《饮料工艺学》课件第七章 矿泉水

1、本章主要内容： （1）包装饮用水的概念和分类 （2）矿泉水是怎样形成的 （3）如何评价和开采矿泉水包装饮用水产业发展迅速的原因： 世界范围的水质污染 生活水平的提高 某些饮用水营养价值高 第一节 包装饮用水的定义和分类一、包装饮用水类的定义与分类 密封于容器中可直接饮用的水，包括饮用天然矿泉水、饮用天然泉水、其他天然饮用水、饮用纯净水、饮用矿物质水、其它包装饮用水。饮用天然矿泉水 drinking natural mineral water 采用从地下深处自然涌出或经钻井采集的、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的；在通常情况下，其化学成分、流量、水温等动态在天然周

2、期波动范围内相对稳定的水源制成的制品。饮用天然泉水 drinking natural spring water 采用从地下自然涌出的泉水或经钻井采集的、未受污染的地下泉水且未经过公共供水系统的水源制成的制品。其他天然饮用水 other natural drinking water 采用未受污染的水井、水库、湖泊或高山冰川等且未经过公共供水系统的水源制成的制品。饮用纯净水 purified drinking water 以符合GB5749的水为水源，采用适当的加工方法、去除水中的矿物质等制成的制品。饮用矿物质水 mineralized drinking water 以符合GB5749的水为水源，

3、采用适当的加工方法，有目的地加入一定量的矿物质而制成的制品。其他包装饮用水 other packaged drinking water 以符合GB5749的水为水源，采用适当的加工方法，不经调色处理而制成的制品，如添加适量食用香精（料）的调味水等。二、矿泉水的其他定义 1. 一般定义是从地下水源矿脉的若干天然露头开发出来的水；2)水中含有天然无机盐在1000mg/l以上，或者含游离CO2在250mg/l以上者；3)对人体生理上具有有益健康的特性；4)微生物学特性，应符合世界卫生组织饮用水的国际标准。2. 德国的天然矿泉水定义矿泉水是天然的，从天然或人工开凿的泉中获得的水；1Kg这种水中含有不少

4、于1000mg的溶解盐类或250mg游离CO2；它是在矿泉所在地用消费者使用的限定容器装瓶的。3. FAO/WHO的瓶装矿泉水定义含有一定的矿物盐及其相应的比例和所含的微量元素或其它组分而特征化的水；它是直接取自天然的或钻井而获得的地下水层的水；组成稳定，流量和温度稳定；d) 在保证原水细菌学纯度的条件下采集；e) 是在靠近水源露头处，并具备特定的卫生措施下装瓶；f) 除许可的规定外，不得进行任何其它的处理；g) 必须与相应的标准规定的所有条款相符。 判断地下水是否矿泉水，应有两个基本原则：（1）这种水是天然出露或经人工揭露的深循环的地下水，它的基本化学成分和流量、水温稳定，水质安全、卫生，可

5、不经煮沸直接饮用或灌瓶销售；（2）这种地下水必须含一定量的矿物盐或微量元素或CO2气体，有毒物质和微生物指标皆能满足饮用天然矿泉水国家标准。 矿泉水是在特定的地质条件下形成的，不是普通的地下水，是一种宝贵的矿产资源。 作为饮料，饮用天然矿泉水必须符合食品卫生学的要求，应有其特殊的生产方法和工艺； 作为矿产资源，它又有独特的形成机理和赋存规律。二、 矿泉水的分类（一）日本分类法 1. 单纯温泉 水温25以上 2. 单纯碳酸泉 3. 重碳酸钠泉 4. 重碳酸碱土泉 5. 食盐泉 6. 硫酸盐泉 7. 铁泉（二）国外矿泉分类概录 1. 按矿泉水温度分类 美国： 极冷水 1-13 冷水 13-18 凉

6、 水 18-27 温水 27-33.5 不感温水 33.5-35.5 暖和水35.5-36.5 热水 36.5-40 极热水 40-46德国 冷泉水 20 以下 低温泉 20-37 温 泉 37-42 热 泉 42 以上 日本 冷泉 25 以下 微温泉 25-34 温泉 34-42 高温泉 50 以上2. 按渗透压分 低张泉 1000-8000mg/l溶解盐 等张泉 8000-10000mg/l溶解盐 高张泉 10000mg/l以上溶解盐 3. 按矿泉水所含成分分类 碳酸盐泉 氯化物盐泉 硫酸盐泉4. 按pH值分 强酸性泉 pH 2 酸性泉 pH2-4 弱酸性泉 pH4-6 中性泉 pH6-7

7、.5 弱碱性泉 pH7.5-9 碱性泉 pH8.5-10 强碱性泉 pH10（三）我国矿泉分类1.按矿泉水特征组分达到国家标准的主要类型分为九大类： 偏硅酸矿泉水； 锶矿泉水； 锌矿泉水； 锂矿泉水； 硒矿泉水； 溴矿泉水； 碘矿泉水； 碳酸矿泉水； 盐类矿泉水。2.按矿化度分类命名: 矿化度是单位体积中所含离子、分子及化合物的总量。 矿化度500mg/l为低矿化度; 500-1500mg/l为中矿化度; 1500mg/l为高矿化度。 矿化度1000mg/l为淡矿泉水，1000mg/l为盐类矿泉水。3.按矿泉水的酸碱性分类:4.按阴阳离子分类命名: 以阴离子为主分类，以阳离子划分亚类，阴阳离子

8、毫克当量25%才参与命名。 氯化物矿泉水，有氯化钠矿泉水、氯化镁矿泉水等； 重碳酸盐矿泉水，有重碳酸钙矿泉水、重碳酸钙镁矿泉水、重碳酸钙钠矿泉水、重碳酸纳矿泉水等； 硫酸盐矿泉水，有硫酸镁矿泉水、硫酸钠矿泉水等。 第二节 饮用天然矿泉水标准（GB8537-95） （GB8537-2008）2009年10月1日开始实施 包括一个技术要求，三个检验规范 1. 技术要求 9个界限指标 4个感官指标 18个限量指标 4个污染物指标 2个微生物指标 GB8537-95 2. 三个检验规范 水源勘察检验规范 水源卫生防护检验规范 产品检验规范（二）感官指标 1. 色： 色度不超过15度； 2. 浑浊度：不

9、超过5度 3. 臭和味： 无异臭、异味 4.肉眼可见物：不得含有异物，允许有极少量的天然矿物盐沉淀 GB8537-2008 定义产品分类：新标准主要变化由“全文强制”改为“条文强制”； 完善了天然矿泉水的定义； 界限指标去掉1项（溴化物）； 限量指标增加4项 （锑、锰、镍、溴酸盐） ，删除4项（锂、锶、碘化物、锌）； 污染物指标增加2项（阴离子合成洗涤剂、矿物油），修改1项（亚硝酸盐）； 微生物指标增加3项（粪链球菌、铜绿假单胞菌和产气荚膜梭菌）、删除1项（菌落总数）。 二、水源勘察检验规范 凡申请开发饮用天然矿泉水者，必须提交水源地勘察报告，报国家饮用天然矿泉水评审组审查认可，有关储量应由省

10、级以上矿产储量委员会负责批准，方可作为开发的依据。三、水源卫生防护检验规范 1. 水源地必须设计卫生防护带，其范围应根据地形、地貌、水文地质和周围环境卫生状况而定，并在防护地界设置固定的标志； 2. 卫生防护带内严禁排灌工业、生活废水和使用农药，严禁修建渗水厕所、渗水坑，堆放废渣或铺设污水管道，并不得有破坏水源地水文地质条件的活动。第三节 矿泉水形成的地质条件 矿泉水类型和组成与地质条件有关： 1. 矿泉水在地下循环通道的深浅，往往决定了地下的温度、压力、矿物溶解的能力；2. 不同的岩石组成，矿物成分各异；3. 矿泉水在地壳中存留的时间与矿物溶解的速度。岩浆岩沉积岩 变质岩 矿泉水来自地下迟缓

11、循环带。矿泉水形成过程中主要包括以下3个基本作用：1、混合作用：各种成分水的混合。2、变质作用 包括脱氧、脱硫酸和岩石吸附复合体中的离子交换作用3、微量元素和重金属的富集 第四节 饮用天然矿泉水勘察要点 一、注意水质分析误差 多次采样化验并外检复查，以避免偶然误差。1. 矿泉天然流量的确定 只要丰、枯季水质稳定，可开采量以枯水期流量为准。不可使用丰、枯季平均流量作为可开采量。 2. 矿泉井可开采量的确定 对于矿泉井的可开采量不能套用常规的储量计算方法。 只有对矿泉水在开发过程中水质和流量的关系作长期地动态观测，把取得的资料作深入分析，才可得出适宜的可开采量数据。 如果改变了地下矿泉的天然流动和

12、流速，一旦超采，导致水质变化的事例屡见不鲜。 三、动态稳定是矿泉水长期开采的保证 矿泉水的动态指矿泉水水质、水量、水温、水位（水压）随时间变化的过程。 矿泉水的动态监测应贯穿矿泉水开采的全过程。第五节 饮用天然矿泉水的 评价程序和评价方法一. 矿泉水理化特征的表示方法 采用库尔洛夫数学公式表示：SP：所含气体或微量元素（g/L）M：溶解性总固体（ g/L ）阴离子：以毫摩尔的百分数表示离子含量，列于右下角。 含量少于10%的离子不用列出。T：泉温（）Q：泉水涌出量（L/s或t/24h） 饮用天然矿泉水的评价包括： 矿泉水的水质 矿泉水形成的地质条件 矿泉水的动态 周围环境二. 矿泉水的评价内容

13、三、饮用天然矿泉水的评价程序1. 未知水质组成成分的天然露头或人工揭露的矿泉点 第一步：产地地质。 第二步：环境。 第三步：现场水质分析（电导度、pH值、气体及蒸发残渣）。 第四步：离子分析（K+、Na+、Mg2+、Ca2+、HCO3-、SO42-、Cl-）。 第五步：有害物质测试。 第六步：放射性分析。 第七步：动态观测。 第八步：审批。2. 一个已知地质、水文地质、 环境情况及水质组成等的矿泉点（1）凡属下列情况者不宜作为饮用天然矿泉水进行生产和销售 a 水质口感不适，有异味或恶臭者； b 微生物指标不合格者； c 水源已遭粪便、工业废水、农业污染者； d 有毒重金属和某些组分超标者； e

14、 水温、水流量和水质不稳定者； f 放射性物质超标者（氡射气另作考虑） g 矿化度超过10000mg/L； h 水中具有浮游生物及绿藻者； i 氟、硒含量超标者。（2）凡属下列情况的水质，可以采取专门措施进行预处理，仍可作为瓶装饮用天然矿泉水生产和销售 a 单纯的铁Fe、锰Mn含量过高者； b 单纯的H2S偏高者； c 单纯的铍Be含量较高者； d 单纯的氡Rn含量较高者； e 矿化度在6000mg/L 以上， 10000mg/L以下，并具有天然矿泉水显著特征者； f 具有天然矿泉水显著特征，但水温过高者； g 矿泉水涌出后发生暂时轻微混浊和沉淀者。第六节 矿泉水生产工艺流程矿泉水生产的一般流

15、程： 一、主要工艺流程 1、不含碳酸气的天然矿泉水的工艺流程不含碳酸气的矿泉水的生产 水源质量稳定，装瓶时不会发生氧化，化学成分也不会发生改变，生产工艺简单。充气的矿泉水的生产 在原水过滤之后充入二氧化碳气。2、含碳酸气的天然矿泉水的工艺流程CO2含量高，H2S、Fe、Mn含量低的原水 不需曝气，需要气水分离和气水混合工序。CO2、H2S、Fe、Mn含量高的原水 需要进行曝气，去除气体和Fe、Mn离子。生产含铁碳酸气矿泉水 矿泉水中加入酸溶液：80mg/L Vc或100mg/L柠檬酸，以防止沉淀并使水中具有补血功能的二价铁。 矿泉水处理的特殊要求： 不改变饮用天然矿泉水的特性和主要成分，不能造

16、成污染。二、 工艺要点1、引水矿泉水引水的目的（1）在自然条件允许的情况下，得到最大的可能的流量，防止水与气体的任何损失；（2）防止地表水和潜水的渗入和混入，完全排除有害物质污染和生物污染的可能性，防止水由出露口到利用处物理化学性质发生变化；（3）水出露口设备对水的涌出和使用方便。引水方法 水的类型 碳酸水 硫化氢水 放射性水 引水方法 钻孔与钻 钻孔与井 水井、水池、 孔井并用 浅钻，镭水 用深钻 建筑材料 生铁、铝、 石棉、水泥 各种材料 铜、不锈钢引水设施 （1）泉口：建立储水池和水泵房。定期清除钙沉积。 （2）泉口设备：配备水流量测定仪器。 （3）碳酸泉应有气体分离器、测压装置。2、

17、曝气 1. 曝气的概念 曝气是使矿泉水原水与经过净化了的空气充分接触，使它脱去其中的二氧化碳和硫化氢等气体，并发生氧化作用的过程。 2. 曝气的原因 （1）矿泉水在地下时，溶解有大量的CO2气体，显酸性。当矿泉水出露时，压力减低，放出大量的CO2气体，酸性溶液变为碱性溶液，产生各种沉淀； （2）水中的其它气体带来异味； （3）水中过多的铁锰离子等金属离子，在装瓶后会引起沉淀。 3. 曝气的目的（1）排出H2S等有不愉快气味的气体；（2）使矿泉水由酸性转变为碱性，超过溶度积的金属离子沉淀除去；（3）使水中低价的铁、锰等金属离子氧化后沉淀除去。 4. 曝气方法 自然曝气法 喷雾法 梯栅法 焦炭盘法

18、 强制通风法 （1）气泡式曝气装置 水是连续相，空气是分散相，氧化效果较好，除去CO2效果较差。 压缩空气曝气装置 跌水曝气装置 （2）叶轮式表面曝气装置 溶氧气，除去CO2。 （3） 射流曝气 利用射流泵抽气，使空气注入待处理的水中。 水 空气 5.过滤目的： 除去水中的不溶性悬浮杂质和微生物，主要为泥沙、细菌、霉菌及藻类等。粗滤：多介质过滤，除去较大的悬浮颗粒。可加入一些锰沙，降低锰铁含量，或加助滤剂。精滤：砂芯棒过滤，微滤，超滤等。 6.灭菌 一般采用臭氧杀菌和紫外线杀菌，瓶盖采用双氧水、次氯酸钠、过氧乙酸等消毒。 7.充气 向矿泉水中冲入二氧化碳，取决于产品类型。 采用气水混合机。三、

19、 常见的质量问题变色 矿泉水出现发绿和发黄的现象。原因：发绿是由于藻类植物（绿藻等）和光和细菌（绿硫细菌）引起的，利用光和作用生长繁殖，产生绿色。发黄是管道和生产设备材质不好产生铁锈引起的。防止措施：进行有效的过滤和杀菌处理；采用优质的不锈钢材料或高压聚乙烯设备。沉淀 出现红、黄、褐和白等各色沉淀。原因：（1）白色絮状沉淀属正常现象，为矿物盐。 （2）高矿化度和重碳酸盐矿泉水，容易形成钙镁的碳酸盐白色沉淀。 （3）红、黄和褐色沉淀，主要是铁锰离子引起的。防止措施：（1）温度升高可溶解。（2）通过充分曝气过滤除去部分钙镁的碳酸盐或冲入二氧化碳降低pH值。（3）通过防止地表水对矿泉的污染和进行充分的曝气。微生物 矿泉水中经常出现的质量问题。 进行彻底的灭菌，防止矿泉水源的污染、生产设备的消毒、灌装车间的净化，瓶盖消毒，生产工人的个人卫生等。第七节 饮用纯净水1、定义 以符合生活饮用水卫生标准的水为原料，通过电渗析法、离子交换法、反渗透法、蒸馏法及其他适当的加工方法制得的，密封于容器中且不含任何添加物可直接饮用的水。2、饮用纯净水标准 G