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提升国产酒阀质量改进啤酒新鲜度的应用研究 庞卫珍吴卫群林庆文徐永立随着生产技术的发展和消费者品评能力的提高，人们对啤酒的外观、香气、风味及湿浊沉淀等变化十分敏感，越来越认识到氧对啤酒质量的危害，控制啤酒含氧量已成为啤酒厂关注的焦点。以下将从啤酒生产过程中的管理进行分析，特别是酒阀密封性对 TPO 改善的影响，从而在控制氧含量方面提出一些优化措施，为啤酒生产工艺的进一步优化提供理论参考，同时也证明国产啤酒设备可以达到并超过进口设备的性能。关键词：TPO；DO；瓶颈空气；密封性；灌酒机；酒阀一、啤酒总氧的简介及计算方法啤酒总氧的定义：啤酒总氧，英文缩写为 TPO，即溶解在啤酒酒液中氧的含量和瓶颈空气中氧的含量的总和。啤酒总氧的主要来源：啤酒总氧的主要来源为瓶颈空气中带来的氧气以及溶解在啤酒酒体（液体）内的氧。因此，对啤酒总氧的控制说到底就是对啤酒在灌装过程中的瓶颈空气的控制以及对酒体中溶解氧的控制。啤酒总氧的计算方法：序号符号名称单位1TPO啤酒总氧ppb2DO酒体溶解氧ppb3Vvl酒体体积ml4Phs瓶颈空间压力bar5Vhs瓶颈空间体积ml6O2 fraction瓶颈空间氧含量%7T酒体绝对温度K8Rm气体常量8.314410.000269Mo2氧气的摩尔质量32g/mol总氧的计算解析：总氧的计算公式来自于公式 TPO（总氧）=DO（溶解氧）+HSO（瓶颈空间氧）。瓶颈空间Application Research on Pormoting the Quality of Homemade Valve to Improve Beer Freshness瓶颈氧气 HSO总氧 TPO溶解氧 DO啤酒 Liquid啤酒氧化瓶颈空间 HS创新72氧的计算方法是根据理想气体状态方程（也称理想气体定律）得来，即状态参量压强 p、体积 V 和绝对温度 T 之间的函数关系为：pV=nRT。瓶颈空气物质的量与瓶颈空气中氧的含量 O2fraction 乘积后为瓶颈空间氧物质的量。求得的氧物质量与氧的摩尔质量乘积为瓶颈空间氧的质量。从总氧的计算公式中可以看出，与总氧值密切相关的量值有酒体的溶解氧、瓶空间体积以及瓶空间氧的含量。见表 1。表 1.酒体 DO、瓶空 Vhs 以及瓶空氧 HSO 的变化与总氧 TPO 的变量关系项目总氧值增加溶解氧每增加1ppb1ppb瓶空间体积每上升1ml 20ppb瓶空间氧的含量每上升0.01%0.68ppb从以上数据可以得出：1、当酒体内溶解氧数值升高，在引酒过程中或灌装过程中由于设备原因造成酒体溶解氧升高，会直接造成 TPO 的升高。2、在包装过程中由于瓶空间体积氧含量过大，对TPO 有很大的影响。3、高压激沫后瓶颈氧含量对 TPO 的影响。二、酒液与氧的隔离-抽真空和密封性灌装前酒缸内使用 CO2背压同时隔离氧气，使得酒缸内酒液与氧气的隔离同时要求灌装系统的密封性高，才能得到灌装啤酒的 TPO 要求。现在啤酒厂都采用两次抽真空的工艺，通过灌酒机真空度（即真空泵抽真空压力），减少瓶子内部氧含量，使得灌装前空瓶内的氧含量到达最低。设备灌装过程处于理想的密封状态，不仅能符合灌装真空度的要求，而且对于啤酒的灌装液位也得到保证。见表 2：表 2.一次抽真空和二次抽真空的空瓶空气量比较空瓶满容积真空度（MPa）一次抽真空空瓶空气量（ml）二次抽真空空瓶空气量（ml）600-0.08012024600-0.0859013.5600-0.090606600-0.092483.84600-0.095301.5通过表 2，可以得出抽真空对于 TPO 的重要性，所以要保证设备的密封性，密封性的好坏直接影响真空度的效果。三、啤酒总氧 TPO 的影响因素啤 酒 总 氧 TPO 值，即啤酒液体中氧含量和瓶颈空气中氧含量的总和。因此对啤酒总氧 TPO 的控制就是对啤酒在灌装过程中的酒体溶解氧 DO 和瓶颈空气HSO 的控制。在啤酒的灌装过程中，啤酒总氧 TPO 的影响因素主要有以下几方面：1.抽真空方式对啤酒总氧的影响：啤酒进行灌装前，可以通过抽真空的形式减少玻璃瓶内空气含量，然后向瓶内注入 CO2，既有利于酒体灌装，又能抑制酒体内的CO2溢出。如果采用不同的抽真空形式，会造成空瓶内空气量的不同，进而影响啤酒总氧 TPO。特别是真空度越低，空瓶残留气体越少，对 TPO 的影响就越少。如表 3：表 3.一次抽真空和二次抽真空的空瓶空气量比较空瓶满容积真空度（MPa）一次抽真空空瓶空气量（ml）二次抽真空空瓶空气量（ml）600-0.08012024600-0.0859013.5600-0.090606600-0.092483.84600-0.095301.52.设备密封性对啤酒总氧的影响：由于设备备件本身的性能差异，实际上每个瓶子抽真空度的效果是有差异的。不是每个瓶子均能抽去 85%以上的空气，达到理想的状态，而是各有不同，因此在用 CO2往瓶子内备压后，每个瓶子内纯度不完全一致，所有酒缸酒阀的密封性就非常重要。灌装的过程中，酒阀密封启到相当重要的作用，关键部位都是动密封，比如定中杯的瓶口垫、真空阀杆 Y型密封、卸压阀杆 Y 型密封、有无瓶阀杆 Y 型密封。为了控制酒机增氧量，必须定期对酒机抽真空系统以及灌INNOVATION73装阀组件（定中杯、真空阀密封、卸压阀密封）进行检查和更换，提高备件的质量精度，采用优质的密封件，才能保证抽真空效果，以减少灌装过程吸氧。管道密封都是静态密封，需要定期检查和维护。维护人员要认真做好设备的维护和预维修，保证所有与酒接触的管道、泵、阀门的密封性，以杜绝氧的吸入。3.激沫和酒体稳定性的影响：酒机运行时，瓶颈空气是指灌装卸压排气后瓶颈空间所保留的混合气体。酒机为了减少瓶颈空气含量，一般都采用高温、高压激泡引沫的方法。为了能较好的进行激泡引沫，必须使激泡水的射流成线状垂直的射入瓶内，并且让瓶子在细腻和泡沫冒出瓶口前进入压盖机进行压盖。激泡引沫所用的水必须加热到 75-85以上，不仅起到杀菌作用，而且可以驱除水中的氧气，降低瓶颈空气的含量。重要的是要对激泡水压力要加以控制，一般激泡压力以600mL瓶型为例,必须保证在1.21.6MPa以上，尽量减少激泡水对啤酒增氧量的影响。4.清酒罐溶解氧含量的影响：在啤酒发酵、酿造、过滤的生产过程中有空气的进入、酿造水氧含量过高等因素存在，这些都会导致清酒罐溶解氧含量的升高。工厂应注意这些环节的严格控制，保证进入灌装机之前的清酒溶解氧，最好控制在 0.1mg/L（10ppb）以内。同时也要求清酒管路到灌装机的距离要尽量短，减少吸入氧气。5.酒缸背压 CO2气体的纯度对啤酒总氧的影响：灌装时应采用 CO2二氧化碳气体备压，且纯度要求达 99.99%以上，避免背压气体中溶解氧提高。CO2的纯度，会极大影响酒缸内的酒液 DO 含量，纯度不够会直接影响总氧 TPO，见表 4。表 4.CO2在抽真空中的气体含量CO2纯度（%）二次抽真空空瓶空气量（ml）0.900055.20.99005.520.99900.5520.99990.0552四、酒阀备件对 TPO 的重要性通过对啤酒总氧 TPO 影响因素的分析，可以发现其中抽真空方式、激泡控制系统、清酒罐的 DO 控制和 CO2的纯度提高等影响因素的控制，都能在工厂管理和设备维护中去规范和实施，进而有效的改善和降低总氧 TPO。但是设备的密封性，特别是轻微泄漏，都是比较难发现和控制的，特别是酒阀的密封性。密封不好抽真空效果达不到要求，使得酒体 DO 和瓶空 HSO 都会升高，造成啤酒总氧 TPO 也不断升高。所以最难控制的影响因素是设备密封性对啤酒总氧 TPO 的影响，尤其是灌装阀的密封性，相关分析如下表 5：表 5.啤酒总氧 TPO 的影响因素及控制方法影响因素控制方法1抽真空方式对啤酒总氧的影响提高真空泵的效能，采用两次抽真空或三次抽真空工艺2设备密封性对啤酒总氧的影响提高备件的加工精度和一致性，提升光洁度，进行备件结构的优化设计，保证橡胶密封件和弹簧的品质3激沫和酒体对啤酒总氧的影响提高激沫和加热系统的控制稳定性4清酒罐溶解氧含量的影响清酒罐的溶解氧含量控制在 10ppb5CO2的纯度对啤酒总氧的影响保证 CO2背压纯度达 99.99%分析表 5 可知，酒阀备件品质对改善啤酒总氧非常关键。现在啤酒厂基本都是 4 万和 5 万的高速生产线，酒机设备在运行中，必然有零件的损耗，因此设备维护和优质的备件就显得尤为重要。因此在灌酒机的维护中，要时刻注意哪些酒阀备件对 TPO 的直接影响。酒阀是灌酒机的核心部件，其备件的一致性好，设备的密封性就会提升，对降低啤酒总氧 TPO 非常关键，需要定期对酒阀进行检查和维护。针对以上分析，可以体现出设备密封性对啤酒总氧创新74的重要性，以此展开原因分析，寻找可行方案和解决措施。五、如何提升酒阀部件质量对 TPO 的改善在酒机的运行生产过程中，酒阀的部件质量一直都是工厂重视和关注的方面，从尺寸、材料、加工工艺上严格要求，努力追求备件的一致性和可靠性。因此备件品质和技术改进，是工厂设备维护不断追求的目标。以下是灌酒阀备件的技术改进工艺分析，下表 6：#灌酒机部位名称技术改进特点1冲气阀杆精密数控加工，激光双面焊接，提升光洁度。2阀套精密数控加工，保证一致性。3充气阀座内螺纹为德国圆螺纹加工，回气管防松动功能，密封性能好。4导流环精密铸件，梳型采用特殊工艺加工，不易断裂。5下酒口采用精密数控加工，保证下酒角度的一致性。6座采用进口材料，固溶处理，内孔镜面，滚压加工，更耐磨更光滑，保证阀杆动作畅顺。7阀杆真空阀杆采用进口材料，固溶处理，镜面抛光，更耐磨。8弹簧进口弹簧钢丝，固溶和钝化处理等特殊热处理，抗疲劳强度高和耐腐蚀性好。9拨叉精密铸件数控加工，保证开阀角度一致性。10弹簧套要求加工件，不是冲压件，与固定螺母配合紧密，能保证开关阀准确。11弹簧进口弹簧钢丝，固溶和钝化处理等特殊热处理，抗疲劳强度高和耐腐蚀性。12导向螺母精密数控加工，保证导向的灵活性，上下对中一致性好。13压力拉杆精密铸件，镜面加工，保证卫生等级与使用效果。14导杆精密数控设备加工，外圆研磨完成，保证定中上下动作畅顺，稳定可靠。15定中杯座精密铸件，数控加工，保证进瓶位置定中杯一致性好，瓶口密封性不泄漏。16瓶口密封垫精密注塑，内孔光洁，圆弧修型过渡，耐冲击。17卡簧进口弹簧，钢性好，不易松动。18定中杯选用耐冲击材料，不易破裂，没有碎末脱落。酒阀操作阀杆定中架酒阀备件品质的提升，保证了灌装过程平稳，提升液位的一致性，降低了啤酒总氧。操作阀杆的备件提升，改善了以往开阀角度不均衡的缺陷，开阀平稳，闭阀自锁性强。定中环的备件提升，提高了高速进瓶对中的一致性，瓶口密封无泄漏。这些备件的品质提升和技术改进，都提高了酒阀密封件的可靠性和使用寿命，对降低总氧启到关键的作用。在整体酒阀备件品质提升的状况下，更加要重视酒阀关键部位的备件质量，进行分析和研究，对改善总氧提供依据。以下列出了酒阀关键备件对 TPO的影响程度。见表 7。表 7.酒阀关键部位的备件对 TPO 的影响酒阀备件密封性对 TPO 的影响1真空阀杆组件密封垫和 Y 型圈往复运动易磨损，造成真空度下降，瓶空氧含量偏高。2排气阀杆组件密封垫和 Y 型圈往复运动易磨损，对真空度和液位有影响。3有无瓶阀杆组件Y 型圈往复运动易磨损，造成真空度下降，瓶空氧含量偏高。4阀杆弹簧弹簧影响密封垫的密封性，对真空度和液位有影响。5瓶口垫瓶口垫破损，直接影响瓶内真空度和液位。表 6.灌酒阀备件的技术改进工艺INNOVATION75酒阀的备件质量对于啤酒总氧的影响很关键，主要是酒阀机械备件和橡胶密封件的质量。现场出现问题不易发现，排查比较困难，给现场的维护使用带来许多困惑。备件制造商可以通过提高备件的加工精度、备件结构的优化设计、橡胶密封件和弹簧的品质提升等方法，提升产品质量，可以降低总氧。以下是对酒阀阀杆密封的技术改进情况：排气和真空阀杆都采用双 Y 型圈双 igus 结构，阀杆密封性能更好，稳定可靠。采用双 igus 轴套优点在于阀杆往返运行时，起到导向作用，保证运行的直线度，同时降低摩擦阻力，使其阀杆和阀套配合更加灵活。阀杆和阀套采用特殊不锈钢材料，固溶处理工艺，增加了强度，耐磨性更好。Y 型圈采用 KHS 品质，背对背安装，在正压排气和负压抽真空状态下，可以达到面接触密封，比原单个 Y 型圈的密封性能更好。为了提高阀杆密封的可靠性，不仅改进结构的设计，而且同时提高备件的加工精度，这样就使优化设计的改进更为完善。从而提升了备件互换一致性，光洁度的提升减少了密封件在运行中的摩擦阻力，使其密封效果更好，降低了密封件的跟换频率，有效的提高了生产效率。以下是备件品质提升的方法和措施，见表 8：表 8.酒阀备件品质提升的工艺要求对比酒阀备件名称原厂设计改进后技术要求改进后特殊工艺1阀杆外圆光洁度 1.6外圆光洁度 0.8镜面抛光整体硬度 HRC=20整体硬度 HRC=36固溶处理2阀套内孔光洁度 1.6内孔光洁度 0.4滚压处理酒阀阀杆的技术改进，在工厂运行使用中，能起到此部位密封不泄漏，有效的降低 TPO 含氧量。现场结果分析如下表 9：真空阀杆组件Y 型圈igus 套排气阀杆组件真空阀杆组件排气阀杆组件有无瓶阀杆组件341251.外表面镜面抛光达 0.81.内孔滚压达 0.4，外表面镜面抛光达 0.4AAAAA0.0150.020.020.022.外圆两端的同轴度达 0.0152.内孔与外圆的同轴度达 0.02技术要求技术要求阀杆阀套创新76表 9.酒阀杆技术改进对 TPO 的分布对比样瓶总数平均TPO 值30ppb40ppb60ppb技术结论技术改进前50051.682.6%17.6%75.6%分布比较零散，稳定性不好技术改进后50037.6222.8%88.3%98.6%TPO 分布集中度好，总氧低六、总结-结果展示为了满足市场消费者的需求，即对啤酒口感和新鲜度的品质要求，只有在灌装中有效的降低啤酒总氧 TPO，方可赢得消费者。通过以上的技术分析和工厂实践，酒阀的密封性对啤酒总氧 TPO 的影响十分重要。工厂进行了一系列技术改进提升，现场 TPO 降低非常明显，啤酒总氧 TPO 基本控制 40ppb 以内，确保了啤酒的新鲜度和口感。以下是在工厂进行酒阀备件密封结构改进前后的对比：工厂在TPO技术改进前，TPO波动范围大主要在20100ppb。相关备件和灌装阀密封结构上进行技术改进后，TPO 可以稳定控制在40ppb 以内,从而为提高啤酒在市场上的新鲜度提供了重要保障。作者单位/百威亚太投资有限公司 TPO改进之前TPO改进之后INNOVATION77