软饮料学 第二章 碳酸饮料

1、,第二章 碳酸饮料,王鸿飞,一、碳酸饮料简介,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。 但由发酵法自身产生的二氧化碳气的饮料和二氧化碳气的含量（重量）在万分之五以下、酒精含量（容积）0.5以上的硬饮料则不属于碳酸饮料。 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，始于18世纪末到19世纪初。最初的发现是从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。 矿泉水的研究始于15世纪中期的意大利，起初用于治疗。以后证实，人为地将水和

2、二氧化碳混合一起，与含有二氧化碳的天然矿泉水一样，具有特异的风味，这大大推动了碳酸饮料的制造和研究进程。 1772年英国人普里斯特莱（Priestley）发明了制造碳酸饱和水的设备，成为制造碳酸饮料的始祖。他不仅研究了水的碳酸化，还研究了葡萄酒和啤酒的碳酸化。水碳酸化后便产生一种令人愉快的味道，并且可以和水中的其它成分的香味一同逸出。,1807年美国推出了果汁碳酸水，随后人工香精的合成、液态二氧化碳的制成、帽形软木塞和皇冠盖的发明、机械化生产线的出现，才使得碳酸饮料首先在欧、美国家生产并很快发展到全世界。 我国碳酸饮料工业起步较晚，20世纪初随着帝国主义对我国得经济侵略，汽水设备和生产技术进入

3、我国，在沿海主要城市建立起小型 汽水厂，例如天津山海关、上海正广和、广州亚洲、沈阳八王寺以及青岛等汽水厂，但产量都很低。,解放以后，由于各种历史原因，汽水发展缓慢。1980年以后，碳酸饮料才得到迅速发展。目前碳酸饮料在软饮料中占有重要地位。 从营养得角度来说，普通得碳酸饮料除使用砂糖产生相当热量外，几乎没有营养价值，它的主要功能是产生清凉感。 果汁型或蛋白型的碳酸饮料根据其品种和含量，具有不同的营养价值。,1. 果汁型 fruit juice type 原果汁含量不低于2.5%的碳酸饮料。如桔汁汽水、橙汁汽水、菠萝汁汽水或混合果汁汽水等。 果汁汽水具有原果特有的色、香、味。它不仅可以消暑解渴，

4、还有一定的营养作用，属于高档汽水，一般可溶性固形物为810，含酸量0.20.3，含二氧化碳22.5倍，是属于大力发展的汽水品种。还可以分澄清和混浊型汽水。,二、碳酸饮料的分类,2.果味型 fruit flavoured 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。如桔子汽水、柠檬汽水等。 用蔗糖、柠檬酸、色素以及果香型食用香精配制成的各种水果香型的汽水，是目前产量较为稳定的汽水品种，主要起清凉解暑的作用。 产品一般含糖量810，含酸量0.10.2，含二氧化碳34倍。,3.可乐型 cola type 含有焦糖色、可乐香精或类似可乐果、水果香型的辛香和果香混合香气型的

5、碳酸饮料。无色可乐不含焦糖色。 可乐型汽水是世界上碳酸饮料生产的主要产品之一，代表产品为“可口可乐”、“百事可乐”等，已有百年历史，畅销不衰，是一种嗜好型的饮料。 国内可乐型饮料研究开发于20世纪80年代，如“天府可乐”、“红雪可乐”、“崂山可乐”等，有别于国外的可乐饮料，虽然在外观上仍为透明的红棕色，香型也近似于可口可乐，但其特征添加剂为中草药，因中草药成分具有一定的保健作用，因而我国所产的各类可乐，除解暑外，还有一定的保健作用。,4.其他型 other types 上述3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介质、能量等的碳酸饮料。如姜汁汽水、沙示

6、汽水、运动汽水等。 汽水的种类从感观角度来分，又可分为透明型和混浊型两类。二者的区别在于生产工艺不同。 透明型是通过澄清、过滤的手段获得清澈透明的产品，果味型及某些果汁型汽水均属于此类。 而混浊型则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之中，且使其呈混浊状态更加接近天然果汁，如混浊型果汁汽水等。,1.二次灌装法（现调式） 二次灌装法是先将调味糖浆定量地注入容器中，然后加入碳酸水至规定量，密封后再混合均匀。这种糖浆和水先后各自灌装地方法又称为现调式灌装法、预加糖浆法或后混合（postmix）法。其工艺流程如下： 二次灌装法流程示意图 饮用水水处理冷却气水混合CO2 糖浆调配

7、冷却灌浆灌水密封混匀检验 容器清洗检验 成品饮料,三、碳酸饮料生产工艺,2.一次灌装法（预调式） 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。这种将饮料预先调配并碳酸化后进行灌装地方式称为一次灌装法，又称为预调式灌装法、成品灌装法或前混合（premix）法。 其工艺流程如下：,CO2 饮用水 水处理 混合冷却碳酸化 糖浆 调配 灌装 容器 清洗 检验 密封 检验 成品饮料 一次灌装法流程示意图,饮用水水处理冷却气水混合 CO2 糖浆调配冷却 混合 容器清洗检验 灌装 密封 检验 成品饮料 加碳酸水的一次灌装法流程示意图,调和糖浆一般是

8、在一定浓度的糖溶液中，加入甜味剂、酸味剂、香精香料、色素、防腐剂等，并充分混合均匀后所得的浓稠状糖浆，它是饮料的主体之一，与碳酸水混合成碳酸饮料。 它对成品饮料的作用是：提供稠度而有助于传递香味；提供能量和营养价值。 对饮料厂来说，从卫生和浓度控制的观点出发，调和糖浆的制备无疑是重要的环节。调和糖浆的制备是要达到配料掺和良好和完善，用以生产一致性和高质量的饮料。,四、调和糖浆的配制,1.糖液的制备 为配制调和糖浆所用的糖水溶液称为糖液，它是调和糖浆的主要成分。必须选用优质的砂糖，有时也用异构糖、麦芽糖醇和甜菊素等甜味剂。 制备糖液的大致过程是将糖溶解于一定量的水中，制成预计浓度的糖液，再经过滤

9、、澄清后备用。其中的水质可与灌装用水相同。 溶糖分间歇式和连续式，间歇式又分为冷溶法和热溶法（蒸汽加热和热水）。,冷溶法：把糖和无菌水按比例正确配料，加入到带有搅拌器的容器中，在室温下进行搅拌，待糖完全溶化，尔后过滤去杂即成，备用。 一般制备的糖液浓度为45650Bx（要存放1天必须是650Bx）。 冷溶法生产须有严格的卫生控制措施，现用现配，不得积压。这种方法节省能源、方便，但溶解时间较长，糖液容易受到污染。,热溶法：是在不锈钢夹层锅中，将定量的水和糖加热，使糖溶化的方法。有蒸汽加热溶解法和热水溶解法。 蒸汽加热溶解法：将水和糖按比例加入到溶糖锅内，通入蒸汽加热，在高温下搅拌溶解。该方法的优

10、点是溶糖速度快，可杀菌；缺点是直接将蒸汽通入到溶糖锅内会因蒸汽冷凝的缘故带入冷凝水，糖液浓度和质量受到影响。 热水溶解法：热水溶解法是边搅拌边把糖加入到热水中溶解，然后加入杀菌、过滤、冷却。该法克服了上述方法的缺点，国内饮料厂家多采用此法。,具体的工艺流程为： 5055热水搅拌溶糖粗过滤90杀菌冷却39精滤冷却至20 糖溶液 该法的优点是：避免了蒸汽加热时糖在锅壁上的粘结，减少蒸汽给操作带来的影响；粗滤可以除去糖液中的悬浮物和大颗粒杂质，减轻了后续工序的负担；糖液在39的较低温度下过滤，可以避免产生絮凝物，但温度不能过低，否则粘度上升会影响过滤速度；采用精滤机过滤，精度可在5um以下，过滤出来

11、的糖液无色透明。,连续式：指糖和水从供给到溶解、杀菌、浓度控制和糖液冷却均连续进行。国外因自动控制程度较高，大多采用此法。该法生产效率高，全封闭，全自动操作，糖液质量好，浓度误差小，但设备投资较大。具体的工艺流程为： 计量、混合热溶解脱气、过滤糖浓度调整杀菌、冷却糖溶液,计量、混合：糖和水计量后经送料进入搅拌器，糖浓度稍高于所要求的糖浓度。 热溶解：通过板式热交换器进行加热使砂糖充分溶解。 脱气、过滤：通过真空脱气机进行糖液脱气，并用糖浆过滤机过滤。 糖浓度调整：糖浓度控制装置控制水的流入量，使糖浓度符合最终浓度要求。 杀菌、冷却：将糖液进行杀菌、冷却，然后送至贮糖罐。 不管是冷溶还是热溶所制

12、备的糖液，浓度一般在45650Bx时比较适宜，若要长期保存，则要达650Bx以上。,2.糖液的净化 为了保证糖浆的质量，除去砂糖带来的和溶糖过程中带入的杂质，如灰尘、纤维、沙粒和胶体物质等，糖液必须进行净化处理。净化处理一般采用下列两种方式： 以过滤为主要手段：对于高质量的精细优质砂糖，则采用普通的过滤形式净化，即以不锈钢丝网、帆布、绢布、纸浆、滤棉等为过滤介质，进行过滤。 以吸附为主要手段：若砂糖质量较差或者特殊要求的饮料，如无色透明的白柠檬汽水，对糖液的色度要求很高，则要用活性炭（一般用量为砂糖质量的0.51）吸附脱色、硅藻土助滤的办法，使糖液达到要求。 活性炭有一次性和多次性使用的活性炭

13、。一次性活性炭为细小颗粒（0.05mm），表面积大，吸附效果好，用量少。多次性活性炭颗粒大，如水净化的颗粒直径为1.53.0mm，二氧化碳汽水用的颗粒直径为0.52.0mm。,3.其它添加料的制备 除糖液外，还有甜味剂、香精、色素、防腐剂等食品添加剂。这些添加剂在配制调和糖浆时，往往不能直接加入，而必须先制备成一定浓度的溶液，经过滤后计量加入。 甜味剂：除糖液外，可能还会添加其它甜味剂来代替蔗糖，增加甜味。一般应制备成50的水溶液，经过滤后加入。用甜味剂代替砂糖时，饮料的固形物含量会下降，相对密度、粘度、外观等都会发生改变，口感也会变得单薄，因而往往加入增稠剂。国内有的厂家使用0.050.15

14、的耐酸性羧甲基纤维素钠（CMC），可保持稠厚感3个月；国外如美国用黄原胶，可保持稠厚感6个月之久。 酸味剂：一般应制备成50的溶液，也有部分厂家在溶糖时添加，但要注意砂糖在酸性条件下会分解成果糖和葡萄糖。不同品种的碳酸饮料分别使用不同的酸味剂，如柠檬酸常用于柑桔风味的碳酸饮料，而酒石酸则多用于葡萄风味的碳酸饮料和某些混合饮料。,色素：一般制备成5的溶液。使用时应注意： 所选的色素色泽应与饮料的名称相一致，果味、果汁汽水应接近水果或果汁的色泽。如橙汁汽水，必须为橙红色或橙黄色；可乐则应具有焦糖或类似于焦糖的色泽。 色素用量应符合GB27601996之规定。 溶解色素时，应采用不锈钢容器或食用级塑

15、料容器。 大多数色素耐光性较差，随配随用，避光保存。 焦糖色素有液态和粉剂，液态直接加入，粉剂要溶解、过滤后加入。 防腐剂：一般应制备成2030的溶液。碳酸饮料因含有二氧化碳，具有一定的压力并有一定的酸度，不利于微生物的生长繁殖，尽量少加防腐剂的用量。一般用的防腐剂为苯甲酸钠。添加时，应在搅拌下缓缓加入到糖液中，避免由于局部浓度过高与酸反应而析出，产生沉淀，失去防腐效果。,4.调和糖浆配制的过程 调和糖浆配制的过程为： 糖液防腐剂甜味剂酸味剂果汁乳化剂稳定剂色素香精加水定容。 各种原辅料应预先制备成溶液过滤后，在搅拌下徐徐加入以避免局部浓度过高，混合不均匀，同时搅拌不能太强烈，以免造成大量空气

16、混入，影响碳酸化、灌装和降低保藏性。 5.调和糖浆调和工艺 配合完毕后即可测定糖浆浓度，同时抽少量糖浆加碳酸水，观察色泽，评味，检查是否与标准样符合 在搅拌器和容量刻度标尺的不锈钢容器内调合；搅拌方式多为倾斜式或腰部式，可避免因振动而致使灰尘和油污等杂质掉入糖浆中。 糖浆调和工艺：间歇式和连续式。间歇式有分冷调和与热调和。,热调和：在高温下进行配料，通常用热溶糖液直接配料，然后冷却。这样只经过一次加热就完成溶糖、调和与杀菌等工艺操作，节省能源，但破坏了果汁饮料的风味和营养成分，香精挥发损失大，所以要选耐热的香精，只适合于果味型饮料。 冷调和：常温下（低于20）进行配料，然后巴式杀菌、冷却。该法

17、多用于含热敏性香料多的果味型饮料和果汁行饮料的生产。其工艺流程为： 常温下调和原料均质第二调和罐（缓冲作用为主）90以上杀菌（30s）杀菌不良的返回溶解罐冷却至25缓冲罐糖浆输出到灌装车间。 连续式：其工艺流程为： 各溶液高位槽定量比例泵混合器第一调合罐均质机第二调合罐定量比例泵（用水调节调节浓度）混合器糖浆输出到灌装车间。 连续式配制糖浆浓度精度高（0.05波美度），可大大降低糖原料的损耗，全封闭操作，卫生状况良好，但设备一次投入大。,调和工艺流程的布置应遵循以下原则： 注意卫生，溶糖和配料分开； 配料间与灌装线应尽量靠近； 管路要简捷，减少弯头，尽量利用液位差压力，避免使用临时胶管； 与前

18、后工序的设备能力要平衡； 要便于操作和计量。 配制好的调和糖浆应立即装瓶，尤其是乳浊型饮料，糖浆贮存时间长，会发生分层，装瓶时应经常对糖浆加以搅拌。,五、碳酸化,1.碳酸化原理 将二氧化碳与水混合的过程成为碳酸化。它是在汽水混合机（也称碳酸饱和器）中进行的，是通过压力使二氧化碳与水混合并溶解在水中的过程。其原理为：H2CO3 CO2H2O 这个过程服从亨利定律和道尔顿定律 亨利定律：气体溶解在液体中时，在一定温度下，一定量液体中溶解的气体量与液体保持平衡时的气体压力成正比。即当温度T一定时： VHp 式中：V溶解气体量；p平衡压力；H亨利常数） 道尔顿定律：混合气体的总压力等于各组成气体的分压

19、之和。即: p=pi (pi为分压；i=1,2,3,n),2.二氧化碳的作用 清凉作用：碳酸在腹中由于温度升高，即进行分解，这个分解是吸热反应，当二氧化碳从体内排放出来时，就把体内的热带出来，起到清凉作用。H2CO3 CO2H2O 阻碍微生物的生长，延长汽水货架寿命：因为二氧化碳具有一定压力，能够抑制微生物的生长繁殖。国际上认为3.54倍含气量是汽水的安全区。 突出香味：逸出时带出香味。 有舒服特殊的剎口感：二氧化碳配合汽水中的其它成分，产生一种特殊的风味，同时对口腔刺激有特殊的刹口感。,值得注意的是：虽然二氧化碳有如此重要的作用，但是在碳酸饮料中二氧化碳的含量要适当。 若二氧化碳含量过高，使

20、饮料的甜味、酸味减弱；相反，失去二氧化碳在饮料中应有的作用。 也就是说二氧化碳含量的高低，并不是衡量碳酸饮料质量的唯一标准。特别是风味复杂的碳酸饮料，二氧化碳含量过高反而会冲淡饮料应有的独特风味。对于含挥发性成分甜桔型碳酸饮料尤其如此。有些碳酸饮料由于所用香料含易挥发的萜类化合物，二氧化碳含量过高，还会破坏原有的果香味而变苦。,3.二氧化碳在水中的溶解度 在一定压力和温度下，二氧化碳在水中的最大溶解量叫作溶解度。这是气体从液面逸出的速度和气体进入水中的速度达到平衡，叫作饱和，该溶液称为饱和溶液。未达到最大溶解量的溶液叫不饱和溶液。 关于气体溶解度的表示方法，我国一般用溶于液体中的气体容积来表示

21、。碳酸饮料中常用的溶解量单位叫“本生容积”，简称“容积”。 定义为：在0.1MPa下、温度为0时，溶于一单位容积内的二氧化碳容积数。如在0.1MPa下、温度为0时，1体积水可溶1.713体积的二氧化碳；在0.1MPa下、温度为15.56时，1体积水可溶1体积的二氧化碳。,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。在标准情况下，1mol气体的体积为22.4L，二氧化碳的克分子量为44g。所以二氧化碳的密度44g/22.4L1.96g/L（精确计算为44.01/22.26=1.98）。 对于碳酸饮料，由于品种的不同，应有不同的二氧化碳含量。一般来说，果汁型汽水和果味型汽

22、水，含23倍容积的二氧化碳，可乐型汽水和勾兑苏打水含34倍容积的二氧化碳。,4.影响二氧化碳溶解度的因素 二氧化碳气体的分压 温度不便时，二氧化碳的分压增高，二氧化碳在水中的溶解度就会上升。一般情况下，在0.5MPa以下的压力时，二氧化碳的溶解度与压力成线性正比关系。如15.56下，0.1MPa时1体积的水中可溶解1体积的二氧化碳，0.2MPa时1体积的水中可溶解2体积的二氧化碳。由此可见，在实际生产中，在不影响其它操作设备的前提下，充气压力适当提高可增加二氧化碳的溶解量。,液体的温度 压力较低时，在压力不变的情况下，水温降低，二氧化碳在水中的溶解量会上升，反之，温度升高，溶解度会下降。温度影

23、响的常数称为亨利常数，以H表示。压力较高时（超过0.5MPa），H会有偏离，可引入常数、予以修正，即：H pi。有关计算看书。 气体和液体的接触面积和接触时间 一般情况下，气液接触的面积增大，气体的溶解度增加；接触时间愈长，溶解度增大。 在实际中，有些厂家仅仅采用稳定压力，增加缓冲罐数量即增加气液接触的时间来增加二氧化碳的吸收量，这是不够的，主要应从扩大气液接触面积考虑，可以把溶液喷雾成液滴状或薄膜状。,溶液对二氧化碳的吸收能力 不同种类的液体及液体中存在的不同溶质对二氧化碳的溶解度有很大的影响。在标准状态下，二氧化碳在水中的溶解度是1.713，在酒精中则为4.329，这说明液体本身的性质对二

24、氧化碳的溶解度有很大影响。另外，当液体中溶有溶质时，例如胶体、盐类有利于二氧化碳的吸收，而含有悬浮杂质时则不利于二氧化碳的吸收。 气体系中空气的含量 根据道尔顿定律和亨利定律，各种气体的溶解量不仅取决于它单独存在是的溶解度，而且还取决于它在混合气体中的分压。在相同温度和下，混合气体中各组分的分压等于该组分在混合气体中的摩尔份数和混合气体总压力的乘积，而这时混合气体中某组分的摩尔份数等于它的体积份数。,例：0.1MPa、20时，1体积水可分别单独溶解0.88体积的二氧化碳、0.028体积的氧气、0.015体积的氮气。假定一混合气体中各组分的体积份数为二氧化碳99、空气1（以氧气0.2、氮气0.8

25、计），则各组分的溶解量分别为： 二氧化碳的溶解量0.88990.8712（体积） 氧气的溶解量0.0280.20.000056（体积） 氮气的溶解量0.0150.80.00012（体积）,水中溶解空气的总容积氧气的溶解量氮气的溶解量 0.000056 0.000120.000176（体积），由于这部分气体的存在，二氧化碳在水中的溶解量比没有空气时减少了0.880.87120.0088（体积）。 也就是说， 0.000176体积的空气溶解排走了0.0088体积的二氧化碳，即在0.1MPa、20时，1体积空气溶解于水中水可排走50体积的二氧化碳。说明空气的存在大大的影响了二氧化碳的溶解量。 另外，

26、由于空气的存在，有利于微生物的生长繁殖，空气中的氧气会促使饮料中某些成分氧化，灌装时还会造成起泡喷涌现象，增加灌装难度，影响灌装定量的稳定性、准确性。由此可见，空气对碳酸化影响极大，对产品品质也影响极大。,空气对碳酸饮料生产影响极大，那么，空气怎么来的？ 空气的来源主要有： 二氧化碳不纯； 水中溶解有氧； 二氧化碳气路有泄漏； 糖浆中溶解有空气； 糖浆混合机及其管线中存有空气； 糖浆管路中存有空气； 抽水管线中有泄漏等。,在生产中，有空气怎么办？进行脱氧排气。 脱氧排气一般安排在水冷却碳酸化之前，或已混合的饮料冷却碳酸化之前。其形式主要有两种，即真空脱氧和二氧化碳脱氧。 真空脱氧就是迫使液体形

27、成雾滴或液膜，并造成负压，借助液体内部的压力大于外部的压力，使溶解于液体中的氧气等气体逸出排除。 二氧化碳脱氧则是利用水中二氧化碳的溶解度大于空气的特点，将水或未冷却碳酸化的饮料在预碳酸化时，使水流从预碳酸化罐顶部喷下，二氧化碳从底部喷入，水中的空气即被二氧化碳驱除从顶部排出。该方法要求二氧化碳纯度极高，故较少采用。,5.二氧化碳的需求量 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为: Vmol(273+T)/27322.41(L) 则：G理V汽N/Vmol44.01 (g) 式中：G理为CO2理论需要量（g）；V汽为汽水容量（L）（忽略

28、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；44.01为CO2的摩尔质量（g）； Vmol为T下1molCO2的容积。 例：某汽水厂生产355mL/罐的汽水，24罐为1箱，CO2的吸收率为3，问生产100箱汽水理论上需要多少克的CO2 ？（室温为25） 解：先计算25时CO2的Vmol，再计算CO2的理论需要量G理。 Vmol(273+25)/27322.4124.46(L) G理3551000241003/24.4644.014600（g）,6.二氧化碳的利用率 二氧化碳的实际消耗量在碳酸饮料生产中比理论需要量大，因为生产过程中二氧化

29、碳的损耗很大。据文献报道，二氧化碳装瓶过程中损耗为4060，即实际上二氧化碳的用量为瓶内含气量的2.22.5倍；采用二次灌装时，用量为2.53倍。 为了减少损耗，提高CO2的利用率降低成本，必须从以下方面考虑：选用性能优良的灌装设备，在不影响操作和检修的前提下，尽量缩短灌装与封口之间的距离；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（包括成品的）；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；使用密封性能良好的瓶盖，减少漏气现象。,例：一个钢瓶装20Kg CO2,问能生产容量为355mL/罐、气体吸收率为3.5的汽水多少箱？（24罐为1箱

30、，CO2的利用率为40、室温为25 ） 解：先计算25时CO2的Vmol，再计算每箱汽水CO2的理论需要量G理。 Vmol(273+25)/27322.4124.46(L) G理3551000243.5/24.4644.0153.654（g） 然后计算出每箱汽水的CO2的实际需要量。 G实 G理4053.65440134.14（g） 设能生产汽水的箱数为N，则 N201000G实201000134.14149（箱）,7.碳酸化的方式 碳酸化是在一定的气体压力和液体温度下以及在一定的时间内进行的。一般要求尽量扩大气液两相的接触面积，降低液体温度和提高CO2气体压力，因为但靠提高CO2的压力会受到

31、设备的限制，单靠降低水温效率低且能耗大，所以，大多数都采用冷却降温和加压相结合的方式。 水或混合液的冷却 常用的方法有水的冷却、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。 直接冷却就是直接把制冷剂通入冷却器以冷却水或混合液的冷却方式。冷却器多为排管或盘管，直接浸没在装满水或混合液的冷冻箱（池）中，制冷剂在管中循环，将水或混合液冷却到需要的温度。 间接冷却所用的制冷剂不直接通入冷却器，而是先通入冷却介质（盐水），再将已经冷却的冷却介质通入冷却器对水或混合液进行冷却。压力冷却器多为管式或板式热交换器。,水或混合液的碳酸

32、化 低温冷却吸收式：二次灌装工艺中把进入汽水混合机的水预先冷却至4左右，在0.441MPa下进行碳酸化操作。在一次灌装中则把已经脱气的糖浆和水的混合液冷却至1618，在0.784MPa下与CO2混合。此法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，而且生产成本高。优点是冷却后液体的温度低，可抑制微生物生产繁殖，设备造价低。 压力混合式：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。缺点是设备造价高。 碳酸化设备 有水冷却器，汽水混合机，薄膜式混合机，喷雾式混合机，喷射式混合机，填料塔式混合机，静态混合器等 水冷却器：排管、盘

33、管，管中直接通入制冷剂（氨、二氟二氯甲烷等）；板式热交换器，通入冷却介质（氯化钙水）。,薄膜式混合机,喷雾式混合机,喷射式混合机,填料塔式混合机,7.碳酸化过程的注意事项 碳酸饮料的灌装方式分为二次灌装法和一次灌装法。 一次灌装法是将糖浆与水按比例混合后再进行碳酸化，将产品一次灌装入容器。 二次灌装法是先将糖浆装入容器，然后再向容器中充入碳酸水。二次灌装法的糖浆一般不进行碳酸化，因此，在水碳酸化时，含气量需要比成品预期的含气量高，以补偿未碳酸化糖浆的需要。 例如，糖浆和水的比例为15，成品预期含气量为3倍容积，则碳酸化水的含气量应为35/63.6倍容积。 为保证有效的、一致的碳酸化水平，在实际

34、生产中需要注意一些关键问题。,保持合理的碳酸化水平 在碳酸化的过程中，在一定温度和压力下，会形成饱和溶液或不饱和溶液；效率高的混合机足够形成饱和溶液，效率低的只能形成不饱和溶液。 对于碳酸饮料而言，碳酸化程度过高，会产生不正常的气体逸出，从质量控制即二氧化碳的消耗方面是极不合理的；另外某些产品还会由于过度碳酸化而失去本身香味的魅力。,保持灌装机一定的过压强度 由于饱和溶液从混合机流向灌装机时压力降低，温度升高，这时的饱和溶液变成不饱和溶液，饮料中的二氧化碳会迅速涌出，尤其是灌装机的压力降低时，往往会产生泡沫而导致灌装不满。因此灌装机常需保持一个过压力（额外压力），即保持一个高于在灌装机内饱和溶

35、液所需的压力。 一个最佳的过压力需经验决定，一般法则是灌装机和容器平均压力差为98KPa时较为有利。为了得到所需的过压力，目前生产中通常使用混合机的压力高于灌装机的压力19.6KPa，灌装机的压力又比最终产品含气的压力高98KPa。 为了解决混合机和灌装机的压力差，可将混合机安装在高位来实现。有的也在混合机和灌装机之间使用过压泵。,将空气混入控制在最低限度 切实采取有效措施，防止空气进入液体饮料中；定期向混合机灌注液体（水或消毒剂），然后用二氧化碳排出，以排除混合机内积存的空气；过夜时，碳酸化罐应经常保持一定的压力，以防空气进入。 保证水或产品中无杂质 最常见的杂质是空气、二氧化碳中的油、瓶中

36、的碱或小片碎标签、水中的杂质及糖浆中的杂质。 保证恒定的灌装压力 因为灌装机的压力波动会影响最终产品的碳酸化程度，所以要保持灌装机的恒定压力。,六、碳酸饮料的灌装,1.灌装方法 二次灌装：设备简单，投资少，适合中小型饮料厂。 从卫生角度来讲，二次灌装容易保证产品卫生。由于糖浆和碳酸水温度不同，在向糖浆中灌碳酸水时容易产生大量泡沫，造成CO2的损失及灌装量不足。可采取糖浆灌装前通过冷却方式解决。 由于糖浆未经碳酸化，与碳酸水混合后会使含气量降低，因此必须使碳酸水的含气量高于成品预期的含气量。如糖浆和碳酸水的比例为14。成品含气量为3倍容积，则碳酸水的含气量为35/43.75倍的容积。 采用二次灌

37、装，糖浆定量灌装，而碳酸水的灌装量会由于瓶子的容量不一致，或灌装后液面高低不一致而难于准确，从而使成品的质量有差异。 大型二次灌装设备在灌装密封设备后设置翻转混匀机，使糖浆和碳酸水均匀混合。,一次灌装：先进，适合大型饮料厂 早期的操作是将糖浆和处理水按一定比例加到二级配料罐中搅拌均匀，再经冷却、碳酸化后灌装。需要大容积的二级配料罐，且卫生难以保证。 对于大型的连续化生产线多采取定量混合方式：把处理水和调合糖浆以一定比例作连续的混合，压入碳酸气后灌装。常在混合机内配冷却器或冷却碳酸化器。 目前多采用同步电动混合机。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，

38、产品质量一致；灌装时糖浆和水的温度一致，气泡少，CO2气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。缺点是不适合带果肉碳酸饮料，设备复杂，混合机与糖浆接触，洗涤和消毒不方便。,组合灌装：特别是果肉碳酸饮料。 按一般的一次灌装法组合各机，当灌装带肉果汁碳酸饮料时，在调合机上装一个旁通，使调合糖浆按比例泵入另一管线而不与水混合，直接送入混合机末端，利用泵和控制系统将其与碳酸水混合，然后灌装。 按一般的一次灌装法组合各机，在调合机以后加入一个旁路，采用注射式混合机进行冷却碳酸化，然后灌装。 2.灌装系统 指灌糖浆、灌碳酸水和封盖等操作的组合体系。 二次灌装系统有灌浆机（又称糖桨机或定量

39、机）、灌水机和压盖机组成。,大规模生产均采用一次灌装法，加糖浆工序中，配比器放在混合机之前。灌装系统由一个动力机构驱动的灌装机和压盖机组成。 灌浆机：容积式、液面密封式、液体静压式 配比器：配比泵、孔板控制法、注射法 灌装机：压差式、等压式、负压式 封口机：PET瓶螺旋封盖机或旋盖机、易拉罐二重卷边式封盖机、玻璃瓶皇冠封盖机 灌装生产线： PET瓶灌装生产线、易拉罐灌装生产线、玻璃瓶灌装生产线,灌浆机,灌浆机,配比器,3.灌装的质量要求 达到预期的碳酸化水平 保证糖浆和水的准确比例 保证合理的和一致的灌装高度 容器顶隙应保持最低的空气量 密封严密有效 保持产品的稳定性（过度碳酸化、存在杂质、存

40、在空气、灌装温度过高或温差较大等导致不稳定）。 4.容器和设备的清洗系统 容器的清洗 洗涤剂洗瓶：常用的是NaOH、碳酸钠、偏硅酸钠、磷酸钠，单独用氢氧化钠时，浓度23.5、温度5565、时间1020min。也可以用氢氧化钠与其它洗涤剂混合使用。 洗瓶设备洗瓶：有浸泡、冲洗或刷瓶、冲净等设备组合而成；也有全自动洗瓶机来完成。,大设备的CIP清洗系统 CIP ，是英文Clean-In-Place的缩写，即就地清洗或称为原位清洗, 其定义为不拆卸设备或元件， 在密闭的条件下， 用一定温度和浓度的清洗液对清洗装置加以强力作用，使与食品接触的表面洗净和杀菌的方法。 CIP 系统最初于五十年代在美国的乳

41、品工业得到应用, 1955 年CIP 系统与自动控制技术相结合,使其在食品工业的其它领域得以应用。 与传统的手工拆卸机器零件的清洗方式相比，CIP 的优点主要有:(1) 能维持一定的清洗效果， 保证产品的安全性。(2) 节约操作时间、提高效率，以实现商业的最大利润。(3) 节省劳动力， 保证操作的安全性。(4) 节省清洗用水和蒸汽。,CIP装置的分类： 根据清洗液的使用方式可以分为以下三种类型： （1）清洗剂单次使用的CIP系统(single-use CIP systems ) （2）清洗剂重复使用的CIP系统(reuse CIP systems ) （3）清洗剂多次使用的CIP系统(mult

42、i-use CIP systems ) 清洗剂单次使用的CIP系统的特点：（1）在该系统中，洗液只使用一次。（2）系统由CIP罐、CIP 泵、回流泵、浓清洗剂泵、换热器和管路组成，没有大容量的稀释液贮桶。（3）被清洗对象(罐或管路) 与CIP 装置通过配管形成回路，清洗结束将清洗液排放。（4）所需设备比较简单，有时候可以不必设专门的CIP 站，就可以实现CIP 过程。 清洗剂重复使用的CIP系统的特点：水、碱、酸等各种清洗液分别放在各自的 贮桶里, 清洗完毕碱酸等洗涤液回收。当洗涤剂浓度降低时, 补充酸、碱再反复使用。此系统在国内使用较为普遍, 由于酸、碱清洗剂都是在贮液罐中稀释调配, 因此系

43、统比较庞大。,清洗剂单次使用的CIP系统,清洗剂重复使用的CIP系统,清洗剂重复使用的CIP系统,清洗剂多次使用的CIP系统：由于集中控制的重复使用的CIP 系统的供水管路和回收管路太长， 造成大量液体和热量损失， 并且残留在管道里的产品和清洗剂被稀释。而多次使用的CIP 系统吸取了单次使用CIP 系统不占空间、输送管路短和重复使用的CIP 系统具有洗液回收的优点。 在设计上, 非集中控制的多次使用的CIP 系统是由局部的，靠近被清洁设备的小型标准单元组成，清洗剂是由批式罐集中供给的，清洗完毕，清洗剂可以回收。批式罐是用来配制清洗剂用的。,清洗剂多次使用的CIP系统,由于集中控制的重复使用的C

44、IP 系统的供水管路和回收管路太长, 造成大量液体和热量损失, 并且残留在管道里的产品和清洗剂被稀释。而多次使用的CIP 系统吸取了单次使用CIP 系统不占空间、输送管路短和重复使用的CIP 系统具有洗液回收的优点。在设计上, 非集中控制的多次使用的CIP 系统是由局部的, 靠近被清洁设备的小型标准单元组成, 清洗剂是由批式罐集中供给的, 清洗完毕, 清洗剂可以回收。批式罐是用来配制清洗剂用的。,CIP 使用的清洗剂：一般的清洗过程首先需要将污物从被清洗表面分离，再将此污物在清洗液中分散形成一种稳定的悬浮状态，并防止污物重新沉淀在被清洗物的表面上。在自然界，污物分离的过程是颇为复杂的，不是一种

45、单一的化学品就能达此目的。实际上，都是几种清洗剂混合使用。 中性清洗剂：水和界面活性剂均属此类。水几乎是所有清洗剂和食品的基本成分，当污物为完全可溶时，就不需要其他清洗剂而能清洗干净。界面活性剂可分为阳离子型、阴离子型和非离子型。当进行碱性清洗时，如添加界面活性剂可促进润湿性，并具有乳化和分散功能。对于油脂污物较小的清洗对象，可以降低水的表面张力，扩大污物与机械表面的接触面积，使洗剂能够渗透而提高清洗效果。,酸性清洗剂：酸性清洗剂是用以溶解设备表面矿物质沉积物，如钙镁的沉积物、硬水积石、啤酒积石、牛乳积石和草酸钙等。常使用的无机酸为硝酸、磷酸、硫酸；有机酸为醇酸、葡萄糖酸和柠檬酸，乳酸和酒石酸

46、。酸性清洗剂不受CO2的影响，比NaOH容易过水，可以冷清洗。使用合成的酸性清洗剂还具有抑制酵母和霉菌的作用。 碱性清洗剂：碱性清洗剂是食品工厂使用最广泛的清洗剂。碱与脂肪结合形成肥皂，与蛋白质形成可溶性物质而易于被水清除。最常用的碱为氢氧化钠(NaOH)，氢氧化钾(KOH)等，NaOH的缺点是很难过水，过水时要冲洗很长时间。但是，由于NaOH的清洗效果是NaHCO3的4倍，且在适当的温度下具有杀菌效果，因而得到最广泛的应用。其他碱性清洗剂有碳酸钠、碳酸氢钠、原硅酸钠甲基硅酸钠、磷酸三钠等。,消毒剂：一些化学药品可作为CIP 过程的消毒剂。如次氯酸盐、碘化物、稳定性二氧化氯、酸性阴离子表面活性

47、剂等等。 在消毒设备时必须对设备和管路进行彻底的清洗。如果设备表面有食品残渣或污物存在， 消毒剂的效力将会大大降低。 清洗温度：提高清洗温度可以增大污物与清洗剂的化学反应速度；减少清洗液的粘度从而提高Re，可以增加污物中可溶性物质的溶解量。 但温度过高，将造成污物中的蛋白质变性致使污物与设备间的结合力提高，反而阻碍清洗的进行。 通常洗液温度为6080。对于热水消毒，水温必须 82。,CIP程序,七、碳酸饮料常见质量问题及处理方法,常见的质量问题：CO2含量低，剎口感不明显；有固形物杂质；沉淀;生成黏性物质；风味异常变化，霉味、腐臭、异味；变色；过分起泡或不断冒泡等。 1.杂质 指肉眼可见、有一

48、定形状的非化学产物，对产品质量影响很大。有不明显杂质、明显杂质和使人厌恶的杂质。 不明显杂质：量极少、体积极小的灰尘、小白点、小黑点等。 明显杂质：数量较多的小体积杂质。 使人厌恶的杂质：指刷毛、商标、蚊虫、苍蝇及其它昆虫等。,造成这些杂质的主要原因有： 瓶子或瓶盖未洗干净：加强清洗，保证清洗时间、温度及洗涤效果。 水、糖及其它辅料含有杂质：加强过滤，罐盖要盖严实，加强贮罐清洗。 机件碎屑或管道沉积物：应严格控制混合机、灌装机易损件的磨损，同时加强管道的清洗。 操作人员责任感不强：加强责任感。,2.混浊与沉淀 会出现白色絮状沉物，使饮料混浊不透明，同时生成白色沉淀或其它沉淀物。主要是由于物理作用、化学反应和微生物活动引起的。 物理性变化