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 10mgCa0或Mg0叫1°的水,通常用Ca0含量表示 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(HC03)2、Mg(HC03)2、CaC03、MgC03 非碳酸盐硬度(永久硬度):CaC12、MgCl2、CaS04、MgS04、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2等 水的总硬度0~4°为最软的水,48°为软水,816°为中等硬度的水,1630°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Mgo40mg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-、C03-和HC03-的含量。天然水中通常仅存在HC03-。 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(S04)2]24H20 用量:0.001%0.02% b.硫酸铝A12(S04)318H20要求p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(FeS047H20)最常用 FeSO4+Ca(HC03)2→Fe(OH)2CaS04+2C02↑ 4Fe(OH)2+2H0-+0- 4Fe(OH)3 Fe2(S04)3+3Ca(HC03)2-2Fe(OH)2+3CaS04+6C02 t 结合石灰处理 Ca(OH)2+C02→CaC03↓+H20 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 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(H3)2→CaC03↓+H20+C02↑ Mg(HC03)2→Mg(OH)2↓+H2O+C02↑ 石灰与碳酸纳法 加石灰可使暂时硬水软化 Ca(HC03)2+Ca(OH)2→2CaC03↓+2H20 Mg(HC03)2+Ca(OH)2→MgC03+CaC03↓+2H20 MgC03+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaC03↓ 加碳酸纳能使永久硬水软化 CaS04+Na2C03→CaC03↓+Na2S04 MgS04 Na2003-MgC03 Na2S04 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 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0.01mm0l/L以下 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
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HC1/23h→p34 碱洗有机杂质污染阴膜 0. Imol/L NaOH 6.反渗透 (1)反渗透与超滤 反渗透(R0)、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(A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 RS03-·H++Na+→RSO3Na+H R≡N+0H-+C1-→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+、HC03-、HSi03-),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) 昆合(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%HC1浸泡1h→水洗至pH34→等量8%NaOH浸泡Ih→水洗至 pH8-9→3-5倍7%HC1浸泡2h):阴树脂由C1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%HC1→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CaOC12,漂白精NaC1,液态氯等 漂白粉投入水中后生成次氯酸HoCl,再分解出【O】 2 Ca0C12+2 H20- Ca(OH)2 CaC12+ 2HOC1 HOCl→HC1+【0】或HCl→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/水之间为宜,如小于0.lng/1水则消 毒作用不完全,大于0.3mg/1水,会产生氯气味 漂白精(NaoC1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(HC1)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
C12+H20- HOC1+H++C1-: HOC1 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200-295mm,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 臭氧的发生:302 →203-148kJ/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1530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