饮料生产过程中泡沫的产生及控制

作者：李慧

来源：《现代农业科技》2017年第20期

        摘要 本文分析了饮料生产过程中泡沫的产生及其对产品生产及品质的影响，从饮料调配、UHT杀菌及灌装等环节分析产生大量泡沫的原因，并提出了一些能够减少泡沫生成量、及时消除已产生泡沫的方法。

        关键词 饮料；泡沫；产生；控制

        中图分类号 TS207.7 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）20-0238-02

        Production and Control of Foam in Beverage Production

        LI Hui

        （Hunan Food and Drug Vocational College，Changsha Hunan 410208）

        Abstract This paper analyzed the reasons of why foam was produced during beverage production and how the foams influenced the production and product quality.After intensive studies，multiple factors resulted in foam production were found during the beverage blending，UHT sterilization and filling process.Also，several methods to reduce the amount of foam production and to eliminate the existing foam were put forward in the paper.

        Key words beverage；foam；production；control

        饮料生产过程中产生的泡沫是在饮料搅拌、管道输送、回流等过程中产生的，大量泡沫在饮料中的存在会影响生产操作的进行，也会影响产品的风味和储存时间。泡沫的大量存在要求生产时UHT真空脱气环节的脱气真空度较大，这就必然造成香精的损失，导致产品风味不足；产品中的泡沫在UHT杀菌环节会影响杀菌效果及杀菌稳定性。在脱气环节未抽走泡沫会影响灌装过程的装量精度，引起产品液位或净含量不足；泡沫的存在也会将空气带入产品中，加速产品的氧化，使褐变时间提前，缩短产品的保质期。因此，研究泡沫大量产生的条件并采取措施减少泡沫量，并在不影响产品风味的前提下清除泡沫十分必要。

        本文从饮料工厂的实际问题出发，通过查阅现有标准规范、参考文献资料以及到生产现场观察学习等手段，找出导致大量泡沫出现的原因并提出分析改进方案。本文将从配料、UHT和灌装等环节进行分析，研究讨论避免泡沫大量产生的方法或改善措施，以期为饮料产品的生产提供支持。

        1 配料环节

        1.1 原料对泡沫产生的影响

        不同的原料产生泡沫的程度不同且泡沫状态不同，果汁中通常会添加 CMC-Na 和果胶等增稠剂，增稠剂的溶解性较差，需要长时间高强度搅拌，会产生大量泡沫。浓缩果汁稠度很大，在稀释调配过程中会形成大量泡沫，且该过程中产生的泡沫持泡性强。果汁饮料在搅拌过程中形成的泡沫既有表面泡沫又有内部泡沫[1]，饮料料液的黏度越高，分散在料液中的内部泡沫越难浮出表面。茶饮料生产中也容易产生大量表面泡沫，其主要原因是因为茶中含有的茶皂素是一种表面活性非常强的物质[2]，在搅拌、摇晃等的作用下极易产生大量泡沫。

        1.2 消泡剂的使用

        消泡剂是在食品加工过程中用于降低表面张力、消除泡沫的加工助剂。消泡剂一方面用于预防泡沫的形成，一方面用来消除已经产生的泡沫。其消泡机理：首先消泡剂液滴入泡膜内成为泡膜的一部分后，使泡膜面扩大，然后随着消泡剂的进一步扩张，在消泡剂进入的最初部分变薄，最后使泡膜破裂[1]。食品消泡剂的种类很多，可以根据食品体系来确定添加种类及添加量。GB 2760—2014规定饮料中可以使用的消泡剂有聚二甲基硅氧烷及其乳液和吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80[3]，可以根据产品的体系选择合适的消泡剂。

        要想使消泡剂很好地发挥作用，添加方法对消泡剂的发挥很重要。消泡剂呈连续或半连续式添加效果会更好，因为消泡剂通常需要在高剪切速率下才能分散，而消泡剂只有在空气-液体的交界面分散开来的时候才能起到消泡的作用[4]。在果汁生产过程中通常把所用消泡剂等分为2份：一份在果汁搅拌时加入，另一份在调配完成后的搅拌阶段加入。按这种方法进行添加，不仅可以使消泡剂的用量降到最低，而且消泡剂的作用也会得到充分发挥。消泡剂使用不适当会给产品质量造成不良影响。如消泡剂加入过量会使产品产生异味或者出现浮油等现象，也会导致生产成本增加。若添加量不足或者添加的方式不正确则达不到有效消除泡沫的作用。因此，需要通过多次试验找到最适合的消泡剂种类、最低添加量及添加时间。

        1.3 输送泵的影响

        在饮料调配液输送过程中，泵的类型对泡沫也会产生影响。饮料的输送一般采用隔膜泵和卫生离心泵。离心泵通过离心力将输送液体抛出管道，离开管道时，物料具有较大的压力，对调配桶中的液体具有较大冲击，会产生较多气泡。输送的液体内部一般有气泡，气泡会使离心泵产生“气缚”现象，使离心泵不能输送液体。隔膜泵利用一片膜的往复运动来吸入和抽出液体，液体只需要与膜接触，比较好清洗，且在输送存在有果粒的液体时不会被打碎。用隔膜泵没有离心泵那么大的冲击力，不会击起大量泡沫。因此，在泵的选择上，隔膜泵要优于离心泵。使用离心泵可以增加排气装置以提高泵的工作效率和延长泵的使用寿命。

        2 搅拌环节

        饮料调配过程中必须通过搅拌使各种原料均匀地溶解混合在一个体系里，而搅拌过程会将空气带入液体内部，液体中的气体在剪切力的作用下产生泡沫。在这个过程中产生的泡沫是不可避免的，但是可以通过一些工艺手段将泡沫的产生量降到最低。

        2.1 搅拌的时间与速率

        搅拌的时间越长、速率越快，产生的泡沫越多。在溶解亲水性胶体等较难溶解的原料时，在保证溶解效果的条件下尽量缩短搅拌时间，提高搅拌时液体的温度，且溶解好后尽量静置，使产生的泡沫破裂，内部的气泡浮出。饮料调配均匀以后，将搅拌速度降低或关闭搅拌。

        2.2 搅拌液位的控制

        搅拌时，要等到液位高过搅拌叶轮时才能开始，避免叶轮击打液面的情况出现，因为叶轮会将大量空气带入液体内部从而产生泡沫。在一桶料送料至低液位时，也要停止搅拌。

        2.3 搅拌器选择

        在溶解桶中需要通过高速湍流的上下翻滚来完成能量和物质的交换达到溶解的目的。调配桶的高度较高，其搅拌的目的是为了混合，且香精、色素、消泡剂等原料一般都是直接倒入调配桶中的，要在有限的时间内将这些原料分散在整个调配桶中。因此，选择上下翻滚型分散方式更有利于物料的溶解和混合，在调配桶中可以安装多级搅拌叶轮加强混合效果。在搅拌过程中，搅拌叶轮的转动方向会使产生的循环有由里向外和由外向里2个方向。控制搅拌方向，使循环方向为由里向外，这样可以避免搅拌过程中将气体带入料液内部。

        若使用桨式搅拌，会产生层流分散效果，这种分散的混合效率低，且速度过快时会产生涡旋，容易将气体带入料液内部，应该避免。

        2.4 管道的影响

        饮料输送管管道出口不要悬空，以防在料液表面击起大量泡沫，尽量让果汁沿桶壁往下流，这样可以减少冲击泡沫的形成。进料管道角度对泡沫的产生也会有影响，当料液从一个桶进入另一个桶时，进料管要顺着搅拌的方向，且进料管角度一般为45°，避免进料与桶中的料液产生冲击泡沫。

        3 UHT杀菌环节

        UHT杀菌前脱气的目的是为了在真空的作用下将液料中的空气抽出，抑制褐变和维生素、色素等物质的氧化，保证产品品质；除去液料中的空气也有利于保证杀菌温度的稳定性和灌装精度。本文主要从以下几个方面分析UHT过程中各个因素对泡沫及脱气的影响。

        3.1 泵的影响

        UHT杀菌系统中一般有以下几个泵：热水泵、脱气泵、平衡桶出口泵、脱气桶出口泵、产品出口泵。在生产过程中，要尽量保持3个出口泵流量和压力相匹配，防止抽空或者物料在脱气桶中积累过多，影响脱气和杀菌效果。

        3.2 真空脱气

        饮料料液在UHT杀菌管道前一般会进行真空脱气处理，真空脱气的原理是气体在料液中的溶解性与该气体在液面的分压成正比，降低脱气罐内的压力即可以降低空气在饮料料液中的溶解性，有利于气泡浮出至液气界面，在真空环境下体积膨胀破裂[4]。

        真空脱气过程香气损失导致产品风味不足，真空也可以导致乳化类产品的乳化体系被破坏。因此，在生产过程中控制好各工艺参数对保证生产效果十分有必要。工厂可以针对不同设备造成的风味损失情况在生产中补加一定量的香精，以保证产品风味。

        3.2.1 脱气温度及真空度的影响。液体的温度越高，脱气越容易，极限的状态是沸腾。但是，当饮料接近或达到沸腾状态时，料液中的挥发性芳香成分损失也会越多，因而需要通过验证找到最佳的真空度温度点。果汁饮料的真空脱气进口温度一般控制在55～60 ℃之间。

        3.2.2 脱气塔液位。脱气塔液位对脱气效果有影响。当液位太高时，使脱气塔的有效体积减小，料液在脱气塔内的停留时间缩短，使脱气不完全。液位太低时，脱气塔可能会被抽空，造成后续的杀菌效果不稳定。液位传感器可以通过调节比例阀或者出口泵的背压来控制液位高度，一般来说，脱气塔里的液位以在下视镜处较好。

        4 灌装环节

        灌装环节也会产生泡沫，其中灌装速度与灌装机的充填方式是影响其产生量的主要因素。当灌装速度过快时，会产生冲击泡沫。可以调节灌装速度，速度以不产生影响灌装效果的泡沫为宜。

        灌装机的充填方式对泡沫产生有影响。目前的充填方式主要有接触式灌装、非接触式灌装和升降式灌装。非接触式灌装的充填头角度可以改变且加有引流装置，因而产生的泡沫相对接触式灌装会少；而升降式灌装时充填头可以随灌装液位的上升而上升，基本不会在灌装过程中产生冲击泡沫，适合黏度较大、易产生泡沫的物料的灌装。

        5 控制方法

        可以在搅拌轴上端增加消泡桨作为消除泡沫的辅助手段，消泡桨通过离心力将泡沫击碎，达到消泡的目的[5]。其优点在于不需要引入消泡剂，但是其消泡效果有限，有大量泡沫存在时不能及时有效消除。

        超声波产生的高频振动和声压均可以使泡沫上浮并破裂，因而可以利用超声波来消除泡沫。超声波消泡比化学消泡成本低且不影响产品质量，比机械消泡的效率高[6]。

        现在有一种超声耦合脱气处理装置[7]，即在真空脱气前加一段超声汽蚀去气泡管，料液内部的气泡可以在超声的作用下从液体内部浮出，进入真空脱气塔后就可以比较容易地将气泡抽出，同时也可以相对降低脱气温度或真空度，对香气的保留会比较有利。这种装置对黏度较大的料液脱气效果会更好。也可以将超声装置装在饮料调配桶中，这样不但可以消除泡沫，也可以使料液在超声波的作用下更好地混合。

        6 结语

        饮料生产过程中产生的泡沫是不可避免的，但是可以通过合理添加消泡剂、控制工艺参数、优化改造设备、现场监控等手段将泡沫的产生控制在一定范围内，使其对生产和品

        质的不良影响降至最低。

        7 参考文献

        [1] 吴国良，张琦，李月娥，等.味精发酵中流加消泡剂最佳浓度的研究[J].发酵科技通讯，1991，20（3）：35-38.

        [2] 柳荣祥，夏春华.茶皂素表面活性理论体系及其应用[J].茶叶，1996（1）：10-13.

        [3] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.食品安全国家标准 食品添加剂使用标准：GB 2760-2014[S].北京：中国标准出版社，2015.

        [4] 唐静静，董海洋.果实饮料的脱气及相关设备[J].包装与食品机械，2005（3）：39-41.

        [5] 方书起，李肖斌，雪金勇.机械搅拌式发酵罐中的消泡技术研究与探讨[J].化学工程，2009，37（5）：34-37.

        [6] 孙来九，吕文舫.超声波消除泡沫的研究[J].化学工程，1995，23（5）：70-72.

        [7] 顾廷权，康保钧，范群，等.超声耦合水供给脱气处理装置：中国，01277156[P].2002-10-23.