碳酸饮料加工技术

第二章碳酸饮料加工技术本章主要内容碳酸饮料的分类1.碳酸饮料的生产设备2.碳酸饮料加工技术3.生产中常见的质量问题4.第一节碳酸饮料的分类及产品技术要求碳酸饮料是指在一定条件下（低温、一定二氧化碳压力）充入二氧化碳气的饮品。不包括由发酵法自身产生二氧化碳气的饮料。成品中二氧化碳的含量（20°C时的体积倍数）不低于2.0倍。根据我国软饮料的分类标准，碳酸饮料分为：（1）果汁型碳酸饮料（2）果味型碳酸饮料（3）可乐型碳酸饮料（4）低热量型碳酸饮料（5）其他碳酸饮料碳酸饮料产品技术要求1感官指标：色香味形2理化指标：可溶性固形物二氧化碳气容量总酸甜味剂防腐剂着色剂3微生物指标：细菌总数大肠杆菌总数致病菌1、感官指标（见表2—1）表2—1碳酸饮料的感官指标2、理化指标（见表2-2）表2—2碳酸饮料的理化指标3、微生物指标细菌总数：每毫升小于100个；大肠杆菌总数：每100ml小于6个；致病菌：不得检出。第二节碳酸饮料生产的主要设备水处理设备配糖设备碳酸化设备灌装设备原位清洗系统（CIP清洗）第二节碳酸饮料生产的主要设备水处理设备活性炭过滤器石英砂过滤器砂棒过滤器离子交换器微孔过滤器超滤反渗透硅藻土过滤器臭氧杀菌设备配糖设备化糖锅、糖浆过滤设备、配料罐碳酸化设备完善的碳酸化过程一般由脱气-冷却器、混合器、预碳酸化器、冷却-碳酸化和制冷系统组成。当碳酸饮料的二氧化碳含量为2倍时，不需要预碳酸化，当大于2倍时，则需要预碳酸化。此外，在中小型企业，现行的碳酸化过程中没有脱气-冷却器和预碳酸化装置，由于采用二次灌装，所以也没有糖浆和水的混合装置，只是对冷却的软化水进行碳酸化。它们大多采用喷雾式混合机。第二节碳酸饮料生产的主要设备灌装设备二次灌装设备由糖浆机、灌水机和压盖机组成，这三种设备各成一体。20世纪80年代，我国从德国、日本和意大利引进了多条碳酸饮料灌装生产线并投入生产，一次灌装设备包括洗瓶机、混合机、灌装机、压盖机、装箱机、打码机、检验器、贴标机和CIP自动清洗装置，适合于大、中型企业使用。原位清洗系统（CIP清洗）CIP（cleaninplace）是指不拆卸设备或元件，在密闭的条件下，用一定温度和浓度的清洗液对被清洗装置加以强力作用，对与食品接触的表面洗净和杀菌的方法。洗液有中性、酸性、碱性、消毒剂等。CIP工作效率高，清洗效果可靠，操作过程均在密闭的管道内进行，符合卫生要求高，操作方便，降低工人的劳动强度，防止清洗作业中的危险，增加机器部件的使用年限，节省清洗剂、蒸汽、水及生产成本等，同时，CIP清洗装置不仅能清洗机器，而且还是能控制微生物的清洗方法。第三节碳酸饮料的加工技术一次灌装法（预调式）将各种辅料按工艺要求配制成调和糖浆，然后与含二氧化碳的水在配比器内按一定比例混合，进入灌装机一次灌装成汽水。多为大、中型企业采用。二次灌装法（现调式）先将调和糖浆机通过定料机按量灌入瓶中，再通过灌装机充入碳酸水至满。对中、小型饮料厂适宜。§1糖浆制备的工艺流程糖浆制备的一般工艺流程是：砂糖—称量—溶解—过滤—杀菌—冷却—脱气—浓度调整—配料—精滤（均质）---杀菌---冷却---贮存---糖浆糖浆制备的操作要点一、糖溶液的制备（一）间歇式1、冷溶（适合生产无色碳酸饮料）2、热溶(1)蒸汽加热溶解(2)热水溶解法（二）糖液的净化（不锈钢丝网、耐高温滤布）1、以过滤为主要手段2、以吸附为另一种手段二、糖浆的调配糖浆又称为调和糖浆或主剂，一般是根据不同碳酸饮料的要求，在一定浓度的糖液中。加入甜味剂、酸味剂、香精香料、色素、防腐剂等，并允分混匀后所得的浓稠状糖浆，它是饮料的主体之一，与碳酸水混合即成碳酸饮料。糖浆的配制在配料室进行，配料室是饮料生产中最重要的工作场所，它对清洁卫生的要求最为严格。配料室要与其他车间严格隔离，室内具有良好的清洗、消毒、排水、换气和防尘、防鼠、防蚊蝇等设施。（一）糖浆调配的投料顺序糖浆调配时的投料顺序是：调配量大的先调入，如糖液、水；配料时容易发生化学反应的间开调入，如酸和防腐剂；黏度大，易起泡的原料较迟调入、如乳化剂、稳定剂；挥发性的原料最后调入，如香精、香料。按照上述原则，投料的一般顺序为：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。（二）调和工艺糖浆调和工艺可分为间歇式和连续式两种，国内多采用间歇式。间歇式按调和时温度的不同又可分为冷调和与热调和两种。1、间歇式（1）热调和糖浆处理工艺热调和就是在高温下进行配料，通常是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了溶糖、调和与杀菌等全部操作，可节省能源。但不足之处是破坏了果汁饮料的风味和营养成分，香精挥发损失大，所以要选用耐热香精，只适合于果味型饮料。(2)冷调和糖浆处理工艺冷调和就是在常温下(也有提倡采用低于20℃的低温)进行配料，然后巴氏杀菌、冷却。该方法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。工艺流程为：常温(20℃)下调和原料→均质→第二调和罐(缓冲作用为主)→90℃以上杀菌(30s以内)，杀菌不良的返回溶解罐→冷却至25℃→缓冲罐→送灌装车间。2、连续式连续式调和糖浆处理工艺流程为：各溶液高位槽→定量比例泵(调节各溶液比例)→混合器→第一调和罐→均质机→第二调和罐→定量比例泵(用水调节糖桨浓度)→混合器→糖浆输出。用这种流程配制的糖浆，精度可达±0.05波美度，可大大降低糖原料的损耗，并且由于是全封闭全自动操作，卫生状况良好，但设备—次性投资大。§2糖浆浓度测定及计算糖浆浓度的测定（1）比重计测定法（相对密度法）利用比重计测定糖液的相对密度，不同浓度的糖浆，其相对密度不同，浓度越高，相对密度越高。（2）波美度把波美比重计浸入所测溶液中，所测得度数叫波美度。（3）白利度白利度是我国及英国等一些国家通用的检测含糖量的标度，白利度是指含糖量的质量百分率，如55白利度即100g糖液中含糖55g，55白利度也表示为55%，但是并非容积100ml中的55%。糖浆浓度计算糖液配制的相关计算生产各种浓度的原糖浆，只需知道糖与水的质量，或知道糖浆浓度及容积，即能求出所需的糖与水的质量。（1）生产55白利度的糖浆，1kg糖需多少水？解：糖与水的质量比55：45=1：XX=45×1/55=0.818答：需0.818kg水。糖浆浓度的计算糖液糖酸比的计算糖酸比是产品中糖度与酸度之比，糖度是指全部甜味剂的总糖度（按蔗糖计），酸度是指全部酸味剂的总酸度（按柠檬酸计）。糖酸比=总糖度/总酸度配方设计正交实验设计，得到最佳配方§3碳酸化一、定义水吸收CO2的作用称为碳酸化作用。CO2+H2OH2CO3碳酸化一般要求尽量扩大气液两相接触面积，降低液温和提高CO2压力，因为单靠提高CO2的压力受到设备的限制，而单靠降低水温，效率低且能耗大，所以大多采用冷却降温和加压相结合的方法。二、CO2的利用率碳酸饮料生产中CO2的实际消耗量比理论需要量大得多，这是因为生产过程中CO2损耗很大。据有关资料报道，CO2在装瓶过程中的损耗一般为40%-60%，因此实际上CO2的用量为瓶内含气量的2.2-2.5倍，采用二次灌装法时，用量为2.5-3倍。三、碳酸化的方式与系统（一）水或混合液的碳酸化根据碳酸化所依附的主要条件，水或混合液的碳酸化，可分为低温冷却吸收式和压力混合式两种。1、低温冷却吸收式低温冷却吸收式在二次灌装工艺中是把进入汽水混合机的水预先冷却至4℃左右，在0.441MPa压力下进行碳酸化操作。低温冷却吸收式的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，且生产成本较高。优点是冷却后液体的温度低，可抑制微生物生长繁殖，设备造价低。2、压力混合式压力混合式是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。缺点是设备造价较高。（二）水或混合液的冷却常用的冷却方法有：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。1、直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式，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，用蒸发压力控制温度，使水或混合液冷却到需要的温度范围。需要注意的是冷却装置进行热水或蒸汽杀菌时的安全性及对制冷剂的选择。2、间接冷却间接冷却所用制冷剂不直接通入冷却器，而是先通入冷却介质(如盐水)，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。饮料冷却器多为管式或板式热交换器。（三）汽水混合机碳酸化过程一般是在碳酸化器或汽水混合机内进行的。汽水混合机的类型很多，碳酸化器实际上是一个普通的受压容器。可以在其上部安装喷头、塔板，将液体分散成薄膜或雾状，使液体和C02充分接触，并进行混合。常用混合机有以下几种：图2-1薄膜式碳酸化罐1、薄膜式混合机2、喷雾式混合机这种混合机在碳酸化罐的顶部有旋转喷头或离心式雾化器(图2-1)，水或饮料经过雾化，与C02混合，大大增加了接触面积，提高了C02在水中的溶解度，同时缩短了液体和C02的作用时间，提高了碳酸化效率。图2-2雾化式碳酸化罐3、喷射式混合机这种混合机又称文丘里管式混合机，进口生产线大都使用这种混合机。以德国设备为例，其混合系统采用3只并联在一起的喷射混合器，使水与C02混合，然后在—个由φ500mmx160mm的碳酸化罐内贮存，稍加静置后缓缓送向灌装机。这种混合机一般只要将温度、C02压力调节在规定范围内，就可取得较为满意的混合效果和较高的效率。图2-3喷射式碳酸化器4、填料塔式混合机在填料塔内充填玻璃球或瓷环，当水喷洒到填料塔内，经过这些填充料时有较充分的接触面积和碳酸化时间，可以作可变或不可变饱和度的混合机，见图2-4。填料塔式混合机是常规系统中最流行的混合机，但由于清洗困难，一般仅用做水的碳酸化，不适用于成品饮料的碳酸化。图2—4填料塔式碳酸化罐一、灌装的方法如前所述。碳酸饮料的灌装方法有典型的二次灌装法和—次灌装法，有时也使用组合灌接法。（一）二次灌装法二次灌装法是—种传统的灌装方式，但现在仍然被采用。采用二次灌装法，设备简单、投资少，比较适合中小型饮料厂生产。从卫生角度考虑，二次灌装法易于保证产品卫生。对于含有果肉的碳酸饮料，若采用一次灌装法，果肉颗粒通过混合机时容易堵塞喷嘴，不易清洗，采用两次灌装法则更为有利。§4碳酸饮料的灌装（二）—次灌装法一次灌装法是较先进的灌装方式，大型的设备均采用这种灌装方式。最早的操作方法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，然后经过冷却、碳酸化后再灌装；这种方法需要大容积的一级配料罐，调和后如果不能立即冷却、碳酸化，则由于直接配料、糖度低，易受细菌污染，产品卫生条件难以保证。对于大型的连续化生产线多采用定量混合方式。§5清洗（一）容器的清洗对于易拉罐、PET瓶等一次性容器和新玻璃瓶，由于出厂时包装严密，在搬运、贮存时不易受污染，比较容易清洗，一般不需要消毒，只需用无菌水喷淋洗涤即可用于灌装。对于多次使用的回收玻璃瓶，由于瓶内残留物的存在，很容易繁殖各种微生物，同时瓶子内外均很脏，因此需用专用的洗涤剂和消毒液进行洗刷和消毒，以符合卫生要求。目前饮料厂洗瓶的方法可分为手工洗瓶、半机械洗瓶和全自动洗瓶三种。洗瓶的基本方法有：浸泡、喷射、刷洗三种。（二）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。这种清洗方法，是用水和不同的洗涤液，按照固定的顺序通过泵循环，不用拆装设备以达到清洗目的。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。CIP的优点：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)