第三章 碳酸饮料加工 《食品工艺学》.

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1 第三章 碳酸饮料加工 《食品工艺学》

2 学习目的和要求： 通过本章的学习，应掌握碳酸饮料的概念、分类、生产工艺；主要是工艺过程：包括糖液制备、糖浆调合、碳酸化、灌装、清洗(CIP清洗)和生产中常见质量问题以及解决方法。
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3 一、碳酸饮料的概念和分类 碳酸饮料(Carbonated Drinks) 俗称汽水，指在一定条件下充入二氧化碳气的饮料制品，成品中CO2的含量（20℃时体积倍数）不低于2.0倍，但是不包括由发酵法自身产生CO2气的饮料。 果汁型汽水 果味型汽水 可乐型汽水 低热量型汽水：甜味剂热量≦75kJ/100mL 其他型汽水 碳酸饮料 Company Logo

4 果汁型：原果汁≥2.5%，果汁调整风味，如：黑松鲜橙Ｃ，黑松柠檬Ｃ 果味型：原果汁<2.5%，香精香料作赋香剂，如：雪碧，七喜
可乐型：含可乐果、古柯叶、月桂等物质提取的辛香和白柠檬油、甜橙油等果香的混合型香气，焦糖色，磷酸，如：可口可乐，百事可乐 低热量型：以甜味剂部分或全部代替蔗糖，成品热量<75kJ/100ml，如：健怡可口可乐，轻怡百事可乐 其它型：盐汽水，苏打水，充二氧化碳的矿泉水，滋补汽水，如：延中盐汽水，碧纯盐汽水 Company Logo

5 全国碳酸饮料销售额前十名及均价 （2006年3月全国连锁超市统计信息 ） Company Logo

6 二、饮料配方设计 配方：是某一个品种饮料的原辅料组成及数量。
二、饮料配方设计 配方：是某一个品种饮料的原辅料组成及数量。 １、软饮料企业如何进行配方设计 ⑴了解原料的糖酸含量 ⑵了解参考配方的原辅料比例 ⑶自行设计实验及实验研究 ⑷中试及配方调整 ⑸批量生产试验 ⑹正式生产 Company Logo

7 一般来说，各种汽水的甜度为8-15%，常见为12.5-13.5%。 各种汽水的酸度为0.05-0.25%，常见为0.08-0.15%。
2、糖酸比 糖酸比＝甜度含量/酸含量 每一种产品均有特定的糖酸比(但应根据地域、人群、知识层次、性别进行调整)。 糖酸比是决定汽水风味的决定性因素。 甜度以1%的蔗糖溶液为1，其他甜味剂参照甜度倍数换算为蔗糖含量。 一般来说，各种汽水的甜度为8-15%，常见为 %。 各种汽水的酸度为 %，常见为 %。 Company Logo

8 3、汽水配方举例： 砂糖 8% 甜蜜素 0. 1%(相当于蔗糖5%) 柠檬酸 0. 12% 桔子原汁 5% 桔子香精 0
3、汽水配方举例： 砂糖 % 甜蜜素 %(相当于蔗糖5%) 柠檬酸 % 桔子原汁 % 桔子香精 % 日落黄色素 % 胭脂红色素 % 底料量 mL/瓶 Company Logo

9 4、工业生产配方 ⑴以饮料重量为配料依据：％(w/w) 需要测定糖液的比重，换算麻烦。 ⑵以饮料体积为配料依据：％(w/v) 实际生产时均以灌装体积进行计量，此法一般推广。 研究配方时按％(w/v)设定配方比例，通过试验确定最佳比例。 计算工业生产配方时，只需在原百分比配方上乘以相应的倍数即可得到工业生产配方。 Company Logo

10 三、碳酸饮料加工工艺 Company Logo

11 二次灌装法（现调式）：先配好调味糖浆灌入包装容器，再灌装碳酸水（充入二氧化碳的水）。
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12 二次灌装法特点： 1）工艺过程简单，便于掌握； 2）设备投资少，易于操作； 3）生产规模较小，适合于小型工厂； 4）调整配方容易，便于转向； 5）底料占据体积，刹口感较小。
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13 一次灌装法（预混法）：将调味糖浆、气、水定量混合，再灌装 。
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14 一次灌装法特点： (1)工艺过程复杂，但自动程度较高;设备复杂，投资大； (2)生产规模大，适合大型连续化工厂； (3)调整配方较难，刹口感强。
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15 加工工序： 1、水处理 2、糖液的制备 3、糖浆调配 4、碳酸化 5、空瓶的清洗 6、碳酸饮料的灌装
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16 1、原糖浆的制备 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，糖浆的制备是重要的。
将糖溶解于水后的溶液，一般称为原糖浆。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。 Company Logo

17 砂糖→称量→糖的溶解→糖浆过滤→杀菌→冷却→脱气→测定浓度 溶糖方式：间歇式和连续式。 （1）间歇式：分为冷溶和热溶
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45－ 65% （要存放1天必须是65%）。冷溶法生产须有严格的卫生控制措施，但可以节省燃料。 Company Logo

18 热溶：要求延长贮藏期的碳酸饮料。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。 （1）蒸汽加热溶解 （2）热水溶解：国内厂家多采取热水溶解的方法，即边搅拌边把糖逐步加入到热水中溶解，然后加热杀菌、过滤、冷却 。 Company Logo

19 （2）连续式： 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。
糖、水计量→混合→热溶解→脱气、过滤→糖度调整→杀菌、冷却→糖液 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。国外自动控制程度较高，多用此法。 Company Logo

20 （1）温度对溶解度的影响：如100℃溶解83%糖，0℃时，约溶解64%的糖，有19%糖不溶解而析出。
溶糖注意： （1）温度对溶解度的影响：如100℃溶解83%糖，0℃时，约溶解64%的糖，有19%糖不溶解而析出。 （2）糖浆浓度测定：糖度计、比重计、波美表法 （3）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、棉饼、板框等方式。 （4）净化：针对质量较差的砂糖；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。 方法：加入0.5－1％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。 Company Logo

21 调合糖浆（果味糖浆或加香糖浆）指根据产品技术要求，配合好各种原辅料，可直接灌装的糖浆。 糖浆调配时的投料顺序依据：
2、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，配合好各种原辅料，可直接灌装的糖浆。 糖浆调配时的投料顺序依据： （1）调配量最大的先调入，如糖液； （2）配料间容易发生化学反应的间开调入，如酸和防腐剂； （3）粘度大，易起泡的原料较迟调入、如乳化剂、稳定别； （4）挥发性的原料最后调入，如香精、香料。 Company Logo

22 投料顺序与前处理： 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、稳定剂）
色素 香精 加水到规定容积 Company Logo

23 调合一般在具有搅拌器和容量刻度标尺的不锈钢容器内；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。
调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。 调合：间歇式和连续式 Company Logo

24 冷调合：常温下（低于20℃）进行配料，然后巴氏杀菌、冷却；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；
间歇式：有热调和和冷调和两种。 冷调合：常温下（低于20℃）进行配料，然后巴氏杀菌、冷却；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； 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。 Company Logo

25 工艺过程：各溶液→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： 工艺过程：各溶液→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。 Company Logo

26 配制好的糖浆应立即装瓶，尤其是浑浊型饮料，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。
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，尤其是浑浊型饮料，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。 Company Logo

27 3、碳酸化 将CO2与水（或原浆/水混合液）混合的过程称为碳酸化。 （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 ↔ CO2＋H2O 阻碍微生物的生长，延长汽水货架寿命：国际上认为3.5～4倍含气量是汽水的安全区 突出香味； 有舒服的剎口感：二氧化碳配合汽水中的气体成分，产生一种特殊的风味。 Company Logo

28 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：H2CO3 ↔ CO2＋H2O
（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：H2CO3 ↔ CO2＋H2O 亨利定律：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：V＝Hp （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。 Company Logo

29 （3）CO2在水中的溶解度影响因素 (A) 气液体系的绝对压力和液体的温度； (B) CO2气体的纯度； (C) 液体中存在的溶质的性质；
(D) 气体和液体的接触面积和接触时间。 Company Logo

30 根据气体常数1mol气体在0.1MPa、0℃时为22.41L,因此1mol CO2在T℃时的体积:
Vmol＝(273+T)/273×22.41(L) 则：G理＝(V汽×N)/Vmol×44.01 CO2的摩尔质量 气体吸收率即汽水含CO2的体积倍数 T℃下1molCO2的容积 CO2理论需要量 N=2~3 Company Logo

31 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。
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40～60％，即实际上二氧化碳的用量为瓶内含气量的2.2～2.5倍；采用二次灌装时，用量为2.5～3倍。 Company Logo

32 （1）选用性能优良的灌装设备，在不影响操作和检修的前提下，尽量缩短灌装与封口之间的距离；
提高CO2的利用率方法： （1）选用性能优良的灌装设备，在不影响操作和检修的前提下，尽量缩短灌装与封口之间的距离； （2）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）； （3）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； （4）使用密封性能良好的瓶盖，减少漏气现象。 Company Logo

33 另外，有些碳酸饮料由于所用香精易挥发，CO2过高会破坏原有的果香味而变苦。
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。CO2过高，使饮料的甜酸味减弱；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(柑桔型碳酸饮料)。 另外，有些碳酸饮料由于所用香精易挥发，CO2过高会破坏原有的果香味而变苦。 一般果汁型汽水含2～3倍容积的CO2，可乐型汽水和勾兑苏打水含3～4倍容积的CO2 Company Logo

34 4、碳酸饮料的灌装 1.灌装方法 二次灌装 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，容易造成CO2的损失及灌装量不足。(冷却方式解决) 碳酸水的含气量高于成品预期的含气量 Company Logo

35 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3×5/4＝3.75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。 如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。 Company Logo

36 缺点是设备复杂，混合机与糖浆接触，洗涤和消毒不方便，不适合带果肉碳酸饮料 。
一次灌装： 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。 缺点是设备复杂，混合机与糖浆接触，洗涤和消毒不方便，不适合带果肉碳酸饮料 。 Company Logo

37 四、碳酸饮料常见质量问题 （一）碳酸饮料的质量要求 1、感观指标： （１）均匀度:没有分层现象。 （２）瓶盖:不漏气，不带锈。 （３）商标:端正，与内容一致。 （４）透明度:呈现产品所应有的颜色，澄清透明，无杂质。 （５）口味:无异味，具有成品应有的芳香味或酒精香味。 （６）泡沫:倒入杯内，泡沫高2cm 以上，持续时间2min以上。 Company Logo

38 3、微生物指标： （１）菌落总数:≤100个/ml。 （２）大肠杆菌:≤5个/ml。 （３）致病菌:不得检出。 4、保质期：
2、理化指标： （１）二氧化碳:为容积的2.5-4倍。 （２）糖精:不得检出。 （３）酒精量:0.5%以下。（４）重金属: 铜(以Cu计)≤10mg/kg 铅(以Pb计)≤1mg/kg 砷(以As计)≤0.5mg/kg 3、微生物指标： （１）菌落总数:≤100个/ml。 （２）大肠杆菌:≤5个/ml。 （３）致病菌:不得检出。 4、保质期： 三个月不沉淀变质。 Company Logo

39 （二）汽水中常见的质量问题及其预防 汽水中出现的质量问题是多种多样的，归纳起来有以下几种：有杂质，没"劲"，混浊，沉淀，成糊状，有辣味，异味等。
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40 1、杂质 汽水中的杂质指肉眼可见，有一定形状的非化学反应产物。 不明显杂质包括数量极少的体积极少的灰尘，小白点，小黑点等； 明显杂质包括数量较多的小体积杂质；包括刷毛，大片商标纸，草棍，苍蝇，蚊子等，使人一看厌恶。 Company Logo

41 （１） 瓶子或瓶盖不净。 （２） 水中有夹杂物。 （３） 原料有杂质。 （４） 机件碎屑或管道沉积物。
造成杂质的原因 Company Logo

42 2、没“劲” 汽水没“劲” 实际上是没气，更确切地说是二氧化碳量太少或没有。这样的汽水开盖时无声，没有气泡冒出。 因二氧化碳溶解于水后呈微酸性，有一定的灭菌作用，另外二氧化碳代替氧存在时，可抑制需氧微生物的生长繁殖，略有防止变质的作用，所以，二氧化碳含量低还能造成一些汽水后来的变质，因此，必须认真对待。 Company Logo

43 除此之外，还有因水或料中有关成分与二氧化碳反应消耗碳酸造成含气不足。
造成二氧化碳含量不足的原因： (１) 二氧化碳不纯:回收的、未经分离处理的、酸或碱法。 (２) 水温过高。 (３) 混合不好。 (４) 有空气混入。 (５) 混合机碳酸水阀门或管路漏气。 (６) 灌水机胶嘴漏气或瓶托位置太低造成漏气。 (７) 压盖不及时或不严，使二氧化碳在高温下散失。 （8）盖、瓶口不合格，或瓶，盖不配套。 除此之外，还有因水或料中有关成分与二氧化碳反应消耗碳酸造成含气不足。 Company Logo

44 3、混浊，沉淀 主要是由于原料处理过程中产生物理、化学变化及微生物的繁殖造成的。 （１） 物理性变化: 其外观形态主要呈现沉淀状态（在应有的保质期内，生产不到1-2周），瓶底即呈现一层云雾状，或有矿物性微小颗粒沉积瓶底，另外也有呈现杂质混浊，不透明。 主要原因来自水质上和滤水器械上的问题，不能使水中的矿物质彻底清除，或水质不适。 Company Logo

45 （２） 化学性变化: ①起盖后与空气接触立即产生胶质态物质（酸、碱中和作用引起的，由于洗瓶所用碱液没有冲净，残留在瓶内的碱液与原料中的酸产生中和而发生变化）。因此含碱的水质不适合生产汽水。 ②配料兑制工序处理不当，也可使产品产生混浊不透明的现象。 （３） 微生物繁殖: 由于封盖不严，使二氧化碳溢出，失出二氧化碳的杀菌防腐能力，侵入的空气带有酵母菌，从而产生发酵气体。 Company Logo

46 ２．预防措施 在各工艺加强净化措施，保证产品质量。 （１） 生产用水一定要按饮用水标准，不符合要求的决不使用。 如有自备水井，初用时应进行一次彻底消毒灭菌，一般用30%有效氯的漂白粉0.02%-0.05％与0.001%-0.002%高锰酸钾，将此稀溶液注入井内进行消毒灭菌，经防疫部门化验合格方可使用。要减少井水的污染，加强卫生管理。 Company Logo

47 （２） 如设立自备水塔，须距地面10m以上为佳。因为这样可以由于位差产生一定的压力，可以渗透过砂滤层，起到过滤的作用。 （３） 所用配料器皿要保持清洁，并经常水煮杀菌；过滤器械也要及时洗刷，保持其卫生和性能良好。 （４） 配料室内应保持清卫生，要定期进行空气杀菌。一般使用福尔马林、高锰酸钾、硫黄或紫外灯。同时禁止非操作人员出入。 （５） 配料间要按操作顺序配料，防止化学变化。 （６） 凡是需要溶解的原料必须进行高温处理。 Company Logo

48 4、糊状 汽水生产放置几天，出现乳白色胶体状态，往外倒时成了浆糊状。造成这种胶体物的原因有以下几种： （１） 原料糖质量差，含有较多的胶质、蛋白质。 （２） 二氧化碳气含量不足或空气混入过多，使一些好气性微生物生长繁殖。 （３） 由于瓶子没经彻底消毒，瓶里残留的细菌利用汽水中的营养成分生成胶体物。 Company Logo

49 5、辣味 有的汽水甜味不足，辣味有余，但又不是薄荷等类原料的辣味。喝下去以后很快让人打嗝，甜味、香味等都不足。 这主要是由于此汽水中原料添加量不足、料少或无料造成的，其辣味主要是二氧化碳的酸辣味。因为原料添加量不足、料少或无料，制品糖度低，阻力小，所以遇热分解得快，喝后二氧化碳很快从体内分解排放出来。 Company Logo

50 1. CIP概述 五、软饮料生产系统的清洗 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, 其定义是不拆卸设备或元件, 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用, 使与食品接触的表面洗净和杀菌的方法。 Company Logo

51 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。
现已广泛应用于软饮料、乳品、果酱、酒类等机械化程度较高的食品生产企业中。 Company Logo

52 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。 Company Logo

53 2. CIP 装置 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 ) Company Logo

54 2.1 清洗剂单次使用的CIP系统 Company Logo

55 2.2 清洗剂重复使用的CIP系统 Company Logo

56 2.2 清洗剂重复使用的CIP系统 Company Logo

57 2.3 清洗剂多次使用的CIP系统 Company Logo

58 3.CIP 使用的清洗剂 清洁剂的种类 消毒剂 中性清洁剂 碱性清洗剂（最广泛） 酸性清洗剂 矿物质沉积物 次氯酸盐、碘化物 水和表面活性剂
4 清洁剂的种类 1 消毒剂 次氯酸盐、碘化物 中性清洁剂 3 水和表面活性剂 碱性清洗剂（最广泛） 2 NaOH、KOH、碳酸钠、碳酸氢钠 酸性清洗剂 矿物质沉积物 无机酸：硝酸、磷酸、硫酸; 有机酸：葡萄糖酸和柠檬酸, 乳酸和酒石酸 Company Logo

59 4.CIP程序 Company Logo