3包装饮用水生产技术.docx

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3包装饮用水生产技术

旧知复习：

饮料用水处理。

课题引入：

矿泉水中含有丰富的常量元素和微量元素，并且本身不含热量，是一个理想的矿物质补充源，矿泉水如何生产呢？

任务二包装饮用水的生产技术

包装饮用水的定义和分类

包装饮用水又称瓶装饮用水，是指密封于容器中，可直接饮用的水。

瓶装是泛指用于装水的包装容器，包括塑料瓶、塑料桶、玻璃瓶、易拉罐、纸包装等。

在瓶装水生产过程中，首先是用玻璃瓶包装，然后才出现塑料瓶、塑料桶包装，目前市场销售的瓶装水以塑料容器为主。

我国正式生产饮料矿泉水是从60年代开始，这几年增长率也都在10%以上。

我国的名优矿泉水──崂山矿泉水、龙川矿泉水等都远销国外。

这几年增长率也都在10%以上。

我国不仅资源丰富，市场潜力也不能低估。

随着人们对矿泉水的保健作用日益加深了解，我国的矿泉水饮料工业将会欣欣向荣，蓬勃发展。

1、饮用天然矿泉水（drinkingnaturalmineralwater）

GB8537-2008定义：

采用从地下深处自然涌出的或经钻井采集的，含有一定量的矿物盐、微量元素或其他成分，在一定区域未受污染并采取预防措施避免污染的水；在通常情况下，其化学成分、流量、水温等动态指标在天然周期波动范围内相对稳定。

2、饮用天然泉水（drinkingnaturalmineralwater）

采用从地下自然涌出的泉水或经钻井采集的、未受污染的地下泉水且未经过公共供水系统的水源制成的制品。

3、其他天然饮用水（othernaturaldrinkingwater）

采用未受污染的水井、水库、湖泊或高山冰川等且未经过公共供水系统的水源制成的制品。

4、饮用纯净水（purifieddrinkingwater）

以符合GB5749-2006的水为水源，采用适当加工方法，去除水中的矿物质等制成的制品。

5、饮用矿物质水（mineralizeddrinkingwater）

以符合GB5749-2006的水为水源，采用适当方法，有目的的加入一定量的矿物质而制成的制品。

6、其他包装饮用水

以符合GB5749-2006的水为水源，采用适当方法，不经调色处理而成的制品，如添加适量食用香精（料）的调味水。

1、矿泉水

矿泉水分为饮用天然矿泉水和饮用矿泉水。

概念前面已有介绍。

（一）饮用天然矿泉水加工

1、天然矿泉水的发展历史

它与普通饮水的明显区别:

●以矿物质、微量元素及其他成分为特征。

●保持原有的纯度，未受任何种类的污染。

●性质和纯度保持一直不变。

●天然矿泉水很少见。

禁止用容器将原水运至异地进行灌装。

矿泉水是以泉水所含盐类成分、矿化度、气体成分、少数活性离子以及放射性成分的多寡来定义的，与泉水、一般地下水是不同的。

一般从地下深部自然涌出的地下水称为泉水。

在科学未昌明的古代，人们所认识的矿泉水，绝大多数是泉水，习惯上也把泉水称为矿泉水，事实上矿泉水与泉水是不同的。

根据产品中二氧化碳含量分为：

含气天然矿泉水、充气天然矿泉水、无气天然矿泉水、脱气天然矿泉水

代表性的天然矿泉水有：

水中金天然矿泉水、依云天然矿泉水、KITSUTA（橘田）水、康师傅天然水、农夫山泉等

远在古代，人类就己经开始利用矿泉水进行浴疗和饮疗了，洗浴和饮用矿泉水有缓解或顶防疾病的作用。

矿泉水作为饮料市场中一员是近百年的事情。

十九世纪后半叶，世界瓶装矿泉水的销售量急剧增加。

欧洲是世界上开发利用矿泉水最早和最发达的地区，在欧洲许多国家作常盛行饮用矿泉水，法国和意大利生户工饮用矿泉水都有一百多年的历史。

多年来产量长期处在世界前列的国家有意大利、法国、德国、西班牙等；1932年我国建立了第一家矿泉水厂----青岛崂山矿泉水厂，也是1980年以前我国惟一的一家矿泉水厂，规摸很小。

随着改革开放，1980年后我国饮用矿泉水的生产得到了迅速的发展，尤其是1990年后是我国饮用矿泉水工业发展的鼎盛时期。

我国矿泉水资源十分丰富，全国已知产地多达3000多处，基本类型是碳酸水、硅酸水和锶水，比较著名的矿泉水有青岛崂山矿泉水、广东龙川矿泉水、黑龙江五大连池矿泉水等至今矿泉水生产企业1000多家，但产量与欧洲相比还有很大的差距。

由于我国的消费市场巨大，近年来一些跨国公司如雀巢、达能也开始在我国建厂生产矿泉水。

2、饮用天然矿泉水的评价

（1）基本研究：

要进行地质勘探，开展矿泉形成和贮存条件的研究，矿泉水资源及动态研究，矿泉水物理-化学特征及运动条件研究，医疗特性的研究，在此基础上着手饮用矿泉水的开发。

（2）化学评价、微生物评价、感官评价

元素普查、水中成分发分析、放射性成分、微生物学检查

（3）评价矿泉水时，水文地质和化学分析工作都是耗费人力物力的，所以不要轻易对一个水流进行评价，更不要凭主观愿望认定任何一种水源为“矿泉水”。

一般水文队对当地水源进行过水文地质调查和水质分析，根据这些材料能初步判明水源是否属于矿泉。

绝大多数泉水都属于淡水，不属于矿泉。

3、天然矿泉水的水源地的保护

①第一区为严格保护区（Ⅰ级保护区）

即在泉（井）外围半径15m的范围内，该范围应有20cm以上厚度的水泥封面，并有一定坡度向外排水；取水点有封闭式建筑物，并有专人管理；严禁无关的工作人员居住或逗留；不得放置与取水无关的设备或物品，禁止建造与矿泉水无关的建筑物；消除一切可能导致矿泉水污染的因素；

②第二区为限制区（Ⅱ级保护区）

即在矿泉水水源、生产区外围不小于30m的范围内，不得设置居住区和工厂、厕所、水坑，不得堆放垃圾、废渣或铺设污水管道，严禁使用农药、化肥，严禁设置可导致矿泉水水质、水量、水温改变的引水工程；严禁进行可能引起含水层污染的经济工程活动；

③第三区为监察区（Ⅲ级保护区），

其范围应根据水源的补给与分布而定，禁止排放工业、生活废水，使水源免受污染；不得有破坏水源地水文地质条件的活动。

4、饮用天然矿泉水的加工工序

工艺流程：

（1）引水

v主要目的：

是在自然允许的情况下，取水方便并得到最大可能流量，同时防止水和气体的损失，防止地表水和潜水的混入，完全排除有害物质和生物的污染，防止物理化学性质发生变化。

矿泉水的引水一般分为地上引水和地下引水两部分。

v要求（注意事项）：

›矿泉水的引水点最好进行封闭，对泉水封闭防止气体损失和有害物质的污染。

›不同种类的矿泉水采取不同的工艺方法，水泵最好用齿轮泵或活塞泵，离心泵容易导致游离二氧化碳的损失。

›水泵、输水管要采用与矿泉水不发生反应的材料，比如不锈钢或耐腐蚀工程塑料等性质稳定的管材。

›不能引水过量，严格按照国家批准许可量进行开采。

（2）曝气

v目的：

是使矿泉水原水与经过净化的空气充分接触，使它脱去其中的二氧化碳和硫化氢等气体，并将低价态的铁、锰离子氧化沉淀，过滤除去。

通常曝气和氧化两个过程同时进行。

v方法：

主要有自动式曝气和强制式曝气。

v注意：

含气量较少，铁、锰离子含量又少的原水无需曝气。

v曝气工艺：

v注意事项：

空气要净化；

曝气后的水质应符合矿泉水标准；

对含二氧化碳的矿泉水，将脱除的二氧化碳净化后在冲入矿泉水中。

除铁锰

▼除铁

铁的存在会使水具有腥味，除去后可改善口味。

矿泉水中铁一般以碳酸氢盐的形式存在，在水与空气接触（曝气）后，碳酸氢亚铁先分解成氢氧化亚铁及二氧化碳。

Fe（HO3）2→Fe（OH）2+CO2

水中CO2被除尽后，碳酸氢亚铁则可以完全分解成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁再与空气中的氧作用，生成氢氧化铁胶粒凝聚沉淀：

Fe（OH）2+O2+H2O→Fe（OH）3

过滤即可除去沉淀物

根据上述原理，首先利用各种曝气方法让矿泉水充分与空气接触，然后通过石英砂过滤，可将水中所含的大部分铁除去

实践证明：

当原水的pＨ值大于６.８，含铁量低于１０ｍｇ／Ｌ，铁呈重碳酸盐态存在时，曝气—石英砂过滤法除铁效果良好，水中剩余的铁可减少到0.３mg/L以下

▼除锰

锰和铁往往同时存在于矿泉水中，多数情况下铁的含量高于锰。

当水中含铁量较高而锰的含量较低时，可使原水先经过曝气，再用天然锰砂过滤，这样既可除去水中的铁，又可除去水中少量的锰，用天然锰砂除锰时的化学反应如下：

MnO2+Mn2++→MnO2·MnO↓（三氧化二锰）+H+

锰砂（ＭｎO2）与Ｍｎ2+结合生成三氧化二锰（ＭｎO2·ＭｎＯ）后便失去除锰性能，需加入氧化剂再生，使二氧化二锰重新变成二氧化锰（ＭｎO2）。

通常用氯作氧化剂，因为氯具有较高的氧化还原电位，且价廉。

氯与三氧化二锰作用的反应式如下：

MnO2·MnO↓+H2O→MnO2+H++Cl-

当矿泉水中铁和锰的含量都较高时，若用天然锰砂同时处理铁和锰，由于

Ｍｎ2+氧化为Ｍｎ4+的氧化电位比Ｆｅ2+氧化为Ｆｅ3+的氧化电位高，铁比锰易于氧化，铁的沉淀物降低了天然锰砂的除锰效果，所以一般采用二次过滤法，即先用曝气-天然锰砂过滤法除去原水中的铁，然后向已除去铁的水中加强氧化剂，用天然锰砂过滤第二次，将水中的锰去除。

当矿泉水中锰含量高、铁含量低时，可采用先曝气，然后加强氧化剂，再用天然锰砂过滤的方法处理，以去除铁和锰。

▼除氟

○饮用天然矿泉水有时也会有氟化物含量超标的情况，此时需采取除氟措施。

常用的降低水中氟化物含量的方法是吸附过滤法。

○吸附过滤法——使含氟化物的水通过活性氧化铝滤料，使氟化物被吸附在活性氧化铝表面而得以除去。

○活性氧化铝是将氧化铝的水合物经４００～６００℃灼烧而成，比一般氧化铝的表面积大，在水中具有离子交换性能。

当活性氧化铝除氟能力降低到一定程度时，可用硫酸铝溶液或硫酸再生。

另外，磷酸三钙颗粒也能作为除氟滤料，当含氟的水通过时，其分子中的羟基会与水中的氟离子进行交换。

利用氢氧化钠的氢氧根离子与磷酸三钙上的氟离子进行交换则可使磷酸三钙再生。

（3）粗滤

v矿泉水过滤的目的是除去水中的不溶性悬浮杂质和微生物，主要为泥砂、细菌、霉菌及藻类等，防止矿泉水装瓶后浑浊变质。

v矿泉水生产中的过滤方法一般包括粗滤和精滤。

粗滤是指采用多介质深层过滤，能截留水中粒度＞0.2μm的悬浮颗粒物质，达到初步过滤的作用。

（1）石英砂过滤

（2）活性炭过滤

（4）精滤

v精滤可以采用砂滤棒过滤或微滤，也有使用超滤的。

v微滤是以静压差为推动力，利用膜的筛分作用进行分离的过程，可以截留细小悬浮物、微生物、微粒、细菌、酵母、红细胞等，操作压力为0.01～0.2MPa，被分离粒子直径的范围为0.08～10μm。

v超滤是以压力为推动力，利用超滤膜的不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程，能有效滤除水中99.99％的胶体、细菌、悬浮物等有害物质。

v微孔过滤使用注意事项。

P19

（5）灭菌

v生产矿泉水的杀菌方法采用臭氧杀菌和紫外线杀菌，其中臭氧的瞬时杀菌效果优于紫外线杀菌，不仅可以消毒，还可以除去水臭、水色以及铁、锰等，现已广泛应用于饮用矿泉水的消毒中。

v瓶和瓶盖的消毒采用双氧水、次氯酸钠、过氧乙酸、高锰酸钾等进行消毒，消毒后用无菌矿泉水冲洗，也可以用臭氧或紫外线进行消毒。

（6）充气

v含CO2气体矿泉水的生产需要充气工序，不含气矿泉水的生产不需要本工序。

充气的目的是指向矿泉水中充入二氧化碳气体。

原水经引水、曝气、过滤和杀菌后，再充入二氧化碳气体或因水质条件特殊不经曝气而直接装瓶。

v充气用的二氧化碳气体可以是从原水分离得到的，也可以是市售饮料专用的。

二氧化碳纯度达99%以上，无色、无臭，水分含量小于0.1%，氢氧化钾小于1%，不得含有一氧化碳、二氧化硫、氢气、氯化氢、氨气、矿物油等物质。

充气时，适当加大二氧化碳压力，降低温度（3~5℃）。

v充气一般在气水混合机中完成，我国规定成品含气矿泉水中游离的二氧化碳含量＞250mg/L。

（7）灌装

v灌装是将杀菌后的矿泉水装入已灭菌的包装容器的过程。

目前生产中均采用在无菌车间内进行自动灌装。

从瓶坯到吹制，再到装水、压盖、贴标、喷码、瓶检、大包装、入库各工序联接，业已形成一条高度连续化、机械化、自动化的灌装生产线，有力的保证了产品的质量和卫生要求。

v灌装方式根据矿泉水产品的类型而有所差异，一般不含气矿泉水采用负压灌装，含气矿泉水采用等压灌装。

v净室（灌装间）达到空气洁净度的细菌数小于30个／m3；

空气可采用紫外线空气消毒净化机，或无毒害化学消毒剂喷雾；

地面采用臭氧水或化学消毒剂消毒；

衣帽、口罩等每班消毒更换，脚踏池用二氧化氯或常规消毒剂即可。

（二）饮用矿泉水

天然矿泉水不是普遍存在的，只是在一些特定的地质构中才能有饮用矿泉水，而且它们的成分也不一定符合理想；另一方面，几乎每个地区都能找到洁净的地下水。

用这种水进行人工矿化，可以制得与天然矿泉水很接近的人工矿泉水。

人工矿化的优点在于不受地区、规模限制，可以生产任何类型的矿泉水。

1、工艺过程

生产人工矿泉水的方法大致有两种：

①直接溶化法。

②二氧化碳浸蚀法。

直接溶化法是40年代以前流行的方法，即在天然水中添加碳酸氢钠、氯化钙、氯化镁等，再充以二氧化碳。

二氧化碳浸蚀法是用二氧化碳溶解碱土碳酸盐矿石。

无论用何种方法制造人工矿泉水，原水水质都一定要好。

1）直接溶化法

（1）工艺流程P51

（2）操作要点

（3）加工中的注意事项

所加入的无机盐必须经过药理检验合格才能使用；

如果生产充气人工矿泉水，在配料调制后，将水冷却到3~5℃再进行精滤、紫外灯杀菌，充入二氧化碳后再灌装封盖。

（4）特点：

▲生产过程简单

配方调整方便

产品成分稳定

▲水中阴离子多

水的pH值偏酸性

无法生产“碱性”矿泉水

2）二氧化碳浸蚀法

（1）原理：

一定压力下，二氧化碳＋粉碎的碳酸碱土金属盐矿石

CaCO3+H2CO3→Ca（HCO3）2

MgCO3+H2CO3→Mg（HCO3）2

（1）工艺流程P52

（2）操作要点P52

原料：

白云石，化学成分为CaMg[CO3]2。

常有铁、锰等类质同象代替镁。

当铁或锰原子数超过镁时，称为铁白云石或锰白云石，山东烟台莱州地区，台湾为主产区；

石灰石；

文石，化学组成：

CaCO3，CaO56.03%，CO243.97%。

常含有锰和铁；又称霰石，与方解石等成同质多象。

著名产地：

世界著名的产地有美国加利福尼亚州（TolinaSprings）和中国的浙江和河北省等地。

珍珠的主要构成物也是文石，海水中也可以直接形成。

设备：

密闭矿化器、密闭循环泵

影响因素：

碱土碳酸盐矿石的粒度

矿石结晶形态

二氧化碳压力

搅拌速度

浸蚀时间

（3）特点

矿泉水主要成分HCO3－，可生产“碱性”矿泉水；

生产过程简单，理论上可制成一切类型矿泉水；

配方调整不方便；

产品成分不稳定（依据矿石而定）；

可能溶出有害成分。

旧知复习：

饮用矿泉水的生产

课题引入：

水的生产工艺比较简单，产品成分也较简单，但是仍然会存在一些质量问题。

二、纯净水的生产

•以符合GB5749的水为水源，采用适当加工方法，去除水中的矿物质等制成的制品。

•衡量纯水纯度的重要指标是电阻率或电导率，饮用纯水的电导率为1-10uS/cm。

•电导率的物理意义是表示物质导电的性能。

电导率越大则导电性能越强。

水越纯净，电导率越低

•饮用纯净水起源于美国，经香港传到深圳、广州，然后才在我国各地兴起。

•1991年我国的第一条饮用纯净水生产线建于深圳，而后，一些大型的饮料企业如正广和、乐百氏、娃哈哈、康师傅、椰风等陆续开始生产纯净水。

•目前我国饮用纯净水的生产已超过了饮用矿泉水，主要是因为纯净水的生产成本低、工艺简单，而且与矿泉水不同，它不需要经过国家有关部门对水源进行考核、评价、鉴定等程序。

•现今市场销售的瓶装纯净水大体可分为通过高温蒸馏而成的蒸馏水和以过滤制造的纯净水等。

1、反渗透饮用纯水生产工艺流程

•除反渗透法外，还可采用蒸馏法，其纯水电导率比反渗透法制取的纯净水要低一些

•但蒸馏法制纯净水能耗高、水的口感没有反渗透的好、不能有效降低水中低分子有机物。

•生产工艺流程为：

原水→砂滤→炭滤→离子交换→一级蒸资→微滤→灌装→封盖。

•具体的生产工艺应该根据水质的情况来确定，我国各地的水质差异较大，因此在考虑饮用纯净水的生产工艺和生产设备时，必须对其水质进行全面分析，才能匹配较为理想的生产工艺和生产设备

•尽管纯净水的生产可以通过电渗析、离子交换、反渗透和蒸馏等多种工艺来进行，但利用不同生产方法加工的纯净水在质量上有较大的差距

2、工艺要点

（1）预处理

●由于反渗透处理装置对进水水质有严格要求，因此水的预处理过程非常重要。

●一般预处理过程包括二道过滤工序，先通过多介质过滤器截留水中的较大的悬浮物和一些胶体物质等，然后通过活性炭过滤器进行吸附脱臭和进一步截留水中的一些微粒物、重金属离子、小分子有机物等

●最后通过保安过滤，是一道精密过滤，为反渗透膜进水前的保安配置，生产中经常选用5μm精度的微滤。

●另外还必须根据需要添加絮凝剂如碱式氯化铝（PAC）或聚丙烯酰胺（FAM）等加速絮凝，添加还原剂亚硫酸氢钠（NaHSO3）还原水中多余的氯，添加六偏磷酸钠鳌合一些铁、铝、钙、镁等离子等。

（3）反渗透

•近年来，纯净水工业得到了迅速发展，这是与膜分离技术的应用密不可分的。

•反渗透技术的应用推动了纯净水生产工艺的变革。

•目前纯净水的生产主要采用反渗透法和蒸馏法，而一般的纯净水是采用反渗透法生产的。

•反渗透法中有时也结合使用电渗析或离子交换，而单独使用电渗析或离子交换法比较少。

膜分离技术

•用天然或人工合成的高分子膜，以外加压力或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶液进行分离、分级、提纯和收集的方法，统称为膜分离法。

•纯净水生产过程，常使用的膜分为4类，即微滤膜（MF）、超滤膜UF）、反渗透膜（RO）和纳滤膜（NF）

•在膜分离发展史上，首先出现的是超滤和微滤，然后出现反渗透和纳滤。

•四者组成一个可分离从离子到微粒的膜分离过程。

•MF能有效地去除细菌，UF能去除全部病毒和部分高分子有机物，RO用于脱除盐，近来开发的NF膜其分离孔径比UF更小，主要用去除低分子有机物和盐类

•纳滤膜分离范围介于反渗透膜和超滤膜之间，操作压力一般为0.5一2.0MPa，能耗较少，运行费用较低，对氯化钠的去除率为50-70%，对有机物的去除率在90%以上。

•微过滤是一种精密过滤技术，介于常规过滤和超滤之间。

•过滤一般分深层过滤和筛网状过滤。

常规过滤多属深层过滤，它所用的介质如纸、石棉、玻璃纤维、陶瓷、布、毡等，都是一些孔形极不整齐的多孔体，过滤时粒子是靠陷入介质内部曲折的通道而被截留，主要用于一般澄清过滤。

•经预处理后的水进入反渗透脱盐系统进行脱盐，主要去除水体中的无机离子及小分子有机物。

•反渗透处理可以根据水的情况采用一级或二级反渗透系统。

•在反渗透之前要检测水的pH值，使其在5.0-7.0，否则需要调整。

（4）灭菌

和矿泉水一样可以通过紫外线、臭氧来完成，也有一些企业通过加热进行杀菌。

•灌装前的精滤工序一般采用0.2um的微滤，可以滤除水中残存的菌体等。

•其灌装工艺、瓶与盖的消毒、生产设备消毒与灌装车间的净化与矿泉水基本相同。

任务三包装饮用水的质量问题及控制方法

一、矿泉水加工中常见的质量问题

（1）变色

发绿现象：

藻类植物和光合细菌中的叶绿素导致发绿，过滤和灭菌处理

发黄现象：

管道和设备生锈导致发黄，优质不锈钢和塑料材质

（2）沉淀

白沉淀：

低温时的白色絮状沉淀是矿物质引起的，如果二氧化碳逸出，会形成

碳酸盐沉淀。

红黄褐色沉淀是铁锰离子含量过高导致的。

（3）微生物

灭菌处理、水源控制、设备消毒、环境卫生、员工卫生

二、其他常见质量问题

1、水变质：

微生物的污染

2、原因

（1）技术因素：

臭氧量，及时调整设备；

与水是否混合完全；

能否达到杀菌剂量及时间、强度。

（2）生产工艺、设施因素：

臭氧灭菌后，要立即灌装。

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（3）卫生因素：

✧管道、罐体造成的原水污染；

✧容器、灌装线设备管道、灌装间空气造成的灌装再污染；

3、防止措施

（1）根据水源特点，设计出合理的生产流程，生产流程应尽量简短

（2）定期对生产全程的管道、容器和过滤器清理和消毒。

对水处理、容器、灌装线只作消毒处理是不够的。

生产水处理，管线必须达到无菌状态，必须采用快速、高效、无毒害残留的灭菌措施；

洁净室（灌装间）达到空气洁净度的细菌数小于30个／m3。

空气可采用紫外线空气消毒净化机，或无毒害化学消毒剂喷雾；地面采用臭氧水或化学消毒剂消毒；衣帽、口罩等每班消毒更换，脚踏池用二氧化氯或常规消毒剂即可。

3、加强自身卫生管理。