食品工艺饮料jingshan

食品技术原理第十二章饮料工艺汪建明博士教授食品工程与生物技术学院12-1概述1.概念GB10789-2007饮料通则：饮料或饮品(Beverage)：经过定量包装的，供直接饮用或用水冲调饮用的，乙醇含量不超过质量分数的0.5％的制品，不包括饮用药品。饮料：通常能使人愉快的，供人消耗性消费的任何液体饮品的总称。饮料不包括口服液之类的专用于保健和医疗作用的制品。2（1）按GB10789-2007“饮料通则”分类碳酸饮料类果蔬汁饮料类蛋白饮料类包装饮用水类茶饮料类咖啡饮料类植物饮料类风味饮料类特殊用途饮料类固体饮料类其它饮料类32.饮料分类12-1概述（2）按饮料的加工工艺分类采集型：采集天然资源，不加工或者简单的过滤，杀菌等处理的产品，如天然矿泉水；提取型：天然水果，蔬菜或者其它植物经破碎，压榨或浸提，抽提等工艺制取的饮料，如果蔬汁、植物蛋白饮料、茶饮料；配制型：用天然原料和添加剂配制而成的饮料，包括充CO2的汽水，如碳酸饮料、运动饮料；发酵型：包括酵母，乳酸菌等发酵制成的饮料，包括杀菌和不杀菌的，如发酵蔬菜汁、乳酸菌饮料。412-1概述（3）按作用分类单纯以补充水分为主的或作稀释用的饮料，如饮用纯净水、苏打水；带有滋味或仅以滋味为主的饮料，如碳酸饮料、茶饮料、咖啡饮料；带有营养的饮料，营养指热能、蛋白质、无机盐、维生素等。512-1概述带有营养的饮料•热能饮料：高能热饮料（高糖葡萄汁）低热能饮料（无糖可乐汽水）•蛋白质饮料植物蛋白饮料乳饮料蛋白型固体饮料•无机盐饮料饮用天然矿泉水盐汽水612-1概述12-2饮料用水及水处理水是饮料生产中的重要原料之一，水质的好坏，直接影响成品的质量。1.水源分类及其特点•地表水•地下水•城市自来水7（1）地表水及其特点地表水包括河水、江水、湖水和水库等。由于地表水是在地面流过，矿物质较少。常含有粘土、砂、水草、腐植质、钙镁盐类、其它盐类及细菌等。其中含杂质的情况由于所处的自然条件不同及受外界因素影响不同而有很大差别。当大量含有有害成分的废水排入江河，引起地表水污染，必须经过严格的水处理方能饮用。812-2饮料用水及水处理（2）地下水及其特点地下水主要是指井水、泉水和自流井等。由于经过地层的渗透和过滤而溶入了各种可溶性矿物质，如钙、镁、铁的碳酸氢盐等，其含量多少取决于其流经的地质层中的矿物质含量。地下水透过地质层时，形成了一个自然过滤过程，所以它很少含有泥沙、悬浮物和细菌，水质比较澄清。地下水受气候影响较小，冬暖夏凉，温度变化小。912-2饮料用水及水处理12-2饮料用水及水处理（3）城市自来水主要是指地表水经过适当的水处理工艺，水质达到一定要求并贮存在水塔中的水。水质好且稳定，符合生活饮用水标准；水处理简单，一次性投资小，但水价高，经常使用费用高。使用时注意控制氯离子、铁离子含量及碱度、微生物量。1012-2饮料用水及水处理12-2饮料用水及水处理天然水在自然界循环过程中，不断地和外界接触，使空气中、陆地上和地下岩层中各种物质溶入或混入。因此，在自然界里没有绝对纯净的水，都受到不同程度的污染。112.天然水中的杂质12-2饮料用水及水处理（1）天然水源中的杂质的分类按其微粒分散的程度，大致可分为三类：•悬浮物•胶体•溶解物质天然水中凡是粒度大于0.1um的杂质统称为悬浮物。这类杂物使水质呈混浊状态，在静置时会自行沉降。•细菌：有致病的和对人体无害的•泥沙、粘土：浑浊度•藻类及原生动物：臭味、色度和浑浊度，泥沙•其它不溶物质悬浮物质在成品饮料中能沉淀出来，生成瓶底积垢或絮状的蓬松性微粒。有害的微生物不仅影响产品风味，而且还会导致产品变质。12①悬浮物质12-2饮料用水及水处理12-2饮料用水及水处理②胶体物质•溶胶－如硅酸胶体•高分子化合物－如腐植质胶体等特性：•光线照射上去，被散射而呈混浊的丁达尔现象。•因吸附水中大量离子而不能自行下沉，即具有稳定性。胶体物质多数是粘土性无机胶体，造成水质混浊。高分子有机胶体是分子量很大的物质，一般是动植物残骸经过腐蚀分解的腐植酸、腐植质等，是造成水质带色的原因。1312-2饮料用水及水处理③溶解物质这类杂质的微粒在0.001um以下，以分子或离子状态存在于水中。溶解物主要是溶解气体、溶解盐类和其它有机物。•溶解气体：天然水源中的溶解气体主要是氧气和二氧化碳，此外是硫化氢和氯气等。这些气体的存在会影响碳酸饮料中CO2的溶解量及产生异味。•溶解盐类：天然水中常含的无机盐离子，所含溶解盐的种类和数量因地区不同差异很大。这些无机盐构成了水的硬度和碱度。1412-2饮料用水及水处理3.水的硬度水的硬度:硬度是指水中离子沉淀肥皂的能力。硬脂酸钠+钙或镁离子→硬脂酸钙或镁(肥皂)(沉淀物)水的硬度决定于水中钙、镁盐类的总含量。水的硬度大小，通常指的是水中钙离子和镁离子盐类的含量。硬度分为总硬度、碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。1512-2饮料用水及水处理碳酸盐硬度（又称暂时硬度），主要化学成分是钙、镁重碳酸盐，其次是钙、镁的碳酸盐。由于这些盐类一经加热煮沸就分解成为溶解度很小的碳酸盐，硬度大部可除去，故又称暂时硬度。Ca(HCO3)2→CaCO3+CO2+H2OMg(HCO3)2→Mg(OH)2+CO２非碳酸盐硬度（又称永久硬度）表示水中钙、镁的氯化物（CaCl2、MgCl2）、硫酸盐(CaSO4、MgSO4)、硝酸盐[Ca(NO3)2，Mg(NO3)2]等盐类的含量。这些盐类经加热煮沸不会发生沉淀，硬度不变化，故又称永久硬度。1612-2饮料用水及水处理4.水的碱度水中碱度取决于天然水中能与Ｈ＋结合的OH-、CO32-和HCO3-的总含量合称为水的总碱度。其中OH-的含量称氢氧化物碱度，CO3-的含量称碳酸盐碱度，HCO3-的含量为重碳酸盐。水中OH-、CO32-、HCO3-的总含量为水的总碱度。天然水中通常不含OH-，又由于钙、镁碳酸盐的溶解度很小，当水中无钠、钾存在时，CO3-的含量也很小。只有在含Na2CO3或K2CO3的碱性水中，才存在有CO3-离子。所以在天然水中仅有HCO3-存在。1712-2饮料用水及水处理5水处理（1）混凝与过滤：去除水中细小悬浮物和胶体物质。①混凝：是指在水中加入混凝剂，使水中细小悬浮物及胶体物质相互吸附接合成较大颗粒而从水中沉淀出来的过程。混凝过程包括：•凝聚：胶体压缩脱稳•絮凝：脱稳后成絮状大颗粒1812-2饮料用水及水处理常用混凝剂：•铝盐：如明矾、Al(OH)3，在中性天然水中使用用量0.001~0.02%，•硫酸铝pH要求严格，水解时会导致水的酸度增加，而水解产物Al(OH)3是两性化合物，水的酸度过高或者过低会促使其溶解，导致水肿残留铝含量增加。所以使用时需要调节原水pH至中性，一般在6.5~7.5。•聚合氯化铝(PAC)范围宽，pH5~9，用量少。•铁盐Fe(OH)3：硫酸亚铁，三氯化铁，硫酸铁1912-2饮料用水及水处理②过滤•原水通过粒状滤料层时，水中的一些悬浮物质或胶体物质被截留在孔隙中或介质的表面，这种通过粒状介质层分离不溶物质的方法称为过滤。•过滤形式：大容量介质过滤器活性炭过滤器砂滤棒过滤器其他过滤器2012-2饮料用水及水处理大容量介质过滤器快速砂滤器慢速砂滤器压力式或重力式砂滤器硅藻土过滤器212212-2饮料用水及水处理活性炭过滤器活性炭具有多孔性、具有很强的吸附能力，可吸附异味、去除有机物、细菌及铁、锰等杂质。可作为离子交换的预处理工序。氯处理过的水会损害饮料的风味，可选用活性炭脱氯，通过催化消除过滤余氯。活性炭过滤器通常与砂滤器串联使用。活性炭具有腐蚀性，铁质容器装活性炭时要涂上防腐蚀涂料。2312-2饮料用水及水处理砂滤棒过滤器原理：待处理水在外压的作用下通过砂滤棒的微小空隙时，水中存在的少量有机物即微生物被微孔截留砂滤棒的表面，滤过的水可达到基本无菌。结构：细微颗粒的硅藻土等可燃物质成型之后在高温下烧结而成，应用于用水量比较少，原水中硬度、碱度的指标基本符合的水处理。要求：水中只含少量有机物，细菌和少量杂质注意事项：所吸附的杂质使过滤速度下降，要及时处理，冲洗消毒；使用前清洗消毒；不能超过正常的操作压力。2412-2饮料用水及水处理25砂棒过滤器12-2饮料用水及水处理其他过滤器深度过滤器：纤维状或金属基质，常用材料是聚丙烯、纤维素、玻璃纤维或烧结金属，通常标有孔径特征，表明能够过滤掉大部分颗粒的粒径。复合过滤器：由几层超细玻璃纤维或聚合物做成的过滤材料，兼有膜过滤与深度过滤器的特征，效果比深度过滤好，且比膜过滤更经济。膜过滤器：颗粒截留在膜表面或上部，常用绝对孔径表示其特征，表明可截留特性目标物的大小，成本比其他类型过滤器都高。2612-2饮料用水及水处理（2）石灰软化法水中加入化学药剂（如石灰），在不加热的条件下，除去Ca2+、Mg2+，达到水质软化目的的方法。2712-2饮料用水及水处理石灰软化原理CaO+H2O→Ca(OH)2将生石灰配制成石灰乳Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O除去水中的CO2以免再生碳酸盐硬度Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2OMg(HCO3)2+Ca(OH)2→MgCO3↓+CaCO3↓+2H2O可除去暂时硬度MgCO3+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓当水的碱度大于硬度时，出现下列反应，以免再生碳酸硬度2NaHCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Na2CO3+2H2O2812-2饮料用水及水处理（3）电渗析通过具有选择透过性和良好导电性的离子交换膜，在外电场的作用下使水中的阴阳离子定向迁移，分别透过阴阳离子交换膜而与溶剂分离的过程。工作原理：•阳离子交换膜：阳+可过，阴－不可通过•阴离子交换膜：阴―可通过，阻止阳+对原水的要求：浓度＜2mg/L；色度＜20度；铁、锰＜2mg/L；有机物耗氧量2~3mg/L应用：•海水和咸水的淡化•用自来水制备初级纯水293012-2饮料用水及水处理（4）反渗透法利用半透膜选择性地只能透过溶剂的性质，通过对溶液施加一个大于该溶液渗透压的压力，迫使溶液中的溶剂透过半透膜而从溶液中分离出来的过程。原水的水质影响膜的寿命，根据原水的质量、净化水的要求选择不同的膜及工艺流程。3112-2饮料用水及水处理（5）离子交换法利用离子交换剂把原水中人们所不需要的离子暂时占有，然后再释放到再生溶液中，从而使原水得以软化的方法。阳离子交换树脂：本体中常有酸性交换离子基团H+，可与水中的阳离子交换。按交换基团的酸性强弱（即交换基团在水中离解能力的强弱又可分为强酸性、中酸性和弱酸性三类。阴离子交换树脂：本体带有碱性的交换离子，可分为强碱性、弱碱性两类3212-2饮料用水及水处理软化原理阳离子交换树脂可吸附Ca2+、Mg2+，阴离子交换树脂可吸附Cl－、HCO32－、SO42－、CO32－，水的硬度、碱度得以控制。•阳树脂：RSO3－·H++Na+→RSO3Na+H+•阴树脂：R4N+·OH－+Cl－→R4NCl+OH－树脂的选择•依据：原水的水质，要求处理后达到的水质•步骤：确定要去除的离子→去除离子的性质→确定所采用的树脂•原则：弱型比强型容量大、强度小3312-2饮料用水及水处理离子交换柱3412-2饮料用水及水处理离子交换树脂的再生水处理的逆过程•方法：逆流再生和顺流再生•顺流的特点：设备简单，操作方便，但再生效果不太好•逆流的特点：再生效果好，但工艺较复杂当用离子交换法处理的原水含盐量过多时，需经常再生，费物、费力，且水质不稳，应在处理前作相应的预处理，如凝聚、过滤、吸附或电渗析等。3512-2饮料用水及水处理（6）水的消毒氯消毒：液氯、氯胺、漂白粉、次氯酸钠机理：Cl2+H2O→HClO+H++ClHClO→HCl+[O]臭氧消毒：O3→O2+[O]紫外线消毒：利用短光波：250-260nm杀