軟飲料工藝學食品科學系蒲彪緒論一、軟飲料的概念與分類

（一）飲料的定義

飲料—是經過加工制作，供人飲用的食品,以提供人們生活必需的水分和營養成分，達到生津止渴和增進身體健康為目的。

（二）飲料的功能

1、消暑解渴

2、醒神興奮

3、味感需要

4、補充營養

5、保健療效

（三）飲料的分類由于消費習慣、生產工藝、包裝形式各異，從而導致分類方法各異，至今尚無世界統一的分類標準。主要有兩種分類方法：

1、按是否含酒精分為兩類：含酒精飲料（硬飲料）：包括啤酒、果露酒、葡萄酒、黃酒、蒸餾酒等。不含酒精飲料（軟飲料）：并非完全不含酒精，如香精的溶劑、發酵飲料等均可能含有微量酒精。

2、按產品組織形態分為三類：固體飲料：是指水分含量在5%以下，具有一定形狀，經沖溶后才能飲用的飲料。共態飲料：是指那些既可是固態，又可是液態，在形態上處于過渡狀態的飲料。液態飲料：是指那些固形物含量為5%--8%（濃縮者達30%--50%），無一定形狀，容易流動的飲料。（四）軟飲料的分類何為軟飲料，國際上無明確規定，一般認為不含酒精的飲料即為軟飲料（softdrinks）。但各國規定差異較大。美國軟飲料法規規定為：軟飲料是指人工配制的，酒精（用作香精等配料的溶劑）含量不超過0.5%的飲料。但不包括果汁、純蔬菜汁、乳制品、大豆乳制品、茶葉、咖啡、可可等以植物性原料為基礎的飲料。

日本沒有軟飲料的概念，稱為清涼飲料。包括：碳酸飲料、水果飲料、固體飲料，與美國法規差異最大的是將天然果汁列入軟飲料，但又不包括天然蔬菜汁。

英國法規定義為“任何供人類飲用而出售的需要稀釋或不需要稀釋的液體產品”。包括：各種果汁飲料、汽水（蘇打水、奎寧汽水、甜化汽水）、姜啤以及加藥或植物的飲料；不包括水、天然礦泉水（包括強化礦物質的）、果汁（包括加糖和不加糖的、濃縮的）、乳及乳制品、茶、咖啡、可可或巧克力、蛋制品、糧食制品（包括加麥芽汁含酒精的，但不能醉人的除外）、肉類、酵母或蔬菜等制品（包括番茄汁）、湯料、能醉人的飲料以及除蘇打水外的任何不甜的飲料。歐盟其它國家的定義與英國基本相似。中國GB10789-1996規定：軟飲料是指不含乙醇或乙醇含量小于0.5%的飲料制品。又稱不含酒精飲料或非酒精飲料。

根據BG10789-1996，按照原輔料或產品形式的不同，將軟飲料分為以下十類。

1、碳酸飲料類

2、果汁（漿）及果汁飲料類

3、蔬菜汁飲料類

4、含乳飲料類

5、植物蛋白飲料類

6、瓶裝飲用水類

7、茶飲料類

8、固體飲料類

9、特殊用途飲料類

10、其他飲料類

二、我國軟飲料工業的現狀與發展前景

（一）經濟地位和現狀

1、我國軟飲料行業改革開放以來取得的成就

（1）產量大幅度增長（2）質量穩步提高（3）品種豐富多彩、包裝不斷更新、設備日益完善（4）生產規模化、企業集團化、產品名牌化初見成效（5）管理水平逐步提高，各類標準逐漸完善

2、我國軟飲料工業發展中存在的主要問題

（1）發展的總體起點不高，企業規模普遍較小，專業化程度低，技術裝備落后，產品質量低，經濟效益差。（2）品種仍嫌單調，結構不合理，假冒偽劣現象嚴重。（3）國家投入偏少，企業包袱沉重，資金短缺。（4）以可口可樂、百事可樂為代表的外資企業的嚴重沖擊。（5）布局不合理，發展不平衡。（6）專業技術人才缺乏，企業研發能力弱。

（二）我國軟飲料行業的發展前景

1、發展前景我國軟飲料的生產消費與發達國家比較，存在較大差距，目前我國年人均消費量約10kg，僅為世界平均水平的1/4，美國的1/30，因而發展前景誘人。更不說還可開拓國際市場。2、發展方向與戰略目標當今世界對食品和飲料的總體要求，可以歸納為：“四化”—多樣化、簡便化、保健化、實用化。“三低”—低脂肪、低膽固醇、低糖。“二高”—高蛋白、高膳食纖維。“一無”—無添加劑(防腐劑、香精、色素等)。

面對我國已加入WTO，全球經濟一體化的現狀，我們應充分利用和發展我國可利用的豐富資源優勢，遵循天然、營養、同歸自然的發展方向，適應消費者對飲料多口味的需要，積極發展果蔬汁、植物蛋白飲料、飲用天然礦泉水、乳、茶等天然飲料，并繼續改進飲料包裝，大力推廣飲料主劑“集中生產，分散罐裝”的產業政策。以名優產品為龍頭，形成主劑生產廠與灌裝廠專業化協作。重點扶持名優產品，發展適銷對路產品，打造我國飲料的民族品牌，積極開拓國際市場。

三、軟飲料工藝學的主要研究內容

軟飲料工藝學是食品工藝學的一個分支，是一門應用學科。是根據技術上先進、經濟上合理的原則，研究軟飲料生產中的原材料、半成品和成品的加工過程和工藝方法的一門學科。軟飲料工藝學不是一門簡單的技藝學問，它需要生物學、化學、物理學、數學、食品微生物學、食品工程原理、食品機械與設備等諸多學科相關知識的融會貫通和靈活應用。要求學生素質和能力的綜合體現。推薦參考書目

1、邵長富、趙晉府主編《軟飲料工藝學》，輕工出版社

2、吳永嫻、蔣和體編著《軟飲料工藝學》，成都科大出版社

3、田呈瑞、張富新主編《軟飲料工藝學》，陜西科技出版社

4、閻進福編，《飲料學》，經濟日報出版社

5、楊桂馥、羅瑜編著《現代飲料生產技術》，天津科技出版社第一章軟飲料用水及水處理【教學目標】1.了解水質對軟飲料品質的影響

2.熟悉軟飲料用水對水質的基本要求

3.掌握水處理的基本原理和常用方法第一節軟飲料用水的水質要求一、水源的分類及特點

（一）地表水是指地球表層表面所存積的天然水，包括江、河、湖、池、庫等所存在的水。其特點為：

1、礦物質含量少；

2、硬度低，一般為1.0-8.0mmol/L；

3、常含泥沙、水草、腐植質、鈣鎂鹽、微生物等雜質。

（二）地下水經過地層的滲透、過濾，進入地層并存積在地層中的天然水。其特點為：

1、礦物質含量多，含鹽量高，一般達100-500mg/L；

2、硬度大，一般為2-10mmol/L，甚至達10-25mmol/L；

3、泥沙、腐植質、鈣鎂鹽、微生物等雜質含量少，水質較澄清。

（三）自來水已經過水處理，達到飲用水標準，飲料廠水處理較簡單，但水價較高，小型工廠多采用。二、水中的雜質及對飲料生產的影響

（一）天然水中雜質的特征

天然水中的雜質按其微粒分散程度可分為三類：懸浮物、膠體和溶解物。

1、懸浮物是指粒徑大于200nm的微粒，其特征為：（1）使水質混濁，靜置后自行沉降；（2）主要成分是泥沙等無機物、懸浮生物和微生物；（3）造成飲料沉淀，影響CO2溶解，影響風味，甚至導致產品變質。

2、膠體粒徑大小在1-200nm的微粒，其特征為：

（1）具有光束通過被散射而成混濁的丁達爾現象；（2）具膠體穩定性，粒子間帶相同電荷互相排斥而不能自行沉降；（3）多數是無機膠體（如硅酸膠體和粘土），由許多離子和分子聚集而成，是造成水混濁的主要原因。少數是有機膠體（如蛋白質、腐殖質等），是造成水帶色的主要原因。

3、溶解物粒徑在1nm以下，以分子或離子狀態存在于水中的微粒。（1）溶解性鹽類：其在水中的總含量稱為“礦化度”或“鹽度”。

（2）溶解性氣體：可能影響飲料的風味和色澤。

（二）水中雜質對飲料生產的影響

1、水的硬度是指水中存在的金屬離子沉淀肥皂的能力。硬度的大小由水中所含的Ca2+、Mg2+的多少決定。

（1）硬度的分類分為：總硬度、暫時硬度和永久硬度。

暫時硬度（碳酸鹽硬度），主要是水中的Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2和MgCO3等鹽類，經加熱大部分可變成溶解度很小的碳酸鹽或氫氧化物沉淀而除去。永久硬度（非碳酸鹽硬度）是指水中的非碳酸鹽如CaCl2、MgCl2、CaSO4、MgSO4造成的硬度。加熱煮沸不能沉淀。總硬度=暫時硬度+永久硬度，計算公式如下：

[Ca2+][Mg2+]

總硬度=————+————（mmol/L）

40.0824.3

（2）硬度的表示方法①德國度（0d）：1L水中含有相當于10mg的CaO，定義為1德國度（10d）。我國的表示方法與德國同。

②美國度（mg/L）：1L水中含有相當于1mg的CaCO3，稱為1美國度（mg/L）。

③法國度（0f）：1L水中含有相當于10mg的CaCO3

，稱為1法國度（0f）。

④英國度（0e）：1L水中含有相當于14.28mg的CaCO3

，稱為1英國度（0e）。

⑤通用硬度（mmol/L）：1L水中含有相當于1mmol（100.08mg）的CaCO3

，稱為1通用硬度（mmol/L）。換算關系：1通用硬度=2.804德國度=50.045美國度

2、水的堿度

水的堿度是指水中能與H+結合的物質的總量。主要由NaOH、Ca（OH）2、NH3、碳酸鹽、碳酸氫鹽、硅酸鹽、磷酸鹽等構成。在水中以OH-、CO32-、HCO3-、PO43-等離子形式存在，單位以mmol/L表示。其中：

OH-的含量稱為氫氧化物堿度；CO2-3的含量稱為碳酸鹽堿度；HCO-3的含量稱為碳酸氫鹽（重碳酸鹽）堿度。水中OH-、CO2-3、HCO-3的總含量稱為水的總堿度。水中一般不含OH-；CO2-3的含量也較低，只有在有碳酸鈉、碳酸鉀存在而使水呈堿性時，才有CO2-3的存在；此外，OH-和HCO-3不能同時存在，因為二者將結合成碳酸鹽和水。所以天然水中一般只有碳酸氫鹽（重碳酸鹽）堿度。3、水的硬度與堿度的關系總硬度=暫時硬度+永久硬度，總堿度通常與暫時硬度相符。（1）總堿度大于總硬度時，說明水中存在OH-、CO2-3，屬于堿性水；（2）總堿度小于總硬度時，說明水中存在Ca2+、Mg2+的氯化物，基本上不存在OH-、CO2-3，屬于非堿性水。如果Ca2+、Mg2+和OH-、CO2-3同時存在，則會發生沉淀。（3）總堿度等于總硬度時，說明水中只含有Ca2+、Mg2+的碳酸氫鹽。4、水的硬度與堿度對軟飲料生產的影響

（1）硬度的影響：鈣鎂離子與有機酸反應產生沉淀，影響產品感官；非碳酸鹽硬度過高時，使飲料出現鹽味；在加工容器、管道、鍋爐內形成水垢。（2）堿度的影響：與金屬離子反應形成水垢，并產生不良氣味；和有機酸反應，改變飲料的糖酸比與風味；影響碳酸飲料的二氧化碳溶解量；使飲料酸度下降，造成微生物感染；生產果汁型碳酸飲料時，與果汁的某些成分發生反應，產生沉淀。

三、軟飲料用水的水質要求

水是軟飲料生產最主要的原料，占80%-95%，水是質量好壞直接影響產品質量，因此，保證軟飲料用水的質量極為重要。軟飲料用水除符合GB5749-85生活飲用水衛生標準（表1-5）外，還應強調如下指標，見表1-6。第二節軟飲料用水的水處理如前所述，從表1-1可見軟飲料用水要求極為嚴格，對不符合要求的水，必須進行水處理，以改良品質，達到要求。在進行水處理前，首先要對水質進行全面分析，了解水中雜質的種類、狀態，并確定用水量，從而合理選用水處理的工藝、設備。水處理的工藝步驟一般為：

一、混凝沉淀

混凝——是指在水中加入某些溶解鹽類，使水中的細小懸浮物或膠體微粒互相吸附結合而成較大顆粒，從水中沉淀下來的過程。這些溶解鹽類稱為混凝劑。機理：一方面混凝劑溶解于水后，帶與懸浮物或膠體微粒等雜質相反的電荷，能中和其電性；另一方面是吸附作用。

（一）混凝劑鋁鹽：如明礬、硫酸鋁、堿式氯化鋁等。鐵鹽：如硫酸亞鐵、硫酸鐵、三氯化鐵等。

（二）助凝劑助凝劑是指為了提高混凝效果，加速沉淀，在混凝沉淀時加入的輔助試劑。它本身不起混凝作用，僅幫助絮凝的形成。常用的助凝劑有：活性硅膠、海藻酸鈉、CMC、粘土、聚丙烯酰胺（PMA）、聚丙烯等以及用來調節pH的石灰、碳酸鈉、氫氧化鈉等。

（三）混凝條件的確定在確定混凝條件時，應先作小試，并主要考慮以下因素：（1）原水的狀況，包括水溫、pH值及其他理化性質；（2）混凝劑的性質及添加量；（3）助凝劑的性質及添加量；（4）混凝沉淀的設備、裝置狀況；（5）混凝沉淀的工藝操作。二、水的過濾

（一）過濾的原理

原水通過多孔介質及由介質組成的具有空隙結構的濾層時，水中的一些懸浮物、膠體等雜質被截留在空隙中或介質表面，使水得到凈化，這一過程稱為水的過濾。水的過濾是一系列不同過程的綜合，包括阻力截留、重力沉降和接觸吸附。

1、阻力截留當原水自上而下通過過濾介質（濾料）時，直徑較大的懸浮雜質首先被截留在過濾介質的空隙之間，使過濾介質表層的空隙越來越小，從而截留更多的雜質，并在濾層表面逐漸形成一層由截留顆粒組成的新的濾層，該濾層同樣起到過濾作用。阻力截留作用發生在濾料的表層。

2、重力沉降過濾介質及其所構成的濾層提供了巨大的沉降面積，如1m3粒徑為5X10-4m的球形砂粒，可提供400m2的有效沉降面積。重力沉降作用發生在濾料層各濾料顆粒的表面。

3、接觸吸附過濾介質因吸附帶電微粒而帶新的電荷，從而具有新的吸附作用，而達到除去水中雜質的目的。據報道：砂粒在水中帶負電荷，能吸附鐵、鋁及硅酸鹽等帶正電荷的的膠體微粒，形成帶正電荷的薄膜，進一步吸附粘土及其他有機物等帶負電荷的微粒。接觸吸附作用發生在整個濾料層，尤以深層為多。

（二）過濾介質過濾介質是保證過濾作用的重要條件之一，其性能與結構直接影響過濾和凈化的質量。對過濾介質的基本要求是：（1）應具有足夠的化學穩定性；（2）應具有足夠的機械強度；（3）不溶于水；（4）不產生有毒、有害物質。常見的過濾介質有：砂粒、石英砂、磁鐵礦石、無煙煤、活性炭、玻璃纖維、石棉、紙板等。

（三）過濾的形式

1、池式過濾

是指將過濾介質（濾料）填于池中的過濾形式。其特點是：含污能力大（以kg/m3表示），水處理能力大(以m3/m2.h或m3/h表示)。濾料層應有足夠的空隙率和適宜的級配。所謂空隙率是指濾料的空隙體積與整個濾層體積的比值。通常石英砂為0.42，無煙煤為0.5-0.6。級配是指濾料粒徑范圍及在此范圍內各種粒徑的數量比例，常用不均勻系數K表示。

d80K=————d10

式中：d80——通過濾料質量80%的篩網孔徑；

d10——通過濾料質量10%的篩網孔徑。

K值大，濾料粒徑差異大，空隙率小，過濾效果差，且沖洗更新時過大的顆粒沖不動，過小的顆粒則易流失；K值小，說明濾料粒徑比較均勻一致，過濾效果較好。一般普通快濾池的K值為2-2.2。

2、砂濾棒過濾砂濾棒又稱砂芯，其過濾原理是利用中空的多孔陶瓷濾芯的作用，除去已經過預處理的水中殘留細微雜質和大多數微生物的過程。砂濾芯有棒狀和板狀兩種類型，我國主要用棒狀，國外大多用板狀。使用砂濾棒時應注意：（1）應控制適當的壓力大小；（2）長時間連續過濾后，應對砂濾棒進行沖洗、消毒；（3）沖洗可用反向水沖，并借助毛刷或鋼絲球刷洗干凈濾棒表面水垢；消毒通常用10%的漂白粉溶液浸泡30分鐘左右，或用75%的酒精浸泡殺菌。對于以自來水為原水的飲料廠，水處理可不行混凝沉淀，而直接采用砂濾棒過濾器過濾。

3、活性炭過濾活性炭具多孔性，可吸附異味，除去各種雜質，其“活性位”還能起催化作用，吸附過量的余氯（反應式見P24），因此廣泛應用。活性炭使用一段時間后需要進行清洗再生。生產上常將活性炭過濾器與砂濾棒過濾器串聯使用。活性炭具有腐蝕性，一般用不銹鋼容器盛裝。

4、其他過濾裝置（1）鈦棒過濾器（2）化學纖維蜂房式過濾器（3）大孔離子樹脂過濾器三、硬水的軟化

（一）石灰軟化法

是飲料工業中常用的硬水軟化法，主要有石灰軟化法、石灰-純堿軟化法、石灰-純堿-磷酸三鈉軟化法等三種方式。

1、石灰軟化法適用范圍適用于碳酸鹽硬度較高，非碳酸鹽硬度較低的水；不要求高度軟化的水；作為離子交換法的前處理。軟化原理

CaO+H2O→Ca（OH）2

（生石灰→熟石灰）aCa（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2ObCa（OH）2+Ca（HCO3）2→CaCO3↓+H2OcCa（OH）2+Mg（HCO3）2→CaCO3↓+Mg（OH）2↓dCa（OH）2+MgCO3→CaCO3↓+Mg（OH）2↓e

Ca（OH）2+NaHCO3→CaCO3↓+Na2CO3+H2Of

反應式a除去了二氧化碳，有利于c、d、e的進行，f是水中堿度大于硬度時才會出現。石灰軟化法除除去碳酸鹽硬度外，還可除去部分鐵和硅的化合物。石灰添加量

56DX（Hca+HMg+CO2+0.175）公式法：G=—————————————KX103

式中：G——石灰消耗量（kg/h）；56——CaO的摩爾質量；D——軟化水量（t/h）；Hca——原水中的鈣硬度（mol/L）；HMg——原水中的m鎂硬度（mol/L）；CO2——原水中游離CO2量0.175——石灰的過剩量；K——石灰的純度。經驗法：每降低一噸水中的暫時硬度10，需加CaO10g，每降低水中CO2濃度1mg/L，需加CaO1.27g。

經石灰軟化后，一般可將碳酸鹽降至0.2-0.4mmol/L，堿度降至0.4-0.6mmol/L，原水中的鐵殘留量小于0.1mg/L。

2、石灰純堿（蘇打）軟化法

適用范圍用于總硬度大于總堿度的水，對鈉鹽含量要求不高的水。軟化原理石灰除去碳酸鹽硬度，蘇打除去非碳酸鹽硬度。反應式見P27。純堿（蘇打）消耗量

106XD（H永+a）經驗公式：G=——————————E

式中：G——純堿消耗量（g/h）；D——軟化水量；106——Na2CO3的摩爾質量；a——純堿的過剩量（mol/L）；E——純堿的純度（%）。

3、石灰-純堿-磷酸三鈉軟化法

特點此法以石灰-純堿作為基本軟化劑，以少量的磷酸三鈉作為輔助軟化劑，同時通入蒸汽加熱，并加入混凝劑。方法較新，效果較好。

原理

用石灰-純堿除去大部分鈣鎂離子，殘存的鈣鎂離子則通過與磷酸三鈉反應生產磷酸鹽沉淀除去，從而使水得到軟化。

（二）離子交換法

離子交換法是利用離子交換樹脂的離子交換能力，按水處理的需要交換水中的離子，從而使水達到使用要求的方法。

1、離子交換樹脂的分類一般根據離子交換樹脂所帶的化學功能團的性質進行分類，所帶的化學功能團能與水中陽離子交換的叫陽離子交換樹脂；能與陰離子交換的叫陰離子交換樹脂。由于樹脂上化學功能團的酸堿性強弱程度不同，又可把陽離子交換樹脂分為強酸性和弱酸性樹脂；把陰離子交換樹脂分為強堿性和弱堿性樹脂。見表1-9。2、離子交換樹脂凈化水的工作原理

離子交換樹脂是一種由有機分子單體聚合而成的，具有三維網絡結構的多孔海綿狀高分子化合物。在構成網絡的主鏈上有許多活動的化學功能團，這些功能團由帶電荷的固定離子和以離子鍵與固定離子相結合的反離子所組成。樹脂吸水膨脹后，化學功能團上結合的反離子與水中的離子進行交換，從而除去水中需要除去的離子。反應式見P29。生產中一般將幾組離子交換樹脂串聯使用，經幾組樹脂反復處理后，水的硬度和堿度都能得到較好控制。含鹽量可降至5-10mg/L以下，硬度接近0，pH值近中性。

3、離子交換樹脂的交換性能

（1）交換容量指一定數量的樹脂可交換離子的數量，分為：全交換容量（E全）——樹脂交換基團所有可交換離子全部被交換時的交換容量。數值上等于交換基團中陰（陽）離子總數，單位為mg/ml（濕樹脂）或mg/g（干樹脂）。工作交換容量（E工）——樹脂在動態工作狀態下的交換容量。單位為mg/ml（濕樹脂）或mg/g（干樹脂）.。（2）交換性能離子交換樹脂對于水中不同離子的交換能力是不相同的，易于吸附某些離子而難于吸附另一些離子，也就是說具有離子交換的選擇性。一般說來，在常溫、低濃度下，離子所帶的電荷越多，越容易被吸附交換，如三價離子比二價離子易被吸附；同價離子原子量越大，則越容易被吸附；但在高濃度下，樹脂的選擇吸附性消失。

4、離子交換樹脂的再生陽離子樹脂多用鹽酸浸泡清洗再生，也可用5%以下的硫酸溶液再生。陰離子樹脂則多用氫氧化鈉再生，對于高交換量、易再生的弱堿性陰離子樹脂也可用純堿、氨水進行再生。

（三）反滲透法反滲透法是60年代發展起來的一項新型膜分離技術，對于原水中的有機物、金屬氧化物、微生物及膠體物質具有較強的去除能力。

1、反滲透的基本原理

1.1基本原理

半透膜是只能讓溶液中的溶劑單獨通過而不讓溶質通過的選擇透性膜。當用半透膜隔開兩種不同濃度的溶液時，稀溶液中的溶劑就會透過半透膜進入濃溶液一側，這種現象叫滲透。由于滲透作用，溶液的兩側在平衡后會形成液面的高度差，有這種高度差所產生的壓力叫滲透壓。如果在濃溶液一側施加一個大于滲透壓的壓力時，溶劑就會由濃溶液一側通過半透膜進入稀溶液中，這種現象稱為反滲透。P34圖1-1。

反滲透作用的結果，使濃溶液變得更濃，稀溶液變得更稀，最終達到脫鹽的目的。反滲透主要是利用溶劑或溶質對膜的選擇性原理，在反滲透過程中雖然與膜的微孔孔徑大小有一定關系，但主要取決于膜的選擇性。當膜表面孔的直徑小于溶劑分子或溶質分子直徑時，溶質依然可以分離，這說明篩分過濾原理對反滲透是不適用的。反滲透膜的選擇透過性與組分在膜中的溶解、吸附和擴散有關，除與膜孔的大小、結構有關外，還與膜的化學、物理性質有密切關系，即與組分和膜之間的相互作用密切相關。由此可見，反滲透分離過程中化學因素（膜及其表面特性）起主導作用。1.2反滲透膜的分離（脫鹽）機理自20世紀50年代末以來，許多學者先后對不對稱反滲透膜和離子性滲透膜提出了多種透過機理和模型，不同程度地解釋了膜的透過現象，主要有以下幾種。①氫鍵理論及擴散模型氫鍵理論最早是由Reid等人提出，該理論認為在醋酸纖維膜中，在壓力的作用下，溶液的水分子和醋酸纖維素的活化點——羰基上的氧原子形成氫鍵，原來水分子間的氫鍵斷開，解離出來的水分子轉移到下一個活化點并形成新的氫鍵，通過這樣一連串的氫鍵形成與斷開，使水分子離開膜表面的致密活性層而進入膜的多孔層，導致毛細管水過量，這些過多的水分子便自由地流出膜外。

氫鍵理論指出，用作反滲透的膜材料必須是親水性的并能與水形成氫鍵，水在膜中的遷移主要是依靠擴散作用。氫鍵理論的不足之處在于將水和溶質在膜中的遷移僅歸結于氫鍵的作用，而忽略了溶質——溶劑——膜材料之間的各種相互作用。另外，溶質在孔壁與孔中心部位的流動情況有很大的差別，不同的流動類型會造成不同的分離特性。②優先吸附——毛細孔流動理論

Sourirajan提出了優先吸附—毛細孔流動理論。以氯化鈉水溶液為例，當溶液與高分子多孔膜接觸時，膜的界面性質使膜的表面能選擇性的優先吸附水而排斥氯化鈉，于是在膜與界面附近的溶液濃度急劇下降，界面上形成一層被膜吸附的純水層。在外界壓力作用下，優先吸附的水通過膜，溶質則滯留下來從而達到脫鹽的目的。圖19為優先吸附-毛細孔流動理論模型（表面力-孔流動模型）示意圖。顯然這種現象與界面的物理化學作用有關。優先吸附——毛細孔流動理論給出了選擇和制備反滲透膜的依據，即膜材料對水要優先選擇性地吸附，對溶質要有選擇性地排斥。③溶解擴散理論

Lonsdale和Riley等用擴散理論解釋了反滲透現象。該理論假定膜是無缺陷的“完整膜”，溶劑與溶質透過膜的機理是由于溶劑與溶質在膜中溶解，再在化學位差的推動下，從膜的一側向另一側擴散，這種擴散服從菲克（Fick）定理，即物質的透過率取決于擴散系數及其在膜中的溶解度。溶質的擴散系數一般都較水分子的擴散系數小得多，因此，在外壓下水分子在膜中的擴散速度比溶質的擴散速度快得多，故水分子的透過率也大得多。此理論是將膜定義在完整膜（實質是指均質膜）的基礎上，它忽略了膜結構對膜性能的影響。另外，用溶質擴散理論還不能解釋有些膜材料對水具有高吸附性和低滲透性，而另一些膜材料對水具有低吸附性，對鹽具有高滲透性的現象。④擴散—細孔流理論

Sherwood等提出了擴散—細孔流理論。該理論認為膜的表面存在細孔，水能透過細孔，溶質也能通過溶解擴散透過細孔。膜的透過特性取決于細孔流及水、溶質在溶脹膜表面中的擴散系數。通過細孔的溶液量與整個膜的透水量之比愈小，同時水在膜中的擴散系數與溶質在膜中的擴散系數之比愈大，則膜的選擇性就愈好。該理論對透過現象的解釋介于溶解擴散理論與優先吸附—毛細孔流動理論之間。⑤自由體積理論

Yasauda等提出了膜的自由體積理論。膜的自由體積包括聚合物的自由體積和水的自由體積兩部分。聚合物的自由體積——是指在無水溶脹的無規則高分子線團堆筑而成的膜中，未被高分子占據的空間；水的自由體積是指在水溶脹的膜中純水所占的空間。水可以在膜的自由體積中遷移，而鹽只能在水的自由體積中遷移，從而使膜具有選擇性。膜的自由體積并不是膜結構中固定的孔洞而是水溶脹性膜中由于高分子運動起伏波動而產生的孔隙和孔道，它們的尺寸、形狀可以連續變化，水在這些空隙和孔道中遷移。不過有些研究卻表明：膜的含水率與膜的透過特性無良好的相關性。

2、反滲透膜的性能

反滲透膜對水中各種雜質的去除能力見表1-10，各種膜的透水量和脫鹽性能見表1-11。表1-10反滲透膜對雜質的去除能力離子去除率(％)離子去除率(％)離子(或雜質)去除率(％)Mn2+Al3+Ca2+Mg2+Na+K+NH4+95～9995～9992～9992～9975～9575～9370～90S042-C032-P043-F-HCO3-Cl-SiO2-90～9980～9590～9985～9580～9580～9575～90N02-B02-微粒細菌有機物(分子量﹥300)--50～7530～50999999

--表1-11各種膜的透水量與脫鹽能力膜種類測試條件（Mpa）透水量(m3/m2.d)脫鹽率（%）2.5醋酸纖維素膜3醋酸纖維素超薄膜3醋酸纖維素中空纖維膜醋酸丁酸纖維素膜2醋酸和3醋酸纖維混合膜醋酸甲基丙烯酸纖維素膜醋酸丙酸纖維素膜芳香聚酰胺膜芳香聚酰胺中空纖維膜聚苯并咪唑膜多孔玻璃膜磺化聚苯醚膜氧化石墨膜1%NaCl（15.2）海水(10.13)海水(6.08)海水(10.13)3.5%NaCl(10.13)3.5%NaCl(10.13)3.5%NaCl(10.13)3.5%NaCl(10.13)1%NaCl(15.2)0.5%NaCl(14.19)3.5%NaCl(12.16)苦咸水(7.60)0.5%NaCl(14.19)0.301.00.040.480.440.330.480.640.020.651.01.150.049999.899.899.499.799.799.599.599958898913.反滲透器的特點及對水質的要求類型優點缺點應用范圍板框式結構緊湊牢固，可使用強度較高的平板膜，能承受高壓，性能穩定，工藝成熟，換膜方便。液流狀態較差，易堵塞，不易清洗，容易造成濃差極化，設備費用較大。膜的堆積密度較小。適于產水量100T/d以下的水廠及產品的濃縮提純，已商業化。管式料液流速可調范圍大，濃差極化較易控制，流道暢通，壓力損失小，易安裝，易清洗，易拆換，工藝成熟，可適用于處理含懸浮固體、高粘度的體系及能析出固體等易堵塞流水通道的溶液體系。單位體積膜面積小，設備體積大，裝置成本高，管口密封較困難。適于建造中小型水廠及醫藥化工產品的濃縮提純，已商業化。毛細管式毛細管一般可由紡絲法制得，無支撐，價格低廉，組裝方便，料液流動狀態容易控制，單位體積膜面積較大。操作壓力受到一定限制，系統對操作條件的變化比較敏感，當毛細管內徑太小時易堵，因此料液必須經適當預處理。中小型工廠產品的濃縮分離，已商業化。螺旋卷式結構緊湊，單位體積膜面積很大，組件產水量大，工藝較成熟，設備費用低。可使用強度好的平板膜。濃差極化不易控制，易堵塞，不易清洗，換膜困難，密封困難，不宜在高壓下操作。適于大型水廠，已商業化。中空纖維式單位體積膜面積最大，不需外加支撐材料，設備結構緊湊，設備費用低，濃差極化可忽略。膜容易堵塞，不易清洗，原料液的預處理要求高，換膜費用高。適于大型水廠，已商業化。槽條式單位體積膜面積較大，設備費用低，易裝配，易換膜，放大容易單位體積膜面積較大，設備費用低，易裝配，易換膜，放大容易。已商業化。為了使反滲透器順利工作，提高水處理效果，對進入反滲透器的水質有一定的要求，見表1-13。表1-13反滲透器進口水的水質要求

項目取樣點中空聚酰胺膜卷式醋酸纖維膜水溫(℃)pH值濁度(度)污染指數(FI)余氯(mg/L)化學耗氧量(COD、Mn)(mg／L)Fe(mg／L)(Ca2+、SO42-)(mol／L)反滲透進口反滲透進口反滲透進口反滲透進口反滲透進口反滲透進口反滲透進口濃縮水20～354—11<0.5<3<0.1<2<0.1<10-420～304～6<1<50.2～0.5<2<0.1<10-4

4、反滲透器的污染及處理

反滲透器經使用一段時間后，由于膜的污染和膜的老化將導致脫鹽效果變差，壓力損失增大，產水量降低，這時需及時清洗。清洗主要有物理和化學兩種方法。

（1）物理清洗法最簡單的方法是用低壓高速水沖洗膜面30分鐘，此法可使膜的透性得到一定改善，但經短期運轉后會再次降低。采用空氣與水的混合流體沖洗膜面20分鐘，對初期受到有機物污染的膜效果較好。但對嚴重污染的膜效果較差。

（2）化學清洗法根據污染物質的不同，選擇不同的化學試劑。對于無機物（特別是金屬氫氧化物）污染，可用1%-2%的檸檬酸水溶液沖洗，或在檸檬酸液中加入適量氨水，再加鹽酸調整pH至2-2.5后沖洗，或在190L去離子水中加入277g檸檬酸銨，用鹽酸調整pH至2.5-4，將此溶液在膜系統內循環清洗6小時。若將上述溶液加熱至35-400C，沖洗效果更佳。為防止低pH時醋酸纖維膜的水解，可將溶液pH控制4-4.5為好。對于膠體污染，可采用過硼酸鈉、尿素、硼酸、或醇、酚等溶液清洗，也可用濃鹽酸或濃鹽水清洗。對于有機污染，特別是蛋白質、多糖類、和油脂類，可用中性洗滌劑或雙氧水清洗。對于細菌污染，醋酸纖維膜用次氯酸鈉，芳香聚酰胺膜用甲醛清洗。

（四）電滲析法電滲析也是一種膜分離技術，其設備昂貴，成本較高，對膜要求也較高。當水中含鹽量在200-10000mg/L時，可采用此法脫鹽。

1、電滲析脫鹽的基本原理

電滲析是在外加直流電場的作用下，利用陰離子交換膜（簡稱陰膜，只允許陰離子透過而阻擋陽離子）和陽離子交換膜（簡稱陽膜，只允許陽離子透過而阻擋陰離子）的選擇透過性，使一部分離子透過交換膜遷移到另一部分水中，而使一部分水淡化，另一部分水濃縮的工藝過程。其工作原理如圖1-2所示。

電滲析器通電后，兩端的電極表面會發生電化學反應，與普通電極反應相同。以NaCl水溶液為例，反應如下：在陽極室，由于0H-減少，極水呈酸性，并產生性質非常活潑的初生態氧和氯，這些都會對電極造成強烈的腐蝕。所以一定要考慮電極材料的耐腐蝕性。在陰極室，由于H+減少，極水呈堿性，當極水中有Ca2+、Mg2+和HC03-等離子時，則與0H-生成CaC03和Mg（0H）2等水垢，結集在陰極上，同時陰極室還有氫氣排出。

2、電滲析器的結構(1)電滲析器的結構電滲析器主要由膜堆、極區及夾緊裝置三個部分組成。參見圖1-3。膜堆：位于電滲析器的中間，由濃、淡水隔板和陰、陽離子交換膜交替排列構成濃水室和淡水室組成。2)極區:陰、陽極區分別位于膜堆兩側，包括電極和極水隔板，電極與直流電源相連，為電滲析器供電。極水隔板比濃、淡水隔板厚，內通極水，供傳導電流和排除廢氣、廢液之用。電極的形式有板狀、網狀及金屬細棒狀多種。電極材料應耐腐蝕、導電性能好、超電位低、機械強度高、價格便宜且易得。常用的有二氧化釕電極、石墨電極、不銹鋼電極等。3)其他部件：根據需要，在電極室和膜堆之間可設保護室隔板和隔膜。另外，膜堆兩側還應具備導水板，多采用電極框兼作。3、電滲析器對原水的水質要求混濁度≤1mg/L；化學耗氧量≤3mg/L；游離余氯≤0.3mg/L；鐵含量≤0.3mg/L，錳含量≤0.1mg/L；非電解雜質含量少；水溫4-400C范圍內。

4、電滲析器使用的注意事項新膜使用前要在純水和1%的NaOH溶液中各浸泡24h，再用清水洗凈；使用前應沖洗管道、閥門，檢查和調整電流、電壓，啟動時先通水后通電，停機時先斷電后關水；為防止水垢，可適時倒轉電極，或加酸調整濃水pH至4-6；有機污染主要發生在陰膜上，可用堿水或酸液進行清洗；如設備短時停用，應注滿水，防膜干縮，如長期不用，應拆膜清洗晾干保存。四、水的消毒

軟飲料用水經混凝、過濾、軟化等處理后，大部分微生物已隨懸浮物、膠體、溶解物等雜質被除去，但仍有部分微生物存在于水中，為了確保衛生，還應對水進行殺菌消毒。目前國內外常用的水消毒方法主要有：

（一）氯消毒

1、原理氯溶解在水中會分解成次氯酸（HOCL）。次氯酸是弱酸，可分解成H+和次氯酸根（OCL-），此反應可逆。

一般認為氯氣的殺菌作用在于生成的次氯酸，次氯酸是中性分子，可以擴散到帶負電荷的細菌表面，穿過細胞膜而進入細菌體內，由于氯原子的氧化作用，而破壞細菌的某些酶系統，導致細菌的死亡。雖然次氯酸根（OCL-）也帶氯原子，但由于它帶負電荷，不能擴散到細菌表面，也就不能進入細菌體內，因而殺菌作用遠遠比不上次氯酸。氯氣在水中解離生成次氯酸的反應受pH的影響較大，以在pH7以下時殺菌作用較強。2、加氯方法和加氯量

（1）加氯方法：當原水水質差，有機污染多時，在原水過濾前加，耗氯量較大；一般情況下在原水過濾后加，效果好且耗氯量小。（2）加氯量：要考慮作用氯和余氯兩方面。作用氯用于當時殺菌，余氯用于持續殺菌。我國飲用水質標準規定管網末端自由余氯量保持在0.1-0.3mg/L之間。一般總投氯量為0.5-2.03mg/L。

3、常用的氯消毒劑

有效氯——凡能與氧原子直接結合的氯。除氯氣外，常用氯消毒劑還有：（1）漂白粉是氯氣與石灰水作用制得的混合物，市售漂白粉有效氯含量為28%-35%。（2）漂粉（白）精制造方法與漂白粉基本相同，有效氯含量為60%-75%。（3）氯胺是氨分子中的氫原子被氯原子取代后的產物，生產中按比例加入氯劑和氨生產。（4）次氯酸鈉殺菌能力較強，但制造成本較高。（二）紫外線消毒

1、原理紫外線是一種波長在1360-3900?的不可見光線。其中波長小于2000?的稱為真空紫外線，它很容易被空氣吸收，實用價值不大；而波長在2500-2600?的紫外線殺菌效率最高。紫外線的殺菌原理在于：微生物受紫外線照射后，其核酸的結構遭到破壞，影響嘌呤與嘧啶的正常配對，破壞核酸的正常生理功能，從而導致微生物死亡。由于紫外線對水有一定穿透能力，故可用于水的消毒。

2、紫外線殺菌裝置目前多采用可發射波長為2537?紫外線的低壓汞燈和對紫外線透過率90%以上、污染系數小、耐高溫的石英管及外筒、電源系統等組成的裝置。

3、紫外線殺菌器對原水的要求及使用注意事項要求原水色度<15度，濁度<5度，總鐵<0.3mg/L，細菌總數<900個/mL。使用時一是要嚴格控制水的流量；二是要保持紫外燈管周圍的溫度在25-350C；三是應盡量減少燈的啟閉次數，每開關一次會縮短3h壽命，并保持電壓穩定，波動范圍不得超過額定電壓的5%。

（三）臭氧消毒

臭氧（O3）分解成O2和[O]，[O]具有很強的氧化能力，其殺菌作用比氯快15-30倍，還可除去異味、色澤和金屬污染。已在礦泉水、純凈水中應用。復習思考題1.簡述水在軟飲料生產中的重要性。2.簡述軟飲料用水對水質的一般要求。3.什么是水的硬度、堿度，說明水的硬度、堿度對飲料生產的影響。4．硬水軟化的常用方法有那些？分別說明石灰軟化法、離子交換法、反滲透法、電滲析法的軟化原理、適用范圍和注意事項。5．飲料生產上水消毒的方法有那些？分別說明其殺菌原理。

6．以某飲料企業為例，分析水源及其中的雜質類型，設計出水處理方案。

第二章軟飲料常用的輔料

參見教材P48-79，自學。深入學習可參考食品添加劑方面書籍。

本章參考書目：

1、地礦部水文地質研究所編著，《水的分析》，地質出版社，19902、中國食品添加劑協會編著，《食品添加劑手冊》，輕工出版社，19963、天津輕院主編，《食品添加劑》，輕工出版社，1993

第三章碳酸飲料

碳酸飲料——是指含有二氧化碳的軟飲料。俗稱汽水。因含二氧化碳，能使飲料風味突出，口感刺激，給人以清涼舒爽的感覺，是消熱解暑的良好飲品。碳酸飲料是從含氣礦泉水得到啟發而生產的，1820年德國人史特魯夫在世界上首次人工合成含氣礦泉水，1853年后外商建立小型汽水廠，但發展緩慢，改革開放以前，全國年產量僅幾十萬噸，現已達700萬噸左右。第一節碳酸飲料的分類及產品技術要求

一、碳酸飲料的分類（GB10789-1996）

1、果汁型碳酸飲料

是指果汁含量在2.5%以上的碳酸飲料。如各種果汁汽水。具有果實特有的色香味，不僅可消暑解渴，而且還有一定營養，屬大力發展的高檔汽水。2、果味型碳酸飲料是指以食用香精為主要賦香劑或原果汁含量低于2.5%的碳酸飲料。如桔子汽水、檸檬汽水等。主要起清涼解暑作用，營養價值較低，目前產量較大。

3、可樂型碳酸飲料指含有焦糖色素、可樂香精、水果香精或類似有可樂果、古柯葉、白檸檬等辛香果香混合香氣的碳酸飲料。無色可樂（如雪碧）可不含焦糖色素。

4、低熱量型碳酸飲料以甜味劑全部或部分代替糖類的各型碳酸飲料和蘇打水，其熱量不高于75KJ/100mL。

5、其他碳酸飲料除上述四類以外的碳酸飲料，如、姜汁汽水、運動員汽水（能量較高、含氣較低）、沙示汽水等。二、產品技術要求按GB10792-1995執行。第二節碳酸飲料的生產工藝流程一、二次灌裝法（現調式）

酸味劑、色素、防腐劑、香精等添加劑分別溶解過濾↓砂糖→溶解→過濾→殺菌→糖漿調配↓殺菌↓濃度調整↓冷卻

↓

容器→清洗→消毒→檢驗→灌糖漿（第一次灌裝）↓

原水→水處理→冷卻→氣水混合→灌碳酸水（第二次灌裝）二氧化碳→凈化減壓↓瓶蓋→清洗→消毒→封口（壓蓋）→混勻→檢驗→成品

二、一次灌裝法（預調式）

原水→水處理→冷卻→脫氣———

砂糖→溶解→過濾→殺菌→糖漿調配→殺菌、冷卻→定量混合酸味劑、色素、防腐劑、香精等溶解過濾↓二氧化碳→凈化→減壓→冷卻碳酸化↓容器→清洗→消毒→檢驗→灌裝↓瓶蓋→清洗→消毒→封口（壓蓋）↓檢驗↓成品第三節糖漿的制備

糖漿制備的一般工藝流程為：

砂糖→稱重→溶解→凈化過濾→殺菌→冷卻→脫氣→濃度調整→配料→精濾（均質）→殺菌→冷卻→貯存→成品糖漿

一、糖溶液（原糖漿）的制備制備糖溶液首先需要將砂糖溶解，其溶解方法有間歇式和連續式兩種；間歇式又分熱溶和冷溶兩種；熱溶又分蒸汽溶解和熱水溶解兩種。

1、間歇式（1）冷溶：在室溫下把砂糖加到水中攪拌溶解。此法不行加熱，成本低，但耗時長，對砂糖質量要求高，易遭受微生物污染。（2）熱溶：蒸汽加熱溶解：將水和砂糖按比例加到溶糖罐內，通入蒸汽加熱，在高溫下攪拌溶解。優點是溶糖速度快，可殺菌，缺點是直接通入蒸汽會帶入部分冷凝水，影響糖液濃度，夾層鍋加熱則鍋壁溫度較高，攪拌不勻容易粘結或焦化。熱水溶解：用50-550C的熱水攪拌溶解，過濾后用900C的溫度殺菌，再行精濾，冷卻到常溫即可。國內廠家普遍采用。

2、連續式

溶糖全過程連續化、自動化，國外大多采用。效率高，糖液質量好，但設備投資大。

3、溶糖設備與糖液的凈化溶糖設備多采用夾層鍋、冷熱缸、或帶有加熱盤管的容器。食糖溶解成糖液后，必須進行凈化處理，主要方法有：（1）以過濾為主要手段對于高質量的優質白砂糖或飲料專用糖，可采用普通的過濾形式凈化。篩網、濾布、紙漿、棉餅等均可作過濾介質，可根據具體情況采用冷濾或熱濾，常壓過濾或加壓過濾。（2）以吸附為另一手段如果白砂糖質量較差，或生產無色透明的飲料，對糖液色度要求很高，則要用活性炭吸附脫色、硅藻土助濾的辦法。生產上多采用活性炭過濾器和硅藻土過濾機，也可使用糖漿過濾器。二、糖漿（調和糖漿）的調配

根據不同碳酸飲料的要求，在糖液中加入香精、色素、防腐劑、果汁及定量的水等，混合均勻，此過程稱為糖漿的調配。1、物料處理為了使配方中物料混合均勻，所有物料應預先配成一定濃度的溶液，并經過過濾，才能進行混合配料。（1）甜味劑：生產中往往使用兩種或兩種以上的甜味劑，這樣風味更好。值得注意的是，用其他甜味劑代替白砂糖時，飲料的固形物和粘度會下降，口感也會稀薄，必須加入增稠劑。國內多用0.05%-0.15%的CMC，國外多用黃原膠。（2）酸味劑：一般先配成50%的溶液，不同的碳酸飲料用不同的酸味劑。

（3）色素：使用色素時應注意色澤應與名稱相符，并盡量接近天然色澤；使用范圍和使用量應符合GB2760-1996之規定；色素應用煮沸冷卻水或蒸餾水先配成5%的水溶液；溶解色素應采用不銹鋼或塑料容器；色素大多耐光性較差，應避光保存；色素溶液應隨配隨用，并要過濾。（4）防腐劑：碳酸飲料因含過飽和二氧化碳，具有一定的壓力和酸度，故不利于微生物的生長繁殖，一般防腐劑的用量較少，使用量按GB2760-1996執行，并預先配成20%-30%的水溶液。2、糖漿調配的投料順序

投料順序應遵循以下原則：

用量大的先調入，如糖液、水；相互間易發生化學反應的隔開調入，如酸味劑與防腐劑；粘度大、易起泡的配料較遲調入，如乳濁劑、穩定劑；揮發性的配料最后調入。

一般順序如下：糖液→防腐劑→甜味劑→酸味劑→果汁→乳化劑→色素→香精→加水定容

3、調和設備

調和設備一般采用帶攪拌器和容量刻度標尺的不銹鋼配料罐。

4、調和工藝

（1）間歇式：國內多采用此法，又分冷調和熱調兩種。熱調糖漿----用熱溶糖的糖液直接調配，然后冷卻。優點是只經一次加熱就完成了溶糖、調和、與殺菌的全部操作，可節省能源。缺點是破壞風味物質和營養成分，一般只用于果味型的調配，并要選用耐熱香精。冷調糖漿----在常溫下進行調配，然后巴氏殺菌、冷卻。多用于含熱敏性香料多的果汁型飲料的糖漿配制。

（2）連續式：此法配制糖漿，精度可達0.05°Bx，可大量降低原輔料的損耗，且全封閉、全自動操作，衛生狀況好，但設備一次性投資大，國內僅部分大型企業采用。第四節碳酸化

將二氧化碳與水混合的過程稱為碳酸化。是碳酸飲料生產中的重要工藝步驟。二氧化碳在此過程起著非常重要的作用。

一、二氧化碳在碳酸飲料中的主要作用

1、帶出人體內的熱量，清涼解暑；

2、抑制微生物生長，延長貨架期；

3、突出香味，增強風味口感；

4、具有特殊的剎口感，增加對口腔的刺激。

我國大多數飲料廠一般采用鋼瓶裝液態二氧化碳，其質量標準應符合GB1791-1994二、二氧化碳的來源與凈化1.二氧化碳的來源釀造工業的副產品：在釀酒時，常將微生物的發酵作用所產生的二氧化碳氣進行回收、凈化，制得液化碳酸氣，用于制造碳酸飲料。煅燒石灰的副產品：利用碳酸鈣在高溫下煅燒生成氧化鈣，同時排出二氧化碳，將所排出的二氧化碳進行回收、凈化、利用。天然二氧化碳氣：如天然氣氣井中噴出的氣體，其純度可達到99.5%，氣體經過脫硫凈化后，裝入鋼瓶出售。化工廠的廢二氧化碳氣：將焦碳或石油燃燒產生二氧化碳，再將二氧化碳采用碳酸鈉或乙醇胺及其它吸收劑吸收，分離制得純凈的二氧化碳。

中和法生產二氧化碳氣：用硫酸與小蘇打反應，收集其產物二氧化碳。2、二氧化碳的凈化市場上供應的二氧化碳氣，一般是在酒廠釀酒時收集的氣體或者是在煅燒石灰時收集的氣體，這兩種氣體均含有雜質，應當加以凈化，否則會使飲料出現異味。通常在飲料加工前用1%~3%的高錳酸鉀溶液進行氧化水洗，然后將二氧化碳氣通過活性炭過濾器過濾。來源于由中和法生產的二氧化碳氣，可先通過5%~10%的碳酸鈉溶液，以中和氣體帶來的酸霧，再通過5%~10%的硫酸亞鐵溶液，最后通過1%~3%的高錳酸鉀溶液，去掉還原性雜質。來源于化工廠的廢二氧化碳氣，大多是收集了生產合成氨、尿素的過程中所產生的廢氣。這種二氧化碳氣通常帶有顯著的硫化氫味和各種異味。必須經過堿洗、水洗、干燥和用活性炭脫臭處理。凈化后的二氧化碳氣若需液化，則需要將凈化后的氣體首先經過分子篩干燥，再加壓、冷卻液化。

3、二氧化碳的質量標準

液體二氧化碳質量應符合國家標準GB1791一94。其主要要求為:

二氧化碳含量:≥99.0%；氣味:無異常臭味和雜味；酸度:水溶液呈微酸性；油：符合規定。

4、使用中應注意的問題

防止因減壓而造成的影響液態二氧化碳減壓氣化時會吸熱，使得周圍溫度下降，會造成減壓閥凍結、堵塞，因此在減壓閥前要加裝氣體加熱器。

必須注意二氧化碳對人體的影響二氧化碳本身無毒，但空氣中二氧化碳過量時會造成缺氧，對人體有害,如二氧化碳在空氣中的濃度達3％～4％時，引起頭痛，甚至貧血；>15％時，會造成致命性假死；>30％即為致死量。

二氧化碳對飲料風味的影響二氧化碳的溶解量對飲料質量有一定的影響，尤其是對于風味復雜多樣的飲料，二氧化碳含量對其甜酸呈味影響很大，甚至可完全改變風味、口感。例如橙類飲料，含有易揮發的萜類物質，二氧化碳量過大時，會破壞香味而讓人感覺出苦味；二氧化碳量過少時，又會失去碳酸飲料的特色，難以給消費者輕微的刺激，滿足不了消費者的心理需求。三、碳酸化原理

水和二氧化碳的混合過程實際上是一個化學反應過程。即：壓力

CO2+H2O

H2CO3

此過程服從亨利定律和道爾頓定律：

亨利定律：氣體溶解在液體中時，在一定溫度下，一定量液體中的氣體溶解量與平衡時的氣體壓力成正比。

V=HpV—溶解氣體量；p—平衡時的壓力；

H---與溶質、溶劑、溫度有關的常數道爾頓定律：混合氣體的總壓力等于各組成氣體的分壓力之和。式中：pi----氣體分壓；

i=1，2，3…，n即各組分氣體在溫度不變時，單獨占據混合氣體所占的全部體積時對器壁所施加的壓力；

p-----氣體總壓力。四、二氧化碳在水中的溶解度

在一定溫度和壓力下，二氧化碳在水中的最大溶解量叫做二氧化碳在水中的溶解度。此時氣體從液面逸出的速度與從氣體進入液體的速度達到平衡，該溶液稱為飽和溶液。碳酸飲料是二氧化碳的過飽和溶液。關于氣體溶解度的表示方法，我國一般用溶于液體中的氣體體積來表示，對于二氧化碳來說，在一個標準大氣壓（0.1MPa）下，溫度為15.560C（600F）時，1體積水可以溶解1體積二氧化碳。也就是說此時二氧化碳的溶解度為1。二氧化碳在不同溫度、壓力下，溶解度各不相同。二氧化碳的溶解量，歐洲用每升溶液中所含二氧化碳的質量（g/L）來表示。測定碳酸飲料的氣體容積時，應知道測定時的溫度和瓶內壓力。壓力可用專用的汽水CO2測定儀，按GB12143.4（碳酸飲料中CO2的測定方法）測定。瓶內溫度用溫度計測定。根據壓力、溫度值查表求得溶解度。五、影響二氧化碳含量的因素

1、二氧化碳氣體的分壓力溫度不變時，CO2分壓增高，溶解度隨之上升，在0.5MPa以下的壓力時，呈線形關系。在設備允許的條件下，提高CO2壓力可增加溶解量。

2、水的溫度壓力較低時，在壓力不變的情況下，水溫降低，CO2的溶解度增高；反之，溫度升高，溶解度下降。溫度影響常數稱為亨利常數（H）。P.96表3-4

3、氣液接觸面積與時間一般說來，接觸面積越大、時間越長，CO2的溶解量越多。但時間太長生產效率降低，故一般從擴大氣液接觸面積入手，讓水在汽水混合器中分散成噴霧狀或薄膜狀與CO2混合。4、氣液體系中空氣的含量

根據道爾頓定律和亨利定律，各種氣體的溶解量不僅決定于各氣體在液體中的溶解度，而且決定于該氣體在混合氣體中的分壓。在相同的溫度和壓力下，混合氣體中各組分的分壓等于該組分在混合氣體中的摩爾份數和混合氣體總壓力的乘積，而這時混合氣體中某組分的摩爾份數等于它的體積份數。在0.1MPa、200C時，1體積空氣的溶解可減少50倍體積的CO2的溶解。例：0.lMPa、20℃時，1體積水可分別單獨溶解0.88體積的CO2、0.028體積的O2和0.015體積的N2。假設一混合氣體中各組分的體積份數為CO299%、空氣1%(以O20.2%、N20.8%計)，則各組分的溶解量分別為：

CO2的溶解量=0.88×99%=0.8712（體積）

O2的溶解量=0.028×0.2%=0.000056（體積）

N2的溶解量=0.015×0.8%=0.00012（體積）水中溶解空氣的總容積為0.000056＋0.00012=0.000176（體積），CO2在水中的溶解量比沒有空氣時減少了0.88-0.8712=0.0088(體積)。也就是說，每0.000176體積的空氣溶解將排走0.0088體積的CO2，即0.1MPa、2O℃時，1體積空氣溶解于水中可排走50倍體積的CO2。

空氣中的O2有利于微生物的生長，會促使飲料中某些成分氧化。另外由于空氣的存在，灌裝時還會造成起泡噴涌現象，增加灌裝難度，影響灌裝定量的準確性。空氣的來源主要為：CO2氣體不純；水中溶解有空氣；CO2氣路有泄漏；糖漿中溶解有空氣；糖漿混合機及其管線中存在有空氣；糖漿管路中存在有空氣；抽水管線有泄漏等。

脫氧排氣：脫氧排氣一般安排在水冷卻碳酸化之前，或已混合的飲料冷卻碳酸化之前。其形式主要有兩種，即真空脫氧和CO2脫氧。真空脫氧是迫使液體形成霧滴或液膜，并造成負壓，借助液體內部壓力大于外部壓力，使溶解于液體中的O2等氣體逸出排除。

CO2脫氧則是利用水中CO2的溶解度大于空氣的特點，將水或未冷卻碳酸化的飲料在預碳酸化時，使水流從預碳酸化罐頂部噴下，CO2從底部噴入，水中的空氣即被CO2驅除從頂部排出。該方法要求CO2純度極高，故較少采用。5、液體的種類及存在于液體中的溶質

在標準狀態下，CO2在水中的溶解度為1.713，在酒精中為4.329；溶液中的膠體、鹽類有利于CO2的溶解，而懸浮雜質則不利于CO2的溶解。

六、二氧化碳的需要量

1、二氧化碳理論需要量的計算

根據氣體常數lmol氣體在0·lMPa、O0C時為22·41L，因此，lmolCO2，在T0C時的體積Vmol為:則在15.56C時的體積為:故，0·lMPa、l5·56℃時，CO，的理論需要量G理(g)可用下式計算:式中：G理-----CO2理論需要量；

V汽------汽水容量（忽略了汽水中其他成分對CO2溶解度的影響和瓶頸空隙部分