第一节天然矿泉水

第一节天然矿泉水一、矿泉水的发展历史饮料矿泉水在欧洲自本世纪３０年代起，每年以３0％的增长率迅速发展。近几年来，德、意、前苏联等国矿泉水的发展速度正在赶超法国，德国近年来矿泉水的发展速度居欧洲诸国之首。我国矿泉水资源丰富，但矿泉水饮料在我国仍属于起步阶段，真正受到消费一行重视不过是近几年的事。但随着环境污染的加剧和人民保健意识的增强，饮用天然矿泉水作为一种特殊饮料，必然会受到广大消费者的欢迎而迅速发展起来的。我国第一家生产矿泉水的厂家是山东青岛汽水厂，它在１９８４年以前就已开始牛产。１９８４年以后，各种矿泉水饮料在我国相继发展，先后在全国各地都有了矿泉水生产家。目前矿泉水饮料在国际市场上总的消费趋势是饮用天然矿泉水占主导地位。在某些国家，名牌矿泉水的销售量甚至超过了可乐类碳酸饮料。人们要求矿泉水低矿化度低等,由于矿泉水所具有的某些特殊功效，以及人们消费观念的不断更新，矿泉水已成为软饮料类中一种发展迅速的产品。钠，不含ＣＯ2气体，且希望矿泉水中含人体常易缺乏的元素如：铜、钡、铁、溴、碘。二、天然矿泉水的定义和分类（一）定义不同国家有不同的定义，一般是根据生产矿泉水的目的而从不同角度来定义的。原西德根据其所含可溶性盐类的多少来判断其好坏，定义为：▲矿泉水是天然的，从天然的或人工开凿的泉水中获得的水；▲1ｋｇ这种水中含有不少于1000ｍg的溶解盐类或250ｍg游离的二氧化碳；▲它是在矿泉所在地用消费者使用的限定容器装瓶的。英国对矿泉水作的严格规定：★天然矿泉水是指源于地下水体，由地下矿泉口、井口、钻孔或露头涌出而开采出来的；★需有水文地质方面的说明周围地形、地质情况、引水工艺设备。防护排水、防污措施等。★需有水质的理、化学特征说明治自然流量、季节性变化、最大涌出量。水温。水质与地质岩石的关系、无机物成分的天然特征、蒸发残渣、电导率、阴阳离于及非离于化合物浓度、微量元素浓度、放射性同位素限量等。★需有毒性物质或元素的最大限量指标；★需有微生物的详细分析无寄生或病原微生物、粪便污染物指标、总活菌数指标等。★需提供此水未受污染的数据；★有证明此水的水位、水温和其他基本特征稳定于自然波动限额内的数据要求。日本的矿泉定义为：矿泉是地下涌出温水或矿水的泉，它含有大量固形物质或气态物质，或特殊物质。原苏联对餐桌饮用瓶装天然矿泉水的定义为：总矿化度不低于2ｇ/L和（或）含具有生物活性为饮用矿泉水所采纳的微达成分，其含量不低于前苏联的沐浴标准。总矿化度在２～８ｇ/L者为饮用医疗-餐桌矿泉水，但不包括矿化度接近４的矿泉水。联合国粮农组织及世界卫生组织（FAO/WHO）联合的食品法规委员会于１９８１年确立的瓶装天然矿泉水的定义为：◆以含有一定比例矿物盐和微量元素或其他组分为特征的；◆它是直接取自天然的或钻孔而获得的地下水层的水；◆由于天然矿泉水组成的恒定、流量和温度的稳定性，要适当考虑自然波动的周期性；◆天然矿泉水是在保证原水细菌学指标的条件下采集的；◆它是在靠近水源露头处并具备特定的卫生措施下装瓶的；◆除许可的规定外，不得进行任何其他处理；◆必须与相应的标准规定的所有条款相符。我国新制定的国标ＧＢ８５３７—９５中对饮用天然矿泉水所作的定义是：◆饮用天然矿泉水是从地下深处自然涌出的或经人工揭露的、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；◆在通常情况下，其化学成分、流量、温度等动态指标在天然波动范围内相对稳定。我国要求饮用矿泉水中某些成分的最低和最高限量。以上各国对矿泉水的定义概括起来主要有以下几点：◎天然矿泉水是从地下水源矿脉的若干天然露头开发出来的水；◎水中含有天然无机盐在1０００ｍｇ以上，或者含游离二氧化碳在２50ｍｇ/L以上者；◎对人体生理具有有益健康的特性；◎矿泉水的微生物特性应符合世界卫生组织饮用水的国际标准。由此可见，天然矿泉水作为饮用的矿产食品资源，各方面都有严格要求和规定。（二）分类目前世界上对矿泉水大致技水温、化学成分、用途、pＨ值等进行了分类。１．按水温分类国际矿产水文学根据泉水温度把矿泉水分为：冷泉(20℃以下)低温泉(20～37℃)温泉(37～42℃)热泉(42℃以上）不过各国对温度界限划分不一，名称也不统一。二．按化学成分分类天然矿泉水根据其含矿物质的多少可分为:盐类矿泉水淡矿泉水两类矿物质含量大于1ｇ/L者称为盐类矿泉水矿物质含量小于1ｇ/L者称为淡矿泉水这两类矿泉水又可按它们所含的某种元素如锶、碘、锌或偏硅酸或二氧化碳气体已达到的有关国家的标准再进一步分类，大致可分为：▼碳酸氢盐型（含量要达到一定标准▼氯化物型儿一含量要达到一定标准▼硫酸盐型广含量要达到一定标准▼生物活性离子型（含等生物活性离子）▼含氯化物、碳酸氢盐▼硫酸盐▼同时含有上述３种盐中的２种的混合盐类矿泉水。▼而含ＣＯ2、Ｈ2S等及放射性气体的矿泉水则称为含气矿泉水。３.按用途分类◆医用矿泉水：包括浴疗（含Ｉ、Ｒｎ、Ｓ、Ａｓ、Ｈ2Ｓ等）饮疗（含Ｒａ、Ｒｎ、Ｆｅ、Ｉ、Ｚｎ、Ｃａ、ＣＯ2等）两种，饮疗矿泉水必须符合饮用水卫生标准。◆农用矿泉水：主要是以矿泉水中的某些特种元素改良土壤。◆饮料矿泉水：含有人体必需的微量元素或其他对人体有益的矿物质，清洁卫生，不含致病菌和有毒物质，可直接饮用的天然矿泉水。４．按ｐＨ值分类强酸性矿泉水(pＨ值２以下)酸性矿泉水(pＨ值２～４)弱酸性矿泉水(pＨ值４～６）中性矿泉(pＨ值６～７.５）碱性矿泉水(pＨ值７.５～８.５）碱性矿泉水(pＨ值８.５～１０)强碱性矿泉水(pＨ值１０以上)三、天然矿泉水的理化特征（一）矿泉水的化学组成矿泉水所含的元素由产生矿泉水的不同的地质构造区域所决定。大致上可分为以下几类：▲赋存于花岗岩裂隙中的矿泉水大都富含偏硅酸，其次还会富含Ｃu、Ｐb、Ｚｎ等金属元素及放射性元素Ｒｎ,这类矿泉水属低矿化度的淡矿泉水。▲火山岩类（玄武岩、安山石和凝灰岩等）裂隙中赋存的矿泉水多为重碳酸钙或重碳酸钙镁型、低矿化度（＜５００ｍｇ/L)、偏硅酸含量较高的淡矿泉水。与花岗岩类中的矿泉水相比，该类矿泉水的特征是具有低含量的氟和氡及高含量的钙、镁和锶。▲赋存于碎屑岩孔（裂）隙内的矿泉水多数是含偏硅酸和锶的重碳酸钙或重碳酸钙镁水，通常矿化度小于５００ｍｇ/L。▲赋存于碳酸岩溶蚀孔（裂）隙中的矿泉水多为重碳酸硫酸钙和重碳酸钙镁水，随着温度的升高逐渐演变为重碳酸钠钙或重碳酸硫酸钠钙型水。这类矿泉水还常含有锶及偏硅酸，矿化度较高，大多超过５００ｍｇ/L。▲赋存于沉积盆地内的矿泉水成分是从盆地边缘由重碳酸钠型逐步过渡为重碳酸氯化钠型和氯化钠型。该类矿泉水多为温泉，矿化度大于５００ｍｇ/L，以含有溴、碘为主要特征，同时含有锶、钾、偏硅酸等成分。矿泉水中溶解的元素一般分为：大量的元素，包括K、Na、Ca、Mg、Fe、Al、Cl、S、N、O、H、C、Si较少的元素，包括Li、S、Ba、Pb、Ni、Zn、Mn、Cu、Br、I、F、B、P、As、稀有元素，包括Cr、Co、U、Ni、Ga、Ge、Zr、Ti、V、Hg、Bi、Cd、W、Se、Mo、Ag、Au、Pt、Sn、Sb放射性元素，包括Ｒａ、Ｔｈ、Ｒｎ等。矿泉水中所含的矿物质一般较稳定，因为矿泉水流动缓慢，矿物盐可以缓慢地溶解到水中，从而达到某一相对恒定的浓度。（二）矿泉水气体成分的来源矿泉水中的气体成分往往是决定矿泉水医疗价值的重要因素，特别是含硫和某些放射性气体的矿泉水的医疗价值更高。另外如含ＣＯ2气体的矿泉水则为优良的饮用矿泉水。矿泉水中气体成分复杂，主要来源于：水的生化作用（主要有ＣＨ4、ＣＯ2、Ｎ2、Ｈ2Ｓ、ＮＨ3、Ｈ2、Ｏ2，这些气体的形成与微生物对地层结构中的各种有机物的作用有关）大气的混入（主要是ＮＯ2和惰性气体等）地层高温高压所发生的水的变质作用和放射性物质进入等。在地层高温高压作用下，一些物质进行的化学变化同样也产生了气体，这些气体也可溶解到水中，这类化学变化主要有：1.气体的转变２．盐类的溶解（三）矿泉水理化特征的表示方法矿泉水的理化特征一般采用前苏联的库尔洛夫式表示，其方法如下：式中：ＳＰ——所含气体或微量元素，要求含有一定级位方予列入；Ｍ——总固体成分（总矿化度）ｐＨ——酸碱度；T——矿泉温度（℃）；Ｑ——泉水涌出量（L/s或ｔ／ｄ）此种方法阴、阳离子的浓度单位为mmol/L。一般含量在１０％以上的元素才排列在式中，不过有人将含量超过5%的微量元素也列入式中。该式也可用于表示气体和特殊的元素。如果测得某矿泉水中含：ＣＯ2２.５ｇ，Ｚｎ０.００５ｇ，总矿化度为１.８ｇ，阴离子（以％计）为ＨＣＯ3-６９、ＳＯ42-１７.５、Ｃl-２０，阳离子（以％计）为Ｃａ2+３２.５、Ｍｇ2+１６、Ｎａ+２５，水的ｐＨ值为７.２，泉水温度则为３５℃，涌出量２６０ｔ／ｄ。该矿泉水可用库尔洛夫式表示如下：四、饮用天然矿泉水的生产工艺瓶装饮料矿泉水的生产工艺由矿泉水的引水、曝气、过滤、充气、灌装等工序组成，它涉及到水文、地质、食品卫生、食品机械等诸多方面。（一）工艺流程１．不含气体矿泉水的生产工艺流程水源→抽水→贮存→沉淀→粗滤（砂滤、活性炭过滤）→精滤（微孔过滤等）→紫外线消毒→灌装→检验→成品２．含二氧化碳矿泉水的生产工艺流程１．引水引水工程一般分为地下和地上两部分。●地下部分主要是指从地下引取矿泉水到地上出口的部分，需对矿泉水进行加固，避免地表水的混入。目前多采用打井引水法。●地上部分是指把矿泉水从最适当深度引到最适当的地表，并进行后续加工工序的部分。在引水过程中应防止水温变化和水中气体的散失，防止周围地表水的渗入，防止空气中O2的氧化作用及有害物质的污染。（二）工艺要点在开采矿泉水的过程中应注意：★开采不同类型的矿泉水采取不同的工艺，如碳酸型矿泉水因含大量的气体成分而气体的含量随压力的改变而改变，因此要注意防止气体损失，应先了解地质条件后再决定引水方法。★矿泉水开采量也是应注意的，过度开采会对矿泉水的流量和组成产生不可逆的影响。★开采矿泉水的水泵和输水管要用与泉水不起反应的材料制成，因为矿泉水对金属腐蚀性极强（如含二价铁的矿泉水与镀锌管接触时可使锌溶解），这主要是与矿泉水含盐分高，电导率高，电化学腐蚀强度大有关。还有抽取矿泉水所用的泵以不用离心泵为好，离心泵的大力搅拌会促使CO2大量逸出，一般选用齿轮泵。★为了避免碳酸型矿泉水中有效成分的过度损失，取水时以自然流动泉水为佳。★不可采用明渠式采水法，否则会导致矿泉水气体逸散，被有害成分污染等。２．曝气矿泉水中除含有CO2及Ｈ2S在等多种气体外，还含有多种金属盐类，矿泉水在地层中因受压和不接触空气的原因，气体和盐类以饱和状态溶于水中，开采出来后压力下降，水与空气接触，CO2大量逸出，已溶解的盐类沉淀出来，水的pＨ值发生变化，由于水中含有Ｈ2S在等气体以及铁等金属盐类，装瓶后必然会造成成品矿泉水存在异味和产生氧化物沉淀，影响产品感官质量。为了排除不愉快的气味，避免装瓶后产生氧化物沉淀，降低成品矿泉水中金属离子浓度，在不改变矿泉水的特性和主要成分的条件下，可对瓶装矿泉水采取曝气工艺，即使矿泉水和经过净化的空气充分接触，这样可脱去各种气体，CO2则可在灌装前重新补充，矿泉水硬度下降，达到饮用要求。曝气工艺有自动曝气和强制曝气自动曝气是使矿泉水在一个容器内通过一条或多条装在支管上的喷嘴进行喷洒，自动与空气接触。强制曝气是矿泉水在喷洒时，以鼓风机强大气流强制曝气，提高曝气效率。▼除铁铁的存在会使水具有腥味，除去后可改善口味。矿泉水中铁一般以碳酸氢盐的形式存在，在水与空气接触（曝气）后，碳酸氢亚铁先分解成氢氧化亚铁及二氧化碳：当水中CO2被除尽后，碳酸氢亚铁则可以完全分解成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁再与空气中的氧作用，生成氢氧化铁胶粒凝聚沉淀：过滤即可除去沉淀物。根据上述原理，首先利用各种曝气方法让矿泉水充分与空气接触，然后通过石英砂过滤，这样便可将水中所含的大部分铁除去。工厂实践证明，当原水的pＨ值大于６.８，含铁量低于１０ｍｇ／Ｌ，铁呈重碳酸盐态存在时，曝气—石英砂过滤法除铁效果良好，水中剩余的铁可减少到0.３mg/