软饮料工艺学讲稿.doc

软饮料工艺学（Soft drink technology）第一章 绪论一、 饮料和软饮料的概念1、饮料的概念和分类饮料是经过加工制作、供人饮用的食品，它以提供人们生活必需的水分和营养成分，达到生津止渴和增进身体健康为目的。饮料概括起来可分为两大类：即含酒精饮料（包括各种酒类）和不含酒精饮料（并非完全不含酒精，如所加香精的溶剂往往是酒精，另外发酵饮料可能产生微量酒精）。根据组织形态的不同，可以把饮料分为液体饮料、固体饮料和共态饮料3种类型。固体饮料：是以糖、果汁（或不加果汁）、植物抽提物及其它配料为原料，加工制成粉末状、颗粒状或块状，水分含量在5%以内，经冲溶后饮用的制品。共态饮料是指那些既可以是固态，也可以是液态，在形态上处于过渡状态的饮料。如冷饮中的冰淇淋、冰棍、冰砖、雪糕等。2、软饮料的概念和分类何谓软饮料，国际上无明确规定。美国软饮料法规把软饮料规定为：软饮料是指人工配制的，酒精（用作香精等配料的溶剂）含量不超过0.5%的饮料。但不包括果汁、纯蔬菜汁、乳制品、大豆乳制品、茶叶、咖啡、可可等以植物性原料为基础的饮料。日本没有软饮料的概念，称为清凉饮料，包括碳酸饮料、水果饮料、固体饮料，但不包括天然蔬菜汁。英国法规把软饮料定义为任何供人类饮用而出售的需要稀释或不需要稀释的液体产品。包括各种果汁饮料、汽水、姜啤以及加药或植物的饮料；不包括水、天然矿泉水、果汁、乳及乳制品、茶、咖啡、可可或巧克力、蛋制品、粮食制品、肉类、酵母或蔬菜的制品、汤料、能醉人的饮料以及除苏打水外的任何不甜的饮料。我国GB10789-1996规定：软饮料是指不含酒精或酒精含量小于0.5%(m/v)的饮料制品，又称不含酒精饮料或非酒精饮料。包括固体饮料。牛奶是软饮料吗？二、软饮料的分类根据GB10789-1996，按照原辅料或产品形式的不同，软饮料分为以下10类。1、碳酸饮料类（carbonated drinks）碳酸饮料是指在一定条件下充入二氧化碳气的制品，俗称“汽水” 。不包括由发酵法自身产生二氧化碳气的饮料。成品中二氧化碳气的含量（20时体积倍数）不低于2.0倍。可分为果味型、果汁型、可乐型、低热量型、其它型5种。（1）果味型碳酸饮料(fruit flavored type)以果香型食用香精为主要赋香剂，原果汁含量低于2.5%的碳酸饮料。如柠檬汽水、桔子汽水、雪碧、芬达等。价格便宜，品种繁多，产量最大，人们可以用不同的香精和着色剂，模仿水果的色泽和香型，生产多种果味汽水。 （2）果汁型碳酸饮料(fruit juice type)原果汁含量不低于2.5%，如桔汁汽水、橙汁汽水、菠萝汁汽水或混合果汁汽水等。除具有相应水果所特有的色、香、味之外还有较高的营养成分。（3）可乐型碳酸饮料(cola type)含有可乐香精（可乐果、古柯叶、月桂等物质提取的辛香和白柠檬油、甜橙油等果香的混合型香气）、焦糖色素、 磷酸的碳酸饮料。味道独特。由于含有咖啡因，该产品同时具有提神作用。如可口可乐、百事可乐等。（4）低热量型碳酸饮料(low-calorie type)以甜味剂全部或部分替代糖类的碳酸饮料。成品热量低于75kJ/100mL。如：健怡可口可乐、轻怡百事可乐等。（5）其它型碳酸饮料(other type)上述4种类型以外，含有植物抽提物或非果香型的食用香精为赋香剂以及补充人体运动后失去的电解质、能量等的碳酸饮料。如：盐汽水、姜汁汽水、沙士汽水、运动汽水、苏打水等。上海延中盐汽水，屈臣氏苏打水、崂山苏打水。 2、果汁(浆)及果汁饮料类 (fruit juice (pulp) and drinks)用新鲜或冷藏水果为原料，经加工制成的制品。（1）果汁果汁含量:100；原料水果用机械方法（如榨汁工艺）加工所得的，没有发酵过的，具有该种水果原有特征的制品。原料水果采用渗滤或浸提工艺所得的汁液，用物理方法除去加入的水量，具该种水果原有特征的制品。在浓缩果汁中加入与该种原果汁在浓缩过程中失去的天然水分等量的水，所得到的具有原水果的色泽、风味和可溶性固形物含量。如：都乐橙汁（2）果浆(fruit pulps) 采用打浆工艺将水果或水果的可食部分加工制成未发酵但能发酵的浆液，具有水果原有特征的制品。（3）浓缩果汁(concentrated juices) 指采用物理方法从果汁中除去一定比例的天然水分制成具有果汁应有特征的制品。 （4）浓缩果浆果浆经浓缩除去水分制成的制品。（5）果肉饮料(nectars)在果浆或浓缩果浆中加水、糖、酸、香精等调制而成的制品，成品中果浆含量30%(m/v)。 混合果肉饮料：含两种或两种以上果浆的果肉饮料。（6）果汁饮料 (Fruit Drinks)以原果汁或浓缩果汁为原料，加水、糖、酸、香精等调配而成的浑汁或清汁制品，成品中果汁含量10%(m/v)，如：麒麟橙汁、三得利橙汁、鲜的每日C橙汁。混合果汁饮料：含两种或两种以上果汁的果汁饮料，如：农夫果园混合果汁饮料。（7）果粒果汁饮料 (fruit juices with granules)在果汁或浓缩果汁中加入水、柑桔类的囊胞或其它水果经切细的果肉、糖、酸等调配而成的制品。要求产品中果粒含量5%(m/v)，果汁含量10%(m/v)，如：四洲粒粒橙、果粒橙（8）水果饮料浓浆 (fruit drink concentrates)在果汁或浓缩果汁中加水、糖、酸等调配而成的，含糖较高的，稀释后方可饮用的制品，稀释后要求果汁5%(m/v)。如产品标签为稀释4倍，则1份饮料加3份水。（9）水果饮料 在果汁或浓缩果汁中加水、糖、酸、香精等调配而成的浑汁或清汁制品，成品中果汁含量5%(m/v)。 混合水果饮料：含两种或两种以上果汁的水果饮料。3、蔬菜汁及蔬菜汁饮料类 用新鲜或冷藏蔬菜(包括可食的根、茎、叶、花、果实，食用菌，食用藻类及蕨类等)为原料，经榨汁、打浆或浸提等制成的制品。（1）蔬菜汁指在用机械方法将蔬菜加工制得的汁液中加入食盐或白砂糖等调制而成的制品，如番茄汁、胡萝卜汁、无糖纯南瓜汁等。（2）蔬菜汁饮料指在蔬菜汁中加入水、糖液、酸味剂等调制而成的可直接饮用的制品。 含有两种或两种以上蔬菜汁的蔬菜汁饮料称为混合蔬菜汁饮料。（3）复合果蔬汁指在蔬菜汁和果汁中加入白砂糖等调制而成的制品。复合果蔬汁利用各种果蔬原料的特点，从营养、颜色和风味等方面进行综合调制，创造出更为理想的果蔬汁产品。如农夫果园。（4）发酵蔬菜汁饮料指蔬菜或蔬菜汁经乳酸发酵后制成的汁液中加入水、食盐、糖液等调制而成的制品。（5）食用菌饮料 在食用菌子实体的浸取液中加入水、糖、酸等调制而成的制品。 选用无毒可食用培养基接种食用菌菌种，经液体发酵制成的发酵液中加入糖、酸等调制而成的制品。（6）藻类饮料 将海藻或人工繁殖的藻类，经浸取、发酵或酶解后所制得的液体中加入水、糖、酸等调制而成的制品，如螺旋藻饮料等。（7）蕨类饮料 可食用蕨类植物(如蕨的嫩叶)经加工制成的制品。 4、含乳饮料类以鲜乳或乳制品为原料(经发酵或未经发酵)，加水或其他辅料调制而成的液状制品。分为配制型含乳饮料(formulated milk)和发酵型含乳饮料(fermented milk)两类。以鲜乳或乳制品为原料，加入水、糖、果汁、可可、酸等调制而成的制品，不经发酵。成品中蛋白质1.0%(m/v)的称乳饮料，蛋白质0.7%(m/v)的称乳酸饮料。如营养快线。以鲜乳或乳制品为原料，经乳酸菌培养发酵制得的乳液中加入水、糖、酸等调制而成的制品。成品中蛋白质1.0%(m/v)的称乳酸菌乳饮料，蛋白质0.7%(m/v)的称乳酸菌饮料。如太子奶。5、植物蛋白饮料类 (vegetable protein drinks)蛋白质含量较高的植物果实、种子或核果类、坚果类的果仁等为原料，与水按一定比例磨浆去渣后调制所得的乳浊状液体制品。成品中蛋白质含量0.5%(m/v)。如：豆乳、椰奶、杏仁露。露露杏仁露、维维豆芽奶、维维黑芝麻豆奶、椰树牌杏仁椰汁。6、瓶装饮用水类 密封于塑料瓶、玻璃瓶或其它容器中不含任何添加剂可直接饮用的水，包括饮用天然矿泉水、饮用纯净水和其它饮用水。（1）饮用天然矿泉水(natural mineral water)从地下深处自然涌出的或经人工揭露的、未受污染的地下矿水；含有一定量的矿物盐、微量元素或二氧化碳气体；在通常情况下，其化学成分、流量、水温等动态指标在天然波动范围内相对稳定。如：滋宝天然矿泉水、依云矿泉水。（2）饮用纯净水(pure water)以符合生活饮用水卫生标准的水为原料，通过电渗析、离子交换、反渗透、蒸馏及其它适当的加工方法，去除水中的矿物质、有机成分、有害物质及微生物等加工制成的水。如：屈臣氏蒸馏水、娃哈哈纯净水等。7、茶饮料类 茶叶用水浸泡后经抽提、过滤、澄清等工艺制成的茶汤或在茶汤中加入水、糖、酸、香精、果汁或植(谷)物抽提液等调制加工而成的制品。(1) 茶汤饮料(tea) 将茶汤或浓缩液直接灌装到容器中的制品。(2) 果汁茶饮料(tea with fruit juice)在茶汤中加入水、果汁或浓缩果汁、糖、酸等调制而成的制品。成品中果汁含量5.0%(m/v)。(3) 果味茶饮料(fruit flavored tea)在茶汤中加入水、食用香精、糖、酸等调制而成的制品。如：柠檬红茶(4) 其它茶饮料(other tea drinks)在茶汤中加入水、植(谷)物抽提液、糖、酸等调制而成的制品。如：奶茶、茶汽水。8、固体饮料类 以糖、食品添加剂、果汁或植物抽提物等为原料，加工制成的水分含量在5%(m/m)以下、具有一定形状(粉末状、颗粒状、片状或块状) ，需经水冲溶后才可饮用的饮料。按原料组分不同可分为果香型、蛋白型和其它型。（1）果香型固体饮料(fruit flavored type) 以糖、果汁、营养强化剂、食用香精、着色剂等为原料，加工制成的用水冲溶后具有色、香、味与品名相符的制品。如：TANG果珍。 果味型固体饮料和果汁型固体饮料都属于果香型固体饮料，稀释后具有与各种鲜果汁一样的色、香、味。果味型固体饮料的色、香、味全部来自人工调配，几乎不用果汁；而果汁型固体饮料的色、香、味则主要来自于天然果汁，原果汁含量一般为20%左右。（2）蛋白型固体饮料(protein type) 以糖、乳制品、蛋制品或植物蛋白等为主要原料制成的制品。如：麦乳精、阿华田、乐口福等。 是指含有蛋白质和脂肪的固体饮料。（3）其它型固体饮料(Other Types) 以糖为主，添加咖啡、可可、乳制品、香精等加工制成的制品。 以茶叶、菊花、茅根等植物为主要原料，经抽提、浓缩与糖拌匀或不加糖加工制成的制品。如：雀巢柠檬茶、菊花晶。 以食用包埋剂吸收咖啡(或其它植物提取物)及其它食品添加剂等为原料，加工制成的制品。如：速溶咖啡。9、特殊用途饮料类 通过调整饮料中天然营养素的成分和含量比例，以适应某些特殊人群营养需要的制品。此类饮料基本上是以水为基础，添加氨基酸、牛磺酸、咖啡因、电解质、维生素等调制而成。包括运动饮料、营养素饮料和其它特殊用途饮料。（1）运动饮料(sports drinks)营养素的成分和含量能适应运动员或参加体育锻炼人群的运动生理特点、特殊营养需要，并能提高运动能力的制品。此类运动饮料中的主要成分除了糖、电解质和维生素以外，还添加了一些强化的营养成分。饮用这类运动饮料的人可承受更大的运动负荷，运动后能恢复得更快。（2）营养素饮料(fortified drinks)添加适量食品营养强化剂（维生素、矿物质、氨基酸、牛磺酸等），补充某些人群特殊营养需要的制品。如：红牛维生素饮料。（3）其他特殊饮料(others)除了上述两类以外的特殊用途饮料。由于其它特殊用途，饮料中科学地添加了多种功能成分，使饮料的风味更加具有特色。促进脂肪代谢、安全减肥、排毒养颜、健身美容、抗疲劳等饮料的开发热潮正在兴起。如低热量饮料、“力保健”保健饮料。10、其它饮料类 上述9种类型以外的软饮料。v果味饮料(fruit flavored drinks)v非果蔬类的植物饮料类(plant drinks for non-fruit(vegetable) 非果蔬类植物的根、茎、叶、花、种子以及竹木自身分泌的汁液，经调制加工而成的制品。v其它水饮料(other water drinks)v其它(others)按GB10789-2007“饮料通则”1.碳酸饮料类2.果蔬汁饮料类 3.蛋白饮料类 4.包装饮用水类5.茶饮料类6.咖啡饮料类 7.固体饮料类8.特殊用途饮料类9.植物饮料类 10.风味饮料类 11.其它饮料类三、软饮料的发展现状与趋势1、软饮料产量2、软饮料产品结构2007年软饮料产品结构3、软饮料生产地区分布全国软饮料分省(市)产量排序4、软饮料发展趋势当今世界对食品和饮料的总体要求可以归纳为“四化”、“三低”、“二高”、“一无”： “四化”即多样化、简便化、保健化、实用化；“三低”即低脂肪、低胆固醇、低糖；“二高”是高蛋白、高膳食纤维；“一无”是无添加剂（防腐剂、香精、色素等）。 从软饮料主要产品发展趋势来看，碳酸饮料是软饮料传统的主流产品。近年来果汁饮料、瓶装饮用水、咖啡饮料和茶饮料等发展迅速，已称为饮料发展方向。第二章 软饮料用水及水处理掌握水处理原理及软饮料用水要求；掌握膜技术原理。一、水源的分类及其特点1、地表水地表水是指地球表面所存积的天然水，包括江水、河水、湖水、水库水、池塘水和浅井水等。江河水不一定全部是地表水。其中部分可能是地下水穿过土层或岩层流至地表。特点：水量丰富，矿物质含量较少，水质不稳定。地表水的污染物主要有黏土、砂、水草、腐殖质、昆虫、微生物、无机盐等，有时还会被工业废水污染。2、地下水地下水是指经过地层的渗透、过滤，进入地层并存积在地层中的天然水，主要包括深井水、泉水和自流井水等。特点：水质较澄清、水温较稳定，但矿物质含量较高。3、城市自来水特点：水质好且稳定，符合生活饮用水标准；水处理设备简单，容易处理，一次性投资小；但水价高，经常性费用大。二、天然水中的杂质天然水源中的杂质按其微粒分散的程度，大致可分为3类：悬浮物、胶体物质和溶解物质。悬浮杂质主要是泥土、砂粒之类的无机物质，也有浮游生物（如蓝藻类、绿藻类）及微生物等。悬浮物质在成品饮料中能沉淀出来，生成瓶底积垢或絮状沉淀的蓬松性微粒；影响CO2的溶解，造成装瓶时喷液；有害的微生物的存在不仅影响产品风味，而且还会导致产品变质。胶体物质光线照射上去，呈混浊的丁达尔现象；吸附水中大量离子带有电荷，不能自行下沉。它们对饮料的影响主要表现在稳定性上，使成品易于产生混浊沉淀等。胶体物质分为两种：无机胶体和有机胶体。无机胶体如黏土和硅酸胶体，是由许多离子和分子聚集而成的，它们占水中胶体的大部分，是造成水质混浊的主要原因。有机胶体是一类分子质量很大的高分子物质，一般是动植物残骸经过腐蚀分解的腐殖酸、腐殖质等，是造成水质带色的原因。溶解物质主要是溶解气体、溶解盐类和其他有机物。溶解气体主要是氧气和二氧化碳、硫化氢和氯气等，这些气体的存在会影响碳酸饮料中二氧化碳的溶解量并产生异味，影响其他饮料的风味和色泽。溶解盐类构成了水的硬度和碱度。三、软饮料工业用水的水质要求水是软饮料生产中的重要原料之一，水质的好坏，直接影响成品的质量，高质量的饮料是与高品质的水分不开的。目前大中型饮料厂均备有完善的水处理设备系统，这是许多名牌饮料质量稳定的关键因素之一。一些小厂直接采用自来水、井水等生产饮料，饮料易产生沉淀、变质、变色等现象。因此，饮料用水的来源及处理对饮料生产具有重要的意义。饮料用水首先必须符合生活饮用水水质标准（GB5749-1985）。但饮用水的理化指标并不能满足生产饮料的要求，特别是蛋白饮料、果汁饮料。根据饮料工艺用水的特殊要求而强调下列指标，见下表：饮用水与软饮料用水差异指标饮用水饮料用水浊度/度32色度/度155总固形物/(mg/L)1000500总硬度（以CaCO3计）/(mg/L)450100总碱度（以CaCO3计）/(mg/L)-50铁/(mg/L)0.30.1高锰酸钾消耗量（以O2计）/(mg/L)-10游离氯/(mg/L)0.30.1致病菌-不得检出水的硬度：水的硬度是指水中离子沉淀肥皂的能力。水的硬度大小，通常指的是水中钙镁离子盐类的含量。水的硬度分为总硬度、碳酸盐硬度（暂时硬度）和非碳酸盐硬度（永久硬度）。碳酸盐硬度的主要化学成分是钙、镁的重碳酸盐（Ca（HCO3）2），其次是钙镁的碳酸盐。其中重碳酸盐经煮沸可以分解为溶解性很小的碳酸盐，成为沉淀而从水中除去，故又称为暂时硬度。非碳酸盐硬度主要是指钙镁的硫酸盐、硝酸盐和氯化物。一般在煮沸时不会析出，故而又被称为永久硬度。暂时硬度和永久硬度之和即为总硬度。水的硬度表示方法有多种，我国采用的方法与德国相同。德国度（d）：1L水中含有相当于10mg的CaO，其硬度即为1个德国度（1d）。这是我国目前最普遍使用的一种水的硬度表示方法。水的硬度通用单位为mmol/L，1mmol/L=2.804德国度（d）。天然水按硬度可分为：极软水（4度），软水（48度），中等硬度水（816度），硬水（1630度），极硬水（30度）。饮料用水水质要求硬度小于8.5度，当水的硬度过大时，会产生碳酸钙沉淀和有机酸钙盐沉淀，对饮料生产会产生一些不良影响；非碳酸盐硬度过高时，还会使饮料出现盐味；另外，在洗瓶时，在浸瓶槽上形成水垢，会增加烧碱的用量。水的碱度：水的碱度是指水中能与H+结合的OH-，CO32-和HCO3-的含量，以mmol/L表示。水中OH-，CO32-和HCO3-的总含量为水的总碱度。天然水中通常不含OH-，水中无钠、钾存在时，CO32-的含量也很小，因此天然水中仅有HCO3-存在。当水的碱度过大时，会对饮料生产产生不良影响，主要有以下几个方面：和金属离子反应形成水垢，产生不良气味；和饮料中的有机酸反应，改变饮料的糖酸比与风味；影响CO2的溶入量；造成饮料酸度下降，使微生物容易在饮料中生存；生产果汁型碳酸饮料时，会与果汁中的某些成分发生反应，产生沉淀等。如沈阳一汽水厂生产果子蜜汽水的投酸量是0.1%，而汽水含酸的实际测出量平均是0.058%。这就是说有42%的柠檬酸消耗在水中。通常用浊度和色度来定量表示水中的各种悬浮物、胶体。浊度测定常把1L水中含有1mg高岭土（或硅藻土）表示为1浊度。色度指除去水中悬浮物质后，水样的色泽深浅。色度一般用氯铂酸钾和氯化钴配成的铂钴标准试剂比色法测定。相当于1mg铂在1L水中所具有的颜色称为1度。四、软饮料用水的水处理目的：采用经济合理的工艺操作有效地去除天然水中的杂质，得到符合软饮料工艺要求的原料水。水处理之前，首先应对水质进行精密分析，了解水中杂质种类、状态，并确定用水量，以便决定水处理选用的工艺、设备。近年来我国推行“集中生产主剂、分散灌装饮料”的产业政策，使用主剂时，饮料灌装仅需准备糖和水（或碳酸水）。如果两个特许灌装厂使用同样牌号的饮料主剂，但原料水的碱度相差较大，不难想象，将两个厂用统一包装的碳酸饮料的部分酸度发生改变，会使饮料香气特征和味的感觉发生恶化。还有余氯也会使饮料产生明显的异味。必须进行较为全面的水处理。软饮料用水总体水处理工艺流程一般如下：原水净化（混凝沉淀、过滤）软化消毒成品水1、净化处理水的混凝沉淀与过滤是水处理中的常规处理方法，目的是为了去除水中的细小悬浮物质和胶体物质。混凝：在水中加入混凝剂，使水中细小悬浮物及胶体物质互相吸附结合成较大的颗粒，从水中沉淀出来。过滤：使细小悬浮物和胶体物质直接吸附在一些相对巨大的颗粒表面而除去，这就是过滤。（1）混凝沉淀常用的混凝剂是铁盐和铝盐等无机混凝剂，铁盐包括硫酸亚铁、硫酸铁及三氯化铁3种，铝盐有明矾、硫酸铝、碱式氯化铝等。为了提高混凝的效果，加速沉淀，有时需要加入一些辅助药剂，称为助凝剂。常用的助凝剂有：活性硅酸、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠（CMC）及化学合成的高分子助凝剂，包括聚丙烯胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯等。用来调节pH值的碱、酸、石灰等。硬度高的水广泛使用硫酸铝或硫酸亚铁的凝聚沉淀法。（2）过滤原水通过粒状滤料层时，其中一些悬浮物和胶体物质被截留在孔隙中或介质表面上，这种通过粒状介质层分离不溶性杂质的方法称为过滤。过滤过程是一系列不同过程的综合，包括阻力截留（筛滤）、重力沉降和接触凝聚。一般来说，阻力截留主要发生在滤料表层，重力沉降和接触凝聚主要发生在滤料深层。通过过滤可以除去以自来水为原水中的悬浮杂质、氢氧化铁、残留氯及部分微生物。过滤也可以除去以井水（或矿泉水、泉水）为原水中的悬浮杂质、铁、锰及部分细菌。过滤常用砂石过滤器、砂滤棒过滤器、活性炭过滤器等。饮料用水在水消毒前进行砂滤棒过滤，可使原水中存在的少量有机物及微生物被砂滤棒的微小孔隙吸附截留于表面而除去一部分。特别是机械杂质较少时，如自来水，这是一种在饮料用水处理中应用十分广泛的过滤设备。有些水中含有余氯和异臭杂味，将极大地影响饮料口感。为了使水质无色、无臭、无味，可进行活性炭过滤处理。2、水的软化饮料用水（包括洗瓶用水、锅炉用水、配制饮料用水、清洗用水、卫生用水等）对水的要求很高。特别是配制饮料用水、洗瓶用水和锅炉用水除了卫生条件要求较高外，对水的硬度要求更高。硬度大的水（一般是地下水），未经处理不能作饮料生产和冷却等的用水，不然会产生大量水垢，使清洁的玻璃瓶发暗、堵塞洗瓶机的喷嘴和降低换热器的传热效率、引起锅炉爆炸等，因此使用前必须进行软化处理，使原水的硬度降低。水的软化常采用以下方法：石灰软化法、离子交换法、电渗析法和反渗透法。（1）石灰软化法石灰软化法是一种既简单又经济的软化水的方法，此法不仅可以去除水中的CO2和大部分的碳酸盐硬度，而且可以降低水的碱度和含盐量。（2）离子交换法离子交换法是利用离子交换树脂交换离子的能力，按水处理的要求将原水中所不需要的离子通过交换而暂时占有，然后再将它释放到再生液中，使水得到软化的水处理方法。离子交换法脱盐率高，也比较经济。但当原水中含盐量过高时，须经常再生，要消耗大量的酸、碱，且排出的酸、碱废液会对环境造成一定的污染。这种情况下，应在离子交换处理之前作相应的预处理，如混凝、沉淀、吸附或电渗析等。（3）电渗析法电渗析是利用离子交换膜和直流电场的作用，从水溶液和其他不带电组分中分离带电离子组分的一种电化学分离过程。电渗析是通过离子交换膜把溶液中的溶质（盐分）分离出来。电渗析广泛应用于化工、轻工、冶金、造纸、海水淡化、环境保护等领域，近年来更推广应用于氨基酸、蛋白质、血清等生物制品的提纯和研究。它在水的淡化除盐、海水浓缩制盐、精制乳制品、果汁脱酸精制提纯，食品、轻工等行业制取纯水都得到应用。目前，电渗析法已在国内软饮料行业普遍应用。工作原理：电渗析水处理设备是以电位差为推动力，利用电解质离子的选择性传递，使膜透过电解质离子，而把非电解质大分子物质截留下来的原理进行的。（4）反渗透法反渗透（Reverse Osmosis,简称RO），是从20世纪50年代发展起来的一项新的膜分离技术。为了从海水中获得廉价的淡水，美国佛罗里达大学的雷德在1953年首次提出了反渗透法的方案。反渗透设备的系统可从水中除去90%以上的溶解性盐类和99%以上的胶体、微生物、微粒和有机物等，除盐率常达98%99%。反渗透技术常用于纯水制备、废水处理、水的软化处理、饮料和化工产品的浓缩、回收工艺等多个领域。还用于海水、苦咸水的淡化，食品、医药工业、化学工业的提纯、浓缩、分离等方面。不仅在饮料工业中，在电子行业、超高压锅炉补给水、制药行业及对纯水要求更高的行业也普遍应用，它是高纯水制备中应用最广泛的一种脱盐技术。反渗透原理如下图。半透膜是一种只能让溶液中的溶剂单独通过而不能让溶质通过的选择透性膜。当用半透膜隔开两种不同浓度的溶液时，稀溶液中的溶剂就会透过半透膜进入浓溶液一侧，这种现象叫渗透。由于渗透作用，溶液的两侧在平衡后会形成液面的高度差，由这种高度差所产生的压力叫渗透压。如果在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时，溶剂就会由浓溶液一侧通过半透膜进入稀溶液中，这种现象称为反渗透。反渗透作用的结果是，使浓溶液变得更浓，稀溶液变得更稀，最终达到脱盐。反渗透主要是利用溶剂或溶质对膜的选择性原理。反渗透是通过半透膜把溶液中的溶剂分离出来。膜分离技术在食品工业中的应用操作单元主题工业应用反渗透（reverse osmosis,RO）乳品深加工或运输前乳和乳清的浓缩水果、蔬菜水果汁和蔬菜汁的浓缩，糖的浓缩、洗物水回收利用和水的再生处理饮料无醇啤酒生产、高度酒中除去部分酒精糖、甜味剂糖的浓缩、洗物水回收利用和水的再生处理，金黄糖浆溶液的预浓缩全部适用蒸煮锅的浓缩液再循环到蒸煮锅之前，浓缩物的处理超滤（UF）乳品、肉品乳清蛋白质的分离和浓缩；人造干酪和天然干酪制造中奶的分离和浓缩水果、蔬菜果汁的澄清和浓缩；马铃薯加工业废水中回收蛋白质饮料酒的澄清、提纯；啤酒的冷除菌及提高透明度添加剂天然色素和食品添加剂的分离和浓缩；甘蔗汁和甜菜汁脱色和纯化油脂油脂的脱胶精炼和脱色；回收油料中种子蛋白和油全部适用从废水中回收油，水净化除菌电渗析（ED）乳品乳清除盐糖、甜味剂甜菜、糖蜜和甘蔗糖蜜除盐；从发酵液中提取柠檬酸微孔过滤（MF）饮料啤酒的冷过滤除菌；饮料冷法稳定消毒气体渗透（GP）全部适用用于食品的包装和贮藏所用的富氮空气的生产3、水的消毒原水经混凝沉淀、过滤、软化处理后，水中大部分微生物随同悬浮物质、胶体物质和溶解杂质等已被除去，但仍有部分微生物存留在水中（反渗透处理除外），为了保证产品质量和消费者的健康，对水要进行严格的消毒处理。目前国内外常用的消毒方法有氯消毒、紫外线消毒和臭氧消毒。其中以紫外线消毒最适用于软饮料用水的消毒。（1）氯消毒水的加氯消毒，是当前世界各国最普遍使用的饮用水消毒法。由于此法操作简单，费用低，无需专用设备，适宜处理大容量水，而且杀菌能力很强，因此广泛用于日常生活水处理及没有采用自来水为水源的饮料厂的水处理。但由于经氯化消毒的水中会存在一定的残余氯，它会使水带有程度不同的氯味和其他异味，并且过量的氯还会与饮料中的色素和香料发生氯氧化作用，影响其质量。因此氯化法不能用在直接配制饮料用水的水消毒。（2）紫外线消毒紫外线是波长为100400nm的电磁波。它又分为：近紫外线UVA，远紫外线UVB和超短紫外线UVC。紫外线对人体皮肤的渗透程度是不同的。紫外线的波长愈短，对人类皮肤危害越大。短波紫外线可穿过真皮，中波则可进入真皮。紫外线是位于日光高能区的不可见光线。依据紫外线自身波长的不同，可将紫外线分为三个区域。即短波紫外线、中波紫外线和长波紫外线。 短波紫外线：简称UVC。是波长200NM280NM的紫外光线。短波紫外线在经过地球表面同温层时被臭氧层吸收。不能达到地球表面，对人体产生重要作用（如：皮肤癌患者增加）。因此，对短波紫外线应引起足够的重视。（致癌）中波紫外线：简称UVB。是波长280NM320NM的紫外线。中波紫外线对人体皮肤有一定的生理作用。此类紫外线的极大部分被皮肤表皮所吸收，不能在渗入皮肤内部。但由于其阶能较高，对皮肤可产生强烈的光损伤，被照射部位真皮血管扩张，皮肤可出现红肿、水泡等症状。长久照射皮肤会出现红斑、炎症、皮肤老化，严重者可引起皮肤癌。中波紫外线又被称作紫外线的晒伤（红）段，是应重点预防的紫外线波段。（晒伤）长波紫外线：简称UVA。是波长320NM400NM的紫外线。长波紫外线对衣物和人体皮肤的穿透性远比中波紫外线要强，可达到真皮深处，并可对表皮部位的黑色素起作用，从而引起皮肤黑色素沉着，使皮肤变黑，起到了防御紫外线，保护皮肤的作用。因而长波紫外线也被称做“晒黑段”。长波紫外线虽不会引起皮肤急性炎症，但对皮肤的作用缓慢，可长期积累，是导致皮肤老化和严重损害的原因之一。（晒黑、老化）由此可见，防止紫外线照射给人体造成的皮肤伤害，主要是防止紫外线UVB的照射；而防止UVA紫外线，则是为了避免皮肤晒黑。在欧美，人们认为皮肤黝黑是健美的象征，所以反而在化妆品中要添加晒黑剂，而不考虑对长波紫外线的防护。近年来这种观点已有改变，由于认识到长波紫外线对人体可能产生的长期的严重损害，所以人们开始加强对长波紫外线的防护。UVA紫外线叫生活紫外线，一般人认为下雨天在家躲着不会有紫外线照射，脸上的色斑就会减少或者不会产生。其实，我们还是想错了。即使不出门，阴天或下雨天依然逃不了紫外线的照射。因为生活紫外经可以透过窗户玻璃、窗帘渗透到皮肤深层部位，色斑、雀斑的形成大都是由此而起的。天气预报中每天都会提到紫外线指数，也就是紫外线照射强度，紫外线的指数在5的范围内。当紫外线指数在-的时候，照射程度最弱，对我们的影响也不大，可以不采取措施；在紫外线指数3-4时，虽然强度不大，但外出的时候除了戴帽子外还需要配上太阳镜；如果紫外线指数已经到-时，这时的紫外线就比较强烈，外出时除戴防护帽和太阳镜外，还需涂擦防晒霜；而当紫外线达-时，在上午时到下午时这段时间里避免外出活动，外出时应尽可能在遮荫处；当紫外线指数大于时，强度就会非常大，所以要尽量避免外出，因为此时的紫外线辐射极具伤害性。紫外线A光可以穿过家中或是车窗的玻璃，甚至可以穿过9英尺的水，还可以穿过云层，所以即使坐在家里，或是阴天都要做防晒。当紫外线为最弱(0一2级）时对人体无太大影响，外出时戴上太阳帽即可；紫外线达3一4级时，外出时除戴上太阳帽外还需备太阳镜，并在身上涂上防晒霜，以避免皮肤受到太阳辐射的危害；当紫外线强度达到5一6级时，外出时必须在阴凉处行走；紫外线达7-9级时，在上午10时至下午4时这段时间最好不要到沙滩场地上晒太阳；当紫外线指数大于等于10时，应尽量避免外出，因为此时的紫外线辐射极具有伤害性。紫外线消毒的原理是微生物经紫外线照射后，微生物的蛋白质和核酸吸收紫外线光谱能量，使微生物细胞内核酸的结构发生裂变。从而破坏了核酸的正常生理功能，导致了蛋白质变性并最终导致微生物的死亡。（3）臭氧消毒臭氧（O3）是氧的一种变体，由三个氧原子组成，是氧气的同素异形体，很不稳定，在水中易分解成氧气和一个活泼的氧原子。这一活泼的氧原子是一种很强的氧化剂，能与水中的微生物或有机物作用，使其失去活性。因此，臭氧是很强的杀菌剂。我国现已广泛用于饮用纯净水、矿泉水的消毒杀菌。第三章 碳酸饮料掌握碳酸饮料生产基本原理及工艺要点。重点：碳酸饮料安全生产的关键点及碳酸饮料质量问题。一、碳酸饮料的概念和分类1、碳酸饮料的概念碳酸饮料（Carbonated Drinks）指含有二氧化碳的软饮料，通常由水、甜味剂、酸味剂、香精香料、色素、二氧化碳气及其他原辅料组成，俗称汽水。不包括由发酵法自身产生的二氧化碳气体的饮料。成品中二氧化碳的含量（20时体积倍数）应不低于2.0倍，如汽水、柠檬水和苏打水等。甜味剂： 蔗糖是饮料工业常用的甜味剂，对于果汁饮料果糖是最好的甜味剂。蛋白糖（阿斯巴甜）学名天门冬氨酰苯丙氨酸甲酯。防腐剂：常用的为苯甲酸钠和山梨酸钾。碳酸饮料因含有二氧化碳气体，不仅能使饮料风味突出，口感强烈，还能让人产生清凉爽口的感觉，是人们在炎热的夏天消暑解渴的优良饮品。碳酸饮料的生产历史不长，始于18世纪末至19世纪初。最初的发现是从饮用天然涌出的碳酸泉水开始的。就是说，碳酸饮料的前身是天然矿泉水。1772年英国人普里司特莱发明了制造碳酸饱和水的设备，成为制造碳酸饮料的始祖。1807年，美国推出果汁碳酸水，在碳酸水中添加果汁用以调味，以此为开端开始工业化生产。我国碳酸饮料工业起步较晚，20世纪初，随着帝国主义入侵，汽水设备和生产技术进入我国，在沿海主要城市建立起小型汽水厂，如上海正广和、沈阳八王寺等。解放前夕，我国饮料总产量仅有5000t。1980年后，碳酸饮料迅速发展。1995年碳酸饮料总产量已达300万t，占软饮料总产量的50%左右。2007年，碳酸饮料总产量达1000万吨，占软饮料总产量的20%左右。2、碳酸饮料的分类根据GB107889-1996（软饮料的分类）、GB/T10792-1995（碳酸饮料）之规定，碳酸饮料主要分为以下几类。（1）果味型碳酸饮料(fruit flavored type)以果香型食用香精为主要赋香剂，原果汁含量低于2.5%的碳酸饮料。如柠檬汽水、桔子汽水、醒目、雪碧、芬达等。价格便宜，品种繁多，产量最大，人们可以用不同的香精和着色剂，模仿水果的色泽和香型，生产多种果味汽水。 （2）果汁型碳酸饮料(fruit juice type)原果汁含量不低于2.5%，如桔汁汽水、橙汁汽水、菠萝汁汽水或混合果汁汽水等。除具有相应水果所特有的色、香、味之外还有较高的营养成分，属于高档汽水。（3）可乐型碳酸饮料(cola type)含有可乐香精（可乐果、古柯叶、月桂等物质提取的辛香和白柠檬油、甜橙油等果香的混合型香气）、焦糖色素、 磷酸的碳酸饮料。味道独特。由于含有咖啡因，该产品同时具有提神作用。可乐型汽水是世界上碳酸饮料生产的主要产品之一，代表产品如可口可乐、百事可乐等。（4）低热量型碳酸饮料(low-calorie type)以甜味剂全部或部分替代糖类的碳酸饮料。成品热量低于75kJ/100mL。如：健怡可口可乐、轻怡百事可乐等。（5）其它型碳酸饮料(other type)上述4种类型以外，含有植物抽提物或非果香型的食用香精为赋香剂以及补充人体运动后失去的电解质、能量等的碳酸饮料。如：盐汽水、姜汁汽水、沙士汽水、运动汽水、苏打水等。上海延中盐汽水，屈臣氏苏打水、崂山苏打水。 二、碳酸饮料的生产工艺流程碳酸饮料生产目前大多采用两种方法，即二次灌装法和一次灌装法。二次灌装法是先将调味糖浆定量注入容器中，然后加入碳酸水至规定量，密封后再混合均匀。又称为现调式灌装法、预加糖浆法或后混合（postmix）法。适用于中小企业，含果肉碳酸饮料的灌装；糖浆和碳酸水各成独立系统，便于清洗。对于二次灌装法，由于糖浆和碳酸水的稳定不一样，在向糖浆中灌碳酸水时容易产生大量的泡沫，造成CO2的损失和灌装量不足。糖浆是定量灌装，而碳酸水的灌装量会由于瓶子的容量不一致，或灌装后液面高低的不一致而难以准确，从而使成品的质量有差异。将调味糖浆与水预先按照一定比例泵入汽水混合机内，进行定量混合后再冷却，然后将该混合物碳酸化后再装入容器。又称为预调式灌装法、成品灌装法或前混合（premix）法。适用于高速灌装，应用于大型饮料厂。一次灌装法的优点是糖浆和水的比例准确，灌装容量容易控制；当灌装容量发生变化时，不需要改变比例，产品质量一致；灌装时，糖浆和水的温度一致，起泡少，CO2的含量容易控制和稳定。产品质量稳定，含气量足，生产速度快，已成为碳酸饮料生产发展的方向。三、碳酸饮料生产工艺关键点碳酸饮料生产工艺过程可分为三个基本工序：糖浆的配制、碳酸化和灌装。1、糖浆的制备糖浆的制备是碳酸饮料生产过程中极为重要的环节，其质量好坏直接影响碳酸饮料的产品质量。糖浆制备生产工艺流程：砂糖称量溶解净化过滤杀菌、冷却脱气浓度调整配料精滤（均质）杀菌冷却储存（缓冲罐）糖浆糖浆作用：提供稠度而有助于传递香味；提供能量和营养价值。（1）糖溶液的制备：溶解净化（过滤、吸附）糖浆一般制备65%为宜。温度高，溶解度大，如100溶解83%糖，0时，约溶解64%的糖，有19%糖不溶解而析出。这也是一般制备65%为宜的依据。针对质量较差的砂糖，会导致饮料产生凝结物、沉淀物，甚至异味；装瓶时出现大量泡沫等；或者对一些特殊的饮料如白柠檬汽水，对糖浆色度要求很高，一般要求净化处理。（2）糖浆的调配糖浆又称为调和糖浆或主剂，一般是根据不同碳酸饮料的要求，在一定浓度的糖液中，加入甜味剂、酸味剂、香精香料、色素、防腐剂等，并充分混匀后所得的浓稠状糖浆。糖浆调配的投料顺序遵循以下几个原则：调配量大的先调入，如糖液、水；配料间容易发生化学反应的间开调入，如酸和防腐剂；黏度大，易起泡的原料较迟调入，如乳化剂、稳定剂；挥发性的原料最后调入，如香精、香料。糖浆调配投料顺序：糖液（测定其浓度及需要的容积）防腐剂（称量后温水溶解20%-30%的水溶液）甜味剂（温水溶解配成50%水溶液加入）酸味剂（50溶液）果汁乳化剂、稳定剂色素（5%的水溶液）香精加水定容各种原料应先配成溶液过滤后，在搅拌下徐徐加入以避免局部浓度过高，混合不均匀，同时搅拌不能太剧烈，以免造成空气大量混入，影响碳酸化、灌装和降低保藏性。2、碳酸化碳酸化是指二氧化碳与水的混合。碳酸化程度会直接影响碳酸饮料的质量和口味，是饮料生产的重要工艺之一。过程服从亨利定律和道尔顿定律。设备：汽水混合机，喷雾式、喷射式混合机（国外进口生产线常用）、填料塔式混合机（仅用作水的碳酸化）、静态混合器（70年代后开发的先进混合单元装置）。3、碳酸饮料的灌装灌装是碳酸饮料生产的关键工序。灌装方法有一次灌装法和二次灌装法。灌装方式：压差式灌装、等压式灌装和负压式灌装。压差式灌装：老式机器多为这种灌装机，采用虹吸原理。缺点：灌装速度较慢，液面较难控制，含气量高的产品不宜采用，因而先进的灌装机已不采用这种方式。等压式灌装：碳酸饮料的一次灌装法多采用等压方式。等压灌装时液体不受直接冲击，CO2损失极少，且可保持稳定的灌装压力，适用于碳酸饮料、啤酒、矿泉水和汽酒等灌装压力0.5MPa以下的含气或不含气饮料的灌装。负压式灌装：主要用在非碳酸饮料的灌装，如啤酒等。灌装的质量要求：（1）达到预期的碳酸化水平（二氧化碳含量）；（2）保证糖浆和水的正确比例；（3）保持合理和一致的灌装高度（灌的太满，顶隙小，在饮料由于温度升高而膨胀时，会导致压力增加，产生漏气和爆瓶等现象）；（4）容器顶隙应保持最低的空气量（顶隙部分的空气含量多，会使饮料中的香气或其它成分发生氧化作用，导致产品变味变质）；（5）密封严密有效（6）保持产品的稳定性；不稳定的产品开盖后会发生喷涌和泡沫外溢现象。造成碳酸饮料产品不稳定的因素主要有：过度碳酸化、存在杂质、存在空气、灌装温度过高或温差较大等。四、碳酸饮料常见的质量问题碳酸饮料出现的主要质量问题有：CO2含量低，剎口感不明显；有固形物杂质；有沉淀物生成，包括絮状物的产生和不正常的混浊现象；生成黏性物质；风味异常变化，出现霉味、腐臭和产生异味等；变色，包括褐变和褪色；过分起泡或不断冒泡等。1、杂质 杂质，主要指肉眼可见的、具有一定形状的非化学反应产物。对制品质量影响很大。杂质可分为：不明显杂质、明显杂质和使人厌恶的杂质 不明显杂质：一般是指数量极少、体积极小的灰尘、小白点、小黑点等。 明显杂质：指数量较多的小体积杂质，或数量虽然不多，但体积较大的杂质。 使人厌恶的杂质：包括刷毛、大片商标纸、蚊虫、苍蝇及其他昆虫等。 造成这些杂质的原因：a瓶子或瓶盖没有洗净；b水、糖及其它辅料含有杂质，而糖浆过滤时未除掉；c机件碎屑或管道沉积物；d操作人员责任感不强。一般，问题最大的是瓶子不洁。2、混浊与沉淀碳酸饮料有时会出现白色絮状物，使饮料混浊不透明，同时在瓶底生成白色或其他沉淀物。饮料的混浊、沉淀变质原因很多，主要是由于物理作用、化学反应和微生物活动引起的。（1）物理变化引起的混浊沉淀物理性变化引起的混浊沉淀一般表现为生产出的饮料1周内即出现混浊、不透明或瓶底有一层云雾水，或有微小颗粒沉积瓶底。其原因是水过滤不彻底，未使其中的矿物杂质清除干净；瓶子未洗涤干净，附着于瓶壁的杂质被水浸泡后形成沉淀；水质不适也会出现混浊或不透明。（2）化学性变化引起的混浊沉淀由于化学反应引起的混浊、沉淀，多数是由于糖中胶质凝聚而形成的。因为有的糖厂生产的白砂糖，糖蜜分离不完全，在糖蜜中的胶质随糖蜜带入砂糖。胶质虽然外观澄清透明，但时间一长，即由原来的小微粒凝聚成块，出现混浊沉淀。如饮料中有焦糖存在，还将与胶质一起凝聚，则更加难以处理。糖中除胶质外，有时还含有蛋白质，也容易引起凝聚造成沉淀。 生产透明的碳酸饮料时，应尽量不使用甜菜糖，因为它拄往含有皂苷类物质。皂苷类有胶体性质，它会吸附糖浆中的其他杂质，慢慢形成絮块沉淀。 饮料用水硬度过高，水中的钙、镁与柠檬酸作用生成不溶性沉淀物。水质硬度过高，配料方法又不当，如添加苯甲酸钠过多时，则与柠檬酸作用生成结晶的小亮片状的苯甲酸沉淀。使用焦糖于含鞣酸的饮料中，易发生沉淀。如某厂的“桔子茶汽水”放一段时间后就出现片状沉淀现象，这可能就是茶中鞣酸与焦糖的作用造成的。 香精用量过大，或者使用不合格的、变质的香精，也会引起白色混浊或悬浮物。 色素用量过大也会引起沉淀。（3）微生物引起的混浊沉淀在饮料生产过程中有微生物侵入时，这些微生物便会与糖分作用使糖变质产生混浊；与柠檬酸作用(柠檬酸含量少时尤为明显)使其形成丝状或白色云状沉淀。但有时饮料中虽然存在微生物却没有引起变质，主要原因是有碳酸气存在起到抑制微生物生长的作用。其原因是封盖不严，使二氧化碳溢出，浸入的空气中带有细菌，从而使产品发生酸败；由于设备未清洗干净或生产中没有及时将糖浆冷却装瓶，以致感染杂菌产生酸败味。对于化学反应和物理原因引起的混浊沉淀，采取的控制措施有：生产用水硬度必须合适，注意不用硬度过高的水；注意选择合格优质砂糖；选用优质香精和食用色素，严格控制使用量；严格