液氮加注小技巧与最佳实践

您已决定将液氮加注系统添加到您的包装生产线。所以,接下来要做些什么?在本文中,我们将与您分享宝贵的信息,帮助您成功将液氮加注系统整合到您的包装工艺中。

无论是酿酒师或咖啡烘焙师,您都是该手艺的大师。您肯定希望在酒吧和咖啡馆之外分享您的杰作。罐装或瓶装产品便成为了必然。为此,可能需要使用液氮 (LN2) 加注机。

什么是液氮加注机?这是一种真空绝热、通大气的不锈钢储罐,在机械设计上考虑了液氮两相流量控制,带一个致动器阀,通过 PLC 控制以实现编程和精确的液氮滴落。听起有点拗口?是的,但它就是 Cooler By Design TM,这可不是一语双关。

开始使用时必须注意下列问题:
  1. 安全。这应该是您要关心的首要问题。处理液氮时,您将在零下 (-)320 华氏度的温度下使用低温液体,长时间的皮肤接触可能会导致冻伤。您需要穿戴适当的个人防护设备 (PPE),比如低温手套、安全眼镜和面罩,尤其是在设置系统开始加注液氮时,更应如此。完成全部设置后,您不会接触到液氮,也无需佩戴低温手套,因为此后不会接触到较低温的表面。但您应确保佩戴安全眼镜,不仅仅是在操作液氮加注机时;在操作包装生产线时始终需要保持警惕、安全操作。另一个安全性问题则是窒息。在零下 (-)320 华氏度的温度下,液氮会沸腾气化成气体并膨胀,在受限空间内可能导致窒息。在加注区内,确保氧气 (O2) 监测仪到位且有充分的换气。如加注室为受限空间,请在入口处提供自主式呼吸设备。至少也应确保操作员佩戴个人氧气监测仪。在安全问题上永远不能妥协,尤其是氮气,该气体没有颜色,肉眼无法看到。
  2. 明确您想要实现的目标。您追求的是什么?您的具体需求会决定怎样才能成功地将液氮加注机整合到您的工艺中。以下是关于如何实现目标的一些建议:
    1. 保存。当罐体或瓶子顶空的氧气被大量的氮气分子稀释后,TPO 减少,从而延长保质期。在详细讨论之前,让我们先明确 TPO 的定义。TPO 公式如下:

      TPO = DO + HSO

      其中:

      TPO = 包装总氧

      DO = 溶解氧

      HSO = 顶空氧

      正常情况下,罐或瓶子顶空内的空气含 78% 的氮、21% 的氧以及平衡气(氩气和二氧化碳)和其他痕量气体。液氮进入容器顶部后立即扩散,顶空氮气分子浓度增大,因此氧气的总百分比降低。适当加注液氮后,氧气的百分比可降低到顶空体积的 1% 以下。当顶空含氧量降到最低,饮料的氧化率便可得到降低。

      注意:溶解氧 (DO) 浓度有不同的控制方式。啤酒等饮料中的 DO 浓度随氧体积的变化而变化,饮料中的氧来自于发酵桶、运输容器、泵和加注器。液氮加注只会导致从加注点到封口机或压盖机最终密封这一过程中顶空中氧的减少。因此,如要尽量减少氧的携带,必须采用其他方式,例如用氮气和加注管线供应商建议的其他介质来惰化发酵桶、运输容器和加注工艺。如何正确地加注液氮以减少顶空氧量?必须从封口机或压盖机上游较远处加注,让液氮气化并扩散到饮料顶部。此外还必须通过液氮保护打开的容器,因为外部元件可能会吹走我们要加入的氮气。在传送带上安装简易弹性玻璃罩,当打开的容器在加注机和封口机之间移动时,这种护罩可帮助将氮气分子包围起来。从上游较远处加注可保证液氮有充分的时间气化和扩散。如果加注容器没有空间可以移动以便液氮气化,该怎么做?这时您就需要使用 SoftDose™ 技术喷嘴,这种喷嘴以喷射模式输送加注的液氮。这可增加加注液氮的表面积,以加快气化速率。
    2. 增压。内部有压力时,罐更加结实,可采用更薄的罐并节省材料成本。在灌装咖啡和其他非碳酸饮料时,需加注液氮让罐增压,并让液氮通过封口机。如要让罐内存在压力,最终密封前,顶空必须有足够的液氮,使液氮能够在封口罐内气化从而积聚所需的压力。注意不要注入太多液氮,以免罐过压。通常,如要增压,必须在靠近封口机的位置加注液氮。必须保证每个罐内的加注高度或体积相同,以保持一致的压力,因为这决定着顶空体积是否一致。如果顶空体积不一致,每个罐的最终压力也会有所不同。导致加注高度不一致的主要原因包括:加注阀校准不当,以及饮料溅出罐外。需采取必要的措施避免和控制这些问题。封口时保证每个罐内的液氮量相同,这对于在一致的加注高度下达到一致的压力也同样重要。请参阅“保存”下列出的技巧,确保氮气保留在罐内。但您必须了解罐装生产线的操作。大多数内联罐装系统均采用多个加注阀和一个封口机。在这种操作下,一批 4 到 12 个罐同时加注并一起沿着传送带朝封口机移动;封口机一次封口一个罐。如果所有的罐加注相同体积的液氮,在等待封口时,同一序列中每个罐的压力会越来越小。这是因为液氮在不断气化,而您的操作没有跟上蒸发的速度。对此的解决方案是在一个周期内逐渐增加每个罐内液氮加注量,以补偿等待期间的消耗。最终,在封口时,每个罐内的液氮量相同。某些内联罐装系统设计了分度轮或蜗轮来将罐间隔开,保证从液氮加注到封口之间的时间不变。这种情况下,您必须每次都加注相同的液氮量。另一种情况则是旋转式罐装生产线。生产线速度的变化是需要考虑的重要因素,其影响着从液氮加注到封口的时间安排。如果每次加注等量的液氮且生产线速度放慢,最终的罐压力会更低。相反,如果生产线速度加快,最终的罐压力会更高。这种情况下,速度补偿能力就至关重要(通常称为速度补偿功能),其可在检测生产线速度变化时调整加注体积。为此,需要设置与液氮加注释放时间关联的速度传感器,并根据加注机 PLC 的算法进行控制。关于增压的本部分内容,我们主要讨论铝罐。不过,同样的考虑因素也适用于铝瓶、PET 瓶、PET 罐以及需要液氮加注内部增压的其他类型的包装。
    3. 具有氮化功能的 PERFECT POUR™。精酿啤酒商往往用产品来讲故事。为吸引更多的客户,他们使用罐这种包装;有了罐,独具慧眼的消费者就能享受到酒倾泻而下激起绵密泡沫的场景。除了保存的便利性之外,消费者还希望在罐装啤酒上获得桶装啤酒所具有的理想斟酒体验。无论罐上有无气泡球,液氮加注都是有益也是必要的。正因为有了氮化,消费者才能在灌装啤酒上体验到传统桶装啤酒的美妙口感。如何实现“理想斟酒”?让我们以牛奶世涛啤酒为例。罐盖打开,释放出氮。倒出啤酒,您会看到二氧化碳的气泡现象。气泡上升,形成酒花……这就是“理想斟酒”!二氧化碳 (CO2) 是理想斟酒的一部分,而液氮加注可以加强其效果。现在让我们了解理想斟酒背后的科学。封闭的啤酒顶空加注压缩氮气后,啤酒中的二氧化碳溶解。氮气分压可防止形成二氧化碳气泡。打开罐盖,氮气压力释放,二氧化碳在啤酒表面起泡。由此创造出梦寐以求的酒花,或“理想斟酒”。酒花来自起泡的二氧化碳和大麦蛋白质。某些蛋白质具有“疏水性”。这就像对水过敏。随着二氧化碳气泡争先恐后地浮上表面,这些蛋白质就搭着顺风车粘合在气泡上而避开了水。气泡开始形成,产生层层叠叠的泡沫。不同的蛋白质会产生不同样子的泡沫。有些会包裹在气泡外。有些则会让气泡更加坚硬或粘稠。这一切都取决于大麦的品质。据啤酒鉴赏家说,酒花绵密的啤酒口感更好。一方面是因为其质地顺滑,另一方面则是因为气泡渗透到顶部的过程中从啤酒里带出的香气。请根据您的具体目标继续阅读,我们会确定优化您的液氮加注机相关的最佳实践。
  3. 优化您的液氮加注机选择。为您的罐装或瓶装生产线加入设备是一项不错的投资,可丰富您的产品内容。就像其他投资一样,出于较高的利益目的,您也需要优化该项投资。为此,我们需要充分了解以下各个方面:
    • 您的市场规模和分销覆盖范围有多大?这决定着您的生产量、加注器的类型以及液氮加注设备的型号。
    • 您现在处于什么发展阶段?关键在于启动时的设备设置规划和随后的发展升级规划。考虑可升级的液氮加注系统,以满足您的发展需求。
    • 您应购买还是租赁液氮加注机?评估二者的优势和劣势。寻找可提供购买和先租后买机会的供应商。
    • 考虑具有液氮加注功能的移动式罐装服务。这些服务可让您快速实现液氮加注。或者可向他人提供承包包装服务,作为另一个收入来源。
    • 选择的液氮加注系统提供商需拥有实际酿造和烘焙经验,以及良好的服务支持口碑。什么也比不上了解您的工艺的提供商。
  4. 公用事业要求。对于液氮加注机,有三项基本要求:
    • 用于实际加注过程的液氮,根据加注机的型号,压力 22 到 70 psi。液氮一般从钢瓶流出,钢瓶容量 230 升,可从您的当地工业气体供应商处获得。
    • 氮气 (GN2),用于吹扫启动时的加注机,有时也用作加注机执行机构的工艺气体,气体压力为 60 到 70 psi。来自用于加注的同一个液氮钢瓶。
    • 电源:110-240 VAC,50/60 Hz,110 W
  5. 液氮加注机的保养。您已经了解液氮加注系统,接下来需要认识和考虑该系统的长期使用和正常运行:
    • 吹扫:液氮中不宜有水分。在零下 (-)320 华氏度的温度下,水分与液氮接触后立即冻结。吹扫时务必使用氮气。氮气以外的任何其他物质都可能导致加注系统水分增加,这可能引起结冰并最终妨碍系统正常工作。吹扫时,温暖或温度较高的氮气始终是比冷氮气更好的选择。温度较高的氮气能够气化水分,见效更快。启动系统之前,作为标准的操作程序,必须进行吹扫。注意:液氮加注机等所有深冷设备都需要通过吹扫来去除环境中的水分。
    • 液氮加注机是一种双壁真空绝热设备。在环形空间或者内胆与外部套管之间的空间内抽吸真空。不得穿刺、焊接或点燃外部套管,否则您可能会损坏真空,而真空可以对液氮实现出色的绝热以让液氮保持在液体形态下。
    • 始终在两个隔离阀之间使用一个安全泄压阀 (SRV),以捕获液氮并保证液氮的压力高于接头。液氮钢瓶进液管和加注机之间始终应有一个 SRV。压力额定值必须符合加注机的最大允许工作压力 (MAWP)。
    • 就像您的罐装生产线那样,每次运行前后都应清洁液氮加注机,避免任何产物残留。产物残留将成为细菌生长的温床。对于饮料行业,必须遵守严格的清洁度要求。

我们希望在分享这些知识后能帮助您决定使用液氮加注系统。显然,除了这篇文章之外,我们还有更多想要与您分享和讨论的内容。

请访问我们的网站,下载我们的指导性网络研讨会和文献资料:www.ChartDosers.com 和/或 www.DitchTheWidget.com

下次见!!!

Juancho Tabangay
液氮加注专家