1.饮用天然矿泉水中有益元素

天然水中除含有大量的杂质外,同时含有多种有益于人体健康的元素和化学组分。常量元素(离子)有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-等,微量元素包括锶、偏硅酸、锌、硒、碘、锂、氟、铁等。

2.水中各种杂质指标及处理方法

(1)浊度

浊度是指水中悬浮物杂质对光线透过时所产生的阻碍程度,1 mg SiO2/L为1度。形成浊度的物质主要是微生物、泥土、沙粒、原生生物等悬浮物质。可采取凝聚沉淀法、过滤法,或将二者联合的方法去除。

(2)色度

色度是指除去悬浮物后水样的颜色,每升水中含有1 mg铂的量为1度。形成色度的物质主要是腐殖质、腐殖酸,铁、锰等盐类及其他有色物质。可采用氧化法、活性炭吸附法处理。

(3)臭气和味

水中的臭气和味会影响制品的风味,往往也是产生沉淀的原因。臭气和味主要是由氯或其他有味的气体引起;铁、锰等金属离子所引起的金属味;微生物生长、繁殖及其代谢产物引起味道。由气体引起的可用脱气方法处理;由微生物引起的可用杀菌、超滤等方法处理;由金属离子引起的可用氧化、离子交换、电渗析、反渗透等方法处理。

(4)碱度

碱度指的是能与H+结合的氢氧根离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子的含量,可采用离子交换、电渗析、反渗透等方法进行处理。

(5)硬度

硬度是指水中离子沉淀肥皂的能力。主要是由水中钙、镁离子所引起的。可用化学软化法、离子交换、电渗析、反渗透等方法处理。

(6)铁和锰

铁和锰在地下水中一般以二价的铁盐和锰盐存在。采用氧化法使亚铁离子转变为铁离子再转化成氢氧化铁,使锰离子转变为二氧化锰以沉淀形式存在。

(7)高锰酸钾耗用量

高锰酸钾耗用量是指水中所含有的还原性物质的总含量,主要是由水中所含有的还原性物质形成的。可采用氧化处理、活性炭吸附处理或除铁锰处理。

(8)余氯

余氯是指水质采用氯法消毒时所残留的游离氯。采用活性炭吸附处理即可。

(9)微生物

微生物包括水中存在或繁殖的藻类、细菌类、霉菌类和原生生物等。可采用杀菌、过滤等方法处理。

3.饮用天然矿泉水工艺流程(www.daowen.com)

饮用天然矿泉水有不含碳酸气体和含碳酸气体两种,生产工艺主要由引水、曝气、过滤、消毒、超滤、充气、灌装等组成。

(1)不含碳酸气体天然矿泉水的生产工艺流程

4.操作要点

(1)引水

引水过程一般分为地下和地表两个部分。地下部分主要是指由地下引矿泉水至天然露出口或地上出口,通过对矿泉水的封闭,避免地表水的混入。现一般采用打井引水法。地表部分是把矿泉水从最适当的深度引到最适当的地表,再进行后续加工。

(2)曝气

曝气是使矿泉水原水与经过净化了的空气充分接触,使它脱去其中的二氧化碳和硫化氢等气体,并发生氧化作用,通常包括脱气和氧化两个同时进行的过程。矿泉水中因含有大量CO2及H2S等多种气体,呈酸性,所以可溶解大量金属离子。矿泉水露出后如果直接装瓶,由于压力降低,水与空气接触,释放出大量CO2,矿泉水由酸性变成碱性,同时由于氧化作用,原水中溶解的金属盐类(如低价的铁和锰离子)就会被氧化成高价的离子,产生氢氧化物絮状沉淀,矿泉水发生浑浊,从而影响产品的感官质量;同时水中H2S气体的存在也会给产品带来臭味;而且铁、锰离子含量过高不仅影响产品的口感,也不符合饮用水质标准的要求。因此有必要对矿泉水进行曝气处理。通过曝气工艺处理,首先能脱掉多种气体,驱除不良气味,提高矿泉水的感官质量;其次能使矿泉水由原来的酸性变为碱性,使超过一定量的金属(如铁、锰)氧化沉淀,过滤除去,从而使矿泉水硬度下降,达到饮用水水质标准。

(3)过滤

过滤是矿泉水生产的关键工序,目的是除去水中的不溶性悬浮杂质及微生物,以使水质澄清、透明、清洁。矿泉水的过滤主要分为粗滤、精滤两步。

一般先采用砂滤罐进行粗滤,以去除水中的细沙、泥土、矿物盐等大颗粒杂质。用于粗滤的滤料主要有石英砂、天然锰砂及活性氧化铝等,每种滤料取出离子的功能各不相同,如石英砂具有良好的除铁效果,天然锰砂可除去水中的铁、锰离子,活性氧化铝可去除水中的氟。

粗滤后,将水转入砂滤棒过滤器中,进行精滤。精滤作业的过滤器中装有数根由骨粉和硅藻土混合烧制而成的砂滤棒,其上有微孔,在高压(150 kPa左右)作用下,可滤除水中的一些微生物和有机物质。

(4)灭菌

矿泉水灭菌多采用紫外线灭菌和臭氧灭菌两种方式。

由于紫外线灭菌设备构造较简单,造价低廉,操作方便,杀菌速度快,且不影响矿泉水的理化性质,在国内外应用较为普遍。紫外线是一种穿透力差但表面灼烧性强的不可见光,当细菌细胞内的核酸吸收其能量,会引起核酸变性,导致细菌的死亡。紫外线的波长在250~260 nm时,杀菌力最强。

臭氧是强效氧化剂,能杀灭水中各种细菌、病毒及芽孢。臭氧灭菌是在臭氧反应塔中将臭氧与水逆流接触反应,杀灭矿泉水中的微生物,除去水中的有机物、硫化物、硝酸盐等色、臭、味物质,具有灭菌速度快,操作简单,无二次污染等优点。

(5)超滤

超滤是矿泉水生产的一个重要工艺过程,主要利用超滤膜过滤器或微孔膜过滤器进行过滤。超滤膜过滤器的外壳为不锈钢或有机玻璃的立式圆筒,内置数只滤芯。超滤时,应根据水质的情况选择适当孔径的滤膜,以保证水流畅通,滤除水中的大分子、细菌、霉菌、病毒等。除了可采取精滤、灭菌、超滤的工艺流程顺序外,也可在精滤后直接进行超滤作业,然后进行灭菌灌装。

(6)充气

充气是指向矿泉水中直接充入二氧化碳气体。目前国内外饮用天然矿泉水有充气和不充气两类。充气饮用矿泉水是指原水经过引水、曝气、过滤后再充入二氧化碳气体;不充气饮用天然矿泉水则在经过引水、曝气、过滤、灭菌后直接装瓶或因水质条件的特殊不经曝气而直接装瓶。充气的二氧化碳气体应符合食品卫生要求,可以是原水中所分离出的二氧化碳气体,也可以是市售的钢瓶装二氧化碳气体。充气一般是在气水混合机中进行的,为了提高矿泉水中的二氧化碳的溶解量,充气过程中需要尽量降低温度,增加二氧化碳的气体压力,并使气、水充分混合。

(7)罐装

灌装是将杀菌后的矿泉水装入已灭菌的包装容器的过程。在矿泉水厂,自动洗瓶机(自动完成洗瓶、杀菌和冲洗过程)与灌装工序相配合。灌装方式取决于矿泉水产品的类型,含气与不含气的矿泉水灌装方式略有不同。矿泉水的灌装卫生要求非常严格,对瓶要进行彻底的杀菌,装瓶各个环节都要防止污染。含气矿泉水一般采用等压灌装,不含气矿泉水一般采用负压灌装。