液態(tài)食品柔性高速高精度無菌灌裝裝備
一、項(xiàng)目技術(shù)背景
無菌灌裝要求分別對(duì)食品、包裝容器等進(jìn)行殺菌處理，再將無菌食品在無菌環(huán)境下灌裝至無菌容器中，能可靠地保障食品安全和貨架壽命，并實(shí)現(xiàn)高效連續(xù)化生產(chǎn)。相比于熱灌裝工藝的灌裝溫度高(>85℃)、產(chǎn)品品質(zhì)受到一定影響，巴氏滅菌工藝的保質(zhì)期短且需低溫貯藏、冷鏈運(yùn)輸?shù)热秉c(diǎn)，無菌灌裝采用超高溫瞬時(shí)滅菌后常溫灌裝，保持產(chǎn)品品質(zhì)與風(fēng)味的同時(shí)，可常溫貯藏與運(yùn)輸，保質(zhì)期可達(dá)6~12個(gè)月。全球灌裝設(shè)備市場規(guī)模，2017年有399億美元，預(yù)計(jì)2025年能增長到768億美元，年均復(fù)合增長率超8%。無菌灌裝裝備技術(shù)含量高、難度大，歐美巨頭壟斷國際無菌灌裝裝備市場，并實(shí)施嚴(yán)密專利技術(shù)封鎖。多年來，我國大型乳品、飲料企業(yè)每年需耗資10億元以上進(jìn)口該類設(shè)備，嚴(yán)重制約了我國食品及包裝產(chǎn)業(yè)的自主化發(fā)展。隨著個(gè)性化產(chǎn)品需求的增加，小批量、多品種的柔性系統(tǒng)需求增加，國內(nèi)相關(guān)包裝裝備及生產(chǎn)線的包裝速度與精度、裝備可靠性及智能化、生產(chǎn)線柔性化等無法應(yīng)對(duì)市場需求。無菌灌裝裝備正朝著柔性高速方向發(fā)展。
二、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)
針對(duì)當(dāng)前液態(tài)食品無菌灌裝裝備中大范圍無菌環(huán)境構(gòu)建和長時(shí)間保持難、對(duì)不同類型不同包裝規(guī)格容器的兼容性差等問題，本項(xiàng)目突破無菌灌裝環(huán)境快速建立與高效保持、柔性高效精準(zhǔn)無菌灌裝等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多規(guī)格容器快速切換、不同類型(含氣/不含氣/含顆粒)液態(tài)食品的高速精準(zhǔn)灌裝、CIP/SIP周期延長，創(chuàng)制液態(tài)食品柔性高效精準(zhǔn)無菌灌裝裝備。取得的創(chuàng)新成果如下：
1.研發(fā)無菌灌裝環(huán)境的快速構(gòu)建及高效保持技術(shù)。分析灌裝過程關(guān)鍵環(huán)節(jié)潛在微生物菌群差異，探究致病菌生物被膜種間信號(hào)交流途徑及對(duì)生物被膜形成、毒力因子表達(dá)的影響，闡明在不同材料表面生物被膜形成機(jī)制及影響因素，揭示多場協(xié)同對(duì)細(xì)菌的多重破壞效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)10s內(nèi)達(dá)到≥5Lg殺菌效果，可替代傳統(tǒng)包裝軟膜材料濕法殺菌；突破多工位梯度正壓無菌屏障技術(shù)，建立無菌灌裝環(huán)境模型，通過對(duì)無菌空氣壓力分布、壓力梯度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)無菌生產(chǎn)時(shí)間從72h提高至144h。
2.研發(fā)柔性高效精準(zhǔn)無菌灌裝技術(shù)。通過對(duì)多種液體物料灌裝流道參數(shù)和結(jié)構(gòu)數(shù)字化模擬，研究無菌智能氣液混合穩(wěn)態(tài)化及柔性灌裝同步切換技術(shù)；通過在線感知與閥陣控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多物料在線精準(zhǔn)配比和動(dòng)態(tài)混合；通過復(fù)雜多流道壓力場快速構(gòu)建及氣體回收、真實(shí)灌裝容量動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，開發(fā)柔性高精度灌裝閥，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)灌裝設(shè)備對(duì)不同類型液態(tài)食品的灌裝兼容，含氣/不含氣等不同瓶型產(chǎn)品一鍵切換時(shí)間≤5min，灌裝精度±1mL。
3.創(chuàng)制液態(tài)食品柔性高效精準(zhǔn)無菌灌裝裝備。創(chuàng)制適應(yīng)曲線平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)式雙工位分瓶定位同步供給；機(jī)電協(xié)同控制循環(huán)、容器夾持、開合、升降等多機(jī)構(gòu)配合，實(shí)現(xiàn)包裝容器精準(zhǔn)定位；采用分布式多點(diǎn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)控制，全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控所有和無菌生產(chǎn)相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)，形成智能化生產(chǎn)過程信息管理系統(tǒng)；創(chuàng)制液態(tài)食品柔性高效精準(zhǔn)無菌灌裝裝備，灌裝容量：200~1250mL，生產(chǎn)效率：48000萬瓶/h(非含氣產(chǎn)品)、36000瓶/h(含氣產(chǎn)品)，用于UHT奶、常溫酸奶、含氣飲料、含乳飲料、奶茶、茶飲、果汁、咖啡等各類液態(tài)食品生產(chǎn)，適用于PET瓶、PP瓶等各種塑料包裝容器。
三、未來商業(yè)價(jià)值
本項(xiàng)目成果研發(fā)之前，國外最高水平為德國克朗斯36000瓶/h，灌裝精度±1.2%，能滿足含氣/不含氣2種類型的灌裝；國內(nèi)尚沒有此類型設(shè)備，只有適合單一類型的無菌灌裝設(shè)備，產(chǎn)能24000瓶/h，灌裝精度±1.5%。通過專項(xiàng)的實(shí)施，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，突破無菌穩(wěn)態(tài)化氣液混合及柔性灌裝同步切換技術(shù)，開發(fā)新型高速柔性無菌灌裝閥，創(chuàng)制柔性高速高精度無菌灌裝裝備，打破國外專利壟斷。當(dāng)前該類型設(shè)備，國外：德國克朗斯48000瓶/h(含氣)，36000瓶/h(不含氣)，灌裝精度±1%；本項(xiàng)目：48000瓶/h(不含氣)，36000瓶/h(含氣)，灌裝精度±1mL(100~1250mL六種規(guī)格)，灌裝速度持平，灌裝精度達(dá)到甚至超過國外同類裝備，可一鍵切換6種瓶型，達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中無菌灌裝環(huán)境的快速構(gòu)建及高效保持技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，連續(xù)無菌生產(chǎn)時(shí)間從72h提高至國際最高的144h。當(dāng)前速度與國際同類裝備最高速度持平，但具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，售價(jià)僅為國外同類裝備的1/2~2/3，正逐步實(shí)現(xiàn)該類裝備從進(jìn)口到出口的重大轉(zhuǎn)變，為飲料、乳品等液態(tài)食品相關(guān)行業(yè)提供了裝備國產(chǎn)化替代。
全球灌裝設(shè)備市場規(guī)模逐年增長，其中高速柔性生產(chǎn)線(>40000瓶/h)占比超30%(2024年)。本項(xiàng)目成果可服務(wù)于頭部飲料與乳品企業(yè)，用于生產(chǎn)無菌冷灌裝飲料(如果汁、茶飲、UHT奶、植物蛋白飲料)，滿足高速生產(chǎn)(≤48000瓶/h)和無菌要求(6Log滅菌標(biāo)準(zhǔn))，且柔性設(shè)計(jì)支持100~1250mL多種瓶型，適配多規(guī)格包裝需求。亦可服務(wù)于新興健康飲品與功能性飲料廠商，用于NFC果汁與含氣飲料，含果粒、高黏度物料灌裝，契合新興品牌對(duì)新品快速上市的需求，瓶型切換時(shí)間≤5min，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備(≥30min)。對(duì)于高端水品牌，對(duì)包裝潔凈度要求嚴(yán)格的天然礦泉水品牌，采用干法滅菌工藝降低化學(xué)殘留風(fēng)險(xiǎn)。本項(xiàng)目成果的低定價(jià)+本土化服務(wù)占據(jù)優(yōu)勢(shì)，加速替代進(jìn)口。
成果聯(lián)系人
周建偉
電話：13588088788
