果蔬汁饮料的生产工艺

5.4　果蔬汁饮料的生产工艺

目前世界上生产的果蔬汁饮料根据工艺大致分为五大类，即澄清汁(clear juice)、混浊汁(cloudy juice)、浓缩汁(concentrated juice)、果肉饮料(nectar)和果汁粉(juice powder)。果肉饮料的生产需要进行预煮和打浆，其他工序与混浊汁一样。果汁粉属固体饮料范畴，在此不作介绍。

【工艺流程】

5.4.1　预处理

(1)挑选与清洗　原料必须进行挑选，剔除霉变果、腐烂果、未成熟和受伤变质的果蔬。清洗是减少杂质污染、降低微生物污染和农药残留的重要措施，特别是带皮榨汁的原料更应注意洗涤，洗涤一般先浸泡后喷淋或流水冲洗。对于农药残留较多的果蔬，洗涤时可加用稀盐酸溶液或脂肪酸系洗涤剂进行处理。

(2)破碎　破碎的主要目的是破坏果蔬的组织，使细胞壁发生破裂，以利于细胞中的汁液流出，获得理想的出汁率。果蔬组织的破碎必须适度，如果破碎后的果块太大，压榨时出汁率降低;过小则压榨时外层的果汁很快地被压榨出来，形成致密的滤饼而使得内层的果汁难以流出，同样也会降低出汁率。一般常用设备为辊式破碎机，苹果、梨、菠萝等的粒度以3～4mm为宜，草莓和葡萄以2～3mm为宜，樱桃以5mm较为合适。破碎时由于果肉组织接触氧气会发生氧化反应而影响果蔬汁的色泽、风味和营养成分等，常采用如下措施防止氧化反应发生:①破碎时喷雾加入维生素C或异维生素C;②在密闭环境进行充氮破碎或加热钝化酶活性等。

(3)取汁前的处理　为了提高果蔬的出汁率，必须抑制果胶酶活性和降低物料的黏度，主要采用以下两种方法。

1)加热处理　红色葡萄、红色西洋樱桃、山楂等水果，在破碎之后，须进行加热处理。加热有利于色素和风味物质的渗出，并能抑制酶的活性。同时由于加热使细胞原生质中的蛋白质凝固，改变了细胞的通透性，使得果肉软化、果胶质溶出，降低了汁液的黏度，因而也提高了出汁率。一般的热处理条件为60～70℃、15～30min。带皮橙类榨汁时，为了减少汁液中果皮精油的含量，可预煮1～2min。对于宽皮橘类，为了便于去皮，也可在95～100℃热水中烫煮25～45s。

2)加果胶酶制剂处理　果胶酶可以有效地分解果肉组织中的果胶物质，使果汁黏度降低而容易榨汁过滤，提高出汁率。添加果胶酶制剂时，要使之与果肉均匀混合，根据原料品种控制酶制剂的用量，通常为0.2%～0.3%，同时控制作用的温度(40～50℃)和时间(30min)。若酶制剂用量不足或作用时间短，则果胶物质的分解不完全，达不到提供出汁率的目的。

5.4.2　制汁、粗滤

(1)打浆、压榨、浸提　果蔬原料采用何种方式进行取汁或打浆取决于其自身的质地、组织结构和生产的果汁类型，常见的果蔬取汁方式有打浆、压榨和浸提三种方式。打浆主要用于番茄、桃、杏、芒果、香蕉、木瓜等组织柔软、胶体物质含量高的果蔬原料，主要用于生产带肉果蔬汁或混浊果蔬汁。压榨可用于柑橘、梨、苹果、葡萄等大多数汁液含量高、压榨易出汁的果蔬原料，压榨取汁的效果取决于果蔬的质地、品种和成熟度等。浸提法适用于通过榨汁法难以取汁的果蔬干果或果胶含量较高的原料，如酸枣、乌梅、红枣、山楂等，有时苹果、梨等为了提高出汁率，也采用浸提工艺提取。

(2)粗滤　粗滤也称筛滤。新鲜粗榨汁中含有悬浮物，其类型和数量依榨汁方法和植物组织结构而异。悬浮粒不仅影响果汁的外观形态和风味，也会使果汁很快变质。在生产上，粗滤可以在榨汁过程中进行，也可在榨汁后进行。设有固定分离筛的榨汁机和离心分离式榨汁机等，榨汁和粗滤可在同一台机器上完成。在榨汁后进行的粗滤，所用的设备为各种类型的筛滤机或板框压滤机。

5.4.3　果蔬汁的澄清与过滤

制取澄清果蔬汁时，需要进行澄清和过滤以去除鲜榨汁中的全部悬浮物及易致沉淀的胶粒。悬浮物包括发育不完全的种子、果心、果皮和维管束等颗粒以及色素颗粒，这些物质除色素颗粒外，主要成分是纤维素、半纤维素、多糖、苦味物质和酶，这些都将影响果汁的品质和稳定性。果蔬汁中的亲水胶体主要由胶态颗粒组成，含有果胶质、树胶质和蛋白质等，这些颗粒为带电体并能吸附水膜及其所带电荷，可防止颗粒结合形成较大聚集体而沉降，胶体的吸附作用、离子化作用及能与其他胶体相互反应的性质，都可影响其稳定性。电荷中和、脱水和加热，都可引起胶粒的聚集并沉淀。含有不同电荷的胶体溶液混合会发生共同沉淀。常用的澄清剂有明胶、单宁和皂土等。

5.4.3.1　澄清

(1)自然澄清法　自然澄清法是将果汁置于密闭容器中，经长时间静置，使悬浮物沉淀，与此同时果胶质也逐渐水解，果蔬汁黏度降低，蛋白质和单宁也会逐渐形成沉淀，从而使果汁澄清。但果蔬汁在长时间静置过程中，易发酵变质，必须加入适当的防腐剂。

(2)明胶－单宁法　明胶－单宁法澄清的基本原理如下:单宁和明胶或果胶、干酪素等蛋白质物质混合可形成明胶单宁酸盐的络合物而沉降。果蔬汁中的悬浮颗粒也会随着络合物的下沉而被缠绕沉淀下去。此外，果蔬汁中的果胶、纤维素、单宁及多缩戊糖等带有负电荷，酸介质中的明胶带正电荷，由于正负电荷微粒的相互作用而凝集沉淀，也可使果蔬汁澄清。明胶的用量因果蔬汁的种类和明胶的种类而不同，一般100L果汁需明胶20g左右，单宁10g左右，使用时将所需明胶和单宁配成1%溶液，按需要不断搅拌，缓慢加入果汁中。溶液加入后在8～12℃室温下静置6～10h，使胶体凝集、沉淀。此法用于梨汁、苹果汁等的澄清，效果较好。

(3)酶法　酶法澄清是利用果胶酶制剂来水解果蔬汁中的果胶物质，使果蔬汁中其他胶体失去果胶的保护作用而共同沉淀，以达到澄清的目的。通常所说的果胶酶是指分解果胶的多种酶的总称。果胶酶的反应速度与反应温度有关。在50～55℃，果胶酶的酶促反应随温度升高而加速;超过55℃时，酶因高温作用而钝化，反应速度反而减缓。酶制剂澄清所需要的时间，决定于温度、果蔬汁的种类、酶制剂的种类和数量，低温所需时间长，高温所需时间短，但高温易导致果汁发酵，故不宜采用。澄清果蔬汁时，酶制剂用量是根据果蔬汁的性质和果胶物质的含量及酶制剂的活力来决定的，一般用量是每吨果汁加干酶制剂2～4kg。酶制剂可在榨出的新鲜果蔬汁中直接加入，也可以在果蔬汁加热杀菌后加入。榨出的新鲜果蔬汁未经加热处理直接加入酶制剂，则可与天然果胶酶起协同作用，使澄清过程更快。酶制剂还可与明胶结合使用，如苹果汁的澄清，果蔬汁加酶制剂作用20～30min后加入明胶，在20℃下进行澄清，效果良好。

(4)其他澄清剂澄清法

1)PVPP(聚乙烯吡咯烷酮)法　用质量浓度1g/L的聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)或质量浓度2～5g/L的聚酰胺处理2h可以有明显的澄清效果。

2)膨润土(皂土)法　膨润土有Na－膨润土、Ca－膨润土和酸性膨润土三种，在果汁的pH值范围内，呈负电荷，可以通过吸附作用和离子交换作用去除果汁中多余的蛋白质，防止由于使用过量明胶而引起混浊。它还可以去除酶类、鞣质、残留农药、生物胶、气味物质等，缺点为释放金属离子、吸附色素及有脱酸作用。果汁中的常用量为0.25～1g/L，温度以40～50℃为宜。使用前应用水将膨润土充分吸胀几小时，形成悬浮液。

3)海藻酸钠－碳酸钙法　将海藻酸钠和碳酸钙以1∶1～1∶7的比例混合，调成糊状，按果汁质量的0.05%～0.1%加入，混合均匀。静置12～24h，可使某些果汁得以澄清。也可用琼脂代替海藻酸钠，有时可得到更满意的效果。

4)黄血盐(牛血粉)、琼脂、活性炭、蜂蜜法　黄血盐为葡萄酒的澄清剂，亦可用于果汁澄清。向果汁内加入琼脂、活性炭、蜂蜜、壳聚糖等均有一定的澄清效果。

(5)加热凝聚澄清法　果蔬汁中的胶体物质常因加热而凝聚，并容易沉淀。此法简便，效果好，应用较为普遍。操作方法:在80～90s内，将果蔬汁加热到80～82℃，然后以同样短的时间冷却至室温。由于温度的剧变，使果蔬汁中的蛋白质和其他胶体物质变性，凝固析出，从而使果蔬汁澄清。

(6)冷冻澄清法　冷冻使胶体浓缩和脱水，改变了胶体的性质，故而在解冻后聚沉。苹果汁用该法澄清效果特别好，葡萄汁、酸枣汁、沙棘汁和柑橘汁采用此法澄清也能取得较好效果。一般冷冻温度为－18～－20℃。

5.4.3.2　过滤

澄清处理后必须经过过滤，将混浊或沉淀物除去得到澄清透明且稳定的果蔬汁。常用的过滤介质有石棉、硅藻土、纤维等，过滤介质的选择随过滤方法和设备而异。常用的过滤方法有压滤、离心分离、真空过滤和超滤。

(1)压滤法　压滤法是待过滤物料流经一定的过滤介质，形成滤饼，并通过机械压力使汁液从滤饼流出，与果肉微粒和絮凝物分离。常用的过滤设备有硅藻土过滤机和板框式压滤机。硅藻土过滤以硅藻土作为助滤剂，过滤时将硅藻土添加到混浊果汁中经过反复回流，使硅藻土沉积在滤板上的厚度达2～3mm，形成滤饼层，一般40cm×40cm的板框需用1.5kg硅藻土，苹果汁过滤约需1～2kg/1000L，葡萄过滤约需汁3kg/1000L。一般硅藻土过滤可用于预过滤。板框式过滤机采用固定的石棉等纤维作过滤层，可根据果汁不同，选用不同的过滤材料。当过滤速度明显变慢时要更换过滤介质。

(2)真空过滤　真空过滤法是过滤滚筒内产生一定的真空度，一般在84.6kPa左右，利用压力差使果蔬汁渗过助滤剂，得到澄清果蔬汁。过滤前在真空过滤器的滤筛上涂一层厚6～7cm的硅藻土，滤筛部分浸没在果蔬汁中。过滤器以一定的速度转动，均一地把果蔬汁带入整个过滤筛表面。过滤器内的真空使过滤器顶部和底部果蔬汁有效地渗过助滤剂，损失很少。

(3)离心分离法　需用离心机完成分离，当料液送入离心机的转鼓后，转鼓高速旋转，一般转速在3000r/min以上，在离心力的作用下实现固液分离。(www.chuimin.cn)

(4)超滤膜过滤　在榨汁后，用超滤可以一举取代酶化脱胶、澄清和过滤的工序，大大简化果蔬汁的澄清过程。但是鉴于现有的技术水平，超滤在果蔬汁加工方面的应用还有一定的限制。目前普遍采用酶法脱胶和超滤澄清相结合的方法来提高超滤膜的效率，同时提高汁液的透过率，增加其稳定性。果蔬汁超滤澄清的超滤膜常用的有管式膜、平面膜和空心纤维膜三种类型，管式膜可截留相对分子质量为1万～30万的粒子。超滤膜材料目前以有机膜为主，例如聚砜。但也有用陶瓷和碳材料等制造的无机膜，与有机膜相比，无机膜更耐清洗，并可进行反清洗。

5.4.4　果蔬汁的均质与脱气

5.4.4.1　均质

生产带肉果蔬汁或者混浊果蔬汁时，由于果汁中含有大量果肉微粒，为了防止果肉微粒与汁液分离影响产品外观，提高果肉微粒的均匀性、细度和口感，需要进行均质处理。常用的均质设备是高压均质机。物料在高压均质机的均质阀中发生细化和均匀混合过程，可以使物料微粒细化到0.1～0.2μm。胶体磨也是具有均质细化作用的果蔬汁加工机械。胶体磨可使颗粒细化度达到2～10μm。一般在加工过程，可先将果蔬粗滤液和果蔬浆经过胶体磨处理后，再由高压均质机进行进一步的微细化。

超声波均质机是近年发展的一种新型均质设备，其作用原理是:利用强大的空穴作用力，产生絮流、摩擦、冲击等而使粒子破碎。

5.4.4.2　脱气

脱气或称脱氧，即在果蔬汁加工时除去果蔬汁中的氧，尤其是混浊果蔬汁，可以减少或避免果蔬汁成分的氧化，减少果蔬汁色泽和风味的变化，防止马口铁罐的腐蚀，避免悬浮粒吸附气体而漂浮于液面，以及防止装罐和杀菌时产生泡沫等。然而，脱氧也会导致果蔬汁中挥发性芳香物质的损失，必要时可回收后重新加回果蔬汁中，以保持原有风味。

(1)真空脱气法　采用真空脱气机进行脱气时，将果汁引入真空锅内，然后被喷成雾状或分散成液膜，使果汁中的气体迅速逸出。真空脱气机的喷头有喷雾式、离心式和薄膜式三种，无论哪种形式，目的在于增加果蔬汁的表面积，提高脱气效果。真空度越高，物料的沸点越低，在能够达到的高真空度条件下，选择温度以低于沸点3～5℃为宜。一般在真空度为0.08～0.093MPa和40℃左右时进行脱气，可脱除果蔬汁中90%的空气。真空脱气过程中，果蔬汁中的芳香成分和部分水分被脱除，香气损失较严重。为了减少香气损失，可以安装香气回收装置，将回收的冷凝液回加到果汁中。

(2)氮气交换法　是在果蔬汁中压入氮气，使果蔬汁在氮泡沫流的强烈冲击下失去所带的氧，最后剩下的几乎全是氮。

(3)抗氧化法是果蔬汁灌装时加入少量抗坏血酸等抗氧化剂，以除去容器顶隙中氧的方法。1g抗坏血酸约能去除1mL空气中的氧。

(4)酶法脱气法　用葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶以除去果蔬汁中的氧。葡萄糖氧化酶是一种典型的需氧脱氢酶，可使葡萄糖氧化而生成葡萄糖酸及过氧化氢。过氧化氢酶可使过氧化氢分解为水及氧气，氧气又消耗在葡萄糖氧化成葡萄糖酸的过程中，因此具有脱氧作用。

5.4.5　果蔬汁浓缩

浓缩果蔬汁是在澄清汁或混浊汁的基础上脱除大量水分，使果蔬汁体积缩小、固形物浓度提高到65%～75%。由于浓缩后的果蔬汁提高了糖度和酸度，所以在不加任何防腐剂情况下也能长期保藏，便于储运，因此发展较快。

(1)真空浓缩　目前果蔬汁生产中广泛使用的一种浓缩方式，通过负压降低果蔬汁的沸点，使果蔬汁中的水分在较低温度下快速蒸发，由此提高了浓缩的效率，减少了热敏性成分的损失，提高了产品的品质。在加热浓缩过程中，果蔬汁中部分芳香成分会随着水分的蒸发而逸出，从而使浓缩汁失去原有的天然风味。因此有必要将这些逸出的芳香物质进行回收，加入到浓缩汁或稀释复原的果蔬汁中。芳香物质的回收是各种真空浓缩汁生产中不可缺少的环节。

(2)冷冻浓缩　果蔬汁的冷冻浓缩是应用冰晶与水溶液的固－液相平衡原理，将果蔬汁中的水分以冰晶体形式排除。当水溶液中所含溶质浓度低于共溶浓度时，溶液被冷却后至冰点后，其中的水便部分成冰晶析出，剩余溶液的溶质浓度则由于冰晶数量和冷冻次数的增加而大大提高。其过程包括如下三步:结晶(冰晶的形成)、重结晶(冰晶的成长)、分离(冰晶与液相分开)。

冷冻浓缩避免了热力及真空的作用，没有热变性，挥发性芳香物质损失少，产品质量高，特别适用于热敏性果蔬汁的浓缩。由于把水变成冰所消耗的热量远低于蒸发水所消耗的能量，因此能耗较低。但冷冻浓缩效率不高，不能把果蔬汁浓缩到55Brix以上，且除去冰晶时会带走部分果蔬汁而造成损失。此外，冷冻浓缩时不能破坏微生物和酶的活性，浓缩汁还必须再经杀菌处理或冷冻保藏。

(3)反渗透浓缩　反渗透技术是一种膜分离技术，借助压力差将溶质与溶剂分离，其分离原理详见本书第2章水处理部分，广泛应用于海水的淡化和纯净水的生产。在果蔬汁工业上用于果蔬汁的预浓缩，与蒸发浓缩相比，反渗透浓缩优点是:不需加热，常温下浓缩不发生相变，挥发性芳香成分损失少，在密闭管道中进行不受氧气的影响，节能。反渗透需要与超滤和真空浓缩结合起来才能达到较为理想的效果。其过程为:混浊汁→超滤→澄清汁→反渗透→浓缩汁→真空浓缩→浓缩汁。

5.4.6　果蔬汁的调配与混合

果蔬汁调配的目的是实现产品的标准化，使不同批次产品保持一致性，提高果汁产品的风味、色泽、口感、营养和稳定性等。一般来说，100%的果蔬汁一般不用添加其他物质，但有些由于太酸或风味太强或色泽太淡等需复合或调配。非100%的果蔬汁饮料，由于加工过程中添加了大量的水分，果蔬汁原有的香气变淡、色泽变浅、糖酸都降低，需添加香精、糖、酸，甚至色素弥补。使产品的色、香、味达到理想的效果。

5.4.7　果蔬汁的杀菌灌装

果蔬汁的变质一般是由微生物的代谢活动所引起，因此杀菌是果蔬汁饮料生产中的关键技术之一。果蔬汁及饮料的杀菌工艺是否正确，不仅影响产品的保藏性，而且影响产品的质量。果蔬中存在着各种微生物，它们会使产品腐败变质，同时还存在着各种酶，会使制品的色泽、风味和形态发生变化，杀菌过程既要杀灭微生物又要钝化酶。食品工业中采用的杀菌方法主要有加热杀菌和冷杀菌两大类。目前常用的是热杀菌法。

(1)传统的灌装杀菌方式　先将产品加热到85℃以上，趁热灌装密封，在热蒸汽或沸水浴中杀菌一定时间，然后冷却到38℃以下。依据产品的种类和pH值、容器大小，决定杀菌的条件，一般酸性或高酸性产品采用60～100℃。低酸性蔬菜汁则采用高于100℃的加压杀菌方式。果蔬汁杀菌的微生物对象主要为好氧性微生物，如酵母菌和霉菌，酵母菌在66℃、1min内，霉菌在80℃、20min内即可被杀灭，一般巴氏杀菌条件(80℃、30min)即可将其杀灭。但对混浊果蔬汁，在此温度下如此长时间加热，容易产生煮熟味，色泽和香气损失大。

高温短时杀菌(high temperature short time，HTST)或超高温瞬时杀菌(ultra hight emperature，UHT)主要是指在未灌装的状态下，直接对果蔬汁进行短时或瞬时加热，由于加热时间短，对产品品质影响较小。pH值＜4.5的酸性产品，可采用高温(85～95℃)短时杀菌15s左右，亦可采用超高温(120℃)以上瞬时杀菌3～10s。pH值＞4.5的低酸性产品，则必须采用超高温杀菌。根据杀菌设备不同，超高温瞬时杀菌有板式灭菌系统和管式灭菌系统两类。这两种杀菌方式必须配合热罐装或无菌罐装设备，否则罐装过程还可能导致二次污染。

(2)热灌装　果蔬汁经高温短时或超高温瞬时杀菌，趁热灌入已预先消毒的洁净瓶内或罐内，趁热密封，倒瓶处理，冷却。此法较常用于高酸性果汁及果汁饮料，亦适合于茶饮料。橙汁、苹果汁以及浓缩果汁等可以在88～93℃下杀菌40s，再降温至85℃罐装;亦可在107～116℃内杀菌2～3s后罐装。目前较通用的果汁灌装条件为135℃、3～5s杀菌，85℃以上热灌装，倒瓶10～20s，冷却到38℃。

(3)无菌灌装　食品无菌包装是指将经过灭菌的食品(如饮料、奶制品等)，在无菌环境中，灌装入经过杀菌的容器中。无菌灌装产品可以在不加防腐剂、非冷藏条件下达到较长的保质期。

无菌灌装是热灌装的发展，或者是热灌装的无菌条件系统化、连续化。无菌条件包括果汁无菌、容器无菌、罐装设备无菌和罐装环境的无菌。

1)果蔬汁的杀菌　果蔬汁采用高温短时或超高温瞬时杀菌，从而保持营养成分、色泽和风味。

2)无菌包装容器及其杀菌　用于果蔬汁无菌包装的容器包括复合纸容器、塑料容器、复合塑料薄膜袋、金属罐和玻璃瓶几种类型。包装容器的杀菌可采用H₂O₂、乙醇、紫外线、放射线、超声波、加热法等，也可以几种方法联合在一起使用，具体选择何种杀菌方法需要根据包装容器材料而定。

3)周围环境的无菌　必须保持连接处、阀门、热交换器、均质机、泵等的密封性和保持整个系统的正压。操作结束后用CIP装置，加0.5%～2%的氢氧化钠热溶液循环洗涤，稀盐酸中和，然后用热蒸汽杀菌。无菌室需用高效空气滤菌器处理，以达到卫生标准。