第三章 软饮料用水和辅料 第一节 软饮料用水及处理方法 1.水中的污染 (1) 粒子； (2) 可溶性无机物： Ca、Mg、Si，CO2、N、P 等； (3) 可溶性有机物：如除草剂、杀虫剂、气溶胶、 动植物组织腐蚀物； (4) 微生物； 用水质量要求 凡与原料直接接触的用水，应符合饮用水标准。无色、澄清、无悬浮物质、无异味异嗅、无致病细菌、 无耐热微生物及寄生虫，不含对人体健康有害、有毒的物质。 此外，水中不应含有硫化氢、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等，也不应有过多的铁、锰等。 水的硬度也直接影响加工产品的质量。水中钙盐或镁盐的含量决定它的硬度，一般来说，1 升水中含 10mgCaO 或 MgO 叫 1°的水，通常用 CaO 含量表示。 2.水的硬度 水中离子沉淀肥皂的能力，一般指水中 Ca2+、Mg2+盐类的含量。单位 mmol/L 或 mg/L 总硬度： 碳酸盐硬度（暂时硬度）: Ca(HCO3)2、Mg (HCO3)2、 CaCO3、 MgCO3 非碳酸盐硬度（永久硬度）：CaCl2、MgCl2、CaSO4、MgSO4、Ca(NO3)2、 Mg (NO3)2 等 水的总硬度 0 ~ 4°为最软的水， 4 ~ 8°为软水，8 ~ 16°为中等硬度的水，16 ~ 30°为硬水，30° 以上为很硬的水。 硬度过大的水不适宜作加工用水，因硬水中的钙盐与果蔬中的果胶酸结合生成果胶酸钙而使果肉变硬。 镁盐味苦，1 升水中含有 MgO 40mg 便可尝出苦味。 钙、镁盐还可与果蔬中的酸化合生成溶解度小的有机酸盐，并与蛋白质生成不溶性物质，引起汁液混浊或 沉淀。 所以，除蜜饯制坯，半成品保存可用硬度较大的水，以保持果蔬的脆性和硬度外，其它加工品要求水的硬 度不宜过高
第三章 软饮料用水和辅料 第一节 软饮料用水及处理方法 1.水中的污染 (1) 粒子； (2) 可溶性无机物： Ca、Mg、Si，CO2、N、P 等； (3) 可溶性有机物：如除草剂、杀虫剂、气溶胶、 动植物组织腐蚀物； (4) 微生物； 用水质量要求 凡与原料直接接触的用水，应符合饮用水标准。无色、澄清、无悬浮物质、无异味异嗅、无致病细菌、 无耐热微生物及寄生虫，不含对人体健康有害、有毒的物质。 此外，水中不应含有硫化氢、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等，也不应有过多的铁、锰等。 水的硬度也直接影响加工产品的质量。水中钙盐或镁盐的含量决定它的硬度，一般来说，1 升水中含 10mgCaO 或 MgO 叫 1°的水，通常用 CaO 含量表示。 2.水的硬度 水中离子沉淀肥皂的能力，一般指水中 Ca2+、Mg2+盐类的含量。单位 mmol/L 或 mg/L 总硬度： 碳酸盐硬度（暂时硬度）: Ca(HCO3)2、Mg (HCO3)2、 CaCO3、 MgCO3 非碳酸盐硬度（永久硬度）：CaCl2、MgCl2、CaSO4、MgSO4、Ca(NO3)2、 Mg (NO3)2 等 水的总硬度 0 ~ 4°为最软的水， 4 ~ 8°为软水，8 ~ 16°为中等硬度的水，16 ~ 30°为硬水，30° 以上为很硬的水。 硬度过大的水不适宜作加工用水，因硬水中的钙盐与果蔬中的果胶酸结合生成果胶酸钙而使果肉变硬。 镁盐味苦，1 升水中含有 MgO 40mg 便可尝出苦味。 钙、镁盐还可与果蔬中的酸化合生成溶解度小的有机酸盐，并与蛋白质生成不溶性物质，引起汁液混浊或 沉淀。 所以，除蜜饯制坯，半成品保存可用硬度较大的水，以保持果蔬的脆性和硬度外，其它加工品要求水的硬 度不宜过高
具体的讲，用途不同，加工品种类不同，对水的硬度要求亦不同。 3.水的碱度 天然水中能与 H+结合的 OH-、CO3-和 HCO3-的含量。天然水中通常仅存在 HCO3-。 4．混凝和过滤 （1)混凝 目的：添加混凝剂，中和胶体颗粒表面的电荷，破坏胶体稳定性，促使小颗粒互相聚合成大颗粒而下沉。 水处理中常用的混凝剂：铝盐和铁盐 a. 明矾 [KAl(SO4)2]24H2O 用量：0.001%~0.02% b. 硫酸铝 Al2(SO4)318H2O 要求 pH 近中性 有效剂量：20~100mg/L c. 聚合氯化铝（PAC） 效果好 用量：0.005%~0.01% d. 铁盐（FeSO47H2O） 最常用 FeSO4+Ca(HCO3)2→Fe(OH)2+CaSO4+2CO2↑ 4Fe(OH)2+2HO+O → 4Fe(OH)3 Fe2(SO4)3+3Ca(HCO3)2→2Fe(OH)2+3CaSO4+6CO2↑ 结合石灰处理： Ca(OH)2+CO2 → CaCO3↓+H2O e. 助滤剂 (2) 过滤 ① 砂滤 过滤原理：原水通过粒状（滤料）介质层时，其中一些悬浮物和胶体物被截留在孔隙中或介质表面。过滤 过程是阻力截留、重力沉降和接触凝聚综合的过程。 过滤工艺过程：过滤与冲洗 ② 其他过滤器 a. 砂滤棒过滤器：适用于水质较好的情况 a. 微孔膜过滤器（高分子材料的滤膜） b. 活性炭过滤器 c. 传统单一滤料
具体的讲，用途不同，加工品种类不同，对水的硬度要求亦不同。 3.水的碱度 天然水中能与 H+结合的 OH-、CO3-和 HCO3-的含量。天然水中通常仅存在 HCO3-。 4．混凝和过滤 （1)混凝 目的：添加混凝剂，中和胶体颗粒表面的电荷，破坏胶体稳定性，促使小颗粒互相聚合成大颗粒而下沉。 水处理中常用的混凝剂：铝盐和铁盐 a. 明矾 [KAl(SO4)2]24H2O 用量：0.001%~0.02% b. 硫酸铝 Al2(SO4)318H2O 要求 pH 近中性 有效剂量：20~100mg/L c. 聚合氯化铝（PAC） 效果好 用量：0.005%~0.01% d. 铁盐（FeSO47H2O） 最常用 FeSO4+Ca(HCO3)2→Fe(OH)2+CaSO4+2CO2↑ 4Fe(OH)2+2HO+O → 4Fe(OH)3 Fe2(SO4)3+3Ca(HCO3)2→2Fe(OH)2+3CaSO4+6CO2↑ 结合石灰处理： Ca(OH)2+CO2 → CaCO3↓+H2O e. 助滤剂 (2) 过滤 ① 砂滤 过滤原理：原水通过粒状（滤料）介质层时，其中一些悬浮物和胶体物被截留在孔隙中或介质表面。过滤 过程是阻力截留、重力沉降和接触凝聚综合的过程。 过滤工艺过程：过滤与冲洗 ② 其他过滤器 a. 砂滤棒过滤器：适用于水质较好的情况 a. 微孔膜过滤器（高分子材料的滤膜） b. 活性炭过滤器 c. 传统单一滤料
d. 双层或多层滤料 e. 理想级配滤 (3) 软化 降低水的硬度，以适合加工用水的要求，特别是锅炉用水对硬度要求更严。 加热法：可除去暂时硬度、水中含钙、镁碳酸盐的称为暂时硬水。 含钙、镁硫酸盐或氯化物的称为永久硬水。 暂时硬度+永久硬度称总硬度。 加热法可除去暂时硬度： Ca(HCO3)2 → CaCO3↓+ H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2 → Mg(OH)2↓+ H2O+CO2↑ 石灰与碳酸纳法 加石灰可使暂时硬水软化： Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓+ 2H2O Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → MgCO3+ CaCO3↓+ 2H2O MgCO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓+ CaCO3↓ 加碳酸纳能使永久硬水软化： CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4 MgSO4 + Na2CO3 →MgCO3 + Na2SO4 石灰先配成饱和溶液，再与碳酸纳一同加于水中，搅拌，碳酸盐类沉淀后，再过滤除去沉 淀物。 3．离子交换法 硬水通过离子交换剂层软化，即得到软水，含钙量可降至 0.01mmol/L 以下。 5．电渗析 (1)原理 通过具有选择透性和良好导电性的离子交换膜，在外加直流电场作用下，根据异性相吸、同性相斥原理， 使原水中的离子分别透过阴离子和阳离子交换膜，从而降低水中溶解的固形物，达到净化的目的。常用于 海水和咸水淡化。 (2)结垢与去垢方法 a. 倒换电极 3~8h
d. 双层或多层滤料 e. 理想级配滤 (3) 软化 降低水的硬度，以适合加工用水的要求，特别是锅炉用水对硬度要求更严。 加热法：可除去暂时硬度、水中含钙、镁碳酸盐的称为暂时硬水。 含钙、镁硫酸盐或氯化物的称为永久硬水。 暂时硬度+永久硬度称总硬度。 加热法可除去暂时硬度： Ca(HCO3)2 → CaCO3↓+ H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2 → Mg(OH)2↓+ H2O+CO2↑ 石灰与碳酸纳法 加石灰可使暂时硬水软化： Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓+ 2H2O Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → MgCO3+ CaCO3↓+ 2H2O MgCO3 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓+ CaCO3↓ 加碳酸纳能使永久硬水软化： CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4 MgSO4 + Na2CO3 →MgCO3 + Na2SO4 石灰先配成饱和溶液，再与碳酸纳一同加于水中，搅拌，碳酸盐类沉淀后，再过滤除去沉 淀物。 3．离子交换法 硬水通过离子交换剂层软化，即得到软水，含钙量可降至 0.01mmol/L 以下。 5．电渗析 (1)原理 通过具有选择透性和良好导电性的离子交换膜，在外加直流电场作用下，根据异性相吸、同性相斥原理， 使原水中的离子分别透过阴离子和阳离子交换膜，从而降低水中溶解的固形物，达到净化的目的。常用于 海水和咸水淡化。 (2)结垢与去垢方法 a. 倒换电极 3~8h
b. 定期酸洗 浓度 1%~2%的 HCl/2~3h→pH3~4 c. 碱洗 有机杂质污染阴膜 0.1mol/L NaOH 6．反渗透 (1) 反渗透与超滤 反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）和微滤（MF）都是以压力差为推动力的膜分离过程，它们没有本 质区别，只是渗透膜的孔径大小不同，截留物质的相对分子量不同。 (2) 反渗透膜 膜的种类：醋酸纤维素膜（CA 膜）；芳香聚酰胺膜；高分子电解质膜；无机质膜及其他。 膜的主要参数 ① 透水率 单位时间通过膜面积的水的体积流量，单位：cm3/(cm2.s)，最常用 cm3/(cm2.h) ② 透盐率 盐通过膜的速率，与压力无关。透盐率小好。 评价膜分离性能最常用的指标是脱盐率，其含义与透盐率相反（溶质截留百分率）。 ③ 抗压实性 操作压力和温度引起，造成透水率不断下降。 压实系数 m 越小越好，反渗透膜要求 m≯0.03。 (3) 反渗透装置及流程 装置：膜组件和泵，反渗透膜组件形式：板框式、管式、螺旋式和中空纤维式。 7．离子交换 离子交换剂主要有：矿物质离子交换剂；碳质离子交换剂；有机合成离子交换树脂。 (1) 离子交换树脂软化水的原理 RSO3- •H+ + Na+ → RSO3Na + H+ R≡ N+OH- + Cl- → R≡ NCl + OH- (2) 离子交换树脂的分类与性能 a. 分类：强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性等 b. 性能：密度、含水率、溶胀性、机械强度、耐热性、酸性、碱性、选择性和交换容量。 c. 离子交换树脂的选择原则 ①选择大容量、高强度树脂：同类型树脂中，弱型比强型交换容量大，但机械强度差。 ②根据原水中需除去离子的种类选择 吸附性较强的离子（Ca2+、Mg2+），弱酸性或弱碱性树脂 吸附性较弱的离子(K+、Na+、HCO3-、HSiO3-)，强酸性或强碱性树脂 (3) 离子交换水处理装置
b. 定期酸洗 浓度 1%~2%的 HCl/2~3h→pH3~4 c. 碱洗 有机杂质污染阴膜 0.1mol/L NaOH 6．反渗透 (1) 反渗透与超滤 反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）和微滤（MF）都是以压力差为推动力的膜分离过程，它们没有本 质区别，只是渗透膜的孔径大小不同，截留物质的相对分子量不同。 (2) 反渗透膜 膜的种类：醋酸纤维素膜（CA 膜）；芳香聚酰胺膜；高分子电解质膜；无机质膜及其他。 膜的主要参数 ① 透水率 单位时间通过膜面积的水的体积流量，单位：cm3/(cm2.s)，最常用 cm3/(cm2.h) ② 透盐率 盐通过膜的速率，与压力无关。透盐率小好。 评价膜分离性能最常用的指标是脱盐率，其含义与透盐率相反（溶质截留百分率）。 ③ 抗压实性 操作压力和温度引起，造成透水率不断下降。 压实系数 m 越小越好，反渗透膜要求 m≯0.03。 (3) 反渗透装置及流程 装置：膜组件和泵，反渗透膜组件形式：板框式、管式、螺旋式和中空纤维式。 7．离子交换 离子交换剂主要有：矿物质离子交换剂；碳质离子交换剂；有机合成离子交换树脂。 (1) 离子交换树脂软化水的原理 RSO3- •H+ + Na+ → RSO3Na + H+ R≡ N+OH- + Cl- → R≡ NCl + OH- (2) 离子交换树脂的分类与性能 a. 分类：强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性等 b. 性能：密度、含水率、溶胀性、机械强度、耐热性、酸性、碱性、选择性和交换容量。 c. 离子交换树脂的选择原则 ①选择大容量、高强度树脂：同类型树脂中，弱型比强型交换容量大，但机械强度差。 ②根据原水中需除去离子的种类选择 吸附性较强的离子（Ca2+、Mg2+），弱酸性或弱碱性树脂 吸附性较弱的离子(K+、Na+、HCO3-、HSiO3-)，强酸性或强碱性树脂 (3) 离子交换水处理装置
单级离子交换器（单床） 多级（多床） 固定床 复合（复床） 混合（混合床） 双层（双层床） 连续床 移动床 流动床 (4) 离子交换树脂的处理、转型及再生 A 新树脂的处理及转型 阳树脂由 Na 型→H 型（水浸泡→等量 7%HCl 浸泡 1h→水洗至 pH3~4→等量 8%NaOH 浸泡 1h→水洗至 pH8-9→3-5 倍 7%HCl 浸泡 2h）；阴树脂由 Cl 型 →OH 型。 B 离子交换树脂的再生 老化树脂再生机理：水处理的逆反应 阳树脂：反冲→树脂质量 2-3 倍的 5%-7%HCl→去离子水洗至 pH3.0-4.0 阴树脂：反冲→树脂质量 2-3 倍的 5%-8%NaOH→去离子水洗至 pH8.0-9.0 再生液适当加温（≯50℃）效果更好。 8．水的消毒 经澄清处理的水，仍含有大量微生物，特别是致病菌与抗热性微生物，须进行消毒。 加工用水一般采用氯化法，常用漂白粉 CaOCl2,漂白精 NaCl,液态氯等。 漂白粉投入水中后生成次氯酸 HOCl,再分解出【O】； 2 CaOCl2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + CaCl2 + 2HOCl HOCl → HCl +【O】 或 HOCl → H+ + OCl- 游离的【O】能氧化水中的微生物，使其生命活动停止。 漂白粉的用量，以输水管的末端放出的余氯量为 0.1～0.3mg/l 水之间为宜，如小于 0.1mg/l 水则消 毒作用不完全，大于 0.3mg/l 水，会产生氯气味。 漂白精（NaOCl 次氯酸钠）杀菌力强，性质稳定，在水中保持时间较长，不含悬浮物，不增加水 的硬度，比用漂白粉好。 消毒的方法：氯消毒、紫外线消毒、臭氧消毒。 (1) 氯消毒：利用次氯酸(HOCl)的强氧化作用破坏微生物的酶系统。常用的氯消毒法：氯胺、漂白粉、次 氯酸钠和二氧化氯
单级离子交换器（单床） 多级（多床） 固定床 复合（复床） 混合（混合床） 双层（双层床） 连续床 移动床 流动床 (4) 离子交换树脂的处理、转型及再生 A 新树脂的处理及转型 阳树脂由 Na 型→H 型（水浸泡→等量 7%HCl 浸泡 1h→水洗至 pH3~4→等量 8%NaOH 浸泡 1h→水洗至 pH8-9→3-5 倍 7%HCl 浸泡 2h）；阴树脂由 Cl 型 →OH 型。 B 离子交换树脂的再生 老化树脂再生机理：水处理的逆反应 阳树脂：反冲→树脂质量 2-3 倍的 5%-7%HCl→去离子水洗至 pH3.0-4.0 阴树脂：反冲→树脂质量 2-3 倍的 5%-8%NaOH→去离子水洗至 pH8.0-9.0 再生液适当加温（≯50℃）效果更好。 8．水的消毒 经澄清处理的水，仍含有大量微生物，特别是致病菌与抗热性微生物，须进行消毒。 加工用水一般采用氯化法，常用漂白粉 CaOCl2,漂白精 NaCl,液态氯等。 漂白粉投入水中后生成次氯酸 HOCl,再分解出【O】； 2 CaOCl2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + CaCl2 + 2HOCl HOCl → HCl +【O】 或 HOCl → H+ + OCl- 游离的【O】能氧化水中的微生物，使其生命活动停止。 漂白粉的用量，以输水管的末端放出的余氯量为 0.1～0.3mg/l 水之间为宜，如小于 0.1mg/l 水则消 毒作用不完全，大于 0.3mg/l 水，会产生氯气味。 漂白精（NaOCl 次氯酸钠）杀菌力强，性质稳定，在水中保持时间较长，不含悬浮物，不增加水 的硬度，比用漂白粉好。 消毒的方法：氯消毒、紫外线消毒、臭氧消毒。 (1) 氯消毒：利用次氯酸(HOCl)的强氧化作用破坏微生物的酶系统。常用的氯消毒法：氯胺、漂白粉、次 氯酸钠和二氧化氯
Cl2+H2O→ HOCl+H++Cl-；HOCl → H++OCl- (2)紫外线消毒：利用营养细胞中的蛋白质和核酸吸收紫外光谱的能量，导致蛋白变性，使微生物死亡。波 长 200-295nm，装置：低压灯管 (3)臭氧消毒：利用臭氧分解产生的原子氧（强氧化剂）与水中的细菌及其他微生物或有机物作用，使其失 活。 a. 臭氧的发生：3O2 →2O3 -148kJ/mol b. 臭氧不稳定，需随时制取当场应用 c. 臭氧的加注装置：喷射法 d. 臭氧的杀菌作用比氯快 15~30 倍，但成本高
Cl2+H2O→ HOCl+H++Cl-；HOCl → H++OCl- (2)紫外线消毒：利用营养细胞中的蛋白质和核酸吸收紫外光谱的能量，导致蛋白变性，使微生物死亡。波 长 200-295nm，装置：低压灯管 (3)臭氧消毒：利用臭氧分解产生的原子氧（强氧化剂）与水中的细菌及其他微生物或有机物作用，使其失 活。 a. 臭氧的发生：3O2 →2O3 -148kJ/mol b. 臭氧不稳定，需随时制取当场应用 c. 臭氧的加注装置：喷射法 d. 臭氧的杀菌作用比氯快 15~30 倍，但成本高