碳酸飲料生產工藝流程

1、2020/7/2,1,碳酸飲料,曾凡坤,2020/7/2,2,介紹,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、二氧化碳氣及其他原輔料組成，俗稱汽水 技術要求 see page 83-84 生產的主要設備 see page 8587,2020/7/2,3,一、生產工藝流程二次灌裝,飲用水水處理冷卻氣水混合 CO2 糖漿調配冷卻灌漿灌水密封混勻檢驗成品飲料 容器清洗 檢驗 二次灌裝法流程示意圖 二次灌裝法是先將調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。又稱為現調式灌裝法、預加糖漿法或后混合（postmix）法,2020/7/2,4,一、生產工藝流程一

2、次灌裝,飲用水水處理冷卻氣水混合 CO2 糖漿調配冷卻 混合灌裝密封檢驗成品飲料 容器清洗 檢驗 加碳酸水的一次灌裝法流程示意圖,2020/7/2,5,一、生產工藝流程一次灌裝,飲用水水處理 混合冷卻碳酸化灌裝密封檢驗成品飲料 糖 漿 調配 容器清洗 檢驗 一次灌裝法流程示意圖 將調味糖漿與水預先按照一定比例泵入汽水混合機內，進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。又稱為預調式灌裝法、成品灌裝法或前混合（premix）法,2020/7/2,6,二、糖液的制備,提供稠度而有助于傳遞香味 提供能量和營養(yǎng)價值 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。要達到配料

3、摻和良好和完善，以生產一致性和高質量的飲料 將糖溶解于水中，一般稱為原糖漿或單糖漿。必須是優(yōu)質砂糖，溶解于一定量的水中，制成預計濃度的糖液，再經過濾、澄清后備用。其水也必須是純良的水，其水質可與灌裝用水相同,2020/7/2,7,二、糖漿的制備,溶糖分間歇式和連續(xù)式，間歇式又分為冷溶和熱溶（蒸汽加熱和熱水） 冷溶：配制短期內飲用的飲料糖漿。采用裝攪拌器的容器，把糖和水正確配準，在室溫下進行攪拌，待完全溶化，過濾去雜即成。一般45650Bx（要存放1天必須是650Bx）。冷溶法生產須有嚴格的衛(wèi)生控制措施，但可以節(jié)省燃料,2020/7/2,8,二、糖液的制備,熱溶：零散飲料，純度要求高，或要求延長

4、貯藏期的飲料。熱溶能殺滅糖內細菌；分離出凝固糖中的雜質；溶解迅速，短期內可生產大量糖液。 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 蒸汽加熱溶解 see page 89 熱水溶解 see page 89,2020/7/2,9,二、糖液的制備,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)進行。生產效率高，全封閉，全自動操作，糖液質量好，濃度差異小，但設備投資大。 計量、混合熱溶解脫氣、過濾糖度調整殺菌、冷卻糖液,2020/7/2,10,二、糖液的制備,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

5、65%為宜的依據 糖漿濃度測定 糖漿過濾：對于高質量優(yōu)質砂糖制備的糖漿，采取不銹鋼絲網、帆布、棉餅、板框等方式 凈化：針對質量較差的砂糖，會導致飲料產生凝結物、沉淀物，甚至異味；裝瓶時出現大量泡沫等；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：加入0.51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。,2020/7/2,11,三、糖漿調配,調合糖漿（果味糖漿或加香糖漿）指根據產品技術要求，配合好各種原料，可作灌裝的糖漿 配料準備和處理 投料順序（在不斷攪拌的情況下，但不能太劇烈

6、）： 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,2020/7/2,12,三、糖漿調配,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，檢查是否與標準樣符合 在攪拌器和容量刻度標尺的不銹鋼容器內調合；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掉入糖漿中 調合分：間歇式和連續(xù)式 間歇式：熱調合：在高溫下進行配料，通常用熱溶糖液直接配料，然后冷卻；只經過一次加熱就完成溶糖、調合與殺菌等工藝操作，節(jié)省能源，但破壞了果汁飲料的風味和營養(yǎng)成分，香精揮發(fā)損失大；所

7、以要選耐熱的香精，只適合于果味性飲料。冷調合：常溫下（低于20）進行配料，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；常溫下調合原料均質第二調合罐（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。,2020/7/2,13,三、糖漿調配,連續(xù)式：各溶液高位槽定量比例泵混合器第一調合罐均質機第二調合罐定量比例泵（用水調節(jié)調節(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，設備一次投入大。 調合工藝流程的布置應遵循：注意衛(wèi)生，溶糖和配料分開；配料間與灌

8、裝線應盡量靠近；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；與前后工序的設備能力要平衡；要便于操作和計量 配制好的糖漿應立即裝瓶，尤其是乳濁型飲料，糖漿貯存時間長，會發(fā)生分層，裝瓶時應經常對糖漿加以攪拌,2020/7/2,14,四、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，即進行分解，這個分解是吸熱反應，當二氧化碳從體內排放出來時，就把體內的熱帶出來，起到清涼作用。 H2CO3 CO2H2O 阻礙微生物的生長，延長汽水貨架壽命：國際上認為3.54倍含氣量是汽水的安全區(qū) 突出香味： 有舒服否認剎口感：二氧化碳配合汽水中的氣體成分，產生一種特殊的風味,2020

9、/7/2,15,四、碳酸化,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）。實際上是一個化學過程 CO2H2OH2CO3 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。即當溫度T一定時： VHp 式中：V溶解氣體量；p平衡壓力；H亨利常數） 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。,2020/7/2,16,四、碳酸化,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

10、0（15.56）時，溶于一單位容積內的二氧化碳容積數。美國有的工廠用“奧斯瓦德容積”，區(qū)別是用當時測定的溫度，由于溫度不同而發(fā)生的容積變化不再作調整。歐洲常用的溶解量單位為g/l。兩者的換算關系是1容積約等于2g/l。在標準情況下，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/22.4l1.96g/l（精確計算為44.01/22.26=1.98）。,2020/7/2,17,四、碳酸化,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； 液體中存在的溶質的性質； 氣體和液體的接觸面積和接觸時間。 CO2氣體的溶解度在0.

11、1MPa、溫度為15.56時，一容積的水可以溶解一容積的CO2。,2020/7/2,18,四、碳酸化,5.CO2理論需要量的計算 根據氣體常數1mol氣體在0.1MPa、0時為22.41L,因此1molCO2在T時的體積: Vmol(273+T)/27322.41(L) 則：G理V汽N/Vmol44.01 式中： G理為CO2理論需要量； V汽為汽水容量（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為氣體吸收率即汽水含CO2的體積倍數；44.01為CO2的摩爾質量（g）； Vmol為T下1molCO2的容積,2020/7/2,19,四、碳酸化,CO2的利用率 二氧

12、化碳的實際消耗量在碳酸飲料生產中比理論需要量大，因為生產過程中二氧化碳的損耗很大。 裝瓶過程中損耗為4060，即實際上二氧化碳的用量為瓶內含氣量的2.22.5倍；采用二次灌裝時，用量為2.53倍 提高CO2的利用率方法：選用性能優(yōu)良的灌裝設備，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；經常對設備進行檢修，提高設備完好率，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，減少漏氣現象,2020/7/2,20,四、碳酸化,CO2壓力對于飲料的味道影響很大： CO2過高，使飲料的甜酸味

13、減弱；過少碳酸氣給人的刺激太輕微，失去碳酸飲料應有的剎口感。對于風味復雜的碳酸飲料，CO2過高反而沖淡飲料應有的獨特風味，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，CO2過高會破壞原有的果香味而變苦。 一般果汁型汽水含23倍容積的CO2，可樂型汽水和勾兌蘇打水含34倍容積的CO2,2020/7/2,21,四、碳酸化,6.碳酸化方式和設備 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入汽水混合機的水預先冷卻至4左右，在0.441MPa下進行碳酸化；一

14、次灌裝中則把已經脫氣的糖漿和水的混合液冷卻至1618，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，而且生產成本高。優(yōu)點是冷卻后液體的溫度低，可抑制微生物生產繁殖，設備造價低 壓力混合式：采用較高的操作壓力來進行碳酸化，其優(yōu)點是碳酸化效果好，節(jié)省能源，降低了成本，提高了產量。缺點是設備造價高,2020/7/2,22,四、碳酸化,6.碳酸化方式和設備 碳酸化系統(tǒng)： 二氧化碳氣調壓站（根據所供應的二氧化碳壓力和混合機所需壓力進行調節(jié)的設備） 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,

15、2020/7/2,23,四、碳酸化,6.碳酸化方式和設備 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 保證水或產品中無雜質 保證恒定的灌裝壓力,2020/7/2,24,五、碳酸飲料的灌裝,1.灌裝方法 二次灌裝：設備簡單，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期的含氣量。如糖漿和碳酸水的比例為1：

16、4。成品含氣量為3倍容積，則碳酸水的含氣量為35/43.75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確，從而使成品的質量有差異 大型二次灌裝設備在灌裝密封設備后設置翻轉混勻機，使糖漿和碳酸水均勻混合,2020/7/2,25,五、碳酸飲料的灌裝,1.灌裝方法 一次灌裝：先進，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)化生產線多采取定量混合方式：把處理水和調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

17、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確，灌裝容量容易控制；當灌裝容量發(fā)生變化時，不需要改變比例，產品質量一致；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；產品質量穩(wěn)定，含氣量足，生產速度快。缺點是不適合帶果肉碳酸飲料，設備復雜，混合機與糖漿接觸，洗滌和消毒不方便,2020/7/2,26,五、碳酸飲料的灌裝,1.灌裝方法 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，當灌裝帶肉果汁碳酸飲料時，在調合機上裝一個旁通，使調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

18、一次灌裝法組合各機，在調合機以后加入一個旁路，采用注射式混合機進行冷卻碳酸化，然后灌裝 。,2020/7/2,27,五、碳酸飲料的灌裝,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)由一個動力機構驅動的灌裝機和壓蓋機組成 灌漿機與配比器 see page 111114 灌裝機：壓差式、等壓式、負壓式 封口機： 灌裝生產線,2020/7/2,28,五、碳酸飲料的灌裝,灌裝的質量要求： 達到預期的碳酸化水平 保證糖漿和水的準確比例 保證合理的和一致的灌裝高度 容器頂隙應保持最低的空氣量 密封嚴

19、密有效 保持產品的穩(wěn)定性（過度碳酸化、存在雜質、存在空氣、灌裝溫度過高或溫差較大等導致不穩(wěn)定）,2020/7/2,29,五、碳酸飲料的灌裝,容器和設備的清洗系統(tǒng) 容器的清洗 CIP,2020/7/2,30,1. CIP概述,1.1 定義： CIP ，是英文Clean-In-Place的縮寫，即就地清洗或稱為原位清洗, 其定義為不拆卸設備或元件, 在密閉的條件下, 用一定溫度和濃度的清洗液對清洗裝置加以強力作用, 使與食品接觸的表面洗凈和殺菌的方法。,2020/7/2,31,1. CIP概述,1.2 CIP的歷史： CIP 系統(tǒng)最初于五十年代在美國的乳品工業(yè)得到應用, 1955 年CIP 系統(tǒng)與

20、自動控制技術相結合,使其在食品工業(yè)的其它領域得以應用,2020/7/2,32,1.CIP概述,1.3 CIP 的優(yōu)點： 與傳統(tǒng)的手工拆卸機器零件的清洗方式相比,CIP 的優(yōu)點主要有: (1) 能維持一定的清洗效果, 保證產品的安全性。 (2) 節(jié)約操作時間、提高效率, 以實現商業(yè)的最 大利潤。 (3) 節(jié)省勞動力, 保證操作的安全性。 (4) 節(jié)省清洗用水和蒸汽。,2020/7/2,33,1.CIP概述,相比之下, 常規(guī)拆卸清洗的缺點是: 費時、費力, 易損壞聯接件; 設備停機時間長, 設備利用率低; 清洗不徹底, 有時對操作者也不十分安全。,2020/7/2,34,2. CIP 裝置,CIP

21、裝置的分類： 根據清洗液的使用方式可以分為以下三種類型： （1）清洗劑單次使用的CIP系統(tǒng) (single-use CIP systems ) （2）清洗劑重復使用的CIP系統(tǒng) (reuse CIP systems ) （3）清洗劑多次使用的CIP系統(tǒng) (multi-use CIP systems ),2020/7/2,35,2.1 清洗劑單次使用的CIP系統(tǒng),2020/7/2,36,2.1 清洗劑單次使用的CIP系統(tǒng),特點： （1）在該系統(tǒng)中, 洗液只使用一次。 （2）系統(tǒng)由CIP罐、CIP 泵、回流泵、濃清洗劑泵、換熱器和管路組成, 沒有大容量的稀釋液貯桶。 （3）被清洗對象(罐或管路)

22、與CIP 裝置通過配管形成回路, 清洗結束將清洗液排放。 （4）所需設備比較簡單, 有時候可以不必設專門的CIP 站, 就可以實現CIP 過程。,2020/7/2,37,2.2 清洗劑重復使用的CIP系統(tǒng),2020/7/2,38,2.2 清洗劑重復使用的CIP系統(tǒng),2020/7/2,39,2.2 清洗劑重復使用的CIP系統(tǒng),特點：水、堿、酸等各種清洗液分別放在各自的 貯桶里, 清洗完畢堿酸等洗滌液回收。當洗滌劑濃度降低時, 補充酸、堿再反復使用。 此系統(tǒng)在國內使用較為普遍, 由于酸、堿清洗劑都是在貯液罐中稀釋調配, 因此系統(tǒng)比較龐大。,2020/7/2,40,2.3 清洗劑多次使用的CIP系統(tǒng)

23、,由于集中控制的重復使用的CIP 系統(tǒng)的供水管路和回收管路太長, 造成大量液體和熱量損失, 并且殘留在管道里的產品和清洗劑被稀釋。而多次使用的CIP 系統(tǒng)吸取了單次使用CIP 系統(tǒng)不占空間、輸送管路短和重復使用的CIP 系統(tǒng)具有洗液回收的優(yōu)點。,2020/7/2,41,2.3 清洗劑多次使用的CIP系統(tǒng),在設計上, 非集中控制的多次使用的CIP 系統(tǒng)是由局部的, 靠近被清潔設備的小型標準單元組成, 清洗劑是由批式罐集中供給的, 清洗完畢, 清洗劑可以回收。批式罐是用來配制清洗劑用的。,2020/7/2,42,2.3 清洗劑多次使用的CIP系統(tǒng),由于集中控制的重復使用的CIP 系統(tǒng)的供水管路和回

24、收管路太長, 造成大量液體和熱量損失, 并且殘留在管道里的產品和清洗劑被稀釋。而多次使用的CIP 系統(tǒng)吸取了單次使用CIP 系統(tǒng)不占空間、輸送管路短和重復使用的CIP 系統(tǒng)具有洗液回收的優(yōu)點。在設計上, 非集中控制的多次使用的CIP 系統(tǒng)是由局部的, 靠近被清潔設備的小型標準單元組成, 清洗劑是由批式罐集中供給的, 清洗完畢, 清洗劑可以回收。批式罐是用來配制清洗劑用的。,2020/7/2,43,3. CIP 使用的清洗劑,一般的清洗過程首先需要將污物從被清洗表面分離, 再將此污物在清洗液中分散形成一種穩(wěn)定的懸浮狀態(tài), 并防止污物重新沉淀在被清洗物的表面上。 在自然界, 污物分離的過程是頗為復

25、雜的, 不是一種單一的化學品就能達此目的。實際, 都是幾種清洗劑混合使用。,2020/7/2,44,3. CIP 使用的清洗劑,3.1 中性清洗劑 水和界面活性劑均屬此類。 水幾乎是所有清洗劑和食品的基本成分, 當污物為完全可溶時, 就不需要其他清洗劑而能清洗干凈。,2020/7/2,45,3. CIP 使用的清洗劑,界面活性劑可分為陽離子型、陰離子型和非離子型。當進行堿性清洗時, 如添加界面活性劑可促進潤濕性, 并具有乳化和分散功能。對于油脂污物較小的清洗對象, 可以降低水的表面張力, 擴大污物與機械表面的接觸面積, 使洗劑能夠滲透而提高清洗效果。,2020/7/2,46,3. CIP 使用的清洗劑,3.2 酸性清洗劑 酸性清洗劑是用以溶解設備表面礦物質沉積物, 如鈣鎂的沉積物、硬水積石、啤酒積石、牛乳積石和草酸鈣等。,2020/7/2,47,3. CIP 使用的清洗劑,常使用的無機酸為硝酸、磷酸、硫酸; 有機酸為醇酸、葡萄糖酸和檸