碳酸饮料加工技术

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,第二章 碳酸饮料加工技术,1,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.,2,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（,20C,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,3,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,4,1,、 感官指标（见表,21,）,表,21,碳酸饮料的感官指标,5,2,、理化指标（见表,2-2,）,表,22,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。,6,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）,7,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,8,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。,9,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。,10,原位清洗系统（,CIP,清洗）,CIP,（,clean in place,）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。,11,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。,12,二次灌装法（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。,13,1,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,14,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,15,二、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。,16,（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。,17,（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。,18,(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,(30 s,以内,),，杀菌不良的返回溶解罐冷却至,25,缓冲罐送灌装车间。,19,2,、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。,20,2,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%,。,21,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,：,X,X,=451/55=0.818,答：需,0.818kg,水。,22,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,23,3,碳酸化,一、定义,水吸收,CO,2,的作用称为碳酸化作用。,CO,2,+H,2,O H,2,CO,3,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,CO,2,压力，因为单靠提高,CO,2,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。,24,二、,CO,2,的利用率,碳酸饮料生产中,CO,2,的实际消耗量比理论需要量大得多，这是因为生产过程中,CO,2,损耗很大。,据有关资料报道，,CO,2,在装瓶过程中的损耗一般为,40%-60%,，因此实际上,CO,2,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。,25,三、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。,26,（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。,27,1,、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。,28,（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,C0,2,充分接触，并进行混合。常用混合机有以下几种：,29,图,2-1,薄膜式碳酸化罐,1,、薄膜式混合机,30,2,、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,C0,2,混合，大大增加了接触面积，提高了,C0,2,在水中的溶解度，同时缩短了液体和,C0,2,的作用时间，提高了碳酸化效率。,图,2-2,雾化式碳酸化罐,31,3,、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,C0,2,混合，然后在,个由,500mm x160mm,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、,C0,2,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,32,4,、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,24,填料塔式碳酸化罐,33,一、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,34,（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。,35,5,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。,36,（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),节省清洗用水和蒸汽。,37,CIP,清洗是保证产品质量和设备正常运行的必要手段，因而世界上很多软饮料生产厂家普遍采用,CIP,系统进行设备的清洗。,38,CIP,装置的分类：,根据清洗液的使用方式可以分为三种类型（,见,P66,）：,（,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 ),39,CIP,清洗常用的洗涤剂有：,（,1,）混合碱：碱、阴离子和阳离子表面活性剂、螯合剂,（,2,）单一碱：,1%,的,NaOH,（,3,）酸液：无机酸（,HNO,3,）,40,一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。,（,1,）中性清洗剂：,（,2,）,酸性清洗剂：,（,3,）,碱性清洗剂：,（,4,）消毒剂,CIP,使用的清洗剂,41,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。,酸性清洗剂：,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。,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。,42,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。,最常用的碱为氢氧化钠,(NaOH) ,氢氧化钾,( KOH),等, NaOH,的缺点是很难过水,过水时要冲洗很长时间。,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。,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,43,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雷诺数,R,e ,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,60,80,。对于热水消毒,水温必须, 82,。,CIP,清洗温度：,44,6,封盖,灌装后应及时封盖，停留时间不得超过,10s,，以减少,CO,2,的逸散和空气的污染。压盖封口分为玻璃瓶的皇冠封口和易拉罐封口两种。如果采用自动灌装线，可在灌装线上完成封盖过程。目前国内使用的灌装线有玻璃瓶灌装线，易拉罐灌装线、聚酯瓶（,PET,）灌装线等。,压盖前，应对瓶盖进行清洗消毒。常用的方法有：,（,1,）乙醇浸洗,（,2,）蒸汽消毒（最为常用）,（,3,）漂白粉消毒,45,7,成品检验,感官检验,颜色及外观,风味,贴标检验,瓶容量检测,密封检测,包装检验,理化检验,CO,2,测定,总酸测定,甜味剂测定,微生物检测,细菌总数,大肠杆菌,致病菌,46,第四节 碳酸饮料常见的质量问题及防止措施,杂质,二氧化碳含量不足,浑浊、沉淀,辣味,非糖结晶,变味,47,1,杂质,瓶子或瓶盖没有洗净,1.,水或原料中含有杂物,2.,机体碎屑或管道沉积物,3.,水硬度高,4.,杂质出现的原因：,配料顺序不准确,5.,48,采取的措施：,（,1,）加强洗瓶刷瓶工序的管理,（,2,）提高过滤质量,（,3,）及时更换混合机、灌装机易损部件及锈蚀的管道,（,4,）及时测定水的硬度，特别是用离子交换树脂的厂家，要及时进行树脂的再生。,（,5,）严格操作工艺流程和配料程序，做好对原辅料的检验,49,2,CO,2,含量不足,CO,2,不纯,碳酸化时温度过高,混合机压力不够,提高,CO,2,纯度,生产过程中有空气混入或脱气不彻底,封盖不及时或不严密,降低水温,选用优良的混合设备，保持,CO,2,压力稳定平衡,注意混合机拍空气阀的使用,注意管路、阀门漏气，注意灌装时的严密性,50,3,浑浊、沉淀,物理性变化,水过滤不彻底，未使其中的矿物杂质清除干净；瓶子未洗涤干净，附着于瓶壁的杂质被水浸泡后形成沉淀；水质不适也会出现浑浊或不透明。,化学性变化,白砂糖中存在着胶体物质，在一定时间内凝聚形成沉淀；水质硬度过高，水中钙、镁与柠檬酸反应形成沉淀；配料工序处理不当，产生沉淀。,微生物,微生物与糖作用，使糖变质发生浑浊；,CO,2,不清洁；设备未洗干净。,51,4,辣味,产生原因：,（,1,）,CO,2,纯度不够或处理不好。,（,2,）灌装料液少，饮用后,CO,2,很快从体内分解排放出来，使人打嗝。,（,3,）防腐剂苯甲酸钠加量过多。,解决方法：,（,1,）重视灌装操作。假如灌水时，水、气路相通，胶嘴有裂纹，瓶托偏低，瓶子矮，簧筒弹簧力量小，则会造成少料或无料。,（,2,）要严格控制防腐剂用量,（,3,）严格按照配方称量和加料程序操作。,52,5,非糖结晶,（,1,）糖精在酸溶液中易形成结晶,（,2,）水的硬度过高时，苯甲酸钠过多时与柠檬酸作用生成苯甲酸结晶体。,（,3,）原料成分中若含有葡萄糖和果糖等糖类，同时又有苯肼存在，苯肼可以与这些糖形成一种很清晰的不溶于水的结晶，称为胨。,53,6,变色与变味,当饮料受到日光照射时，色素在水、,CO,2,、少量空气和日光中紫外线的复杂作用下发生氧化作用。另外，色素在受热或氧化酶作用下发生分解，或饮料贮存时间太长，也会使色素分解。因此，饮料要尽量避光保存，避免过度曝光；贮存实践不能过长，温度不能过高。,微生物污染会导致变味。产酸酵母会产生不愉快的乙醛味和酸味；醋酸菌会产生强烈的醋酸味；,生产过程操作不当会导致产生异味。容器没有洗净会产生酸败味，柠檬酸用量过多会产生涩味，糖精钠用量过多会造成苦味，香精用量不当会造成异味。,54,Thank You !,55,