本文著重介紹啤酒飲料生產(chǎn)過程中啤酒濃度監(jiān)測和高速灌裝后的凈重和缺陷檢測。分析不同的檢測方式對最終產(chǎn)品的影響，并闡述今后發(fā)展趨勢。 啤酒質(zhì)量和口味關(guān)鍵是要保證啤酒濃度的檢測精度。研究結(jié)果表明在測量啤酒濃度時當(dāng)前亨利定律方法存在瑕疵，有許多啤酒中使用氮?dú)鈦斫o出一個比較高的壓頭使得溫度和壓力的測量變得不準(zhǔn)確。溶解的二氧化碳是一種振動的分子，在4.2微米的電磁波譜中具有一個中間紅外吸收譜帶。按照比爾-朗伯定律，通過使用反射光譜-特定的衰減全反射（ATR），就能實(shí)現(xiàn)精確的濃度測量。 目前啤酒灌裝后的檢測采用二種方式：自動稱重檢測，X射線液面檢測。稱重檢測存在難以適應(yīng)高速灌裝要求和液體晃動對稱量影響，無法判斷瓶蓋封口是否完好，灌裝壓力是否達(dá)到指標(biāo)；X射線影像檢測雖然能夠自動查出以下制造缺陷：油污、液體、變形和異物，將不合格容器從線上剔除，但需要克服泡沫影響和X射線安全性。 1. 啤酒中溶解CO2 濃度測量方法 a） 溫度-壓力法 啤酒、蘇打水和碳酸之類充碳酸氣飲料中的CO2 濃度。到目前為止，飲料行業(yè)一直依賴于溫度-壓力法來進(jìn)行CO2 濃度測量。實(shí)際是亨利定律的一種改良變型，將溫度和壓力測量值轉(zhuǎn)換為濃度。這種方法在亨利定律方程式中使用一個單一常數(shù)用于密度和一個單一常數(shù)用于溶解度，使得該方法已經(jīng)變得過時和不準(zhǔn)確。這是一種間接方法，它并不測量單獨(dú)氣體的濃度，而是測量所有溶解氣體的合成結(jié)果。近年來，啤酒行業(yè)的變化已經(jīng)加劇了這些瑕疵。密度在亨利定律方程式中被作為一個常數(shù)而引入，因?yàn)闇囟?壓力儀器根本不能測量密度。在歷史上，這種方法是基于這樣的假設(shè)而發(fā)展的：即，所有啤酒都具有相當(dāng)?shù)拿芏?。輕啤酒、愛爾啤酒和低糖啤酒已經(jīng)說明了這種假設(shè)的不正確性。事實(shí)上，許多啤酒現(xiàn)在具有一個比水小的比重。有許多啤酒中使用氮?dú)鈦斫o出一個比較高的壓頭使得溫度和壓力的測量變得不準(zhǔn)確；一方面是因?yàn)槿狈^(qū)別，另一方面是因?yàn)槿芙舛认禂?shù)的不同。酒精含量高的啤酒也具有一個不同的密度。另外，高速瓶裝生產(chǎn)線的引入也導(dǎo)致了與飽和碳酸無關(guān)的壓力尖峰，形成了明顯的濃度尖峰。 在Zahm和Nagle的壓力-溫度測量換算表是基于啤酒的比重為1.015。此表起源于從美國釀造化學(xué)工作者學(xué)會1949年第5次修訂的“分析方法”獲得的一種方法分析。因?yàn)闆]有測量酒精濃度，所以當(dāng)前方法在亨利定律中使用一個常數(shù)作為酒精密度。在一條灌裝生產(chǎn)線上，啤酒比重的范圍是從1.007到0.998，比重為0.998時表明是一種低碳水化合物啤酒；而酒精的含量范圍則是從實(shí)際上的零到4個百分點(diǎn)。對于使用當(dāng)前方法得出的結(jié)果，其誤差幾乎要比使用實(shí)驗(yàn)室儀器測得的結(jié)果高出一個數(shù)量級。二氧化碳在酒精中的溶解度與在水中的不同，那么對于當(dāng)前壓力-溫度測量方法，不論是具有低、還是高酒精含量的啤酒都會形成一個顯著的誤差。 氣體在液體中的溶解度與該液體的密度除以摩爾混合比、或基于質(zhì)量的氣體與液體之比成比例。這就意味著，酒精濃度密度與相當(dāng)數(shù)量的啤酒成正比。相對于1 g／ ml的水密度來說，酒精的密度是.789 g／ml。在敘述亨利定律方法時，應(yīng)該將這一點(diǎn)考慮在內(nèi)。 b） 衰減全反射（ATR）紅外光譜法 在線測量碳酸飽和度的當(dāng)前方法使用了過時的亨利定律的近似性；它利用沒有將產(chǎn)品密度、有效地處理的愛爾啤酒、窖藏啤酒、輕啤酒、高酒精含量啤酒和低碳水化合物啤酒之變化考慮在內(nèi)的常數(shù)，按照它們具有相同的比重那樣進(jìn)行了處理。而對于不同的酒精濃度，使用恒定的密度也導(dǎo)致了另一個誤差。 紅外分析使用比爾-朗伯定律。在光學(xué)路徑保持恒定時，濃度與樣品吸收的紅外能的數(shù)量成正比。ATR采樣方法使用了這樣的事實(shí)，當(dāng)一束紅外光在透明介質(zhì)內(nèi)部移動的輻射光從一個表面內(nèi)部反射時，根據(jù)樣品（啤酒）和晶體之間的折射比，光束中部分能量會稍微超出反射表面以外。輻射強(qiáng)度會通過反射的次數(shù)而逐步衰減。 使用中紅外ATR傳感器的振動光譜消除了由于密度造成的誤差，因?yàn)榇藗鞲衅魇褂帽葼?朗伯定律進(jìn)行濃度計(jì)算；它只依賴由于CO2分子在溶液中的存在而導(dǎo)致的紅外輻射能的吸收。這消除了一個潛在的誤差；此誤差可能會高達(dá)0.5體積／體積，比普通儀器技術(shù)規(guī)格高出十倍的系數(shù)。 Thermo公司最近新推出的CrystalVision CO2 傳感器給飲料中的CO2 測量帶來了革命性的變化。新技術(shù)是將高精度實(shí)驗(yàn)室紅外飽和碳酸監(jiān)視設(shè)備引入到在線加工生產(chǎn)線、填充器、貯罐，這種應(yīng)用保證了準(zhǔn)確、實(shí)時的測量。Thermo Electron公司生產(chǎn)的這種新型傳感器是一種固態(tài)裝置，不需要任何維護(hù)，降低了運(yùn)行成本，并且是在不使用滑流的條件下能夠直接測量碳酸飽和度的唯一一種裝置。使用紅外的其它潛在應(yīng)用是，測量酒精、碳水化合物和溶解糖的濃度。 CrystalVision CO2 傳感器是一種成本效益高的解決方案；它能容易地展開并組合到飲料生產(chǎn)工藝中，尤其是啤酒釀造。該傳感器操作24 x 7，并且能夠承受“原地清洗”（CIP）循環(huán)，從而提供了能用于增大產(chǎn)量的連續(xù)數(shù)據(jù)。因?yàn)榇藗鞲衅鞑粫捎贑IP而“變瞎”，所以它能監(jiān)視CIP循環(huán)，通過節(jié)約天然資源和減少浪費(fèi)而導(dǎo)致了利益的提高。得益于最新紅外技術(shù)的使用，此傳感器只監(jiān)視“真正的CO2”，不會受壓力尖峰或無關(guān)氣體的影響，例如溶解的氧氣或氮?dú)?。CrystalVision CO2 傳感器完全地固態(tài)的；除了定期標(biāo)定以外，它實(shí)際上根本不需要維護(hù)。這使得飲料制造商能夠連續(xù)地操作傳感器，避免了在傳統(tǒng)傳感器上通常會涉及到的高更換成本，例如隔膜、過濾器或膜片。CrystalVision已經(jīng)的好幾家優(yōu)秀啤酒釀造廠中進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明，它完全能匹配或超越目前使用的傳統(tǒng)方法的準(zhǔn)確性。 CrystalVision CO2 傳感器的關(guān)鍵特點(diǎn)和好處包括： 容易安裝，設(shè)置和操作 低運(yùn)行成本 - 沒有移動零件或消耗品三種等級的組合方式：獨(dú)立式操作；通過以太網(wǎng)組合到一個數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中；或者通過PLC或DCS作為過程控制系統(tǒng)中的一個節(jié)點(diǎn)真正的CO2 測量 - 不受壓力或溫度影響 2. 啤酒灌裝后的檢測方法 a）自動稱重檢測 啤酒生產(chǎn)過程分為麥芽制造、麥芽汁制造、前發(fā)酵、后發(fā)酵、過濾滅菌、包裝等幾道工序。一條自動化聽裝線的主要設(shè)備由卸垛機(jī)、罐酒-卷封機(jī)、殺菌機(jī)、裝箱機(jī)/封箱機(jī)組成，灌裝速度可達(dá)到1500 件/分。由于灌裝頭堵塞，灌裝機(jī)械磨損和瓶子/鋁罐破損等原因，難以確保成品重量100%合格，需要通過在線復(fù)檢。 采用自動檢重秤來監(jiān)測每一罐啤酒重量，能夠完全不受泡沫影響。檢重秤的基本原理是通過光電管檢測到每一個產(chǎn)品進(jìn)入稱量臺，控制儀表經(jīng)過一系列數(shù)字濾波得到實(shí)際稱量值，并與設(shè)定值比較決定通過還是剔除。 由于稱重傳感器的蠕變影響，上秤/下秤振動和液體晃動等的影響，難以突破1000件/分大關(guān)。無法滿足高速灌裝需求。更加無法完成判斷瓶蓋封口是否完好，灌裝壓力是否達(dá)到指標(biāo)，是否有異物等的檢測功能。 b） X射線影像檢測 通過采用X射線影像檢測液面來保證每一罐啤酒重量，必須克服泡沫影響，才能保證檢測精度。X射線是電磁輻射頻譜的一段。此頻譜包括無線電波、微波、紅外線、可見光譜、紫外線和伽馬射線。X射線是一種短波，波長介于0.03納米和3納米之間。X射線也稱為電離輻射，這得名于它們與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的方式。 X射線產(chǎn)生原理 X射線是通過一個電場來加速電子，并使其轟擊到金屬板上而產(chǎn)生的。 通過在真空管的陰極上放置一個燈絲，可得到此種電流。當(dāng)燈絲被加熱后，電子就會被釋放出來。電子是負(fù)的，會被陰極和陽極之間的電場加速，并最終以極高速度在真空中轟擊陽極。當(dāng)電子轟擊時，會產(chǎn)生一個軔致輻射效應(yīng)（或中斷輻射效應(yīng)）：電子被強(qiáng)制性的極大減速，并且產(chǎn)生X射線。電場強(qiáng)度（KV）決定了X射線的能量強(qiáng)度或“雪崩強(qiáng)度”。燈絲電流（mA）決定產(chǎn)生電子數(shù)量以及顯示亮度。在產(chǎn)品檢測中，光電二極管是檢測X射線最常用的方法。閃爍晶體具有將X射線轉(zhuǎn)化為光的特性。在二極管陣列監(jiān)測器里，每個光電二極管前都放置一小塊該晶體。X射線通過晶體所產(chǎn)生的光，將在光電二極管中產(chǎn)生一個與X射線強(qiáng)度成正比電流，隨著時間變化，此電流將產(chǎn)生一個電壓。 熱電公司的 InScan X 射線檢測系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上可對灌裝過程進(jìn)行控制和優(yōu)化。 InScan 采用了非電離、低功率 X 射線技術(shù)，可拍攝到包裝容器的細(xì)節(jié)圖像。 In Scan 的 X 射線技術(shù)采用非照射技術(shù)，因此使用非常安全。 該系統(tǒng)可在最高為每分鐘 2,400 cpm 的速度下，以最大的靈敏度，利用多個參數(shù)同時檢測產(chǎn)品是否灌裝液位過低、灌裝液位過高以及缺少封口或錯誤施加封口。 由于 InScan 具有區(qū)分液體與泡沫的獨(dú)特能力，誤剔除次數(shù)顯著降低。 蓋檢測系統(tǒng)采用一套具有成本效益的精確蓋檢測解決方案。 系統(tǒng)剔除不符合封口要求的包裝容器，并防止發(fā)生代價高昂的下游生產(chǎn)停止。 該系統(tǒng)還可防止密封不嚴(yán)、對中不良的蓋流入消費(fèi)者市場 裝機(jī)閥門監(jiān)控（FVM）系統(tǒng)是一個具有成本效益的選項(xiàng)，該選項(xiàng)使用 InScan 系統(tǒng)所捕捉的信息，并使其與一個特定灌裝機(jī)閥門同步。 灌裝機(jī)閥門監(jiān)控可自動檢測可能的灌裝閥門性能問題。 這使用戶可通過對生產(chǎn)線進(jìn)行前瞻性管理，達(dá)到最高生產(chǎn)效率，并減少浪費(fèi)。 最后需要指出的是X射線安全性 InScan X 射線檢測系統(tǒng)的輻射量是：工人25小時所受到的輻射相當(dāng)于看1小時電視，坐1小時飛機(jī)。而被照射的產(chǎn)品完全不用擔(dān)心成為輻射物。因?yàn)榉派湫允鞘称繁桓邚?qiáng)度的射線（1,000,000拉德）照射之后產(chǎn)生的。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使被檢測的食品只受到很低的輻射量（0.001拉德）。 由于區(qū)分液面和泡沫技術(shù)的完善，在啤酒灌裝線上采用X射線影像檢測液面來保證每一罐啤酒重量的方法將成為普遍采用的方法。 關(guān)于Thermo Electron Corporation（熱電公司） Thermo Electron Corporation是分析儀器領(lǐng)域的世界領(lǐng)導(dǎo)者。我們的儀器解決方案能夠使我們的用戶讓地球變成一個更加健康、更加干凈和更加安全的地方。Thermo公司的“生命和實(shí)驗(yàn)室科學(xué)”分部能提供用于生命科學(xué)、藥品研究、臨床、環(huán)境和工業(yè)實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域的分析儀器、科學(xué)設(shè)備、服務(wù)以及軟件解決方案。Thermo公司的“稱重和監(jiān)測”部門提供在各種制造過程和現(xiàn)場應(yīng)用中使用的檢測設(shè)備。熱電公司生產(chǎn)的檢測設(shè)備堪稱該類產(chǎn)品的始祖。隨著國內(nèi)市場對食品安全問題的重視，企業(yè)對檢測設(shè)備的認(rèn)識和需求也在逐步提高，檢測設(shè)備市場進(jìn)入一個空前活躍的階段。