几个建议：
(1)加大人才培养和研发投入。目前国内一流高校中都缺乏食品机械专业，只是在一些原轻工院校中保留了食品机械或包装专业；同时国内企业在产品开发的技术投入上仍显不足，原创性的研发不多，多为仿制和改进性的产品开发。
(2)提升基础工业水平。从材料、控制系统元器件，制冷气动等基础工业的整体提升入手提高我国工业的整体水平，逐步替代进口产品。
(3)重视工艺与装备的有机结合。使装备的设计开发和工作更优化，才能生产出质优而能耗最低的产品，从而体现高水平，高效益。
记者：今年是“十二五”的开局之年，国家开始提出食品包装机械及灌装市场的准入标准，您觉得这种大的政策方向对咱们行业或者企业有影响吗?
王佃刚：十二五期间，国家将会逐渐加大食品包装机械研发的投入，尤其是近一段时间以来，我国的食品包装频频出现问题，这也促使国家对于食品包装的重视程度增加。这对我们包装机械行业是一个很好的机遇，更是一个严峻的挑战。国家政策导向必将加速包装机械行业的未来发展。这也必将推进企业的技术革新，逐渐增强自身的技术能力和生产能力，缩小与国外技术的差距，在未来一段时间内能够赶上甚至超越发达国家的制造水平。
记者：灌装机械的发展是为了满足液体食品的包装需要，那么请为我们介绍一下什么是液体食品?
刘东红：根据灌装的需要，一般将“液体按黏度分为3类：流体，半流体和黏滞流体。
(1)流体是指靠重力作用TW在管道内按一定速度自由流动，黏度范围在0.001～0.1Pa·s的液体，如酒类、果汁饮料、饮用水，乳品，植物油等。
(2)半流体：除靠自身重力外，还需加上外力才能在管道中流动，黏度范围在0.1～10Pa·s的液体，如炼乳、糖浆、番茄酱。
(3)黏滞流体：靠自身重力不能流动，必须借助于挤压等外力才能流动，黏度在10Pa·s以上的物料，如花生酱、果酱等。
记者：我们平时在超市里面看到的液体食品，像清凉饮料、牛奶、番茄酱、花生酱等都是已经包装好的，而对于液体食品来说灌装设备可谓是完成包装的重要条件，请您介绍灌装设备的主要类型有哪些?
刘东红：液体食品灌装设备的分类方法比较多，主要依据以下几种方法进行分类。
(1)按照罐装的容器形式可分为杯式灌装设备，瓶式灌装设备和软袋式灌装设备。其中杯式是适用于塑杯包装食品的灌装设备，瓶式液体灌装机械主要是为玻璃瓶，易拉罐，PET瓶三大类包装容器而设计的设备；软袋式灌装设备针对复合软塑包装袋和复合纸软包装的灌装机，其中复合纸软包装的灌装机是用于果及牛奶的利乐包装设备，为无菌灌装，灌装容量为0.25-2L，有砖形，屋形和三角形。
(2)根据灌装设备的功能可分为灌装一封口，容器清洗一灌装一封口，容器成型一灌装一封口一体机和全自动灌装生产线(包括连续进行洗瓶、灌装，压盖、贴标、装箱等工序)。
(3)按灌装原理可分为常压灌装机、压力灌装机和真空灌装机。
常压灌装机是指在大气压力下靠液体自重进行灌装。这类灌装机又分为定时灌装和定容灌装两种，只适用于灌装低黏度不含气体的液体如牛奶，葡萄酒等。
压力灌装机是在高于大气压力下进行灌装，也可分为两种一种是贮液缸内的压力与瓶中的压力相等，靠液体自重流入瓶中而灌装，称为等压灌装；另一种是贮液缸内的压力高于瓶中的压力，液体靠压差流入瓶内，高速生产线多采用这种方法。压力灌装机适用于含气体的液体灌装，如啤酒，汽水，香槟酒等。
记者：我们知道随着科技的发展，灌装方法也在不断增多，那么当前液体食品的灌装方法主要有哪些种类?
刘东红：各种液体产品的物理性质和化学性质均不相同，在灌装过程中，为了使产品的特性保持不变，必须采用不同的灌装方法。一般灌装机常采用下列几种灌装方法：
(1)常压法也称纯重力法，即在常压下，液料依靠自重流进包装容器内。大部分能自由流动的不含气液料都可用此法灌装，例如白酒，果酒，牛奶、酱油、醋等。
(2)等压法也称压力重力式灌装法，即在高于大气压的条件下，首先对包装容器充气，使之形成与贮液箱内相等的气压，然后再依靠被灌液料的自重流进包装容器内。这种方法普遍用于含气饮料，如啤酒、汽水等的灌装。采用此种方法灌装，可以减少这类产品中所含二氧化碳的损失，并能防止灌装过程中过量起泡而影响产品质量和定量精度。
(3)真空法是在低于大气压的条件下进行灌装的，可按两种方式进行：一是差压真空式，即贮液箱内处于常压，只对包装容器抽气使之形成真空，液料依靠贮液箱与待灌容器间的压差作用产生流动而完成灌装，此法国内较为常用。二是重力真空式，即贮液箱内处于真空，包装容器首先抽气使之形成与贮液箱内相等的真空，随后液料依靠自重流进包装容器内，因结构较复杂，国内较少采用。真空法灌装应用面较广既适用于灌装黏度稍大的液体物料，如油类、糖浆等，也适用于灌装含维生素的液体物料，如蔬菜汁果子汁等，瓶内形成真空就意味着减少了液料与空气的接触，延长了产品的保质期，真空法还适用于灌装有毒的物料；如农药等，以减少毒性气体的外溢，改善劳动条件。
(4)压力法利用机械压力或气压，将被灌物料挤入包装容器内。这种方法主要用于灌装黏度较大的稠性物料，例如番茄酱、肉糜、牙膏，香脂等，有时也可用于汽水一类软饮料的灌装，这时靠汽水本身的气压直接灌入未经充气等压的瓶内，从而提高了灌装速度，形成的泡沫因汽水中无胶体尚易消失，对灌装质量有_定影响，但不算太大。
记者：对于瓶装液体来说灌装时的定量是其重要步骤，那么灌装机常用的定量方法主要有哪些?
刘东红：液体产品一般易采用容积式定量，常见的有如下3种方法：
(1)控制液位高度定量法，是通过控制被灌容器中液位的高度以达到定量灌装的目的。因为每次灌装的液料容积等于一定高度的瓶子内腔容积，故习惯称它为“以瓶定量”。该法结构比较简单，不需要辅助设备，使用方便，但对于要求定量准确度高的产品不宜采用，因为瓶子的容积精度直接影响灌装量的精度。对于这种定量方法，若要改变每次的灌装量，则只需改变排气管嘴进入瓶中的位置。
(2)定量杯定量法，是先将液体注入定量杯中进行定量，然后再将计量的液体注入待灌瓶中，因此每次灌装的容积等于定量杯的容积。
(3)定量泵定量法，是一种采用压力法灌装的定量方法，一般由动力控制活塞往复运动，将物料从贮料缸吸入活塞缸，然后再压入灌装容器中，由此每次灌装物料的容积用活塞往复运动的行程来控制。对于这种定量方法，若要改变每次的灌装量，则只需设法调节活塞的行程。
比较上述3种定量方法，从定量精度来看，第一种方法由于直接受到瓶子容积精度以及瓶口密封程度的影响，其定量精度不及后两种方法高，若从机械结构看，第一种显然最为简单，因此，它自然得到广泛应用。
王佃刚：根据计量方法，可采用称重和容积式进行灌装。称重法是上世纪80年代才开始应用的灌装方法，需要电子计算机辅助操作。灌装过程中，安装在工作台上的应变载荷元件会精确感知液体质量的变化，通过控制液料的流速和时问，完成定量灌装。根据产品的质量进行定量包装，具体来说可以分为先定量后灌装，定量和灌装同步进行两种 方法。先定量后灌装是在灌装前完成称重，同步的方法则是在灌装过程中完成称重，具有更高的生产效率。目前大多数企业都是采用灌装与定量同步的方法。容积灌装方法则是通过控制液体的容积完成定量包装，常见的方法有隔膜容积式灌装、活塞容积式灌装、采用液位传感器进行的定液位式灌装，固定流量和流速进行的定时灌装等等。活塞容积式灌装由活塞泵进行灌装定量，灌装压力由泵提供，适合于黏度大的物料灌装。隔膜容积式灌装是用一个挠陛的起伏隔膜在压力气体的作用下，将液体物料从储液罐抽到灌装室，再注入包装容器，这种方法的精度更高，灌装速度更陡物料更卫生。定液位式灌装则是利用传感器检测灌装物料液位的高低，对灌装过程进行定量控制。定时灌装是在流量和速度保持恒定的情况下，通过控制液体物料流动的时间完成灌装定量控制。
记者：热灌装和冷灌装，无菌冷灌装和瞬、司超高温消毒，企业的灌装及杀菌方式一直以来备受争议，请介绍其各自特点，企业应该怎么选择适合自己的方式)
刘东红：热灌装即果蔬汁杀菌后处于热的状态下进行灌装，利用产品的热量对容器内表面进行杀菌。热灌装的高温会影响到食品的风味、颜色品质，以及包装容器(如塑料瓶会因为受热变软、变形，强度下降等)。
冷灌装即在液体食品处于常温时灌装，在灌装后再进行杀菌，如冷冻浓缩果蔬汁和一些冷藏果汁。
无菌冷灌装即灌装前进行杀菌，冷却后进行灌装。无菌冷灌装使得包装容器中的产品因加热较少而保留有较好的质量及风味同时，无菌冷灌装减少了防腐剂的使用量，保存期也得到延长。另外，由于无菌冷灌减少了对塑料容器(主要是PET瓶)的影响，可以采用瓶壁更薄的塑料瓶，这样可从制瓶原料方面降低成本。以500raL装产品为例，无菌冷灌装PET塑瓶克重为22g，而热灌装则需要30g，因此，瓶胚成本可以降低近30％的瓶胚成本，还可以在PET瓶型设计方面更加灵活。
瞬间超高温消毒：即时间很短温度较高的杀菌方式，如135～50℃，甚至更高。这种杀菌方式杀菌效果好对物料品质影响较小。
企业在选择灌装和杀菌方式的时需针对自己产品的特点选择，另外也要综合考虑设备和包装成本。
王佃刚：食品的包装要求是无菌包装，所谓的无菌包装技术是指在被包装物，包装容器或材料，包装辅材无菌情况下，在无菌的环境中进行充填和封合的一种包装技术，处于无菌状态下的被包装食品可在常温下储存而不会变质。而对于食品的灭菌工艺，可在包装前完成灭菌，也可在包装后完成灭菌。
除了刘教授讲到的几种灭菌方法外，常见的灭菌技术还有巴氏灭菌技术和瞬间超高温消毒。巴氏灭菌技术是将食品充填并密封于包装容器后，在一定时间下保持100℃以下的温度，杀灭包装容器内的细菌。巴氏杀菌可以杀灭多数致病菌，而对于非致病的腐败菌及其芽孢的杀灭能力就很不够。
企业采用的灭菌方法可采用微波加热灭菌、电阻加热灭菌，高电压脉冲灭菌，磁力灭菌、臭氧灭菌、超高压灭菌等等。
记者：目前，发达国家的灌装设备及技术发展水平如何，国外大型灌装设备生产企业有哪些?为了缩短这种差距我们怎么去做?
王佃刚：国外液体灌装设备方面，美国，德国，日本、意大利等国的制造水平相对较高。像德国的SEN公司、KRONFS公司，美国迈耶公司，目前国外的灌装设备呈现如下趋势
(1)自动化程度越来越高，大量使用机电一体化控制，可以完成复杂的运动，生产速度越来越快，可口可乐公司的一条灌装生产线，速度可以达到2000瓶／分钟。
(2)功能性增强，设备适用范围增广同一台设备可灌装多种不同种类产品，设备适用范围增广
(3)精度高，可靠性强。在高速灌装过程中，能够很好的完成灌装定量，设备的可靠性明显增强。
刘东红：国内灌装设备与先进发达国家相比，在整体设计、设备成套化、微生物控制，无菌保障、加工工艺和元器件等方面还有差距，因此有以下几个建议：
(1)加大人才培养和研发投入。目前国内一流高校中都缺乏食品机械专业，只是在一些原轻工院校中保留了食品机械或包装专业；同时国内企业在产品开发的技术投入上仍显不足，原创性的研发不多，多为仿制和改进性的产品开发。
(2)提升基础工业水平。从材料、控制系统元器件，制冷气动等基础工业的整体提升入手提高我国工业的整体水平，逐步替代进口产品。
(3)重视工艺与装备的有机结合。使装备的设计开发和工作更优化，才能生产出质优而能耗最低的产品，从而体现高水平，高效益。
记者：今年是“十二五”的开局之年，国家开始提出食品包装机械及灌装市场的准入标准，您觉得这种大的政策方向对咱们行业或者企业有影响吗?
王佃刚：十二五期间，国家将会逐渐加大食品包装机械研发的投入，尤其是近一段时间以来，我国的食品包装频频出现问题，这也促使国家对于食品包装的重视程度增加。这对我们包装机械行业是一个很好的机遇，更是一个严峻的挑战。国家政策导向必将加速包装机械行业的未来发展。这也必将推进企业的技术革新，逐渐增强自身的技术能力和生产能力，缩小与国外技术的差距，在未来一段时间内能够赶上甚至超越发达国家的制造水平。