吉林大学生物学院专业认识实习课程4-碳酸饮料生产工艺.doc

碳酸饮料生产工艺第一章 概述充有二氧化碳气体的饮料即成为碳酸饮料，俗称汽水，也是含碳酸气清凉饮料的总称。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。我国碳酸饮料起步于20世纪初，至解放前，我国饮料总产量5000吨。近年来我国软饮料产量发展很快，1995年碳酸饮料总产量近300万吨，1997年近500万吨。我国的碳酸饮料，占据了近70%的国内饮料市场份额。以可口可乐和百事可乐为代表的碳酸饮料产品，已成为国际性饮料，垄断着国际饮料业的绝大部分市场。虽然近些年来，不含气饮料发展很快，但作为具有鲜明产品风格的碳酸饮料，其发展空间还是很大的。碳酸饮料的风格主要体现在二氧化碳的特点上，二氧化碳是汽水的灵魂，它的作用如下：第一、 使汽水具有充足的洁白细腻而持久的泡沫，饮用时能给人以清爽、清凉感，有利于人体消暑、泌汗、促进血液循环及兴奋中枢神经系统。第二、 可以防止汽水的腐败。因为二氧化碳的存在可以使瓶中产生压力，而使微生物生长受阻和死亡，同时由于瓶内缺氧使许多嗜氧性细菌死亡。第三、 它能将汽水中的物料相互调剂，因为二氧化碳能和水生成碳酸而起到缓冲溶液pH值的作用。它还能衬托香气、辅助其他成分的风味。因此，二氧化碳的质量直接影响着产品的质量。第二章 碳酸饮料的种类目前市场上出现的碳酸饮料种类繁多，从原料的添加，感官角度的判断，二氧化碳的来源上又可分为很多种：按原料分果汁型：是用添加一定量的鲜果汁而制成的汽水，如橘子汽水、山楂汽水。果味型：不添加任何鲜果汁，而是依靠香料和色素赋予汽水以一定的水果香型和色泽。可乐型：是将多种香料与天然果汁、焦糖色素混合后充入人工制成的。如风靡于全世界的美国“可口可乐”，我国的健力宝、百事可乐、天府可乐等。按感官角度分透明型：通过澄清、过滤手段得到清澈透明的产品，果味型和某些果汁型汽水都属于这一类。混汁型：是通过均质和添加混浊剂的方法使果汁中的果肉均匀地悬浮于汽水中，让其更加接近于天然果汁。大部分果汁型汽水都呈混合状。按二氧化碳来源分天然二氧化碳饮料：主要是经过微生物发酵产生二氧化碳气体而制得。这种饮料制作工艺简化、产品香味好，饮料中的二氧化碳气泡比传统的外加碳酸气泡小而细。而这种气泡来源于发酵的天然产物，并非化学物形成。所以这种饮料成为天然二氧化碳饮料。如格瓦斯饮料，是苏联的一种传统发酵饮料，营养丰富，多汽多沫，酸甜爽口，不仅具有麦乳、酒花的发酵香味，而且含有为凉的酒精。因此，即可作清凉饮料，又可代酒助兴、男女老少四季皆饮。外加苏打型饮料：它是利用食用酸和碳酸盐化学反应而产生二氧化碳的原理来制取汽水的方法。常用的食用醋酸有柠檬酸和碳酸氢钠，将它们分别溶于水中，再混合在一起，发生化学反应即产生二氧化碳。此二氧化碳溶于水成为碳酸，如果在溶液中加入调味料、香精和色素则成为汽水。除此以外还采用钢瓶中的液压二氧化碳、通过充气装置，进入盛有净水的瓶中，再加入果汁、糖浆则成为瓶装汽水。此法即称为充气法制作汽水，也属于外加型饮料。第三章 碳酸饮料的生产工艺碳酸饮料的生产工艺主要分为水处理、糖浆制备、混液、洗瓶、灌装等几个工序。把糖液、主剂及添加剂制成调和液，定量灌入瓶中，然后再充满碳酸水的二次混合，称为二次灌装。用定量混合机把调和液和水以一定比例作连续的混合，冷却并吸收碳酸气的自由混合方式，称一次灌装。第一种目前除小型饮料厂外很少采用，已逐步被第二种代替。这里以一次灌装为主介绍碳酸饮料的加工工艺。第一节 水处理水是碳酸饮料中的重要原料，因为一瓶汽水中水体积占85%，因此饮料用水必须要经过严格的处理。其水源可采用地表水、地下水和自来水，一般的大型饮料厂多采用地下水，因为其中溶入了各种可溶性矿物质，如钙、镁、铁的碳酸盐等；并且由于水透过地质层时，形成了一个自然过滤过程，所以它很少含有泥沙、悬浮物和细菌，水质比较清。无论使用哪种水源都不一定符合饮料生产的要求，必须先进行水处理。水处理的方法有很多，生产上主要包括以下三个方面：第一 澄清和过滤澄清：目的：除去水中的悬浮物和胶态杂质方法：一般的自然静置沉淀可将水中较大的悬浮固体沉降下来，但这种方法往往需要很长时间，又不能除去细小悬浮颗粒。为了提高沉降速度，常在水中加入一定量的絮凝剂和助凝剂用以加快沉淀速度。絮凝剂：常用明矾和硫酸亚铁、碱式氯化铝，通过絮凝剂带电荷粒子的电荷中和作用，使水中悬浮颗粒失去稳定，相互之间失去排斥作用而聚集起来。一般地表水中悬浮颗粒表面起主导作用的电荷是负电荷，需要加入带正电荷的阳离子如铝离子和铁离子。助凝剂：由于絮凝剂的使用常受到水的pH值的限制，所以需利用助凝剂来提高沉降速度和澄清效力，常用膨润土等。过滤：经过沉降后的水再进行过滤就可除去悬浮物。用来进行过滤的常用设备有砂芯过滤器（俗称砂滤棒）和活性炭过滤器。砂芯过滤器：砂芯过滤器可把水中的悬浮物或胶态杂质截留在具有空隙的沙层中，主要用于用水量较少、水质较好的最终过滤。国产101沙棒过滤器出水量为1500kg/h。滤芯采用细微颗粒状硅藻土和骨灰等可燃性物质在高温下焙烧而成。沙滤棒的孔径可达0.160.41m，经过砂滤棒滤出的水可达基本无菌。在水处理中沙棒过滤器要定期进行清洗，其清洗的方法多用逆洗，就是借助于泵的压力，用清洁的水把滤料充成悬浮状后，由滤料间高速水流所产生的力量，把悬浮物冲洗下来。冲洗所用水量占整个滤水量的1%3%，流水量为3070米/时。活性炭过滤器：活性炭过滤器的滤料为活性炭，主要用于除去水中有机物、色度和余氯，装填不同性能的活性炭可达到不同的处理目的。当原水用氯消毒时，采用活性炭过滤器是除去余氯较为理想的设备。当作为离子交换系统的前处理时有效地保证离子交换树脂的使用寿命，提高水质，并防止树脂中毒污染。使用过滤器要注意定期清洗。清洗一般采用反冲洗或拆下滤芯进行清洗。第二 软化和除盐经过澄清和过滤后的水中还含有较多的溶解盐，硬度较高，不易用于制作饮料，必须进行除盐，降低水的硬度。水中的硬度主要由钙和镁离子的含量形成。为了降低水的硬度，最简单的方法是采用加热煮沸除去水中的暂时硬度。但这种方法即耗能高又不能去除永久硬度，一般工厂很少采用。常用软化的办法是添加一些化学试剂，通常使用的有石灰和纯碱。如果水为暂时硬度时，就需要采用石灰和纯碱两种试剂来进行软化。在某些含盐量较高的水就须使用逆渗透压法，电渗析法或离子交换树脂等方法来除去水中的盐分和提高水质纯度。离子交换法： 离子交换器树脂装填于管柱式容器中，当溶于原水中阴、阳离子通过交换树脂时被树脂吸附，离子交换树脂中的进入水中。电渗析法： 电渗析是利用离子交换膜在外加直流电场的作用下，根据同性相斥、异性相吸的原理，使进水中的阴、阳离子分别通过阴、阳离子交换膜，去除不需要的离子，从而达到使水质软化及除盐的目的。电渗析器： 电渗析器用于饮料用水的软化及脱盐，尤其是对含盐量较高的水进行处理，效果较好。电渗析器有立式和卧式两种形式，其基本部件均有浓、淡水使的隔板、离子交换膜、电极、极水隔板及锁紧装置等组成。离子交换膜和电极是电渗析器的心脏部件。离子交换膜应具有选择透过性和良好的导电性，电极的质量直接影响电渗析的效果。国产电渗析器已采用具有国际先进水平的电极，耐腐蚀寿命较长。使用电渗析器对进水水质要求较高，一般要符合下列条件：浊度2mg/L，色度20度，化学耗氧量3mg/L，含锰量0.1mg/L，水温1040。如不符合上述条件要进行预处理。第三 消毒灭菌经过澄清过滤后的水，大部分悬浮杂质包括一些微生物全被除去，但仍然还有一部分微生物残留在水中，因此还需要对水进行消毒。水的消毒就是进一步杀灭水中的病原菌和其他有害微生物。常用的消毒方法有：加热法、加药法、光照射法加药法： 一般常用加药法进行杀菌，加药法常用：氯剂和臭氧杀菌。氯剂： 价格便宜，容易制取，是目前广泛使用的简单而有效的消毒方法，一般均采用氯剂消毒水。氯既有液体氯、次亚氯酸钠、漂白粉等含有有效氯的化合物。这种药剂是依靠氯原子的氧化作用破坏细菌的某种酶系统，使细菌无法吸收养分而自行死亡。漂白粉： 具有遇水极易分解而失效的特性，因此在存放时应注意容器干燥、封闭、严密。氯胺： 除漂白粉外还常使用氯胺，胺氯的比例采用1：4或小于1：4最为适宜。臭氧杀菌： 就是向水中直接加入臭氧。臭氧杀菌能力很强，它不仅可以杀死水中的细菌，而且还可以消灭细菌的芽孢。紫外线光照射消毒法： 许多汽水厂都喜欢采用紫外线光照射消毒法。 优点：操作简单、杀菌效率高，并且水中无残留异味。微生物经紫外线照射后，其内部核蛋白分子构造发生变化引起死亡。目前使用的装置大多数为低压汞灯。此管使用一定时间后，其紫外线的发射能力就会降低，因此一般降低到只有初期功率的70%时，就应更换新灯。标准：经处理后的水要达到一定的卫生标准才可被使用。原轻工部颁布的汽水工艺用水要求总硬度（CaO）85mg/L总固形物500mg/L游离氯0.2mg/L色度无色透明浊度1.6度细菌总数每毫升水样不超过100个大肠杆菌每升水中不超过3个致病菌不得检出第二节 糖浆的制备糖浆又称调和糖浆，是指将甜味剂、酸味剂和防腐剂等分别加入配料桶并混合后得到的浆料。浆料配置的好坏直接影响产品的一致性和质量，糖浆配置成分的不同也就产生不同风味的饮料，因此，从质量、风味的形成和卫生角度来说，糖浆的制备是碳酸饮料生产过程中极为重要的作业。原辅材料：甜味剂： 汽水生产中需要配入大量的甜味剂蔗糖，以增加产品的甜度，所以对糖的纯度要求很高。一般对白砂糖要求经过煮沸过滤或利用活性炭吸附处理，才能避免直接影响其水产品质量。 目前汽水生产中除使用蔗糖、糖精两种甜味剂外还使用一些新型甜味剂，如葡萄糖浆、甜叶菊苷（通苷）以及对糖尿病人具有疗效的山梨酸醇、甘露糖醇等。酸味剂： 要使汽水既有沁人心脾的凉爽感觉又酸甜可口，就必须添加一定量的有机酸和少量无机酸。 一般常用的有机酸有柠檬酸、苹果酸、酒石酸等；无机酸为磷酸。 酸味剂不仅赋予产品天然的水果味道，协调甜味，同时还能杀伤细菌细胞，有一定的防腐作用。 酸味剂的加入量要根据当地人的口味及类型来调整。一般用量范围0.2%0.3%。防腐剂： 为了防止产品在规定的保存期类不因为生物作用而腐败，一般都需要加入防腐剂以保证产品质量。常用的防腐剂有苯甲酸钠和山梨酸钾两种： 苯甲酸钠能抑制微生物细胞吸收酶系统的活性。它抑制微生物细胞吸收酶系统的活性。它抑制菌作用最强pH值为2.54.0，一般以pH为4.55.0为宜。 山梨酸钾防腐作用的适宜pH值范围较苯甲酸钠为广，它在pH值56以下均适宜使用。它是依据其分子与微生物系统中巯基结合，而破坏其活性，达到抑菌的目的。 这两种防腐剂对人体无毒性，较为安全。在汽水中的最大使用量为0.2克/千克。香精： 添加香精的主要作用是使产品具有一定的水果香型，增加人们的食欲。 香精分为水溶性和油溶性两种。 汽水中常使用水溶性香精。这类香精的溶剂和香料的沸点都较低，易挥发损失。因此，在汽水糖浆中添加时必须严格控制糖浆的温度，最好不超过室温。一般添加量为每升0.751.0克。色素： 任何一种食品都必须具备色、香、味三个基本要素。因此，要想得到一种引人食欲、惹人喜爱的饮料，增进人们的食欲感。 食用色素为天然色素和合成色素两类。天然色素： 是一种营养物质如胡萝卜素、虫胶色素、曲红和叶绿素等。合成色素： 以煤焦油为原料制成的，它无营养价值，而且对人体有一定的毒害，使用过多使人体血色素降低、血管萎缩。食品卫生法规定：苋菜红、胭脂红的最大使用量为0.05克/千克。操作顺序： 按照配方，将原辅材料加热溶化、过滤、混合后制成糖浆，是汽水生产中核心组成部分。（1）先将称准的糖放入汽锅内，再加入适量的无菌水，以使糖全部化开为止。化糖时切不可使糖液温度超过105，以防褐变。化糖结束后应立即进行过滤。（2）将果汁（浓缩果汁或浓缩果酱）经8590数分钟的加热。如果生产透明型的产品时，还需对果汁进行过滤，然后再与糖浆混合；如果生产混浊型产品时，还需对配制好的糖浆进行均质处理。（3）防腐剂和酸味剂都需要先用开水溶化，经过滤后加入糖浆中，二者不能混合后加入，应当先加防腐剂，等待一段时间后，再加入酸味剂，否则会出现絮状物。（4）配料降低温度后再加入香精，以免香精受热损失。（5）调配糖浆浓度要依据产品的含糖量和二氧化碳的含量以及过滤机、汽水混合机操作的难易程度来决定。一般控制在40Brix左右。为了保证料液的新鲜，糖浆要当天配用，料温要保持在15以下，最好降到4左右。在配置过程中要边添加边搅拌，使之充分混合。注意不要过度搅拌，以免进入空气，妨碍碳酸气的压入。注意： 汽水质量的好坏在于配方的制定，而汽水的配方核心是糖酸化。对于每一种产品其糖酸比都没有固定的标准，而要因地制宜，根据当地人们的饮用习惯来反复摸索和调制，能使产品接近天然果品和深受大家欢迎为止。除此以外，要想生产出好的汽水品种，除了在糖酸比上下功夫外，还应充分利用当地的水果资源优势，生产出物美价廉、营养丰富的饮料。第三节 混液是将处理水、配制好的糖浆及二氧化碳按照配方的比例定量加入汽水混合机内连续完成。一般过程是将水和调和糖浆按比例定量混合经冷却后压入碳酸气体进入稳定的储存器内准备灌装。所用的设备为汽水混合机。汽水混合机： 是生产碳酸饮料的关键设备之一，它保证饮料的质量、提高效率、减少损失及降低能耗起着重要的作用。在一次灌装工艺中，它可将水、糖浆及气体一次混合。其工作过程：在泵的作用下，进入脱氧装置进行喷淋脱氧，然后在气液混合器内及贮存罐内以备灌装之用。整个生产过程在密封的管道中进行。饮料水由于前置泵的高压作用，被输送到收缩型喷嘴，在喷嘴出口处获得很高的速度，周围形成一定的真空，吸附进入接受室的引射介质气体随其一同前进，然后冲入混合管和扩散管，在这里引起介质压力升高。混合器结构应满足四点技术要求（1） 尽量使气、液的接触面积加大，提高吸收速率和接触机会的时间。（2） 吸收后二氧化碳在饮料中应低温高压下进行，气、液体通过混合器的阻力要小。（3） 混合器材料耐腐蚀，便于清洗。第四节 洗瓶灌装饮料的瓶子必须清洗干净后才能使用。因为汽水普遍采用的是玻璃瓶包装，所用的玻璃瓶多数都是多次使用，往往带有很多的杂菌，若不涮洗干净，必将影响汽水的产品质量。所以瓶子的清洗是生产中必不可少的重要工序。洗涤后的瓶子内外要清洁无味，不许残留余碱液及其他洗涤剂，经微生物检验，大肠杆菌群、细菌菌落不能超过两个。瓶子的清洗，不论使用什么洗碗机，首先要将特别脏、带有油迹的瓶子选放入池中，经过特别刷洗后再同其他瓶一起清洗。在洗瓶子时，将瓶子放入碱浓度为2%3.5%的溶液中浸泡1020分钟，碱液温度在5070洗去泥土、商标及外杂质污物。为了确保杀菌效果，碱液的温度及浓度和杀菌时间都必须根据瓶子的干净程度来调整。常用氢氧化钠和碳酸钠配制而成。目前洗瓶子使用毛刷洗瓶机或依靠水压力及产生的涡流喷冲瓶子内外污物。为了灭菌彻底常将洗好的瓶子置于0.05%0.1%的高锰酸钾溶液中浸泡35分钟。也可用氯化杀菌方法进行杀菌。不论使用哪种消毒剂均需确保杀菌效果。经过杀菌消毒后的瓶子进行冲洗时间不得少于510秒钟，空瓶外部的冲洗可用自来水喷淋，用灭菌水更好。为了避免瓶子外壁出现积垢而失去光泽，可在水中加入磷酸三钠。最后洗好的瓶子倒置，以沥干瓶内的水。清洗好的瓶子在灌装前应该经过检验，防止不清洁、破损、有裂纹和形状不合要求的瓶子混入，影响产品质量和发生暴瓶等现象出现。洗瓶设备的基本方式为浸、刷、冲小型洗瓶设备： 三者分开，设备简单、手工辅助劳动较多且生产能力低，但由于设备成本低，操作简单、占地面积小，一些小型饮料厂还经常使用。自动洗瓶机： 在大、中型饮料生产中多被采用。自动洗瓶机将浸、刷、冲三种方式结合在一起，一般有喷射式、浸泡式、浸刷式和浸冲式等几种。大型自动洗瓶机多采用浸冲式。浸冲式又分为：单端式洗瓶机和双端式洗瓶机双端式洗瓶机的瓶套子出口回到入口为空载，因为洗瓶空间的利用不如单端式的充分。但单端式洗瓶机在洗瓶过程中容易因脏瓶而弄脏净瓶，影响洗瓶质量，且单端式对连续化生产不太适应，因此大型饮料产多使用双端式洗瓶机。中型饮料厂多采用组合式自动洗瓶机。无论采用哪种洗瓶机，都要注意洗后的再污染问题。检瓶： 通过洗瓶机清洗后的瓶子还要进行检测，一般大型的饮料厂都采用电子检瓶达到标准后再用来进行灌装。第五节 灌装在汽水生产中目前多采用一次灌装法，它的优点是能够使每瓶产品的理化指标趋于一致，且产品含气量高。饮料灌装有着严格的规定：汽水瓶应符合GB943定的240mL,350mL的规定。装瓶合格率： 采用控制液经瓶装原理，其瓶装液位差12mm。瓶装合格率95%采用控制容积瓶装原理，其瓶装的容量差10mL，容量合格率应95%灌装所用设备为饮料灌装机灌装机： 是灌装过程中的重要设备，其功能是将饮料装入容器内并进行封口。对于含气饮料，灌装机应能保证在灌装过程中尽量减少二氧化碳的损失量，这是衡量含气饮料灌装机容量性能的重要标志。等压灌装： 是理想的方法。即首先通过灌装法向容器内充气，待容器内的压力与灌装机贮液缸上腔的背压相等时冲液阀打开，此饮料依其自重流入容器内。由于在此过程中，混入饮料中的二氧化碳气的压力基本没发生变化，有效地防止了饮料中的二氧化碳的外逸，保证了灌装的顺利进行。等压灌装过程分五步：瓶阀对中，开阀充气等压，灌装回气，灌装停止，灌装结束灌装完毕后，要立即送至封瓶机封瓶（1） 压盖要密封不漏气，但不能过紧而损坏瓶嘴。（2） 压盖时尽量减少汽水与外界空气接触时间，避免杂菌污染和二氧化碳气的损失，以保证产品的卫生指标合格。（3） 瓶盖必须事先经过消毒。其消毒方法一般可采用酒精擦洗、高压蒸汽灭菌或蒸汽熏蒸三种方法。其熏蒸时间为15-20分钟。（4） 根据不同形式的瓶盖来选择封瓶形式：口部直径小于38mm的细口容器可以用封瓶机来进行封瓶。不同形式瓶盖的封瓶机有不同的类型，而不同类型的机器又具有不同的特性。封瓶机种类：由于封瓶形式有多种，所以封瓶机的种类也有多种，按工作原理和封瓶形式可以分为：压力封瓶机，滚压封瓶机，旋合封瓶机，铝箔封瓶机皇冠盖压力封瓶机工作过程如下：（1） 瓶盖由供盖装置送到压盖机头的导槽定位。（2） 当瓶子输送到托评转盘上的封口工位时，随着压盖机头的下降，瓶子进入导向环内，使瓶子与机头的中心对中，这时瓶子被套上一个盖子。（3） 压杆在小弹簧的作用下将盖子压下瓶口；由于压盖机头继续下降，紧压在瓶口上的瓶盖逐渐进入压盖模的圆锥形空腔内，此时大弹簧通过压盖模向瓶盖的四周施加压力，迫使皇冠盖的周边产生变形，并逐渐向瓶口收缩，最后扣在瓶口下部的凸缘处，使瓶盖和瓶口牢固地连接在一起而形成密封性封口。（4） 压盖头上升，在小弹簧的作用下压杆将压盖后的瓶子从压模中推出，从而完成压盖封瓶工作。扭断盖滚压封瓶机工作过程如下：（1） 铝盖套在瓶口上，通过压盖给铝盖施加一定的压力，使瓶盖和瓶子在滚压过程中不发生相对运动。（2） 旋转着的螺纹形成滚轮同时向铝盖移动，进行滚压。其中螺纹形成滚轮在铝盖的外圆柱面上滚压出与瓶口螺纹形状相同的螺纹，使铝盖产生永久变形，与瓶口的螺纹完全吻合；旋转着的封边成形滚轮则滚压铝盖的裙部，使其周边向内收缩，并扣在瓶口螺纹下沿的端面上。（3） 螺纹成形滚轮离开铝盖，压盖头上升，从而完成一次工作循环。塑料盖旋合封瓶机旋盖的工艺过程为：取盖，捉盖，对中，旋盖，脱瓶，复位灌装压盖一体机： 在实际生产中，为了防止饮料中的碳酸气体的逸出。目前国内外普遍使用的压盖机是和灌装机制成一体的，即灌装压盖机。常用的有DGP系列等压灌装封口机。为了保证产品质量，还要对产品进行检测：（1） 是外观检测饮料内是否含有杂质，漏气及液位高低、瓶口有无破裂不合格产品。（2） 是产品质量的检查，依照碳酸饮料生产的有关标准及生产厂家的企业标准进行第六节 装箱清洗：灌装完毕后要对瓶进行清洗。喷码：灌装完毕并清洗后，要进行喷码，注明批号及生产日期或有效期。贴标：瓶的贴标一般要求美观、协调、牢固。在张贴标签时一定要认真仔细