第2章碳酸飲料生產(chǎn)工藝

Dep.OfFoodScience&TechnologySoftDrinkTechnology軟飲料工藝學(xué)第一頁，共四十一頁。碳酸飲料生產(chǎn)工藝第二頁，共四十一頁。主要工藝流程一糖漿的制備和配合

二碳酸化三調(diào)和方式及調(diào)和器四碳酸飲料灌裝線五碳酸飲料常見的質(zhì)量問題及處理方法

第三頁，共四十一頁。

一、概念碳酸飲料是指含有二氧化碳的軟飲料，通常由水、甜味劑、酸味劑、香精香料、色素、二氧化碳?xì)饧捌渌o料組成，俗稱汽水。二、分類1）果汁型2）果味型3）可樂型4）其他型碳酸飲料概念及生產(chǎn)工藝第四頁，共四十一頁。三、主要生產(chǎn)設(shè)備（1）水處理系統(tǒng)：水過濾、澄清、軟化、消毒、排氣（2）糖漿調(diào)配設(shè)備：化糖鍋（夾層鍋)、糖漿過濾器（內(nèi)有篩網(wǎng)）、配料罐（調(diào)配缸）（3）碳酸化設(shè)備（最關(guān)鍵）：二氧化碳生成器、二氧化碳?xì)庹{(diào)壓站、水冷卻器、混合機（4）洗瓶設(shè)備：清洗、消毒（5）灌裝設(shè)備

糖漿過濾器

二氧化碳發(fā)生器

夾層鍋

灌裝設(shè)備

第五頁，共四十一頁。三、灌裝方法（1）一次灌裝法（預(yù)調(diào)法）先將各種原輔料按工藝要求配成調(diào)和糖漿→再與CO2混合→灌裝一次灌裝工藝流程

一次灌裝法是將調(diào)味糖漿與水預(yù)先按照一定比例泵入汽水混合機內(nèi)，進(jìn)行定量混合后再冷卻，然后將該混合物碳酸化后再裝入容器。又稱為預(yù)調(diào)式灌裝法、成品灌裝法或前混合（premix）法第六頁，共四十一頁。三、灌裝方法（2）二次灌裝法先將調(diào)和糖漿（原料與配方與一次灌裝相同）定量灌入瓶中→再充入碳酸水→封口二次灌裝工藝流程

二次灌裝法是先將調(diào)味糖漿定量注入容器中，然后加入碳酸水至規(guī)定量，密封后再混合均勻。又稱為現(xiàn)調(diào)式灌裝法、預(yù)加糖漿法或后混合（postmix）法第七頁，共四十一頁。第一節(jié)糖漿的制備與配合一、糖漿的制備1、糖漿的作用提供稠度而有助于傳遞香味提供能量和營養(yǎng)價值第八頁，共四十一頁。2、原糖漿的配制飲料廠來說，從衛(wèi)生和濃度控制的觀點出發(fā)，糖漿的制備無疑是重要的。要達(dá)到配料摻和良好和完善，以生產(chǎn)一致性和高質(zhì)量的飲料將糖溶解于水中，一般稱為原糖漿或單糖漿。必須是優(yōu)質(zhì)砂糖，溶解于一定量的水中，制成預(yù)計濃度的糖液，再經(jīng)過濾、澄清后備用。其水也必須是純良的水，其水質(zhì)可與灌裝用水相同(1)溶糖的方式冷溶法：配制短期內(nèi)飲用的飲料糖漿。

特點：不加熱不殺菌，口感好，但效率低，易感染病菌。

一般45~650Bx（要存放1天必須是650Bx）。冷溶法生產(chǎn)須有嚴(yán)格的衛(wèi)生控制措施，但可以節(jié)省燃料蒸汽加熱或熱水第九頁，共四十一頁。

熱溶：零散飲料，純度要求高，或要求延長貯藏期的飲料。

特點：加熱殺菌，效率高，但風(fēng)味較差。

一般配成55-60°BX。

溶解迅速，短期內(nèi)可生產(chǎn)大量糖液。一般采取不銹鋼的雙層溶糖鍋，并備有攪拌器，鍋底部有放料管道。

連續(xù)式：指糖和水從供給到溶解、殺菌、濃度控制和糖液冷卻均連續(xù)進(jìn)行。特點：生產(chǎn)效率高，全封閉，全自動操作，糖液質(zhì)量好，濃度差異小，但設(shè)備投資大。

生產(chǎn)流程：計量、混合→熱溶解→脫氣、過濾→糖度調(diào)整→殺菌、冷卻→糖液

溶糖注意：溫度高，溶解度大，如100℃溶解83%糖，0℃時，約溶解64%的糖，有19%糖不溶解而析出。這也是一般制備65%為宜的依據(jù)。第十頁，共四十一頁。(2)糖漿濃度測定：糖度測定儀器：比重計、波美表、糖度表、折光儀a、比重測定b、白利度——指含糖量的質(zhì)量百分率

如：如50°BX即100g糖液中含糖50g(3)糖漿過濾：對于高質(zhì)量優(yōu)質(zhì)砂糖制備的糖漿，采取不銹鋼絲網(wǎng)、帆布、棉餅、板框等方式(4)凈化：針對質(zhì)量較差的砂糖，會導(dǎo)致飲料產(chǎn)生凝結(jié)物、沉淀物，甚至異味；裝瓶時出現(xiàn)大量泡沫等；或者對一些特殊的飲料如白檸檬汽水，對糖漿色度要求很高，一般要求凈化處理。凈化處理：加入0.5%~1％活性炭到熱糖漿中，一邊添加一邊攪拌，活性炭與糖液接觸15min，溫度保持80℃，通過過濾器前加入0.1%硅藻土，避免活性炭堵塞過濾器面層。第十一頁，共四十一頁。二、糖漿配合

配合糖漿（果味糖漿或加香糖漿）指根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，配合好各種原料，可作灌裝的糖漿。配料準(zhǔn)備和處理

投料順序（在不斷攪拌的情況下，但不能太劇烈）：原糖漿：測定其濃度及需要的容積防腐劑：稱量后溫水溶解甜味劑：溫水溶解后加入酸味劑：50％果汁（乳化劑、穩(wěn)定劑）色素香精加水到規(guī)定容積

配合完畢后即可測定糖漿濃度，同時抽少量糖漿加碳酸水，觀察色澤，評味，檢查是否與標(biāo)準(zhǔn)樣符合在攪拌器和容量刻度標(biāo)尺的不銹鋼容器內(nèi)配合；攪拌方式多為傾斜式或腰部式，可避免因振動而致使灰塵和油污等雜質(zhì)掉入糖漿中第十二頁，共四十一頁。配合分：間歇式和連續(xù)式

間歇式：

熱調(diào)合：在高溫下進(jìn)行配料，通常用熱溶糖液直接配料，然后冷卻；只經(jīng)過一次加熱就完成溶糖、調(diào)合與殺菌等工藝操作，節(jié)省能源，但破壞了果汁飲料的風(fēng)味和營養(yǎng)成分，香精揮發(fā)損失大；所以要選耐熱的香精，只適合于果味性飲料。

冷調(diào)合：常溫下（低于20℃）進(jìn)行配料，然后巴式殺菌、冷卻；多用于含熱敏性香料多的果味型飲料和果汁行飲料的生產(chǎn)；常溫下調(diào)和：原料→均質(zhì)→第二調(diào)合罐（緩沖作用為主）→90℃以上殺菌（30S）→殺菌不良的返回溶解罐→冷卻至25℃→緩沖罐→糖漿輸出到灌裝車間。第十三頁，共四十一頁。連續(xù)式：各溶液高位槽→定量比例泵→混合器→第一調(diào)合罐→均質(zhì)機→第二調(diào)合罐→定量比例泵（用水調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)濃度）→混合器→糖漿輸出到灌裝車間。連續(xù)式配制糖漿濃度精度高（±0.05波美度），可大大降低糖原料的損耗，全封閉操作，衛(wèi)生狀況良好，設(shè)備一次投入大。

調(diào)合工藝流程的布置應(yīng)遵循：(1)注意衛(wèi)生，溶糖和配料分開；(2)配料間與灌裝線應(yīng)盡量靠近；(3)管路要簡捷，減少彎頭，盡量利用液位差壓力，避免使用臨時膠管；(4)與前后工序的設(shè)備能力要平衡；(5)要便于操作和計量。配制好的糖漿應(yīng)立即裝瓶，尤其是乳濁型飲料，糖漿貯存時間長，會發(fā)生分層，裝瓶時應(yīng)經(jīng)常對糖漿加以攪拌。第十四頁，共四十一頁。第二節(jié)碳酸化1.二氧化碳的作用清涼作用：碳酸在腹中由于溫度升高，即進(jìn)行分解，這個分解是吸熱反應(yīng)，當(dāng)二氧化碳從體內(nèi)排放出來時，就把體內(nèi)的熱帶出來，起到清涼作用。H2CO3?CO2＋H2O阻礙微生物的生長，延長汽水貨架壽命：國際上認(rèn)為3.5～4倍含氣量是汽水的安全區(qū)突出香味：有舒服否認(rèn)剎口感：二氧化碳配合汽水中的氣體成分，產(chǎn)生一種特殊的風(fēng)味第十五頁，共四十一頁。2.原理：水吸收二氧化碳的作用一般稱為二氧化碳飽和作用或碳酸化作用(Carbonation)。實際上是一個化學(xué)過程：CO2＋H2O?H2CO3亨利定律：氣體溶解在液體中時，在一定溫度下，一定量液體中溶解的氣體量與液體保持平衡時的氣體壓力成正比。即當(dāng)溫度T一定時：V＝H·p式中：V－溶解氣體量；p－平衡壓力；H－亨利常數(shù)）道爾頓定律：混合氣體的總壓力等于各組成氣體的分壓之和。第十六頁，共四十一頁。3.二氧化碳在水中的溶解度在一定壓力和溫度下，二氧化碳在水中的最大溶解量叫做溶解度。碳酸飲料中常用的溶解量單位叫“本生容積”，簡稱“容積”：在0.1MPa、溫度為0℃（15.56℃）時，溶于一單位容積內(nèi)的二氧化碳容積數(shù)。美國有的工廠用“奧斯瓦德容積”，區(qū)別是用當(dāng)時測定的溫度，由于溫度不同而發(fā)生的容積變化不再作調(diào)整。歐洲常用的溶解量單位為g/l。兩者的換算關(guān)系是1容積約等于2g/l。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，1mol氣體的體積為22.4l，二氧化碳的克分子量為44g。所以二氧化碳的密度＝44g/22.4l＝1.96g/l（精確計算為44.01/22.26=1.98）。4.CO2在水中的溶解度影響因素氣液體系的絕對壓力和液體的溫度；CO2氣體的純度；液體中存在的溶質(zhì)的性質(zhì)；氣體和液體的接觸面積和接觸時間。CO2氣體的溶解度在0.1MPa、溫度為15.56℃時，一容積的水可以溶解一容積的CO2。第十七頁，共四十一頁。5.CO2理論需要量的計算根據(jù)氣體常數(shù)1mol氣體在0.1MPa、0℃時為22.41L,因此1molCO2在T℃時的體積:Vmol＝(273+T)/273×22.41(L)則：G理＝V汽×N/Vmol×44.01式中：G理--CO2理論需要量；V汽--汽水容量（L）（忽略了汽水中其它成分對CO2溶解度的影響以及瓶頸空隙部分的影響）；N--氣體吸收率即汽水含CO2的體積倍數(shù)；44.01--CO2的摩爾質(zhì)量（g）；Vmol--T℃下1molCO2的容積第十八頁，共四十一頁。CO2的利用率二氧化碳的實際消耗量在碳酸飲料生產(chǎn)中比理論需要量大，因為生產(chǎn)過程中二氧化碳的損耗很大。裝瓶過程中損耗為40～60％，即實際上二氧化碳的用量為瓶內(nèi)含氣量的2.2～2.5倍；采用二次灌裝時，用量為2.5～3倍提高CO2的利用率方法：選用性能優(yōu)良的灌裝設(shè)備，在不影響操作怕和檢修的前提下，盡量縮短灌裝與封口之間的距離；經(jīng)常對設(shè)備進(jìn)行檢修，提高設(shè)備完好率，減少灌裝封口時的破損率（包括成品的）；盡可能提高單位時間內(nèi)的灌裝、封口速度、減少灌裝后在空氣中的暴露時間，減少CO2的逸散；使用密封性能良好的瓶蓋，減少漏氣現(xiàn)象第十九頁，共四十一頁。CO2壓力對于飲料的味道影響很大：CO2過高，使飲料的甜酸味減弱；過少碳酸氣給人的刺激太輕微，失去碳酸飲料應(yīng)有的剎口感。對于風(fēng)味復(fù)雜的碳酸飲料，CO2過高反而沖淡飲料應(yīng)有的獨特風(fēng)味，對于含揮發(fā)性成分低的柑桔型碳酸飲料尤其如此。有些碳酸飲料由于所用香精含易揮發(fā)的萜類物質(zhì)，CO2過高會破壞原有的果香味而變苦。一般果汁型汽水含2～3倍容積的CO2，可樂型汽水和勾兌蘇打水含3～4倍容積的CO2第二十頁，共四十一頁。6.碳酸化方式和設(shè)備水或混合液的冷卻：水的冷卻、糖漿的冷卻、水和糖漿混合液的冷卻、水冷卻后與糖漿混合后再冷卻水或混合液的碳酸化：低溫冷卻吸收式：二次灌裝工藝中把進(jìn)入汽水混合機的水預(yù)先冷卻至4℃左右，在0.441MPa下進(jìn)行碳酸化；一次灌裝中則把已經(jīng)脫氣的糖漿和水的混合液冷卻至16～18℃，在0.784MPa下與CO2混合。此法缺點是制冷量消耗大，冷卻時間長或容易由于水冷卻程度不夠而造成含氣量不足，而且生產(chǎn)成本高。優(yōu)點是冷卻后液體的溫度低，可抑制微生物生產(chǎn)繁殖，設(shè)備造價低壓力混合式：采用較高的操作壓力來進(jìn)行碳酸化，其優(yōu)點是碳酸化效果好，節(jié)省能源，降低了成本，提高了產(chǎn)量。缺點是設(shè)備造價高第二十一頁，共四十一頁。碳酸化系統(tǒng)：二氧化碳?xì)庹{(diào)壓站（根據(jù)所供應(yīng)的二氧化碳壓力和混合機所需壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的設(shè)備）水冷卻器汽水混合機：薄膜式混合機噴霧式混合機噴射式混合機填料塔式混合機靜態(tài)混合器薄膜式混合機噴霧式混合機碳酸化罐填料塔式混合機第二十二頁，共四十一頁。碳酸化過程中的注意事項：保持合理的碳酸化水平保持灌裝機一定的過壓程度將空氣混入控制在最低限度保證水或產(chǎn)品中無雜質(zhì)保證恒定的灌裝壓力第二十三頁，共四十一頁。第三節(jié)調(diào)和方式及調(diào)和器一、調(diào)和方式現(xiàn)調(diào)式（二次灌裝法）水先經(jīng)冷卻和碳酸化，然后再與加味糖漿分別灌入容器(瓶)中調(diào)和成汽水的方式。適用于含有果肉成分的汽水。

預(yù)調(diào)式（一次灌裝法）水與加味糖漿按一定比例先調(diào)好，再經(jīng)冷卻混合，將達(dá)到一定含氣量的成品灌入容器(瓶或罐)中的方式。

組合式第二十四頁，共四十一頁。二、調(diào)和器配比泵法孔板控制法注射器法第二十五頁，共四十一頁。1.灌裝方法二次灌裝：設(shè)備簡單，投資少，適合中小型飲料廠從衛(wèi)生角度來講，二次灌裝容易保證產(chǎn)品衛(wèi)生；由于糖漿和碳酸水溫度不同，在向糖漿中灌碳酸水時容易產(chǎn)生大量泡沫，造成CO2的損失及灌裝量不足?？刹扇√菨{灌裝前通過冷卻方式解決。由于糖漿未經(jīng)碳酸化，與碳酸水混合后會使含氣量降低，因此必須使碳酸水的含氣量高于成品預(yù)期的含氣量。如糖漿和碳酸水的比例為1：4。成品含氣量為3倍容積，則碳酸水的含氣量為3×5/4＝3.75倍的容積。采用二次灌裝，糖漿定量灌裝，而碳酸水的灌裝量會由于瓶子的容量不一致，或灌裝后液面高低不一致而難于準(zhǔn)確，從而使成品的質(zhì)量有差異大型二次灌裝設(shè)備在灌裝密封設(shè)備后設(shè)置翻轉(zhuǎn)混勻機，使糖漿和碳酸水均勻混合第四節(jié)碳酸飲料的灌裝第二十六頁，共四十一頁。一次灌裝：先進(jìn)，適合大型飲料廠早期的操作是將糖漿和處理水按一定比例加到二級配料罐中攪拌均勻，再經(jīng)冷卻、碳酸化后灌裝。需要大容積的二級配料罐，且衛(wèi)生難以保證對于大型的連續(xù)化生產(chǎn)線多采取定量混合方式：把處理水和調(diào)合糖漿以一定比例作連續(xù)的混合，壓入碳酸氣后灌裝。常在混合機內(nèi)配冷卻器或冷卻碳酸化器。目前多采用同步電動混合機。優(yōu)點是糖漿和水的比例準(zhǔn)確，灌裝容量容易控制；當(dāng)灌裝容量發(fā)生變化時，不需要改變比例，產(chǎn)品質(zhì)量一致；灌裝時糖漿和水的溫度一致，氣泡少，CO2氣的含量容易控制和穩(wěn)定；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，含氣量足，生產(chǎn)速度快。缺點是不適合帶果肉碳酸飲料，設(shè)備復(fù)雜，混合機與糖漿接觸，洗滌和消毒不方便第二十七頁，共四十一頁。組合灌裝：特別是果肉碳酸飲料按一般的一次灌裝法組合各機，當(dāng)灌裝帶肉果汁碳酸飲料時，在調(diào)合機上裝一個旁通，使調(diào)合糖漿按比例泵入另一管線而不與水混合，直接送入混合機末端，利用泵和控制系統(tǒng)將其與碳酸水混合，然后灌裝按一般的一次灌裝法組合各機，在調(diào)合機以后加入一個旁路，采用注射式混合機進(jìn)行冷卻碳酸化，然后灌裝。第二十八頁，共四十一頁。2.灌裝系統(tǒng)指灌糖漿、碳酸水和封蓋等操作的組合體系二次灌裝系統(tǒng)有灌漿機、灌水機和壓蓋機組成一次灌裝系統(tǒng)加糖漿工序中，配比器放在混合機之前。灌裝系統(tǒng)由一個動力機構(gòu)驅(qū)動的灌裝機和壓蓋機組成灌漿機與配比器灌裝機：壓差式、等壓式、負(fù)壓式封口機：灌裝生產(chǎn)線第二十九頁，共四十一頁。3.灌裝的質(zhì)量要求：達(dá)到預(yù)期的碳酸化水平保證糖漿和水的準(zhǔn)確比例保證合理的和一致的灌裝高度容器頂隙應(yīng)保持最低的空氣量密封嚴(yán)密有效保持產(chǎn)品的穩(wěn)定性（過度碳酸化、存在雜質(zhì)、存在空氣、灌裝溫度過高或溫差較大等導(dǎo)致不穩(wěn)定）第三十頁，共四十一頁。１．不正常的混濁與沉淀☆產(chǎn)品污染了微生物，多為酵母☆原輔材料質(zhì)量差或處理不妥，發(fā)生沉降、凝聚等。①砂糖的純度不高②水的濁度過高③乳化劑乳化不完全④酸、堿中和或酸、堿與鹽類的置換反應(yīng)，防腐劑與酸反應(yīng)第五節(jié)碳酸飲料常見質(zhì)量問題及處理方法

第三十一頁，共四十一頁。

２.變色（1）褐變。褐變包括有酶促褐變和非酶褐變。◎酶促褐變——食品中含的多酚氧化酶造成（三個必要條件：多酚類物質(zhì)、多酚氧化酶和氧氣）◎非酶褐變——由美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)等造成美拉德反應(yīng)必要條件：含羰基的物質(zhì)和含氨基的物質(zhì)）第三十二頁，共四十一頁。

（2）褪色產(chǎn)生褪色的主要原因：○光線的照射使耐光性弱的物質(zhì)，主要是色素變性褪色○溫度過高使耐熱性弱的色素變性褪色或加速物質(zhì)氧化還原反應(yīng)的褪色第三十三頁，共四十一頁。

３．變味①原輔材料質(zhì)量差或處理不妥，如ＣＯ2中雜質(zhì)量高，又上凈化方法不妥②來源于空氣中的Ｏ2使物質(zhì)產(chǎn)生氧化作用而變味，如香精（特別是萜類）的氧化變味③配制時間過長。溫度過高引起揮發(fā)性物質(zhì)如香精揮發(fā)逃逸，造成香味不足④微生物污染，其代謝產(chǎn)物使得產(chǎn)品變味，如酵母產(chǎn)酒精、醋酸菌產(chǎn)酸等⑤酸甜比例失調(diào)，配料不妥造成變味⑥氣壓過高或過低，使風(fēng)味失調(diào)第三十四頁，共四十一頁。

４.氣不足或爆瓶

①碳酸化效果差②溫度過高或ＣＯ2壓力