饮料工艺学,第一章软饮料的主要原辅材料,第一章 软饮料的主要原辅材料,第一节 水及工艺用水的处理人体含水量在 70％左右，人体内的水是体内很多物质的溶剂，它维持体内各部分渗透压平衡，并参与人体生理代谢，在人体内的作用是非常重要的在饮料中，水占总量的 90％左右，是最主要的组分之一饮料用水的好坏，直接影响产品的质量因此，水的选用和处理是饮料生产中最重要的一个环节水源,软饮料工业用水的水源大致有：自来水地面水地下水大规模饮料生产工厂，一般用地面水和地下水小规模饮料生产工厂则用自来水及地下水它是指已经过初步处理（混凝、杀菌）的城镇居民生活用水在质量上、卫生上较为优质自来水的水质标准应符合GB 5749生活饮用水标准当制造饮料时，即使用这样优质的自来水，也要作水质分析，特别要小心观察余氯、硬度、铁、锰、细菌和水温变化等a.自来水,包括河水、江水、湖水和水库水等由于地面水是在地表流过，溶解的矿物质较少，这类水的硬度约为1.0～8.0mmol／L但常含有粘土、砂、水草、腐殖质、钙镁盐类、其他盐类及细菌等其中含杂质的情况随时由于所处的自然条件不同及受外界因素影响不同而有很大差别特别是我国幅员广大，河流纵横，不同河流其所含杂质是不相同的。
即使是同一条河流，其所含杂质也常因上游和下游、夏季和冬季、阴雨和晴天而不同应当指出，河水不一定是地面水，也有的是地下水穿过土层而流入大河所以河水除含有泥沙、有机物外，还有多种的可溶性盐类近年来，由于工业的发展，大量含有有害成分的废水排入江河，引起地面水污染，也增加了工业用水的困难b．地面水,C.地下水,主要存在于土壤和岩层中的水，还可分成： 潜水（井水）地下第一隔水层上承托的含水层，离地面数米～数十米，受到降水和污水的影响大，水质波动大 深井水（承压水或自流井水）存在于两个不透水层压力或断层的影响而形成有压力离地面几十米～100米以上，有些井水在挖井后，可自动喷涌而出它的真正补给区较远较大，经土壤和砾石过滤，水质比较清晰 泉水离地表面500～600米深处有的离地表面1000～2000米深处（热水）部分矿泉水可直接作为饮用矿泉水，有些受到土壤层污染或含有对人体健康有害成分则不能饮用雨水、地面水渗入地下时，因经过地层的渗透和过滤而溶入了各种可溶性矿物质，如钙、镁、铁的碳酸氢盐等，地下水一般含盐量为100～5000mg／L硬度约为2～10mmol／L 但由于水透过地质层时，形成了一个自然过滤过程； 所以它很少含有泥沙、悬浮物和细菌，水质比较澄清。
深井水一年四季水温不变，铁、锰、硬度、碱度一般比地面水高二、水中的杂质分类及其对生产的影响,（一）天然水中杂质的特征天然水中的杂质按其分散程度可分为三类： 悬浮物 胶体 溶解物,１．悬浮物,悬浮物是粒径大于２００ nm的杂质，大的用肉眼可见，如泥沙、藻类、昆虫、微生物等悬浮物可使水呈混浊状态，静置后可自行沉降 ▲这类杂质会使产品装瓶后过一段时间出现沉淀； ▲影响ＣＯ2的溶解，造成装瓶时喷液； ▲影响风味； ▲如果有微生物的存在,则还会导致产品的变质２.胶体,胶体是液体中粒径大小在 １～２ ０0 nm的微粒胶体可分为两种：无机胶体和有机胶体 ★无机胶体 如硅酸胶体和粘土，是由许多离子和分子聚集而成的，它们是造成水混浊的主要原因★有机胶体 主要是高分子物质、有机体，如蛋白质、腐植质等，多带负电一般是动植物残骸经过腐蚀分解的腐植质、腐植酸，是造成水带色的主要原因３．溶解物,溶解物是粒度在1nm(10埃）以下的，以分子或离子状态存在于水中的微粒溶解物分为两类： ①溶解性盐类指能溶于水的一些化合物，主要有NaCl、Na2S以及Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+、Mn7+等的碳酸盐、硝酸盐、氯化物等。
在水中溶解性盐类总含量称为水的“矿化度”或“盐度” ②溶解性气体天然水源中溶解的气体主要有O2、N2、Cl2、H2S、CO2、CO、CH4等，这些气体的存在可影响饮料的风味和色泽二）水中杂质对生产的影响,1.水的硬度水的硬度是指水中存在的金属离子沉淀肥皂的能力水质硬度的大小是由水中所含 Ca2+、Mg2+的多少而决定表示水质硬度的反应式如下：硬脂酸钠（肥皂）十Ca2+、Mg2+ （水中的）→硬脂酸钙、硬脂酸镁↓ 水的硬度可分为：总硬度暂时硬度（碳酸盐硬度）永久硬度（非碳酸盐硬度）,暂时硬度又称为碳酸盐硬度，主要是由水中的 Ca (HCO 3 )2 、Mg(HCO 3 )2、MgCO 3 等盐类所造成的，可通过加热的方式使它们生成溶解度很小的碳酸盐或氢氧化物，沉淀得以去除 上述化学反应的反应式如下： Ca (HCO 3 )2 Ca CO 3 ↓+ CO2↑ +H2OＭｇ(HCO 3 )2 ＭｇCO 3 ↓+ CO2↑ +H2OＭｇCO 3 + H2O Ｍｇ(OH)2 ＋ CO2↑,永久硬度又称为非碳酸盐硬度，是指由非碳酸盐的 Ca2+、Mg2+盐如 ＣaＣl2 、ＭｇＣl2 、 CaSO4 、ＭｇＳＯ4 造成的水的硬度。
这类盐不会因为加热煮沸而沉淀，致使水的硬度发生改变，故称为永久硬度总硬度=暂时硬度+永久硬度总硬度的计算公式： 总硬度 = [Ca2+]/40.08+[Mg2+]/24.3（mmol/L) 式中：[ Ca2+]——水中钙离子的浓度（ｍｇ／Ｌ）[Mg2+]——水中镁离子的浓度（ｍｇ／L) ４０.０８——钙离子的摩尔质量 ２４.３——镁离子的摩尔质量,水的硬度的表示方法有多种，我国采用的表示方法与德国相同◆德国度(°d): 1Ｌ水中含有相当于 １０ ｍｇ的CaO,其硬度即为 ｌ个德国度(1°d) 这是我国目前最普遍使用的一种水硬度的表示方法◆美国度（ｍｇ ／L)：ＩＬ水中含有相当于1ｍｇ的 Ca CO 3 ，其硬度即为 １个美国度◆ｍｍol/Ｌ：ＩＬ水中含有相当于 100ｍ的Ca CO 3 称为ｍｍol/Ｌ的硬度２·水的碱度,水的碱度是指水中能与强酸发生中和反应的物质的总量，主要由水中的碱性物质NaOH、Ca（OH）2、NH3、碳酸盐、碳酸氢盐、硅酸盐、磷酸盐等构成，例如OH - 、CO2- 3、HCO - 3 、PO 3- 4等，以mmol/L表示其中OH -含量高的水的碱度称为氢氧化物碱度；CO 3 2- 含量高的水的碱度称为碳酸盐碱度；HCO 3 - 含量高的水的碱度称为碳酸氢盐（重碳酸盐） 碱度。
水中OH - 、CO2- 3 、 HCO 3 - 的总含量称为水的总碱度水中一般不含OH - ， CO2- 3的含量也较低，只有在 Na 2CO 3、Ｋ2CO 3存在时，才有 CO2- 3的存在；另外， OH - 和 HCO - 3 是不能同时存在的,因为：OH - + HCO - 3与该水中的暂时硬度大小相符合３．水的碱度与硬度的关系,表示碱度和硬度的单位同样可以用 ｍｍｏl ／Ｌ 总硬度=暂时硬度+永久硬度，总碱度通常与暂时硬度值相符合 总碱度＞总硬度时，说明水中存在OH - 、CO2- 3 属于碱性水； 总碱度＜总硬度时，说明水中存在Ca2+、Mg2+的氯化物, OH - 、CO2- 3基本上不存在，属于非碱性水如Ca2+、Mg2+与OH - 、CO2- 3同时存在，则Ca2+、Mg2+会与OH - 、CO2- 3反应，生成沉淀 总碱度=总硬度时，说明水中只含有Ca2+、Mg2+的碳酸氢盐▲水的硬度对软饮料生产的影响,（1）影响产品感观例如：Ca (HCO 3 )2会与有机酸反应产生沉淀 （2）对味觉产生影响 ■硬度约为100～150ppm的水有美味感；如含量过多则水又硬又重，有讨厌味；含量再多则有苦味和涩味 ■含有少量HSiO3-的水也有美味 ■含有氯量多的水有咸味 ■含Ca多的水则感甜味 ■铁化合物多会有收敛味 ■镁盐多则出现苦味■碳酸盐少则呈纯味 ■非碳酸盐硬度过高时，还会使饮料出现盐味 （3）在洗瓶时，在浸瓶槽上形成水垢，增加烧碱的用量,▲水的碱度对软饮料生产的影响,当水的碱度过大时，同样会对饮料生产产生不良影响，主要有以下几个方面： ①和金属离子反应形成水垢，产生不良气味； ②和饮料中的有机酸反应，改变饮料的酸甜比及风味； ③影响CO2的溶入量； ④会使饮料酸度下降，使微生物容易在饮料中生存； ⑤生产果汁型碳酸饮料时，会与果汁中的某些成分发生反应，生成沉淀。
可用软化方法处理三、水质的改良方法,饮料用水必须符合特定标准，软饮料生产所用水要求极为严格，因此必须对水质进行改良而水质改良之前，则要首先对水质进行精密分析，了解水中杂质种类、状态，并确定用水量，以便决定水质改良时所用的工艺、设备一）混凝沉淀法（絮凝法）（二）水的过滤 （三）石灰软化法,（一）混凝沉淀法（絮凝法）,水中所含胶体物质在水中能保持悬浮或分散不沉淀的原因是因为胶体微粒带有相同的电荷，产生静电斥力的缘故，所以必须添加混凝剂中和胶粒表面所带的电荷，破坏其稳定性，从而促使其相互聚集，由小颗粒变成大颗粒，发生沉淀，达到使水澄清的目的１. 混凝剂,处理水质时所用的混凝剂有铝盐、铁盐两类铝盐包括明矾、硫酸铝、碱性氯化铝等，铁盐包括硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁等混凝剂的作用是自身先溶解形成胶体，再与水中杂质作用，以中和或吸附的形式使杂质凝聚成大颗粒产生沉淀1）明矾,明矾是一种复盐，其分子式为［ＫＡl(SO 4)2].12H 2 O或 Ｋ2 SO 4.Al(SO 4) 2 24H 2 O 在水中时，Ａl2 (SO 4) 3发生水解生成氢氧化铝胶体反应式如下： Ａl2 (SO 4) 3→Ａl3+ +SO42-Ａl3+ +H 2 O →Ａl (OH) 2+ +H + Ａl (OH) 2+ + H 2 O →Ａl (OH) 2+ + H + Ａl (OH) 2+ + H 2 O →Ａl (OH) 3 + H +,Ａl (OH) 3胶粒带正电，而水中的天然杂质胶粒及悬浮物微粒大都带负电，电性中和。
另外，Ａl (OH) 3胶粒还具有吸附作用 在这两种作用下，水中杂质胶体及悬浮物微粒渐渐凝聚成较大的颗粒，形成絮凝物，产生沉淀，沉降过程中同时将其他杂质颗粒夹带在其中一起沉淀，使水质澄清使用明矾时要注意几个问题,◇水的pＨ值一般要求待处理水pＨ值在 ６.５～７.５（中性范围)Ａl2 (SO 4) 3的水解产物Ａl (OH) 3是两性化合物，水的pＨ值太高或太低都会促使Ａl (OH) 3溶解，致使Ａl3+残留量上升例如：Ｐ Ｈ ﹤ ５．５时，Ａl (OH) 3十 ３ H + →Ａl3+ + H 2 Oｐ Ｈ ＞ ７．５时， Ａl (OH) 3十OH - →Ａl O 2 - ＋ ２ H 2 OＰ Ｈ ＞ ９．５时，水中不会含有Ａl (OH) 3 另外，水的 pＨ值还会影响Ａl (OH) 3胶粒所带的电荷pＨ﹤ ５时，带负电；pＨ ＞ ５时，带正电；pＨ值在８左右时，以中性氢氧化物的形式存在◇水温一般要求水温在２５～３５℃在一定的温度范围内◆水温上升，混凝剂溶解速度上升，混凝作用加强，生成的絮凝物量增加，有利于水中杂质的沉淀去除；水温下降，则相反◆当水温高于４０ ℃时，生成的絮凝物细小，不利于沉淀；◆水温高于 ５ ０ ℃时，则根本失去作用。
◇搅拌刚加入混凝剂时，应快速搅拌，以有利于Ａl (OH) 3胶粒的形成，并扩散到水中各部位及时同水中杂质作用当絮团开始形成后，不宜快速搅拌，否则会打碎絮团不利于沉淀 ◇混凝剂添加量 使用明矾作为混凝剂时，用量一般为 ０·００1％～０.０２％3） 碱式氯化铝（PAC),碱式氯化铝又称为羟基氯化铝、聚合氯化铝 分于式为：[Al 2 (OH) n Cl 6-n] m， 其中ｎ=１～５，m≤1Ｏ ＰＡＣ在水中时，由于羟基的架桥作用而和Ａl3+生成多核络合物，带有大量的正电荷，不仅能除去水中悬浮物，还能吸附微生物使之沉淀。