第2章碳酸饮料生产工艺

Dep.OfFoodScience&TechnologySoftDrinkTechnology软饮料工艺学碳酸饮料生产工艺主要工艺流程•一糖浆的制备和配合•二碳酸化•三调和方式及调和器•四碳酸饮料灌装线•五碳酸饮料常见的质量问题及处理方法一、概念•碳酸饮料是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。二、分类1）果汁型2）果味型3）可乐型4）其他型碳酸饮料概念及生产工艺三、主要生产设备（1）水处理系统：水过滤、澄清、软化、消毒、排气（2）糖浆调配设备：化糖锅（夹层锅)、糖浆过滤器（内有筛网）、配料罐（调配缸）（3）碳酸化设备（最关键）：二氧化碳生成器、二氧化碳气调压站、水冷却器、混合机（4）洗瓶设备：清洗、消毒（5）灌装设备糖浆过滤器二氧化碳发生器夹层锅灌装设备三、灌装方法（1）一次灌装法（预调法）先将各种原辅料按工艺要求配成调和糖浆→再与CO2混合→灌装一次灌装工艺流程一次灌装法是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。又称为预调式灌装法、成品灌装法或前混合（premix）法三、灌装方法（2）二次灌装法先将调和糖浆（原料与配方与一次灌装相同）定量灌入瓶中→再充入碳酸水→封口二次灌装工艺流程二次灌装法是先将调味糖浆定量注入容器中，然后加入碳酸水至规定量，密封后再混合均匀。又称为现调式灌装法、预加糖浆法或后混合（postmix）法第一节糖浆的制备与配合一、糖浆的制备1、糖浆的作用•提供稠度而有助于传递香味•提供能量和营养价值2、原糖浆的配制•饮料厂来说，从卫生和浓度控制的观点出发，糖浆的制备无疑是重要的。要达到配料掺和良好和完善，以生产一致性和高质量的饮料•将糖溶解于水中，一般称为原糖浆或单糖浆。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。其水也必须是纯良的水，其水质可与灌装用水相同(1)溶糖的方式冷溶法：配制短期内饮用的饮料糖浆。特点：不加热不杀菌，口感好，但效率低，易感染病菌。一般45~650Bx（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，但可以节省燃料连续式热溶法冷溶法间歇式溶糖方式蒸汽加热或热水热溶：零散饮料，纯度要求高，或要求延长贮藏期的饮料。特点：加热杀菌，效率高，但风味较差。一般配成55-60°BX。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。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。特点：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。生产流程：计量、混合→热溶解→脱气、过滤→糖度调整→杀菌、冷却→糖液溶糖注意：温度高，溶解度大，如100℃溶解83%糖，0℃时，约溶解64%的糖，有19%糖不溶解而析出。这也是一般制备65%为宜的依据。(2)糖浆浓度测定：糖度测定仪器：比重计、波美表、糖度表、折光仪a、比重测定b、白利度——指含糖量的质量百分率如：如50°BX即100g糖液中含糖50g(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，会导致饮料产生凝结物、沉淀物，甚至异味；装瓶时出现大量泡沫等；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。净化处理：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。二、糖浆配合配合糖浆（果味糖浆或加香糖浆）指根据产品技术要求，配合好各种原料，可作灌装的糖浆。配料准备和处理投料顺序（在不断搅拌的情况下，但不能太剧烈）：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（乳化剂、稳定剂）色素香精加水到规定容积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配合；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配合分：间歇式和连续式间歇式：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。冷调合：常温下（低于20℃）进行配料，然后巴式杀菌、冷却；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；常温下调和：原料→均质→第二调合罐（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：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，设备一次投入大。调合工艺流程的布置应遵循：(1)注意卫生，溶糖和配料分开；(2)配料间与灌装线应尽量靠近；(3)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；(4)与前后工序的设备能力要平衡；(5)要便于操作和计量。配制好的糖浆应立即装瓶，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。第二节碳酸化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：•有舒服否认剎口感：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：CO2＋H2O↔H2CO3•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＝H·p•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之和。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做溶解度。碳酸饮料中常用的溶解量单位叫“本生容积”，简称“容积”：在0.1MPa、温度为0℃（15.56℃）时，溶于一单位容积内的二氧化碳容积数。•美国有的工厂用“奥斯瓦德容积”，区别是用当时测定的温度，由于温度不同而发生的容积变化不再作调整。•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/22.4l＝1.96g/l（精确计算为44.01/22.26=1.98）。4.CO2在水中的溶解度影响因素•气液体系的绝对压力和液体的温度；•CO2气体的纯度；•液体中存在的溶质的性质；•气体和液体的接触面积和接触时间。•CO2气体的溶解度在0.1MPa、温度为15.56℃时，一容积的水可以溶解一容积的CO2。5.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式中：G理--CO2理论需要量；V汽--汽水容量（L）（忽略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--气体吸收率即汽水含CO2的体积倍数；44.01--CO2的摩尔质量（g）；Vmol--T℃下1molCO2的容积CO2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倍提高CO2的利用率方法：•选用性能优良的灌装设备，在不影响操作怕和检修的前提下，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CO2压力对于饮料的味道影响很大：•CO2过高，使饮料的甜酸味减弱；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。•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，对于含挥发性成分低的柑桔型碳酸饮料尤其如此。•有些碳酸饮料由于所用香精含易挥发的萜类物质，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CO26.碳酸化方式和设备•水或混合液的冷却：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•水或混合液的碳酸化：•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；一次灌装中则把已经脱气的糖浆和水的混合液冷却至16～18℃，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•碳酸化系统：–二氧化碳气调压站（根据所供应的二氧化碳压力和混合机所需压力进行调节的设备）–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–静态混合器薄膜式混合机喷雾式混合机碳酸化罐填料塔式混合机碳酸化过程中的注意事项：•保持合理的碳酸化水平•保持灌装机一定的过压程度•将空气混入控制在最低限度•保证水或产品中无杂质•保证恒定的灌装压力第三节调和方式及调和器一、调和方式•现调式（二次灌装法）水先经冷却和碳酸化，然后再与加味糖浆分别灌入容器(瓶)中调和成汽水的方式。适用于含有果肉成分的汽水。•预调式（一次灌装法）水与加味糖浆按一定比例先调好，再经冷却混合，将达到一定含气量的成品灌入容器(瓶或罐)中的方式。•组合式二、调和器•配比泵法•孔板控制法•注射器法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•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第四节碳酸饮料的灌装•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，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