食品原料加工特性

专题15

水饮料生产工艺主讲教师：朱建华2016-3-18修订食品工艺学5本章主要学习内容第一节软饮料用水及水处理技术第二节瓶装饮用水生产工艺6教学重点:1．软饮料用水的水质要求及水处理技术；

2．瓶装水的定义、分类，矿泉水及纯水生产工艺；

教学难点：

1.软饮料用水水处理技术的特点；

2．瓶装水生产工艺中的质量控制工艺要点。7水处理的目的消除悬浮物、颜色、过高的碱度和硬度，脱盐，杀菌。澄清过滤混凝、絮凝和过滤石灰纯碱、离子交换、ED或RO悬浮杂质胶体溶解性杂质第一节软饮料用水及水处理技术一、软饮料用水的水处理目的8二、软饮料用水的水质要求

1.水源分类及其特点（1）地表水（2）地下水（3）自来水

地下水地表水自来水92.水中杂质及其对饮料生产的影响

（1）悬浮物质（2）胶体物质（3）溶解物质

a、溶解气体

b、溶解盐类▲水的硬度：暂时硬度、永久硬度▲水的碱度：PH值103.饮料用水要求1112三、水的净化处理技术

1.悬浮物质和胶体物质的去除

（1）水的澄清（2）水的过滤砂棒过滤器砂石滤池13石英砂过滤原理14砂滤棒过滤器

适用于用水量较少，原水中只含少量有机物、细菌及其它杂质。砂滤棒又名砂芯；采用硅藻土等可燃性物质，在高温下焙烧，溶化，可燃性物质变为气体逸散，形成直径2-4μm的小孔；15微孔过滤器基本原理:

微孔过滤器是由折叠滤膜、支撑构件和塑料外壳构成。折叠滤膜可截留0.2um以上的微粒物质。16超滤基本原理:

超滤是通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离的方法。

超滤分离物质的分子量范围为500-100万或尺寸近似为10-100Å（0.001-0.01um）。17采用活性炭为滤料。活性炭的比表面积很大（1克活性炭的表面积达1000m2）；活性炭表面布满平均直径为20-30Å的微孔，因此活性炭具有很高的吸附能力。活性炭的表面有大量的羟基和羧基等官能团，可以对各种性质的有机物质进行化学吸附以及静电引力作用。活性炭净水器原理18活性炭净水器技术特点：①能除去水中的异色、异味；②能除去水中的汞、铅、镉、锌、铁、锰、铬等重金属物质，除去氢化物、硫化物、余氯等高分子有机化合物，除去锶、镭等放射性物质和其它一些致癌物质；③设备体积小，不耗能，效率高。

主要用于除去水中的有机物、余氯、不良气味，降低色度等。可除去：63-86%的胶体物质50%左右的铁；47-60%的有机物；95%左右的细菌；97%左右的大肠菌群。192.水中溶解物质的去除20石灰软化过程21（2）离子交换法

①原理：离子交换软化法，是用离子交换剂，即使用离子交换树脂将水中所含的钙、镁离子吸附起来，使水质软化。②离子交换剂：矿物质离子、碳质离子、有机交换树脂

离子交换柱22③交换过程（机理）：置换反应

离子交换的反应过程，以用H型阳离子交换树脂HR和水中Na+交换反应过程为例：

HR+Na+→NaR+H+23（3）电渗析法电渗析过滤器(1)工作原理利用离子在电场下定向迁移现象和离子交换膜的选择透过性达到除盐的效果。24（4）反渗透法反渗透过滤器原理：对于浓溶液施加比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到半透膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除盐的目的。25263.水的消毒（1）氯消毒：液氯、氯胺、漂白粉、次氯酸钠机理：Cl2+H2O→HClO+HClHClO→HCl+[O]（2)臭氧消毒

O3→O2+[O]（3）紫外线消毒利用短光波：250-260nm杀灭微生物27水紫外消毒设备28臭氧消毒器29第二节

瓶装饮用水生产工艺一、概述1、瓶装水定义

瓶装水（bottledwater），又称瓶装饮用水，是指密封在容器中，并出售给消费者直接饮用的水，瓶装是泛指用于装水的包装容器，包括塑料瓶、塑料桶、玻璃瓶、易拉罐、纸包装等。30第二节

瓶装饮用水生产工艺一、概述2、分类1)、矿泉水

天然矿泉水、人工矿泉水2)、纯水纯净水、太空水和蒸馏水3)、其他活化功能水磁化水、电子水、碱离子水、酸性强氧化水、麦饭石水、臭氧水、超声波水等。31二、矿泉水

1、矿泉水定义是从地下深处自动涌出或人工揭露的未受污染的地下矿水，含有一定的矿物质、微量元素或二氧化碳气，水源地直径10Km内不可以有水质污染源存在，包括有机、无机和毒性物质存在，矿泉水的水质、水量必须稳定，且经10年以上的不断检验，矿物质含量大致不变。

我国幅员可辽阔，矿泉水资源极为丰富北起黑龙江、辽宁，南到广东都有水质优良的矿泉。32二、矿泉水2、矿泉水的发展状况

瓶装矿泉水作为饮料市场中一员是近百年的事情。十九世纪后半叶，世界瓶装矿泉水的销售量急剧增加。目前，欧洲国家瓶装矿泉水的生产消费量最大，多年来产量长期处在世界前列的国家有意大利、法国、德国、西班牙等；如今欧洲主要生产国的年产量还10％的速率增长；德国2000年矿泉水产量在1000万吨以上，营业额达25亿多欧元。在欧洲一些国家，矿泉水已经成为人们生活中不可缺少的一部分。33欧洲各国矿泉水的人均消费量也在逐年上升，其中意大利2000年矿泉水人均消费量达140升，列欧洲之首亚洲国家的矿泉水人均消费量远远低于欧洲，如泰国为70升，中国香港为40升，日本为10升，而中国内陆仅为5升（国外统计），相当于德国二战结束时的水平。我国开发利用饮用天然矿泉水最早始于本世纪初。1977年以前，我国唯一的瓶装矿泉水是青岛崂山牌天然矿泉水。80年代中期,特别从1987年，我国国家矿泉水标准的颁布实施以来，全国瓶装矿泉水的开发和生产得到了迅速发展。90年代中期，发展速度有所减缓，到1997年，我国饮用天然矿泉水生产厂家已达1100多家，是世界上生产矿泉水厂家最多的国家。343、矿泉水的保健功能矿泉水含有丰富的常量元素和微量元素，本身不含热量，是一个理想的矿物质补充源；矿泉水中的某些微量元素具有疗效和保健作用。

镁、锂可以减少心血管病发病率；

含碳酸氢钠的对消化和代谢机能紊乱、泌尿系统疾病有疗效；矿泉水还能治疗慢性肝炎、糖尿病和肥胖症；矿泉水中的多种微量元素可以补充日常缺乏的微量元素，有健胃、调节代谢等效果；污染少矿泉水已日益成为人们保健饮用水。354、矿泉水的分类按照原水的来源分为：天然矿泉水人工矿泉水按照化学成分分类俄罗斯、日本法分为6种西欧法分为11种按温度分类冷泉＜20℃微温泉20～37℃

温泉37～42℃高温泉＞42℃按是否含有二氧化碳分类365、饮用矿泉水的水质矿泉水的主要成分矿泉水的主要成分是钠、钾、钙、镁、氯及碳酸氢根、硫酸根等，组成的元素可分为4类：水中溶解物，钠、钾、钙、镁等；含量不高元素，锂、锶、钡等；含量极少的稀有元素，钴、铬、硒等；放射性元素。

硬度，由水中溶解的钙和镁的量决定；

pH和碱度

浑浊度，一般不超过5度；

臭和味，一般不应有异臭和异味；

水色

矿化度（M），用每1L水中所含阴阳离子总量376、饮用矿泉水的技术要求饮用天然矿泉水以含有一定量的矿物质或微量元素，或二氧化碳气体为特征。饮用天然矿泉水符合5项技术要求：界限指标值感官指标不含铁、锰、硫化氢成分污染物指标微生物指标38感官要求项目

要求色度,度≤15,并不得呈现其他异色浑浊度,NTU≤5臭和味具有本矿泉水的特征性口味,不得有异臭、异味肉眼可见物允许有极少量的天然矿物盐沉淀，但不得有其他异物污染物指标

项目

指标

挥发性酚(以苯酚计)，mg／L<0.002

氰化物(以CN-计)，mg／L<0.010

亚硝酸盐(以No3计)，mg／L<0.0050

总?放射性，BQ／L<1.50

微生物指标项目

指标

水源水

罐装产品

菌落总数,CFU/ML<550大肠菌群,个/100ML0

397、饮用天然矿泉水评价申请开发饮用天然矿泉水，必须提交《饮用天然矿泉水国家标准》中规定的水源地勘察报告。对一个未知水质组成成分的新发现的天然露头或新开凿井的矿泉水，评价程序大致可分步骤。阅读和研究该矿泉点的地址报告了解和观察矿泉点周围情况水质进行现场测试分析、理化分析、微生物检检查水中是否含有农药、氰化物、矿物油物质采样测定矿化度，确定全部阳离子与阴离子的半定量组成和级位，进一步定量分析有关成分对水样进行放射性分析长期观测水温、水流量、水位（压力）的动态资料根据以上各步骤获得的结果，对水质进行全面评价，提出报告，并提出是否开发的具体建议408、饮用矿泉水的生产工艺(1)饮用矿泉水的生产工艺流程引水曝气过滤灭菌充气罐装压盖空瓶清洗罐装瓶盖消毒贴标检验成品41(2)工艺要点引水引水过程一般分为地下部分和地表部分，大流量，不易污染，使用方便。曝气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、硫化氢等气体，并发生氧化作用，通常包括脱气和氧化两个同时过程过滤矿泉水过滤的目的使除去水中的不溶性悬浮杂质和微生物。生产矿泉水的过滤一般需经过粗滤和精滤过滤作用的机理主要是吸附作用和机械隔离作用。过滤的新技术是超滤，一般认为超滤膜的孔径为0.2微米时候，可以滤除细菌。42(2)工艺要点灭菌生产上矿泉水灭菌一般采用臭氧杀菌和紫外线杀菌。充气（1）不含气的瓶装矿泉水（2）含气的瓶装矿泉水充气是指向矿泉水中充入二氧化碳气体，原水经过引水、曝气或气水分离、过滤和杀菌后，再充入二氧化碳气体。含铁的碳酸水易沉淀，可添加一定量柠檬酸或抗坏血酸防沉淀。罐装罐装工序是指将杀菌后的矿泉水装入已灭菌的包装容器的过程。目前在生产中均采用自动罐装机在无菌车间进行。43瓶装水灌装过程44表1碳酸型矿泉水水化学特征及界限指标评价表(具有一般代表性)单位：毫克/升离子

含量区间

项目

指标

含量区间

评价阳离子Na+121.40—141.20

锂≥0.200.119—0.1368

K+

9.18—11.36

锶≥0.200.297—0.3485

达标Ca2+92.91—107.73

锌≥0.200.00885—0.01056

Mg2+141.00—156.22溴化物≥1.00＜0.02

NH4+17.25—25.75碘化物≥0.20≤0.002

Fe2++Fe3+

0.56—1.45偏硅酸≥25.00112.88—116.23

达标合计382.30—443.71

硒≥0.010＜0.00001

阴离子HCO3-1342.98—1490.93游离二氧化碳≥250476.19—479.50

达标CO32-

0.00溶解性总固体≥1000183.008—2044.26

达标CI-

12.89—14.84

SO42-

1.73—2.39

F-

0.44

NO3-

0.00

合计1361.0—1511.1

总硬度(以CaCO3计)813.20—913.38

备注锶含量在0.2—0.40毫克/升、偏硅酸含量在25.00—30.00毫克/升时,水温必须在25℃以上。45表2偏硅酸型矿泉水水化学特证及界限指标评价表

（具有一般代表性）单位：毫克/升

离

子含量区间

项

目

指

标

含量区间

评

价阳离子Na+7.50—9.00

锂≥0.200.00004—0.00850

K+2.20—2.90

锶≥0.200.01275—0.07176

Ca2+5.18—6.75

锌≥0.200.00087—0.0063

Mg2+4.71—6.91

溴化物≥1.00＜0.020

NH4+0.00

碘化物≥0.20≤0.002

Fe2++Fe3+0.00—0.06

偏硅酸≥25.0043.11—49.97达标

阴离子HCO3-47.63—57.64

硒≥0.010＜0.00001

CO32-0.00游离二氧化碳≥2502.46—7.72

CI-0.00—1.00

溶解性

总固体≥1000112.95—130.89

SO42-3.00—6.00

F-1.20—1.45

NO3-0.00—5.00

总硬度（以CaCO3）计32.28－44.59备注锶含量在02.0－0.40毫克/升、偏硅酸含量在25.00—30.00毫克/升时，水温必须在25℃以上。46(3)矿泉水的质量控制变色沉淀微生物

479、水源卫生防护水源地必须设立卫生防护区，在防护区界设置固定标志。卫生防护区须符合下述要求，并有卫生防护区图(比例尺1:5000～1:10000)。第一区为严格保护区。在泉(井)外围半径15m的范围内，无关人员不得入内。不得放置与取水设备无关的其他物品。第二区为限制区。在矿泉水水源、生产区外围不小于30m范围内，不得设置居住区和工厂、厕所、水坑，不得堆放垃圾、废渣或铺设污水管道。严禁使用农药、化肥，并不得有破坏水源地水文地质条件的活动。第三区为监察区。其范围应根据水源的补给与分布而定，是水源免受污染。48三、纯水1、饮用纯水定义饮用纯水，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、反渗析法、蒸馏法以及其他适当的加工方法制得，密封于容器中且不含任何添加剂可直接饮用的水。目前饮用的瓶装纯水，也称纯净水、太空水、蒸馏水。一般用反渗透处理的水称纯水，用微滤或超滤处理的水称为纯净水，蒸馏取得的为蒸馏水衡量纯水纯度的重要指标是电阻率或电导率，饮用纯水的电导率为1～10uS/cm。492、纯水的生产技术从水中去除杂质的方法有很多,主要有膜处理(微滤膜电、超滤膜、电渗析、反渗透膜)、吸附（离子交换树脂、活性炭）、相变（蒸馏）和分解（紫外线）等。

(1)饮用纯水生产工艺目前，饮用纯水可用多种生产工艺，多为微滤、电渗析、超滤、反渗透、离子交换、蒸馏等方法的组合，此外还应进行原水的预处理和纯水的消毒杀菌。

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原水砂芯过滤活性碳净水器精滤去离子器臭氧杀菌紫外杀菌灌封贴标包装成品制瓶消毒瓶、盖饮用纯水生产工艺流程图51

纯水技术与能去除的杂质注：◎最好；○好；△；×不可杂质无机离子有机物微生物粒子操作成本膜处理微滤（MF）××◎◎中超滤（UF）×○○○中反渗透R