第4章 碳酸饮料

1、第4章 碳酸饮料本章内容碳酸饮料的分类及产品技术要求碳酸饮料的生产工艺流程糖浆的制备碳酸化碳酸化的方式和设备调和系统与调和器碳酸饮料的灌装其他设备碳酸饮料常见的质量问题及处理方法一、碳酸饮料的分类及产品技术要求 碳酸饮料就是指含有二氧化碳的软饮料，普遍称为汽水。碳酸饮料的生产历史虽然不长，开始于19世纪初，但是却发展迅速，如今已成为软饮料工业的主要组成部分。 我国汽水形成商品出售，最早是清朝同治年间开始从国外进口汽水销售，1853年后外国有些商号,开始在我建有小型的汽水生产线。1892年后上海、沈阳、天津、广州先后建立小型的汽水厂。解放后由于各种历史原因发展缓慢，但1980年以后汽水工业得到迅

2、速的发展。2005年碳酸饮料产量全国达771万吨，占总产量22.8%。2010年，碳酸饮料产量全国达1265.2万吨, 占总产量13%。碳酸饮料已成为我国软饮料工业的主要组成部分。 1、碳酸饮料的分类 根据GB1078891996(软饮料的分类)、GB/T107921995(碳酸饮料)的规定，碳酸饮料分为以下五类：果味型可乐型低热量型其它型果汁型碳酸饮料2、产品技术要求2.1 感官指标色泽：产品色泽应与品名相符。香气与滋味：具有本品种应有之香气，香气柔和协调、酸甜适口，有清凉感，不得有异味。外观形态：果汁汽水、果味汽水中清汁类应澄清透明、不混浊、无沉淀；可乐汽水应澄清透明，无沉淀；果汁汽水、果

3、味汽水中混汁类应具有一点混浊度，均匀一致，允许有少量的果肉沉淀。空隙高度：液面与瓶口的距离不超过2cm4cm，封口后应能看到液面。杂质：无肉眼可见外来杂质。 2.2 碳酸饮料理化指标级别 指标项目 果汁型和果味型可乐型其它型高糖 中糖 低糖可溶性固形物20 （折光计法）10 6.59.9 4.06.47.0总酸 以单结晶水柠檬酸计%0.12 0.1 0.06 0.080.30二氧化碳气（倍）15.52.53.02.5防腐剂 按GB27601996规定其它食品添加剂 按GB27601996规定砷 以As计 mg/kg 0.5铅 以Pb计mg/kg 1.02.3 微生物指标细菌总数：每毫升小于10

4、0个。大肠杆菌总数：每100mL小于600个。致病菌不得检出。二、碳酸饮料的生产工艺流程碳酸饮料在生产上有两种工艺：一次灌装法和二次灌装法。一次灌装法：将一定量的糖浆混合液脱气冷却与水、co2按一定比例在混合机混合冷却后直接装瓶；二次灌装法：将底料（糖浆、酸味剂、色素、果汁和香精等糖浆混合液）定量注入瓶中，再充入碳酸水。两种方法的工艺流程见下图：一次灌装法工艺流程图饮用水水处理砂糖酸味料香料脱气机溶解过滤糖料混合瓶子洗净定量混合机自动检瓶装量空瓶检查成品成品检查压盖机装有冷却器的碳酸气混合机酸脱气装瓶机调配冷却二次灌装工艺流程图饮用水注糖机碳酸气混合机冷却水处理调配冷却过滤溶解空瓶检查洗净瓶子

5、砂糖酸味料、香料等入库产品成品检查装水机压盖机碳酸气三、糖浆的制备 碳酸饮料的甜味剂在成品饮料中产生可口甜味，并可提供一定稠度而有助于传递香味，提供能量和营养价值。糖浆是碳酸饮料中主要原料之一。因而其质量的好坏对碳酸饮料产品的质量影响很大，是碳酸饮料生产工艺中重要的一环。 原糖浆的制备 把糖溶解于水中，一般称为原糖浆或单糖浆。必须采用优质砂糖，溶解于一定量的水中，制成预计浓度的糖液再经过滤、澄清后供用。 常用的溶糖方法有冷溶法和热溶法。 配置后短期内使用的糖浆可采用冷溶法；零售饮料，纯度要求较高，或要求延长贮藏期的饮料，最好采用热溶法。 在溶解糖液时，糖液的溶解度与糖液温度的关系是：温度越高，

6、溶解度越大。100时可溶解约83%的糖，待冷却到0时只能溶解约64%的糖，有19%的糖不溶解而析出。一般制备糖液以65%为宜是以此为根据。 糖浆浓度的测定 糖浆浓度的测定方法：测定糖浆的浓度，可使用比重计、波美计、白利度表示。 三者之间的关系为：波美20度与白利15度的相对密度1.161相当；白利度是指含糖量的重量百分率，如白利度55 oBx是指100g糖液中含有55g糖，并非指容积100ml糖液中含糖量55g。一般标准糖浆浓度定在3032波美度，按白利度计算为55%60%之间。白利糖度用手持测糖仪可测定。 糖浆调和时浓度的计算：砂糖比重为1.61。1L砂糖重量是1.61kg。在20时，1kg

7、砂糖溶解在1L水中的体积为1.626L，也就是制成50%糖浆浓度的糖液为1.626L，其重量为2kg，所以1L糖液的重量仅为1.23kg即比重为1.23。 在标准糖浆的制作中遇到的三种情况见书中。 糖液的相对体积随着水温的升高而升高。 混合糖浆的制备 在糖浆内加入其他辅助料如甜味剂、酸味剂、香精、色素等称之为混合糖浆。 辅料在糖浆内加入顺序为：先制作成55%标准溶液；加入部分甜味剂如甜叶菊、AK糖；将防腐剂苯甲酸钠，溶解后加入（可用5070的热水） ；加入食用酸。先调成50%浓度的酸液后加入糖浆中 ；加果汁；加入香精，加入香精时糖浆最好为15的液温；加入色素，稀释至5%。当全部辅料加入后，55

8、%的糖浆浓度会下降，再加入软水配成50%的混合糖浆，以便于掌握加水量。 四、碳酸化 碳酸化原理：水吸收二氧化碳的作用称为碳酸饱和或碳酸化作用。碳酸化作用在碳酸化器（汽水混合机）中进行，实质就是在一定压力和温度下，二氧化碳在水中溶解的过程。 影响二氧化碳含量的因素 二氧化碳在水中的溶解度：在一定的压力和温度下，二氧化碳在水中的最大溶解量叫做溶解度。 碳酸饮料中常用的溶解量单位为“本生容积”，简称为“容积”：在一个大气压下，温度为32（0）时，溶于一单位容积内的二氧化碳容积数。 欧洲常用的溶解量单位为g/L。两者的换算关系是1容积约等于2g/L。这是因为在标准情况下，1mol气体的体积为22.4L

9、，二氧化碳的分子量是44g。所以，二氧化碳的密度=44g/22.4L =1.96g/L（精确的计算应为44.01g/22.26L=1.98g/L，22.26为CO2的摩尔体积。） 二氧化碳溶解度与绝对压力的关系：在温度不变的情况下，压力增加，溶解度也随之增加。在5kg/cm2以下的压力时，溶解度与压力的曲线近似一条直线，它服从于亨利定律，即“当温度不变时，溶解气体的溶剂与绝对压力成正比”。 二氧化碳溶解度与温度的关系：在压力不变的情况下，温度降低，溶解度也随之增加，温度影响的常数叫亨利常数，以H表示.即S=HPi。亨利常数升高，绝对压力就降低，Pi=S/H。 空气对二氧化碳溶剂度的影响：空气不

10、仅影响碳酸化的效果，而且对产品来说，能促进霉菌和腐败菌的生长，并能氧化香料使风味遭到破坏。而空气的存在能显著减少二氧化碳的溶解量，故在碳酸化时应尽量除去空气。水中的空气可以用脱气机除去。二氧化碳的需求量 二氧化碳的理论需要量的计算二氧化碳的理论需要量的计算根据气体常数1mol气体在0.1MPa、0时为22.41L,因此1molCO2在T时的体积: Vmol(273+T)/27322.41(L) 则：G理V汽N/Vmol44.01 式中： G理为CO2理论需要量； V汽为汽水容量（L）（忽略了汽水中其它成分对CO2溶解度的影响以及瓶颈空隙部分的影响）；N为气体吸收率即汽水含CO2的体积倍数；44

11、.01为CO2的摩尔质量（g）； Vmol为T下1molCO2的容积二氧化碳的利用率二氧化碳的利用率 碳酸饮料生产中CO2的实际消耗量比理论需要量要大得多，这是因为生产过程中CO2的损耗很大。 实际生产中CO2在瓶装过程中的损耗一般为40%60%，因此CO2的实际用量为瓶内含气量的2.22.5倍，采用二次灌装法时，用量为2.53倍。 提高co2利用率的方法 选用性能优良的灌装设备，尽量缩短灌装与封口之间的距离（特别是二次灌装法），但不能影响操作和检修；经常对设备进行检修，提高设备完好率，减少灌装封口时的破损率；尽可能提高单位时间内的灌装、封口速度，减少灌装后在空气中的暴露时间，减少CO2的逸散

12、；使用密封性能良好的瓶盖，减少漏气现象。 五、碳酸化的方式和设备 碳酸化是在一定的气体压力和温度下，在一定的时间内进行的。要求尽量扩大气液两相接触面积，降低液温和提高CO2压力，因为单靠提高CO2的压力受到设备的限制，单靠降低水温效率低且能耗大，通常采用冷却降温和加压相结合的方法。 水或混合液常用的冷却方法有：水的冷却；糖浆的冷却；水和糖浆混合液的冷却；水冷却后与糖浆混合后再冷却。冷却装置按冷却器的热交换形式的不同可分为直接冷却和间接冷却。 碳酸化的方式 根据碳酸化方式可分为低温冷却吸收式和压力混合式两种 低温冷却吸收式：低温冷却吸收式在二次灌装工艺中是把进入汽水混合机的水预先冷却至48，在0

13、.45MPa压力下进行碳酸化操作。在一次灌装工艺中则是把已经脱气的糖浆和水的混合液冷却至1518，在0.75MPa压力下与CO2混合。低温冷却吸收式的缺点是制冷量消耗大，冷却时间长或容易由于水冷却程度不够而造成含气量不足，且生产成本较高。其优点是冷却后液体的温度低，可抑制微生物生长繁殖，设备造价低。 压力混合式：压力混合式是采用较高的操作压力来进行碳酸化，其优点是碳酸化效果好，节省能源，降低了成本，提高了产量。缺点是设备造价较高。 汽水混合机 碳酸化过程一般是在碳酸化其汽水混合机内进行。汽水混合机的类型很多，碳酸化器实际上是一个普通的受压容器。可以在其上部安装喷头、塔板，将液体分散成薄膜或雾状

14、，使液体和co2充分接触，并进行混合。常用混合机有以下几种。 碳酸化罐雾化碳酸化罐 填料塔塔式碳酸花器 喷射式混合机喷射式碳酸化混合器六、调和系统与调和器 调和方式 糖浆和碳酸水调和方式基本上有两种，即现调式和预调式。 现调式：指水先经冷却和碳酸化然后再与加味糖浆分别灌入容器(瓶)中调和成汽水的方式，也称作“二次灌装法”。 预调式：指水与加味糖浆按一定比例先调好，再经冷却混合，品灌入容器(瓶或罐)中的方式，也叫“一次灌装法”。 组合式：为了采用预调，并解决带果肉汽水的灌装问题。可以使用各种组合方式。 糖浆加料机与调和器 糖浆加料机 常用的糖浆加料机有以下几种：量杯式加料机、空气封闭式加料机，液

15、体静压式加料机。 调和机构 配比泵法 孔板控制法 注射器法七、碳酸饮料的灌装1.罐装的方法 罐装是汽水生产的重要工序之一，其目的是把混合糖浆和溶有二氧化碳的水充分混合后，加盖密封形成产品。其灌装方法有二次灌装和一次灌装两种方法。（1）二次灌装 洗净瓶 混合糖浆 定量装糖机 注入碳酸水密封（2）一次灌装混合糖浆加入定量水混合 脱气冷却充CO2罐装密封 2.灌装系统 灌装系统：指灌糖浆、灌碳酸水和封盖的组合。 两次灌装法：由灌糖浆机、灌水机、封盖机三台单独传动的设备组成，三个工序可以用手工传递，也可以用传送带连接。 一次灌装法：即加糖浆工序利用配比器，通常与混合机配合，置于混合工序之前，而用灌装机

16、灌混合好的成品。通常使用一个动力机构驱动灌装机和轧盖机，并组装在一个底座上。 灌装系统要完成碳酸饮料的主要质量要求： 糖浆和水的正确比例 达到顶期的二氧化碳含其量 保持合理的灌装高度和一致的水平 瓶顶空处应保持最低的空气量 保证严品的稳定 不论是皇冠盖还是螺旋盖，都应封闭严密，以保证内容物的质量 3.容器和设备的清洗系统 对于包装物为重复使用玻璃瓶，清洗显得格外重要。包装容器是保证饮料卫生质量很重要的因素之一，洗瓶包括的工序有浸瓶、刷瓶、冲瓶、滴干。 在洗瓶中应注意浸液（烧碱）和消毒液的浓度，应注意随时补加，必要时更换。以保证洗瓶质量。对于很脏的瓶子，应在高温（90）条件高浓度（20%）的烧碱

17、处理后再清洗使用。 八、其他设备1.检验机空瓶检验的主要项目：(1)裂隙，主要是瓶口部位。(2)洗后液体残留，尤其是当洗瓶机最后清洗机构有堵塞时，瓶中会残留碱液。可以用酚酞指示剂对洗后空瓶进行抽验。(3)尘土、杂质，尤其是昆虫。昆虫飞入饮后空瓶中被残留的糖粘住，不易洗去。(4)其它可能的污染。2.线上检测仪和控制机构 在高速生产线上，许多抽样检验的项目已经不能满足需要，发现不合格的情况再进行调整已经来不及。所以许多检验项目必须在生产线上施行，以便随时更正误差。3.贴标机和盖上打印机4.包装机和传送带 九、碳酸饮料常见的质量问题及处理方法1.杂质 杂质是产品中肉眼可见的有一定形状的非化学产物。杂

18、质一般不影响口味，但影响产品的外观。杂质有小颗粒的砂子、尘土、碎玻璃、小铁屑等。像蚊子、蝇、蛆虫、老鼠屎、刷毛等一般不叫杂质而被称为异物。杂质一般分为三类：不明显杂质；较明显杂质；明显杂质。 产生杂质的途径： 原料带来的杂质、瓶子或瓶盖带来的杂质以及机件碎屑或管道沉积物。 解决办法：原辅料过滤；加强洗瓶工序的管理；控制易损件的磨损，管道定期清洗。2.浑浊与沉淀 产品的混浊、沉淀产生的原因很多，但一般是由于微生物污染、化学反应、物理变化和其它原因所引起的。混浊：指产品呈乳白色，看起来不透明。沉淀：在瓶底发生白色或其它色的片屑状、颗粒状、絮状等沉淀物。 微生物引起的浑浊、沉淀 由于碳酸饮料在生产过

19、程中没有杀菌过程，因此对原料的质量要注意，砂糖、水等主要原料易被污染，所以要对原料进行处理。 试验表明，碳酸气的存在对微生物有抑制作用，且不相同的碳酸气含量，含量越高（其他条件相同），酵母死灭越快。而如果配料间的卫生条件不好，酵母在糖浆、有机酸中繁殖非常迅速。 引起浑浊、沉淀的微生物以酵母菌常见，也有嗜酸菌，多为乳酸杆菌、白念珠球菌， 化学反应引起的浑浊、沉淀 化学反应引起浑浊、沉淀的原因主要有以下几种：（1）主要是砂糖引起混浊、沉淀。用市售的砂糖作碳酸饮料时，装瓶放置数日后，有时产生细微的絮状沉淀，称为“起雾”。白砂糖中所含的极其微量的淀粉和蛋白质是导致沉淀起雾的主要影响物质。这种因为糖中所

20、含杂质引起的沉淀和因为微生物产生的沉淀不同，糖杂质引起的沉淀搅动后会分散消失、静置后又渐渐出现；而微生物污染引起的沉淀则不会消失。 产生的絮状物可由“Coca-Cola”十日法、碳酸氢钠法测得。 （2）饮料工厂使用硬水时，水中所含的钙和镁以柠檬酸作用，生成柠檬酸的盐类在水中溶解度低，会生成沉淀。（3）使用不合格或变质的香精香料，或向京香料虽然正常，但用量过多，也能引起白色混浊或悬浮物。但此现象多是在制造后即发生、容易判断。（4）色素质量不好或用量不当也会引起沉淀，使用焦糖与含鞣酸的饮料中，也容易发生沉淀。（5）配料方法不当，如在糖浆里先加入酸味剂，在加入苯甲酸钠，也会生成结晶的苯甲酸成规则的小

21、亮片沉淀。（6）瓶盖和垫上附着的杂质，沉入瓶底也可能造成沉淀。瓶颈泡沫形成的油圈，消下后造成沉淀。 克服浑浊、沉淀的措施(1)加强原料的管理，尤其是砂糖、水质的检测工作，砂糖应做絮凝试验，不合格原料不能用于生产。(2)保证产品含足够的二氧化碳气体。(3)减少生产各环节的污染。从水处理、配料、瓶子刷洗、灌装、压盖等工序都严格要求卫生。(4)对所用容器、设备有关部分、管道、阀门要定期进行消毒灭菌。对一些采用钙盐作为冷媒剂，要经常检测冷却水出口的水质，看是否含有钙盐，可用硝酸银溶液滴定检查。（5）一般不用贮藏时间长的混合糖浆生产汽水，如需使用必须采用消毒密封措施，在下次使用前先作理化和微生物检测，合格后方可继续使用。（6）加强过滤介质的消毒灭菌工作。（7）防止空气混入。有空气进入，一是降低了二氧化塘的含量，二是利于微生物生长。应对设备、管道、混合机等部位的密封程度检查，及时维修。（8）配料工序要合理，注意加入防腐剂和酸味剂的次序。（9）生产饮料用水一定要符合标准要求。（10）选用优质的香精、食用色素，注意使用量和使用方法。一般要先做小实验，合格后才投入生产线。（11）回收瓶一定要清洗干净，要注意清洗后瓶子里是否有残留的碱液，应经常检测。 3