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 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 ???????????????? 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