碳酸饮料-食品工艺学

《食品工艺学》第三章碳酸饮料加工CompanyLogo学习目的和要求：

通过本章的学习，应掌握碳酸饮料的概念、分类、生产工艺；主要是工艺过程：包括糖液制备、糖浆调合、碳酸化、灌装、清洗(CIP清洗)和生产中常见质量问题以及解决方法。CompanyLogo碳酸饮料(CarbonatedDrinks)

俗称汽水，指在一定条件下充入二氧化碳气的饮料制品，成品中CO2的含量（20℃时体积倍数）不低于2.0倍，但是不包括由发酵法自身产生CO2气的饮料。一、碳酸饮料的概念和分类

果汁型汽水

果味型汽水

可乐型汽水

低热量型汽水：甜味剂热量≦75kJ/100mL

其他型汽水碳酸饮料CompanyLogo果汁型：原果汁≥2.5%，果汁调整风味，如：黑松鲜橙Ｃ，黑松柠檬Ｃ果味型：原果汁<2.5%，香精香料作赋香剂，如：雪碧，七喜可乐型：含可乐果、古柯叶、月桂等物质提取的辛香和白柠檬油、甜橙油等果香的混合型香气，焦糖色，磷酸，如：可口可乐，百事可乐低热量型：以甜味剂部分或全部代替蔗糖，成品热量<75kJ/100ml，如：健怡可口可乐，轻怡百事可乐其它型：盐汽水，苏打水，充二氧化碳的矿泉水，滋补汽水，如：延中盐汽水，碧纯盐汽水CompanyLogo全国碳酸饮料销售额前十名及均价（2006年3月全国连锁超市统计信息）CompanyLogo二、饮料配方设计

配方：是某一个品种饮料的原辅料组成及数量。⑴了解原料的糖酸含量

⑵了解参考配方的原辅料比例

⑶自行设计实验及实验研究

⑷中试及配方调整

⑸批量生产试验

⑹正式生产

１、软饮料企业如何进行配方设计

CompanyLogo2、糖酸比

糖酸比＝甜度含量/酸含量

每一种产品均有特定的糖酸比(但应根据地域、人群、知识层次、性别进行调整)。

糖酸比是决定汽水风味的决定性因素。

甜度以1%的蔗糖溶液为1，其他甜味剂参照甜度倍数换算为蔗糖含量。

一般来说，各种汽水的甜度为8-15%，常见为12.5-13.5%。

各种汽水的酸度为0.05-0.25%，常见为0.08-0.15%。CompanyLogo3、汽水配方举例：

砂糖8%

甜蜜素0.1%(相当于蔗糖5%)

柠檬酸0.12%

桔子原汁5%

桔子香精0.12%

日落黄色素0.002%

胭脂红色素0.0001%

底料量500mL/瓶CompanyLogo4、工业生产配方

⑴以饮料重量为配料依据：％(w/w)

需要测定糖液的比重，换算麻烦。

⑵以饮料体积为配料依据：％(w/v)

实际生产时均以灌装体积进行计量，此法一般推广。

研究配方时按％(w/v)设定配方比例，通过试验确定最佳比例。

计算工业生产配方时，只需在原百分比配方上乘以相应的倍数即可得到工业生产配方。CompanyLogo三、碳酸饮料加工工艺CompanyLogo二次灌装法（现调式）：先配好调味糖浆灌入包装容器，再灌装碳酸水（充入二氧化碳的水）。CompanyLogo二次灌装法特点：

1）工艺过程简单，便于掌握；

2）设备投资少，易于操作；

3）生产规模较小，适合于小型工厂；

4）调整配方容易，便于转向；

5）底料占据体积，刹口感较小。CompanyLogo一次灌装法（预混法）：将调味糖浆、气、水定量混合，再灌装。CompanyLogo一次灌装法特点：

(1)工艺过程复杂，但自动程度较高;设备复杂，投资大；

(2)生产规模大，适合大型连续化工厂；

(3)调整配方较难，刹口感强。CompanyLogo加工工序：1、水处理2、糖液的制备3、糖浆调配4、碳酸化5、空瓶的清洗6、碳酸饮料的灌装

CompanyLogo1、原糖浆的制备提供稠度而有助于传递香味；提供能量和营养价值。饮料厂来说，从卫生和浓度控制的观点出发，糖浆的制备是重要的。将糖溶解于水后的溶液，一般称为原糖浆。必须是优质砂糖，溶解于一定量的水中，制成预计浓度的糖液，再经过滤、澄清后备用。CompanyLogo砂糖→称量→糖的溶解→糖浆过滤→杀菌→冷却→脱气→测定浓度

溶糖方式：间歇式和连续式。（1）间歇式：分为冷溶和热溶

冷溶：配制短期内饮用的饮料糖浆。采用装搅拌器的容器，把糖和水正确配准，在室温下进行搅拌，待完全溶化，过滤去杂即成。一般45－65%

（要存放1天必须是65%）。冷溶法生产须有严格的卫生控制措施，但可以节省燃料。CompanyLogo热溶：要求延长贮藏期的碳酸饮料。热溶能杀灭糖内细菌；分离出凝固糖中的杂质；溶解迅速，短期内可生产大量糖液。一般采取不锈钢的双层溶糖锅，并备有搅拌器，锅底部有放料管道。（1）蒸汽加热溶解（2）热水溶解：国内厂家多采取热水溶解的方法，即边搅拌边把糖逐步加入到热水中溶解，然后加热杀菌、过滤、冷却。CompanyLogo（2）连续式：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。

糖、水计量→混合→热溶解→脱气、过滤→糖度调整→杀菌、冷却→糖液生产效率高，全封闭，全自动操作，糖液质量好，浓度差异小，但设备投资大。国外自动控制程度较高，多用此法。CompanyLogo溶糖注意：（1）温度对溶解度的影响：如100℃溶解83%糖，0℃时，约溶解64%的糖，有19%糖不溶解而析出。（2）糖浆浓度测定：糖度计、比重计、波美表法（3）糖浆过滤：对于高质量优质砂糖制备的糖浆，采取不锈钢丝网、帆布、棉饼、板框等方式。（4）净化：针对质量较差的砂糖；或者对一些特殊的饮料如白柠檬汽水，对糖浆色度要求很高，一般要求净化处理。方法：加入0.5－1％活性炭到热糖浆中，一边添加一边搅拌，活性炭与糖液接触15min，温度保持80℃，通过过滤器前加入0.1%硅藻土，避免活性炭堵塞过滤器面层。CompanyLogo2、糖浆调配

调合糖浆（果味糖浆或加香糖浆）指根据产品技术要求，配合好各种原辅料，可直接灌装的糖浆。糖浆调配时的投料顺序依据：（1）调配量最大的先调入，如糖液；（2）配料间容易发生化学反应的间开调入，如酸和防腐剂；（3）粘度大，易起泡的原料较迟调入、如乳化剂、稳定别；（4）挥发性的原料最后调入，如香精、香料。CompanyLogo投料顺序与前处理：原糖浆：测定其浓度及需要的容积防腐剂：称量后温水溶解甜味剂：温水溶解后加入酸味剂：50％果汁（乳化、稳定剂）色素香精加水到规定容积CompanyLogo调合一般在具有搅拌器和容量刻度标尺的不锈钢容器内；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。调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。

调合：间歇式和连续式CompanyLogo间歇式：有热调和和冷调和两种。冷调合：常温下（低于20℃）进行配料，然后巴氏杀菌、冷却；多用于含热敏性香料多的果味型饮料和果汁型饮料的生产；热调合：在高温下进行配料，通常用热溶糖液直接配料，然后冷却；只经过一次加热就完成溶糖、调合与杀菌等工艺操作，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，只适合于果味性饮料。CompanyLogo连续式：

工艺过程：各溶液→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，设备一次投入大。CompanyLogo调合工艺流程的布置应遵循：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；与前后工序的设备能力要平衡；要便于操作和计量。配制好的糖浆应立即装瓶，尤其是浑浊型饮料，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。CompanyLogo3、碳酸化

将CO2与水（或原浆/水混合液）混合的过程称为碳酸化。

（1）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↔CO2＋H2O阻碍微生物的生长，延长汽水货架寿命：国际上认为3.5～4倍含气量是汽水的安全区突出香味；有舒服的剎口感：二氧化碳配合汽水中的气体成分，产生一种特殊的风味。CompanyLogo（2）原理：水吸收二氧化碳的作用一般称为二氧化碳饱和作用或碳酸化作用（Carbonation）。实际上是一个化学过程：H2CO3↔CO2＋H2O

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：V＝Hp

（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之和。CompanyLogo（3）CO2在水中的溶解度影响因素(A)气液体系的绝对压力和液体的温度；(B)CO2气体的纯度；(C)液体中存在的溶质的性质；(D)气体和液体的接触面积和接触时间。CompanyLogo（4）CO2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)/273×22.41(L)则：G理＝(V汽×N)/Vmol×44.01

CO2理论需要量T℃下1molCO2的容积气体吸收率即汽水含CO2的体积倍数CO2的摩尔质量N=2~3CompanyLogoCO2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碳的损耗很大。装瓶过程中损耗为40～60％，即实际上二氧化碳的用量为瓶内含气量的2.2～2.5倍；采用二次灌装时，用量为2.5～3倍。CompanyLogo提高CO2的利用率方法：（1）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；（2）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）；（3）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；（4）使用密封性能良好的瓶盖，减少漏气现象。CompanyLogoCO2压力对于饮料的味道影响很大：

过少碳酸气给人的刺激太轻微，失去碳酸饮料应有的剎口感。CO2过高，使饮料的甜酸味减弱；对于风味复杂的碳酸饮料，CO2过高反而冲淡饮料应有的独特风味(柑桔型碳酸饮料)。另外，有些碳酸饮料由于所用香精易挥发，CO2过高会破坏原有的果香味而变苦。一般果汁型汽水含2～3倍容积的CO2，可乐型汽水和勾兑苏打水含3～4倍容积的CO2CompanyLogo4、碳酸饮料的灌装1.灌装方法二次灌装

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，容易造成CO2的损失及灌装量不足。(冷却方式解决)碳酸水的含气量高于成品预期的含气量CompanyLogo如糖浆和碳酸水的比例为1:4。成品含气量为3倍容积，则碳酸水的含气量为3×5/4＝3.75倍的容积。

采用二次灌装，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。 如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。CompanyLogo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，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。缺点是设备复杂，混合机与糖浆接触，洗涤和消毒不方便，不适合带果肉碳酸饮料。

一次灌装：CompanyLogo四、碳酸饮料常见质量问题（一）碳酸饮料的质量要求

1、感观指标：

（１）均匀度:没有分层现象。

（２）瓶盖:不漏气，不带锈。

（３）商标:端正，与内容一致。

（４）透明度:呈现产品所应有的颜色，澄清透明，无杂质。

（５）口味:无异味，具有成品应有的芳香味或酒精香味。

（６）泡沫:倒入杯内，泡沫高2cm以上，持续时间2min以上。CompanyLogo2、理化指标：

（１）二氧化碳:为容积的2.5-4倍。

（２）糖精:不得检出。

（３）酒精量:0.5%以下。（４）重金属:

铜(以Cu计)≤10mg/kg

铅(以Pb计)≤1mg/kg

砷(以As计)≤0.5mg/kg3、微生物指标：

（１）菌落总数:≤100个/ml。

（２）大肠杆菌:≤5个/ml。

（３）致病菌:不得检出。

4、保质期：三个月不沉淀变质。CompanyLogo（二）汽水中常见的质量问题及其预防

汽水中出现的质量问题是多种多样的，归纳起来有以下几种：有杂质，没"劲"，混浊，沉淀，成糊状，有辣味，异味等。CompanyLogo1、杂质

汽水中的杂质指肉眼可见，有一定形状的非化学反应产物。

不明显杂质包括数量极少的体积极少的灰尘，小白点，小黑点等；

明显杂质包括数量较多的小体积杂质；包括刷毛，大片商标纸，草棍，苍蝇，蚊子等，使人一看厌恶。CompanyLogo（１）瓶子或瓶盖不净。

（２）水中有夹杂物。

（３）原料有杂质。

（４）机件碎屑或管道沉积物。

造成杂质的原因CompanyLogo2、没“劲”

汽水没“劲”实际上是没气，更确切地说是二氧化碳量太少或没有。这样的汽水开盖时无声，没有气泡冒出。

因二氧化碳溶解于水后呈微酸性，有一定的灭菌作用，另外二氧化碳代替氧存在时，可抑制需氧微生物的生长繁殖，略有防止变质的作用，所以，二氧化碳含量低还能造成一些汽水后来的变质，因此，必须认真对待。CompanyLogo造成二氧化碳含量不足的原因：

(１)二氧化碳不纯:回收的、未经分离处理的、酸或碱法。

(２)水温过高。

(３)混合不好。

(４)有空气混入。

(５)混合机碳酸水阀门或管路漏气。

(６)灌水机胶嘴漏气或瓶托位置太低造成漏气。

(７)压盖不及时或不严，使二氧化碳在高温下散失。

（8）盖、瓶口不合格，或瓶，盖不配套。

除此之外，还有因水或料中有关成分与二氧化碳反应消耗碳酸造成含气不足。CompanyLogo3、混浊，沉淀

主要是由于原料处理过程中产生物理、化学变化及微生物的繁殖造成的。

（１）物理性变化:

其外观形态主要呈现沉淀状态（在应有的保质期内，生产不到1-2周），瓶底即呈现一层云雾状，或有矿物性微小颗粒沉积瓶底，另外也有呈现杂质混浊，不透明。

主要原因来自水质上和滤水器械上的问题，不能使水中的矿物质彻底清除，或水质不适。CompanyLogo（２）化学性变化:

①起盖后与空气接触立即产生胶质态物质（酸、碱中和作用引起的，由于洗瓶所用碱液没有冲净，残留在瓶内的碱液与原料中的酸产生中和而发生变化）。因此含碱的水质不适合生产汽水。

②配料兑制工序处理不当，也可使产品产生混浊不透明的现象。

（３）微生物繁殖:

由于封盖不严，使二氧化碳溢出，失出二氧化碳的杀菌防腐能力，侵入的空气带有酵母菌，从而产生发酵气体。

CompanyLogo２．预防措施

在各工艺加强净化措施，保证产品质量。

（１）生产用水一定要按饮用水标准，不符合要求的决不使用。

如有自备水井，初用时应进行一次彻底消毒灭菌，一般用30%有效氯的漂白粉0.02%-0.05％与0.001%-0.002%高锰酸钾，将此稀溶液注入井内进行消毒灭菌，经防疫部门化验合格方可使用。要减少井水的污染，加强卫生管理。CompanyLogo（２）如设立自备水塔，须距地面10m以上为佳。因为这样可以由于位差产生一定的压力，可以渗透过砂滤层，起到过滤的作用。

（３）所用配料器皿要保持清洁，并经常水煮杀菌；过滤器械也要及时洗刷，保持其卫生和性能良好。

（４）配料室内应保持清卫生，要定期进行空气杀菌。一般使用福尔马林、高锰酸钾、硫黄或紫外灯。同时禁止非操作人员出入。

（５）配料间要按操作顺序配料，防止化学变化。

（６）凡是需要溶解的原料必须进行高温处理。CompanyLogo4、糊状

汽水生产放置几天，出现乳白色胶体状态，往外倒时成了浆糊状。造成这种胶体物的原因有以下几种：

（１）原料糖质量差，含有较多的胶质、蛋白质。

（２）二氧化碳气含量不足或空气混入过多，使一些好气性微生物生长繁殖。

（３）由于瓶子没经彻底消毒，瓶里残留的细菌利用汽水中的营养成分生成胶体物。

CompanyLogo5、辣味

有的汽水甜味不足，辣味有余，但又不是薄荷等类原料的辣味。喝下去以后很快让人打嗝，甜味、香味等都不足。

这主要是由于此汽水中原料添加量不足、料少或无料造成的，其辣味主要是二氧化碳的酸辣味。因为原料添加量不足、料少或无料，制品糖度低，阻力小，所以遇热分解得快，喝后二氧化碳很快从体内分解排放出来。CompanyLogo1.CIP概述

1.1定义：

CIP，是英文Clean-In-Place的缩写，即就地清洗或称为原位清洗,其定义是不拆卸设备或元件,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