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饮用天然矿泉水工艺要求

   

饮用天然矿泉水在欧洲自本世纪30年代起,每年以30%的增长率迅速发展。近几年来,德、意、前苏联等国矿泉水的发展速度正在赶超法国,德国近年来矿泉水的发展速度居欧洲诸国之首。

我国矿泉水资源丰富,但矿泉水饮料在我国仍属于起步阶段,真正受到消费一行重视不过是近几年的事。但随着环境污染的加剧和人民保健意识的增强,饮用天然矿泉水作为一种特殊饮料,必然会受到广大消费者的欢迎而迅速发展起来的。

我国第一家生产矿泉水的厂家是山东青岛汽水厂,它在1984年以前就已开始牛产。1984年以后,各种矿泉水饮料在我国相继发展,先后在全国各地都有了矿泉水生产家。

目前矿泉水饮料在国际市场上总的消费趋势是饮用天然矿泉水占主导地位。在某些国家,名牌矿泉水的销售量甚至超过了可乐类碳酸饮料。人们要求矿泉水低矿化度低等,由于矿泉水所具有的某些特殊功效,以及人们消费观念的不断更新,矿泉水已成为软饮料类中一种发展迅速的产品。

天然矿泉水的定义和分类

(一)定义

我国新制定的国标GB8537—95中对饮用天然矿泉水所作的定义是:

◆饮用天然矿泉水是从地下深处自然涌出的或经人工揭露的、未受污染的地下矿水;

◆含有一定量的矿物盐、微量元素或二氧化碳气体;

◆在通常情况下,其化学成分、流量、温度等动态指标在天然波动范围内相对稳定。我国要求饮用矿泉水中某些成分的最低和最高限量。

各国对矿泉水的定义概括起来主要有以下几点:

◎天然矿泉水是从地下水源矿脉的若干天然露头开发出来的水;

◎水中含有天然无机盐在1000mg以上,或者含游离二氧化碳在250mg/L以上者;

◎对人体生理具有有益健康的特性;

◎矿泉水的微生物特性应符合世界卫生组织饮用水的国际标准。

由此可见,天然矿泉水作为饮用的矿产食品资源,各方面都有严格要求和规定。

(二)分类

目前世界上对矿泉水大致技水温、化学成分、用途、pH值等进行了分类。

1.按水温分类

国际矿产水文学根据泉水温度把矿泉水分为:

冷泉(20℃以下)

低温泉(20~37 ℃)

温泉(37~42 ℃)

热泉(42 ℃以上)

不过各国对温度界限划分不一,名称也不统一。

二.按化学成分分类

天然矿泉水根据其含矿物质的多少可分为:

盐类矿泉水:矿物质含量大于1g/L者称为盐类矿泉水

淡水矿泉水:矿物质含量小于1g/L者称为淡矿泉水

这两类矿泉水又可按它们所含的某种元素如锶、碘、锌或偏硅酸或二氧化碳气体已达到的有关国家的标准再进一步分类,大致可分为:

▼碳酸氢盐型(含量要达到一定标准

▼氯化物型儿一含量要达到一定标准

▼硫酸盐型广含量要达到一定标准

▼生物活性离子型(含等生物活性离子)

▼含氯化物、碳酸氢盐

▼硫酸盐

▼同时含有上述3种盐中的2种的混合盐类矿泉水。

▼而含CO2、H2 S等及放射性气体的矿泉水则称为含气矿泉水。 3.按用途分类

◆医用矿泉水:包括

浴疗(含I、Rn、S、As、H2S等)

饮疗(含Ra、Rn、Fe、I、Zn、Ca、CO2等)两种,饮疗矿泉水必须符合饮用水卫生标准。

◆饮用矿泉水:主要是以矿泉水中的某些特种元素改良土壤。

◆饮料矿泉水:含有人体必需的微量元素或其他对人体有益的矿物质,清洁卫生,不含致病菌和有毒物质,可直接饮用的天然矿泉水。

4.按PH值分类

强酸性矿泉水(PH值2以下)

酸性矿泉水(PH值2~4)

弱酸性矿泉水(PH值4~6 )

中性矿泉(PH值6~7.5)

弱碱性矿泉水(PH值7.5~8.5)

碱性矿泉水(PH值 8.5~10)

强碱性矿泉水(PH值10以上)

三、天然矿泉水的理化特征

(一)矿泉水的化学组成

矿泉水所含的元素由产生矿泉水的不同的地质构造区域所决定。大致上可分为以下几类:

▲ 赋存于花岗岩裂隙中的矿泉水

大都富含偏硅酸,其次还会富含Cu 、Pb、Zn等金属元素及放射性元素Rn,这类矿泉水属低矿化度的淡矿泉水。

▲火山岩类(玄武岩、安山石和凝灰岩等)裂隙中赋存的矿泉水

多为重碳酸钙或重碳酸钙镁型、低矿化度(<500mg/L)、偏硅酸含量较高的淡矿泉水。与花岗岩类中的矿泉水相比,该类矿泉水的特征是具有低含量的氟和氡及高含量的钙、镁和锶。

▲ 赋存于碎屑岩孔(裂)隙内的矿泉

水多数是含偏硅酸和锶的重碳酸钙或重碳酸钙镁水,通常矿化度小于500mg/L。

▲赋存于碳酸岩溶蚀孔(裂)隙中的矿泉水

多为重碳酸硫酸钙和重碳酸钙镁水,随着温度的升高逐渐演变为重碳酸钠钙或重碳酸硫酸钠钙型水。这类矿泉水还常含有锶及偏硅酸,矿化度较高,大多超过500mg/L。

▲赋存于沉积盆地内的矿泉水

成分是从盆地边缘由重碳酸钠型逐步过渡为重碳酸氯化钠型和氯化钠型。该类矿泉水多为温泉,矿化度大于500mg/L,以含有溴、 碘为主要特征,同时含有锶、钾、偏硅酸等成分。

矿泉水中溶解的元素一般分为:

大量的元素,包括K、Na、Ca、Mg、Fe、Al、Cl、S、N、O、H、C、Si

较少的元素,包括Li、S、Ba、Pb、Ni、Zn、Mn、Cu、Br、I、F、B、P、As、

稀有元素,包括Cr、Co、U、Ni、Ga、Ge、Zr、Ti、V、Hg、Bi、Cd、W、Se、Mo、Ag、Au、Pt、Sn、Sb

放射性元素,包括 Ra、Th、Rn等。

矿泉水中所含的矿物质一般较稳定,因为矿泉水流动缓慢,矿物盐可以缓慢地溶解到水中,从而达到某一相对恒定的浓度。

(二)矿泉水气体成分的来源

矿泉水中的气体成分往往是决定矿泉水医疗价值的重要因素,特别是含硫和某些放射性气体的矿泉水的医疗价值更高。另外如含CO2气体的矿泉水则为优良的饮用矿泉水。

矿泉水中气体成分复杂,主要来源于:

水的生化作用(主要有CH4、CO2 、N2 、H2S、NH3、H2 、O2 ,这些气体的形成与微生物对地层结构中的各种有机物的作用有关)

大气的混入(主要是NO2和惰性气体等)

地层高温高压所发生的水的变质作用和放射性物质进入等。在地层高温高压作用下,一些物质进行的化学变化同样也产生了气体,这些气体也可溶解到水中,这类化学变化主要有:

1.气体的转变

2.盐类的溶解

四、饮用天然矿泉水的生产工艺

瓶装饮料矿泉水的生产工艺由矿泉水的引水、曝气、过滤、充气、灌装等工序组成,它涉及到水文、地质、食品卫生、食品机械等诸多方面。

(一)工艺流程

1.不含气体矿泉水的生产工艺流程

水源→抽水→贮存→沉淀→粗滤(砂滤、活性炭过滤) →精滤(微孔过滤等) →紫外线消毒→全自动吹瓶机→灌装→后段包装→检验→成品

2.含二氧化碳矿泉水的生产工艺流程

A.引水

引水工程一般分为地下和地上两部分。

●地下部分主要是指从地下引取矿泉水到地上出口的部分,需对矿泉水进行加固,避免地表水的混入。目前多采用打井引水法。

●地上部分是指把矿泉水从最适当深度引到最适当的地表,并进行后续加工工序的部分。在引水过程中应防止水温变化和水中气体的散失,防止周围地表水的渗入,防止空气中O2的氧化作用及有害物质的污染。

在开采矿泉水的过程中应注意:

★开采不同类型的矿泉水采取不同的工艺,如碳酸型矿泉水因含大量的气体成分而气体的含量随压力的改变而改变,因此要注意防止气体损失,应先了解地质条件后再决定引水方法。

★矿泉水开采量也是应注意的,过度开采会对矿泉水的流量和组成产生不可逆的影响。

★开采矿泉水的水泵和输水管要用与泉水不起反应的材料制成,因为矿泉水对金属腐蚀性极强(如含二价铁的矿泉水与镀锌管接触时可使锌溶解), 这主要是与矿泉水含盐分高,电导率高,电化学腐蚀强度大有关。

还有抽取矿泉水所用的泵以不用离心泵为好,离心泵的大力搅拌会促使CO2大量逸出,一般选用齿轮泵。

★为了避免碳酸型矿泉水中有效成分的过度损失,取水时以自然流动泉水为佳。

★不可采用明渠式采水法,否则会导致矿泉水气体逸散,被有害成分污染等。

B.曝气

矿泉水中除含有CO2及H2S在等多种气体外,还含有多种金属盐类,矿泉水在地层中因受压和不接触空气的原因,气体和盐类以饱和状态溶于水中,开采出来后压力下降,水与空气接触, CO2大量逸出,已溶解的盐类沉淀出来,水的PH值发生变化,由于水中含有H2S在等气体以及铁等金属盐类,装瓶后必然会造成成品矿泉水存在异味和产生氧化物沉淀,影响产品感官质量。为了排除不愉快的气味,避免装瓶后产生氧化物沉淀,降低成品矿泉水中金属离子浓度,在不改变矿泉水的特性和主要成分的条件下,可对瓶装矿泉水采取曝气工艺,即使矿泉水和经过净化的空气充分接触,这样可脱去各种气体, CO2则可在灌装前重新补充,矿泉水硬度下降,达到饮用要求。

曝气工艺有自动曝气和强制曝气

自动曝气

是使矿泉水在一个容器内通过一条或多条装在支管上的喷嘴进行喷洒,自动与空气接触。

强制曝气

是矿泉水在喷洒时,以鼓风机强大气流强制曝气,提高曝气效率。

▼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,当水中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,过滤即可除去沉淀物。

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,这样便可将水中所含的大部分铁除去。工厂实践证明,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。

锰砂(MnO2)与Mn2+结合生成三氧化二锰(MnO2.MON)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(MON2)。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。

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碰到原水中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。

吸附过滤法就是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。

C.过滤

矿泉水过滤的目的是除去水中的不溶性杂质及微生物,以使水质清澈透明,清洁卫生。按前面所讲的水处理形式进行,先砂滤再用砂芯棒精滤然后消毒。 目前诸多厂家在过滤时还使用助滤剂如硅藻土、活性炭等。

另外也可以使用微孔过滤和超滤方法进行精滤。

D.消毒

目前常用的消毒方法是紫外线消毒,因为用紫外线进行水质消毒时,具有接触时间短,杀菌能力强,处理后水无味、无色等优点。

E.充气

目前国内外饮料类矿泉水中有充气和不充气两大类。

充气饮料矿泉水是指矿泉水经过引水、曝气、过滤后再充入CO2气体;

不充气饮料矿泉水则在经过引水、曝气、过滤后直接装瓶。

F.无气产品和含气产品生产工艺中的不同

■无气产品。无气产品生产时看原水是否含气,若不含气而产品又不要求含气可经引水、过滤、杀菌等处理后直接灌装,其中为保证不损失矿泉水中的有益成分,常添加少量的稳定剂。如果原水含H2S、CO2等气体,则要增加一道曝气工艺。

■含气产品。含气产品则是将含CO2的天然矿泉水抽出,在气水分离器中把矿泉和CO2分开,矿泉经净化处理(过滤、消毒)后,重新充入CO2若原矿泉中CO2不够纯净,则需净化或用钢瓶中的CO2 。这种含气产品中常添加100mg/L柠檬酸80mg/L抗坏血酸作稳定剂