《饮料工艺学》课件第四章 碳酸饮料

1、 本章主要内容： 1.碳酸饮料生产工艺及设备 2.碳酸饮料质量标准 3.碳酸饮料生产中易出现的质量问题及解决方法 第一节 碳酸饮料 生产工艺流程碳酸饮料是指在一定条件下充入二氧化碳气的制品，俗称“汽水” 。不包括由发酵法自身产生二氧化碳气的饮料。成品中二氧化碳气的含量（20时体积倍数）不低于2.0倍（GB10789-1996），不低于1.5倍（GB10789-2007）。可分为果汁型、果味型、可乐 型、其它型4种。果汁型碳酸饮料 含有一定量果汁的碳酸饮料，果汁含量2.5%。果味型碳酸饮料 以果味香精为主要香气成分，含少量果汁或不含果汁的碳酸饮料。可乐型碳酸饮料 以可乐香精或类似可乐果香型的香精

2、为主要香气成分的碳酸饮料。其他型碳酸饮料 上述三种以外的碳酸饮料。如苏打水，盐汽水，沙士汽水。碳酸饮料生产工艺有一次灌装法和二次灌装法。一次灌装法是将糖浆和水按一定比例连续混合并碳酸化，一次灌装入瓶。二次灌装法是将配好的糖浆先灌装入瓶，再灌入碳酸水。一次灌装法特点：工艺过程复杂，但自动程度较高；设备复杂，投资大；生产规模大，适合大型连续化工厂；调整配方较难，刹口感强。一次灌装法（预混法） 一次灌装设备流程图 水 水 白砂糖 配 空瓶 处 101过滤器 化糖锅 料 碱水池 洗 理 净水器 配料罐 工 刷瓶机 瓶 工 离子交换器 糖浆过滤机 序 冲瓶机 工 序 （超滤机） 糖浆冷却器 立瓶机 序

3、紫外消毒器 CO2冷冻机 冷饮水箱 一次混合机 等压灌装机 输瓶带碳酸化工序 压(旋)盖机灌装工序 检验、贴标 压盖检验贴标工序 成品 二次灌装法特点：工艺过程简单，便于掌握；设备投资少，易于操作；生产规模较小，适合于小型工厂；调整配方容易，便于转向；底料占据体积，刹口感较小。二次灌装法（后混法） 二次灌装设备流程图 水 白砂糖 空瓶 101过滤器 化糖锅 碱水池 净水器 配料罐 刷瓶机 离子交换器 糖浆过滤机 冲瓶机 （超滤机） 糖浆冷却器 立瓶机 紫外消毒器 糖料机 输瓶带 冷冻机 冷饮水箱 CO2 气水混合机 装水机 压(旋)盖机 检验、贴标 成品 一、配料工序白砂糖 加水 单纯糖浆 加

4、辅料 调和糖浆（一）化糖调合糖浆：是指将甜味剂、酸味剂、香料和防腐剂等分别加入配料桶并混匀后所得的浆料。原糖浆：是指把定量的砂糖，加入定量的水溶解，制得的具有一定浓度的糖液。冷溶法将糖直接加入水中，在室温下进行搅拌使其溶解的方法，称为冷溶法。适合于采用优质砂糖生产短期内饮用的饮料的糖浆，浓度一般配成4565Bx，如要存放一天，必须配成65Bx。间歇式热溶法化糖锅，并配有搅拌器和加热装置。待糖完全溶化后，将糖浆保温五分钟，便于杀菌，然后再经过板式换热器冷却至4050。但不可长时间保持高温，以免加重颜色并产生熟糖味。该法生产效率高，糖浆质量好，工厂多采用此法，糖浆浓度一般为65bx。1.冷溶法 节

5、约燃料； 溶解速度慢，时间长； 设备利用率低。2.热溶法 杀菌 速度快 耗能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。生产效率高，全封闭，全自动操作，糖液质量好，浓度差异小，但设备投资大。计量、混合热溶解脱气、过滤糖度调整杀菌、冷却糖液连续式 化糖时注意： （1）搅拌时不能过于激烈； （2）单纯糖浆应加强卫生管理。 （1）白利度 （2）波美度 （3）比重(相对密度)糖浆浓度的表示方法：糖浆浓度的换算：白利度波美度1.815的比重(相对密度)144.3（144.3Be）（二）过滤与净化过滤目的：除去糖液中的微细夹杂物和微生物。方法: 自然过滤 加压过滤；板框过滤机、糖浆过滤机净化

6、目的：除去糖液中的凝结物、沉淀物，甚至异味。方法: 加入0.51活性炭； 加入0.1%硅藻土。 系统由料液混合泵、冷热缸、双联过滤器、 机架以及连接管件有机组成。同时发挥溶解、加热（或冷却）和过滤三种作用。 速度快、效率高。 糖浆冷却器（三） 配料 1.糖浆的主要原辅料（1）单纯糖浆 （5）果汁（2）苯甲酸钠溶液（25%） （6）色素（3）甜味剂溶液 （7）香精（4）酸味料溶液 （8）加水到规定刻度2. 配料时应注意的问题（1）一边搅拌一边投料；（2）搅拌速度不能过高，时间不能过长；（3）甜味剂和防腐剂应在加酸之前加入；（4）配料完毕后测定糖浆浓度；（5）配料完毕后应立即装瓶。将已过滤的原糖浆

7、放入配料容器中，在不断搅拌下，将各种所需原料按顺序逐一加入。如果是固体原料须经加水溶解过滤后再添加，加入的顺序是：原糖浆：测定浓度后加入，并预先计算所需原糖浆的量。防腐剂：若用苯甲酸钠，则须称量后用温水溶解，配成浓度为25%的溶液后再加入其它甜味剂：如选用糖精钠，应用温水溶解后投入酸味剂：一般常用50%的柠檬酸溶液果汁色素(用热水溶化) 、香精(常用水溶性)加水到规定的容积3. 矿泉水作为清凉饮料水基的局限性 （1）矿化度问题 （2）碱度问题 （3）硬度问题 （4）铁、锰问题几种汽水配方实例可乐白砂糖 109.2磷酸 0.728焦糖 1.248咖啡因 0.104215071 香草香精 0.31

8、32054 可乐浆 1.644加碳酸水至 1000荔枝饮料 （5）白砂糖65柠檬酸0.2荔枝汁50Vc0.1168033 鲜荔枝香精0.4加水至1000冰红茶碳酸饮料 白砂糖 93.6柠檬酸 1磷酸 0.8柠檬酸钠 0.3焦糖 0.5110101红茶香精 0.6161071柠檬白柠檬香精 0.7苯甲酸钠 0.1872加水至 1000二、碳酸化工序 碳酸化的作用： （1）清凉作用 （2）阻碍微生物的生长 （3）突出香味 （4）有舒服的刹口感（一）影响碳酸化效果的因素 1.温度和压力 在1atm下，CO2在100个体积水中的溶解度： 温度（） 0 10 20 25 60 体积数 171 119 8

9、8 75.7 36 CO2在水中的溶解度与温度成反比，与作用于液体表面的压力成正比。 2.气体的纯度和空气 1个体积的空气大约排除50个体积的CO2。4.饮料性质3.气液的接触面积和接触时间的影响二氧化碳中混入空气的原因(1)二氧化碳气体不纯；(2)水中溶解空气多；(3)糖浆中的溶解氧；(4)二氧化碳管路有孔隙；(5)抽水管道和送水管道有孔隙；(6)汽水混合机内及管道内混有空气；(7)糖浆管道以及配比器管道中空气的存在水中空气的去除水中的空气可以用脱气机处理，配制糖浆时避免过激地搅拌，采取静置的方法也可以除去糖浆中的气泡。严格检查各管道是否漏气，以尽量减少空气的混入。水中钙镁离子的存在，会使二

10、氧化碳在水中的含量减少。（二）CO2溶解度的计量 CO2溶解度以在标准状态下溶解在水中的气体体积数（ G.V.）来度量。 标准状态指1atm，20。 CO2在标准状态下在水中的溶解度近似为1，碳酸饮料以此作为溶解度的单位，即在此条件下，碳酸饮料中所溶解的CO2气体的量为1个气体体积（1G.V.）。 国标规定： 碳酸饮料中CO2含量不低于1.5倍。国际上碳酸饮料中CO2含量以g/l 表示。气体体积倍数1.84= CO2含量（g/l） （三） 提高碳酸化效果的措施 1.降低水温 2.排净水中及CO2容器中的空气 3.提高CO2的纯度 4.选用优良的气水混合设备 5.保持CO2供气过程中的压力平衡

11、6. CO2和水的混合比例恰当CO2发生器CO2过滤机冷冻水系统（四）碳酸化方式 碳酸化设备主要包括： 气水混合机 冷冻机组（冷冻机、冷冻水箱） CO2钢瓶或CO2发生器。碳酸化方式主要有两种：1.水 处理 冷冻 喷雾混合2.水 处理 冷却 脱气 预碳酸化 混合 碳酸化 糖浆 转子流量计 （五）碳酸化系统 1. CO2气体调压器 钢瓶 净化器 气体加热器 降压阀 2.水冷却器 水箱、冷冻机组 3.气水混合机 薄膜式、喷雾式、喷射式 薄膜式气水混合机 压力表 CO2 液位计 水泵 成品 水 喷雾式混合机 CO2 液位计 汽水 水 喷射式混合机文丘里管水冷却器液体温度一般控制在2以下。常用的制冷剂

12、有氨液、氟代烷、氟利昂-12等，载冷剂有低温盐水(NaCl、CaCl2、MgCl2)、醇水(酒精水或乙二醇水)。多数厂家使用盐水作载冷剂。一次性汽水混合机流程图 空气 出口 糖浆CO2 预碳酸 化罐 CO2处 CO2 灌装理 预碳酸化 CO2水 混合器 水泵 混料器 高压泵脱氧预碳化段 配料混合段 稳定贮存段 三、灌装工序有两种灌装方式： 一次灌装：将混合好的汽水一次灌装入瓶的方法； 二次灌装：先灌装糖浆，后灌装碳酸水；（一）灌装方法（1）二级配料混装法 糖浆+水 配料罐中混合 冷却 碳酸化 灌装1.一次灌装法（2）比例泵法 糖浆+碳酸水 比例混合 灌装 （3）配比法 计量糖浆+计量水 混合

13、充CO2 灌装 2. 二次灌装法（二）灌装设备 对于二次灌装： 糖料机（糖浆加料机） 装水机 对于一次灌装： 等压灌装机1.糖料机 量杯式加料机 空气封闭式加料机 料槽 液面 定量杯料槽 量杯2.装水机高压灌装（加压灌装）：瓶内在1个大气压下灌装，分水头压力与瓶中压力差大。按其原理，分为两种： 等压灌装：增加瓶内压力，使之与分水头压力差减小，或压力相等后再进行灌装。高压灌装压力差大，流速快，CO2损失严重。使用得最普遍的是等压灌装。 等压灌装机 通往瓶中有三条通路：一条是通往料槽液面以上 的气管-注气阀(A)一条是通往料槽液面下 的料管-液体阀(B)第三条是通往大气的 排气管-气孔(C)ABC

14、 等压灌装过程（1）充气：打开气管A，料槽上部的CO2进入瓶中，使料槽上部和瓶内处于相等的压力下。（2）灌装：瓶中压力增大，反压力打开B管。（3）关闭：瓶中液面升至气管A时封闭A管。瓶内上部气体压缩，压力增大，该压力和位差压力相等时停止灌装。（4）放气：由于凸轮转动，封闭气管和料管，打开排气管，泻去瓶中压力。冲瓶、灌装、封口机灌装的质量要求：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、存在空气、灌装温度过高或温差较大等导致不稳定）(三) 起泡现象 1.概念 采用等压灌装时，碳酸饮料灌装完毕后，

15、灌装头脱离瓶口的一瞬间，瓶内出现大量泡沫并涌出瓶外，这种现象称为起泡（反喷现象） 2.影响（1）浪费产品，导致装量不足；（2）导致产品中CO2含量不足；（3）污染环境。3.产生反喷现象的原因 本质原因： 是一种物理现象，是过饱和气液体系中CO2的逸出。 从生产中说： （1）料液或瓶的温度过高； （2）料液中有大量空气存在； （3）装瓶前料液中CO2已形成气泡； （4）瓶内壁有水垢存在； （5）灌装头缺陷； （6）震动4. 反喷现象的防止（1）节流排气法 当碳酸饮料灌装至一定量时，灌装机上凸轮打开排气阀，将瓶中液面上部的压力通过节流排出。 采用节流排气，主要是控制泄压过程，不致使CO2同时迅速达

16、到分离压值，而是在节流中逐步分离，所以就不会有大量泡沫涌出瓶外。节流排气法缺点：排气体积无法调节： 不同品种饮料含气量要求不同，因此在灌装完毕后，碳酸饮料瓶中液面上部的CO2 压力值也各异。而在排气机构中，排气阀的开启大小和开启时间往往是定值。 所以，对于要求含气量低的碳酸饮料，可能在灌装头未脱离瓶口之前，瓶内的压力气体已通过节流排完。 对于要求含气量高的碳酸饮料，则可能在节流排气时间内尚未排完。因此，在瓶口脱离灌装头时，致使瓶内残存的压力气体突然释放出来，造成碳酸饮料大量反喷。 含气量要求低的碳酸饮料节流排气法应用范围（2） 冷却工艺法在生产中，混合机和灌装机的连接一般采用直接连接法。如果混

17、合机混合出来的溶液为饱和碳酸溶液，则由混合机输送至灌装机的过程中，液体的温度会自然升高，使饱和碳酸化溶液变为过饱和碳酸化溶液。因此，在灌装过程中， CO2会从溶液中涌出，尤其在灌装压力降低时会产生过多的泡沫，导致反喷现象的发生。即使采用节流排气，也不能防止。 为了克服由于温度或压力变化所引起的反喷现象，利用比混合时更低的温度对已混合好的饱和碳酸溶液再进行冷却。 冷却工艺法的缺点： 对5以上混合的碳酸化溶液进行再冷却，在灌装时有比较理想的防反喷效果。但对0-4状态下混合的碳酸化溶液进行再冷却，效果不佳。 设备投入比较大。（3）过压力法 即在已饱和的碳酸化溶液液面上，再施加一个额外压力，这个过压力

18、使原有的气液体系平衡状态失去平衡，气相中一部分CO2分子又重新回到液体内部。此时，碳酸化溶液由饱和状态转变为不饱和状态。 由于增加了过压力，液体表面CO2溶解度增大，并逐步向液体深度扩散。所以，在灌装完毕泄压时，虽然大量的压力气体由瓶中迅速排出，但首先排出的是过压力； 为了得到所需的过压力，在生产中采用：混合机压力 0.2Kg/cm2 灌装机压力 1Kg/cm2 (0.1MPa)成品含气量有两种方法实现过压力： 位差法 混合机 灌装机 约120cm使用过压力泵 将过压力泵（去沫泵）安装在混合机和灌装机之间。 灌装机 混合机 过压力泵四、洗瓶工序（一）洗瓶要求 1.空瓶内外清洁无味； 2.空瓶不

19、残留余碱或其它洗涤剂； 3.瓶内经微生物检验，不发现大肠菌群，菌落总数不超过2个。（二）常用洗涤剂 1. NaOH 特点：成本低，去油、去污能力强，灭菌效果好。与Na2CO3混合使用，可提高清洗效果；加入磷酸钠，可除去瓶内壁水垢；加入葡萄糖酸钙，可除去瓶口铁锈。 2. 过氧乙酸 0.2%浓度。使用效果好。（三）洗涤条件 碱液浓度：2-4% 碱液温度：55-65，浸泡时间：10-20min注意：碱液浓度4%以上或温度超过77 时，易导致玻璃瓶变形。（四）洗涤方式 洗瓶的基本方式是：浸、冲、刷 小型厂：浸刷式 大型厂：浸冲式，多用洗瓶机 洗瓶一般流程：空瓶 碱液浸泡 水洗 刷洗 消毒 水洗 冲瓶

20、立瓶 上输瓶线（五）检瓶（验空瓶） 1.空瓶检查的目的 （1）检查破损 （2）检查空瓶的洗净和冲净程度 2.空瓶检查的主要项目 （1）瓶口裂隙 （2）洗后液体残留 （3）尘土、杂质 （4）其它可能污染 3.空瓶检查方法 空瓶检查可采用肉眼检查法，也可采用检瓶机。 检瓶在传送带上进行。（六）与洗瓶相关的问题 1. 洗完的瓶子表面不透明，有模糊的一层。这是由于水的硬度过高所引起。 2. 洗瓶温度最高70。阶段温度差不超过30。 3.瓶刷应保持清洁。可采用含氯量50ppm的漂白粉每天两次消毒。 4.特别油污的瓶子，需要在20%的NaOH或磷酸钠溶液中短时间浸泡后再洗。 5.手工洗瓶时，应注意碱液对皮

21、肤的腐蚀。 6.瓶口有锈的瓶子，可将瓶口在浓盐水中浸一下再用布擦掉。或在稀盐水中短时间浸泡后擦洗。 7.最后的冲洗应采用处理水。五、CIP清洗系统1、定义： 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。 2、CIP 的特点： 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

22、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。 相比之下, 常规拆卸清洗的缺点是: 费时、费力, 易损坏联接件; 设备停机时间长, 设备利用率低; 清洗不彻底, 有时对操作者也不十分安全。 3、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 (multi-use

23、 CIP systems )CIP系统CIP系统CIP系统4、CIP 使用的清洗剂 中性清洗剂 水和界面活性剂均属此类。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。常用的无机酸为硝酸、磷酸、硫酸; 有机酸为葡萄糖酸和柠檬酸, 乳酸和酒石酸。碱性清洗剂 碱性清洗剂是食品工厂使用最广泛的清洗剂。最常用的碱为氢氧化钠(NaOH)，氢氧化钾(KOH) 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。流速的影响 雷诺数对污物

24、残留率的影响5、影响因素清洗温度 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, 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 。清洗时间 清洗效果与时间的关系6、CIP程序六、压盖、检验、贴标工序 （一）压盖 玻璃瓶-皇冠盖-压盖机 聚酯瓶-防盗盖-自动旋盖机 盖消毒方法：（1）75%酒精浸泡3-5min，烘干（2）150-200ppm漂白粉消毒，清洗（3）水蒸汽蒸15-20min压盖质量的好坏主要与瓶质量有关压盖机 高速旋盖机 (

25、二) 检验(验实瓶)目测检验检测机 凡是液面高度不够，有杂物，无盖，瓶子不洁，密封不严，裂纹瓶，异形瓶等一律检出。（三）贴标人工贴标贴标机 贴标要求贴正、贴牢，保持商标面清洁，打印出厂日期。第二节 碳酸饮料质量标准 GB/T 10792-1995 GB/T 10792-20081. 范围 5. 技术要求2. 规范性引用文件 6. 试验方法3. 术语和定义 7. 检验规则4. 产品分类 8. 标志、包装、运输、贮存一、术语和定义 碳酸饮料二、产品分类 果汁型碳酸饮料、果味型碳酸饮料 可乐型碳酸饮料、其他型碳酸饮料三、技术要求 1.感官指标 应具有反映该类产品特点的外观、滋味，不得有异味、异臭和外

26、来杂物。2. 理化指标 3. 食品添加剂和食品营养强化剂 使用量和使用范围应符合GB2760和GB14880的规定。 4. 卫生要求 应符合GB2759.2的规定。四、试验方法 1.感官要求 2.理化指标五、检验规则 1.批次的确定 2.取样方法和取样量 出厂检验，每批抽12个最小独立包装，6个供感官要求、理化指标检验，2个微生物指标检验，4个备用。 3.出厂检验 包括感官要求、二氧化碳气容量及大肠菌群。 4.型式检验 本标准规定除果汁含量之外的项目为型式检验项目。果汁含量为不定期检验项目。 型式检验一年一次，或出现下列情况之一时检验：原料、工艺、设备发生较大变化时；长期停产后重新恢复生产时；出厂检验结果与正常生产有较大差别时；国家质量监督检验机构提出要求时。 5.判定规则 微生物指标不符合本标准时，判定该批产品为不合格产品，不得复检。 其他指标不符合本标准时，对不合格项目抽样复检，结果仍有一项不合格，判定该批产品为不合格产品。六、标志、包装、贮存和运输1.应符合GB7718和GB13432的规定。果汁型碳酸饮料应标明果汁含量，可溶性固形物含量低于5%的产品可声称为“低糖”。2.包装材料和容器应符合相关标准。3.产品运输应避免日晒雨淋，不得与有异味、有毒、易挥发、易腐蚀的物