1、7/23/20221碳酸饮料曾凡坤7/23/20222介绍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，俗称汽水技术要求 see page 83-84生产的主要设备 see page 85877/23/20223一、生产工艺流程二次灌装饮用水水处理冷却气水混合 CO2 糖浆调配冷却灌浆灌水密封混匀检验成品饮料 容器清洗 检验二次灌装法流程示意图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7/23/20224一、生产工艺流程一次灌装饮用水水处理冷却气水混
2、合 CO2 糖浆调配冷却 混合灌装密封检验成品饮料 容器清洗 检验加碳酸水的一次灌装法流程示意图7/23/20225一、生产工艺流程一次灌装饮用水水处理 混合冷却碳酸化灌装密封检验成品饮料 糖 浆 调配 容器清洗 检验一次灌装法流程示意图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7/23/20226二、糖液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
3、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7/23/20227二、糖浆的制备溶糖分间歇式和连续式，间歇式又分为冷溶和热溶（蒸汽加热和热水）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45650Bx（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7/23/20228二、糖液的制备热溶：零散饮料，纯度要求高，或要求延长贮藏期的饮料。热溶能杀灭糖内细菌；分离出凝固糖中的杂质；溶解迅速，短
4、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，锅底部有放料管道蒸汽加热溶解 see page 89热水溶解 see page 897/23/20229二、糖液的制备连续式：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。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。计量、混合热溶解脱气、过滤糖度调整杀菌、冷却糖液7/23/202210二、糖液的制备溶糖注意：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%为宜的依据糖浆浓度测定糖浆过滤：对于高质量优质砂糖制备的糖浆，采取不锈钢丝网、帆布
5、、棉饼、板框等方式净化：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：加入0.51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。7/23/202211三、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、
6、稳定剂）色素香精加水到规定容积7/23/202212三、糖浆调配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调合；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调合分：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
7、饮料的生产；常温下调合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。7/23/202213三、糖浆调配连续式：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：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
8、，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7/23/202214四、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 CO2H2O阻碍微生物的生长，延长汽水货架寿命：国际上认为3.54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7/23/202215四、碳酸化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CO2H2OH2CO3亨利
9、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：VHp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。7/23/202216四、碳酸化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
10、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/22.4l1.96g/l（精确计算为44.01/22.26=1.98）。7/23/202217四、碳酸化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。7/23/202218四、碳酸化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
11、T时的体积:Vmol(273+T)/27322.41(L)则：G理V汽N/Vmol44.01式中：G理为CO2理论需要量；V汽为汽水容量（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为气体吸收率即汽水含CO2的体积倍数；44.01为CO2的摩尔质量（g）；Vmol为T下1molCO2的容积7/23/202219四、碳酸化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4060，即实际上二氧化碳的用量为瓶内含气量的2.22.5倍；采用二次灌装时，用量为2.53倍提高CO2的利用率方法：选用性能优良的
12、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7/23/202220四、碳酸化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
13、苦。一般果汁型汽水含23倍容积的CO2，可乐型汽水和勾兑苏打水含34倍容积的CO27/23/202221四、碳酸化6.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1618，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
14、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7/23/202222四、碳酸化6.碳酸化方式和设备碳酸化系统：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7/23/202223四、碳酸化6.碳酸化方式和设备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7/23/202224五、碳酸饮料的灌装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
15、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35/43.75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7/23/202225五、碳酸饮料的灌装1.灌装方
16、法一次灌装：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，混合机与糖浆接触，洗涤和消毒不方便7/23/2
17、02226五、碳酸饮料的灌装1.灌装方法组合灌装：特别是果肉碳酸饮料按一般的一次灌装法组合各机，当灌装带肉果汁碳酸饮料时，在调合机上装一个旁通，使调合糖浆按比例泵入另一管线而不与水混合，直接送入混合机末端，利用泵和控制系统将其与碳酸水混合，然后灌装按一般的一次灌装法组合各机，在调合机以后加入一个旁路，采用注射式混合机进行冷却碳酸化，然后灌装。7/23/202227五、碳酸饮料的灌装2.灌装系统指灌糖浆、碳酸水和封盖等操作的组合体系二次灌装系统有灌浆机、灌水机和压盖机组成一次灌装系统加糖浆工序中，配比器放在混合机之前。灌装系统由一个动力机构驱动的灌装机和压盖机组成灌浆机与配比器 see page
18、 111114灌装机：压差式、等压式、负压式封口机：灌装生产线7/23/202228五、碳酸饮料的灌装灌装的质量要求：达到预期的碳酸化水平保证糖浆和水的准确比例保证合理的和一致的灌装高度容器顶隙应保持最低的空气量密封严密有效保持产品的稳定性（过度碳酸化、存在杂质、存在空气、灌装温度过高或温差较大等导致不稳定）7/23/202229五、碳酸饮料的灌装容器和设备的清洗系统容器的清洗CIP7/23/2022301.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,其定义为不拆卸设备或元件,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强力作
19、用,使与食品接触的表面洗净和杀菌的方法。7/23/2022311.CIP概述1.2 CIP的历史：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 7/23/2022321.CIP概述 1.3 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)节省清洗用水和蒸汽。7/23/2022331.CIP概述 相比之下,常规拆卸清洗的缺点是:费时、费力,易
20、损坏联接件;设备停机时间长,设备利用率低;清洗不彻底,有时对操作者也不十分安全。7/23/2022342.CIP 装置 CIP装置的分类：根据清洗液的使用方式可以分为以下三种类型：（1）清洗剂单次使用的CIP系统 (single-use CIP systems)（2）清洗剂重复使用的CIP系统 (reuse CIP systems)（3）清洗剂多次使用的CIP系统 (multi-use CIP systems)7/23/2022352.1 清洗剂单次使用的CIP系统7/23/2022362.1 清洗剂单次使用的CIP系统 特点：（1）在该系统中,洗液只使用一次。（2）系统由CIP罐、CIP 泵
21、、回流泵、浓清洗剂泵、换热器和管路组成,没有大容量的稀释液贮桶。（3）被清洗对象(罐或管路)与CIP 装置通过配管形成回路,清洗结束将清洗液排放。（4）所需设备比较简单,有时候可以不必设专门的CIP 站,就可以实现CIP 过程。7/23/2022372.2 清洗剂重复使用的CIP系统7/23/2022382.2 清洗剂重复使用的CIP系统7/23/2022392.2 清洗剂重复使用的CIP系统 特点：水、碱、酸等各种清洗液分别放在各自的 贮桶里,清洗完毕碱酸等洗涤液回收。当洗涤剂浓度降低时,补充酸、碱再反复使用。此系统在国内使用较为普遍,由于酸、碱清洗剂都是在贮液罐中稀释调配,因此系统比较庞大
22、。7/23/2022402.3 清洗剂多次使用的CIP系统 由于集中控制的重复使用的CIP 系统的供水管路和回收管路太长,造成大量液体和热量损失,并且残留在管道里的产品和清洗剂被稀释。而多次使用的CIP 系统吸取了单次使用CIP 系统不占空间、输送管路短和重复使用的CIP 系统具有洗液回收的优点。7/23/2022412.3 清洗剂多次使用的CIP系统 在设计上,非集中控制的多次使用的CIP 系统是由局部的,靠近被清洁设备的小型标准单元组成,清洗剂是由批式罐集中供给的,清洗完毕,清洗剂可以回收。批式罐是用来配制清洗剂用的。7/23/2022422.3 清洗剂多次使用的CIP系统 由于集中控制的
23、重复使用的CIP 系统的供水管路和回收管路太长,造成大量液体和热量损失,并且残留在管道里的产品和清洗剂被稀释。而多次使用的CIP 系统吸取了单次使用CIP 系统不占空间、输送管路短和重复使用的CIP 系统具有洗液回收的优点。在设计上,非集中控制的多次使用的CIP 系统是由局部的,靠近被清洁设备的小型标准单元组成,清洗剂是由批式罐集中供给的,清洗完毕,清洗剂可以回收。批式罐是用来配制清洗剂用的。7/23/2022433.CIP 使用的清洗剂 一般的清洗过程首先需要将污物从被清洗表面分离,再将此污物在清洗液中分散形成一种稳定的悬浮状态,并防止污物重新沉淀在被清洗物的表面上。在自然界,污物分离的过程
24、是颇为复杂的,不是一种单一的化学品就能达此目的。实际,都是几种清洗剂混合使用。7/23/2022443.CIP 使用的清洗剂 3.1 中性清洗剂 水和界面活性剂均属此类。水几乎是所有清洗剂和食品的基本成分,当污物为完全可溶时,就不需要其他清洗剂而能清洗干净。7/23/2022453.CIP 使用的清洗剂 界面活性剂可分为阳离子型、阴离子型和非离子型。当进行碱性清洗时,如添加界面活性剂可促进润湿性,并具有乳化和分散功能。对于油脂污物较小的清洗对象,可以降低水的表面张力,扩大污物与机械表面的接触面积,使洗剂能够渗透而提高清洗效果。7/23/2022463.CIP 使用的清洗剂 3.2 酸性清洗剂
25、酸性清洗剂是用以溶解设备表面矿物质沉积物,如钙镁的沉积物、硬水积石、啤酒积石、牛乳积石和草酸钙等。7/23/2022473.CIP 使用的清洗剂 常使用的无机酸为硝酸、磷酸、硫酸;有机酸为醇酸、葡萄糖酸和柠檬酸,乳酸和酒石酸。酸性清洗剂不受CO2 的影响,比NaOH 容易过水,可以冷清洗。使用合成的酸性清洗剂还具有抑制酵母和霉菌的作用。7/23/2022483.CIP 使用的清洗剂 3.3 碱性清洗剂 碱性清洗剂是食品工厂使用最广泛的清洗剂。碱与脂肪结合形成肥皂，与蛋白质形成可溶性物质而易于被水清除。7/23/2022493.CIP 使用的清洗剂 最常用的碱为氢氧化钠(NaOH),氢氧化钾(K
26、OH)等,NaOH 的缺点是很难过水,过水时要冲洗很长时间。但是,由于NaOH 的清洗效果是NaHCO3 的4 倍,且在适当的温度下具有杀菌效果,因而得到最广泛的应用。其他碱性清洗剂有碳酸钠、碳酸氢钠、原硅酸钠甲基硅酸钠、磷酸三钠等。7/23/2022503.CIP 使用的清洗剂 3.4 消毒剂 一些化学药品可作为CIP 过程的消毒剂。如次氯酸盐、碘化物、稳定性二氧化氯、酸性阴离子表面活性剂等等。在消毒设备时必须对设备和管路进行彻底的清洗。如果设备表面有食品残渣或污物存在,消毒剂的效力将会大大降低。7/23/2022514.流速的影响 雷诺数对污物残留率的影响7/23/2022525.清洗温度 提高清洗温度可以增大污物与清洗剂的化学反应速度;减少清洗液的粘度从而提高Re,可以增加污物中可溶性物质的溶解量。但温度过高,将造成污物中的蛋白质变性致使污物与设备间的结合力提高,反而阻碍清洗的进行。通常洗液温度为6080。对于热水消毒,水温必须 82。7/23/2022536.清洗时间 清洗效果与时间的关系7/23/2022547.CIP程序7/23/202255五、碳酸饮料常见质量问题及处理方法 see page 123-126CO2含量低，剎口感不明显有固形物杂质沉淀黏性物质风味异常变化，霉味、腐臭、异味变色过分起泡或不断冒泡等7/23/202256谢谢
