水质分析仪器在食品饮料行业的应用

食品饮料 行 业 分析仪器 解决方案 食品饮料 行 业 分析仪器 解决方案 Rosemount Analytical 是 Emerson Process Management 的成员之一，而 Emerson Process Management 是美国艾默生电气公司中八个商业集团之一。众所周知，Emerson Process Management 是世界上公认的过程控制、检测产品及解决方案的一流供应商，产品包括：分析仪器、阀门、调压器、变送器、控制系统和软件。 Rosemount Analytical 由于具有先进的分析仪器和应用专家，以及其它厂家无可比拟的、遍及全球各地的客 户服务与技术支持中心，所以，其在世界分析仪器领域，一直占据领先地位。我们提供的产品有：液体分析仪器、气体分析仪器、燃烧控制产品及各种分析解决方案。 现在，随着生活水平的日益提高，人们可以享受到越来越多的食品和饮料。与以往相比，食品饮料厂商不仅要关注产品的质量、保质期、产量，为消费者提供合格产品，而且更要重视降低能源消耗。由此，对食品饮料生产的自动化提出了越来越高的要求。Rosemount Analytical 作为在线分析仪器的主要供应商，在食品饮料行业分析仪器解决方案上积累了一些经验，我们非常愿意与中国的客户分享这些经验，共同发展。 水是食品饮料生产中使用最多的原料，不仅在生产过程中要使用水，而且在设备清洗过程中也要使用水。按照当今的环保规范，水必须经过处理才能排放，或者最好可以循环使用，从而最大限度地降低能源消耗。 原水进入生产前，要经过几道工序处理，如：反渗透、整馏、臭氧消毒和精细过滤。在这些水净化处理工序中，要测量电导率、pH 值、臭氧和 ORP 氧化还原电位等。 在食品饮料生产过程中，要求所使用的测量传感器最低能够完成一个完整批次的生产过程，并且，测量结果可以为操作人员提供准确的信息。 在食品饮料生产的准备过程中，要定期对工艺管线和设备进行清洗，清洗的目的是在不拆除任何设备的前提下，除去前几批次生产过程中，在管线和设备中存留的残余物。根据工艺过程的不同和生产产品的不同，可以用水、苛性溶液、酸溶液、清洗（漂白）液或蒸汽，对管线和设备进行冲洗，清除微生物，这就是我们常说的 CIP（酸碱液在线清洗） 。此时，对生产线上所使用的传感器有一个最基本的要求，就是必须满足卫生标准，其意味着传感器的表面必须光滑，不能有凹/凸痕，因为这些地方容易附着残留物，进而腐烂，成为微生物的栖息之地。 按照环保要求，设备清洗完的用水，经过处理水才能排放，或者最好可以循环使用。此时，需要检测溶解氧、氯、pH 值等。 针对上述工艺特点，Rosemount Analytical 可以提供相应的分析产品和解决方案，以满足食品饮料行业特殊的应用需求。 Emerson Process Management Rosemount Analytical 世界上在线分析仪器的领导者 世界上在线分析仪器的领导者 食品饮料生产的特点食品饮料生产的特点 玉米湿磨是将玉米分解成多种具有不同成分玉米产品的加工过程，目的是让玉米成为具有附加值的产品。通常，处理 8 加仑的玉米需要 40 加仑的水。 因此， 在玉米湿磨工艺中，要求监测多个水的质量指标： 测量发酵、浸泡、异构化处理、淀粉改性、糊精烘烤、过滤/离子交换、高果糖糖浆、漂洗水的 pH 值； 在设备清洗消毒过程中，测量电导率； 测量发酵工艺过程中的溶解氧。 饮料中最多的成分就是水，所以，水质分析仪在饮料生产过程中，始终起着至关重要的作用，目的是保证最好的产品质量和产量： 测量净化水的电导率； 在瓶子消毒工艺中，测量臭氧； 在充气工艺过程中，测量 CO2 和溶解氧。 酿造是一门传统工艺，但是，现在的酿酒制造商已不再仅凭借眼睛和感觉， 来判断产品的质量、 保存期和生产效率，而是凭借先进的分析仪器，来管理生产： 测量热麦芽汁和发酵、熟化、过滤、包装工艺过程的溶解氧； 在设备清洗消毒工艺中，测量电导率； 测量净化水、麦芽汁和发酵过程中的电导率。 奶制品生产对分析仪器的需求体现在生产的各个阶段，而且要求分析传感器要满足 3A 卫生标准。以下测量参数有助于优化奶制品的生产： 在添加香料、设备清洗和生产干奶酪时，测量电导率； 在加工酸奶酪、干奶酪和新鲜奶品时，测量 pH 值； 在消毒过程中，测量臭氧。 Emerson Process Management Rosemount Analytical 水质分析仪器在食品饮料行业的应用 Emerson Process Management Rosemount Analytical 水质分析仪器在食品饮料行业的应用 玉米湿磨玉米湿磨 饮料饮料 酿造酿造 奶制品奶制品 尽管每个食品饮料生产线都有其各自的特点，但是有些生产环节却是大家所共有的，如：水净化处理、设备/管线酸碱液在线清洗和臭氧消毒。 水净化处理水净化处理 市政水（自来水）在用于食品饮料生产前，必须经过处理，处理的方法很多，包括：反渗透、精细过滤和蒸馏。每种处理方法的工作机理不同，去除不同的杂质。反渗透（RO）通过半渗透膜，去除水中的矿物质。精细过滤是通过过滤介质，去除水中悬浮的颗粒物。蒸馏则是通过将水从液态到汽态、再到液态的过程，去除水中的矿物质。 借助于接触电导率传感器，检测净化处理完水的含盐量，可以得到反渗透工艺或蒸馏工艺的工作效率。如果在反渗透装置入口再增加一个电导率传感器，则可以计算出抑制百分数和流通百分数，这是衡量渗透膜性能的重要指标。有些水净化处理还在工艺末端测量 pH 值，这也是衡量过滤介质效能的重要参数，因为 pH 值高，水的碱性强，容易产生结垢。 酸碱液在线清洗（酸碱液在线清洗（CIP） 食品饮料行业，凡是与最终食品接触的工艺管线和设备，要定期进行全面清洗，目的是除去前几批次生产过程中，存留的残余物，消除微生物污染。由于不同的食品生产会用到不同的原料，为了避免不同批次的交叉污染，酸碱液在线清洗便成为食品生产中至关重要的环节。清洗涉及所有关连的设备：反应罐和容器、发酵罐、工艺管线和在线测量传感器。清洗过程为：预清洗、清洗和后漂洗，包括：碱液清洗、酸液清洗和清水漂洗。 电导率传感器是酸碱液在线清洗控制的关键检测元件，由于各种清洗液的电导率值在清洗过程中和清洗结束后各不相同，所以，在清洗的各个阶段和最后环节，通过检测溶液电导率值的变化，可以达到对清洗过程进行监视和控制的目的。此外，清洗过程所用的清洗液要使用多次，由于清洗过程中残留液的稀释作用和清洗过程自身的化学反应，会使清洗液的功效逐渐降低，所以，监测溶液的电导率值可以了解清洗液的功效，从而确定是否需要添加新的清洗液。 当酸碱液在线清洗结束后，还要用蒸汽进行卫生消毒，电导率传感器也在被卫生消毒的行列，因此，要求所使用的电导率传感器能够承受蒸汽高温。随着清洗过程的进行，电导率值是逐渐减小的，当其等于清水的电导率值时，表明清洗过程完成。 臭氧卫生消毒臭氧卫生消毒 臭氧卫生消毒由于具有很多优势而逐渐流行。臭氧的消毒能力比化学消毒品要强许多，而且，与氯气不同，臭氧没有残余气味。此外，臭氧通常由现场的臭氧发生器提供，从而，消除了对危险品的存储要求。臭氧卫生消毒应用可以渗透到食品行业的各个生产环节：桶装设备清洗、水处理、表面清洁、酸碱液在线清洗、传输管线清洗、模具消毒和废水处理。 通常，臭氧卫生消毒是一套橇装系统，测量参数包括：臭氧、ORP 氧化还原电位、pH 和温度。Rosemount Analytical 可以提供直接的臭氧测量技术，而不像有些厂家，是通过 ORP 和温度推导出臭氧含量。 Emerson Process Management Rosemount Analytical 水质分析仪器在食品饮料行业的应用 Emerson Process Management Rosemount Analytical 水质分析仪器在食品饮料行业的应用 常规应用常规应用 玉米加工精制是将玉米分解成多种具有不同成分玉米产品的加工过程，目的是让玉米成为具有附加值的产品，如：淀粉、甜味佐料、玉米油、纤维和蛋白质。仅在美国，每年就要处理 102 亿多加仑的玉米，而每处理 8 加仑的玉米需要 40 加仑的水。这些水一定要进行处理后，才能用于玉米加工，而且，用完的水也一定要经过处理，才能排放。先进的水处理控制可以有效地提高玉米加工的生产效益。 玉米湿磨有以下玉米湿磨有以下 6 个工作步骤：个工作步骤： 玉米浸泡：玉米浸泡：玉米粒清洗完后开始浸泡。首先，将 24,000 加仑的玉米粒放入不锈钢罐内，用 50°C 的水浸泡30-40 小时，水中加适量硫酸溶液（通常是加 0.1% SO2） ，以防止过多细菌的生长。SO2 的加入量由水的 pH 值控制，如果水过酸，会导致淀粉过早形成。随着玉米泡软、膨胀，酸度适度的浸泡水开始削弱面筋的束缚，剥析出淀粉。经过浸泡，玉米被粗略地碾碎，胚芽与其它组分分离。此时，将浸泡水浓缩，获取其中的营养成分，可以作为动物饲料，也可以用于后面的发酵工艺。而玉米浆液中的沉淀物，则进入脱胚机。 胚芽分离：胚芽分离：旋风分离机将低密度的玉米胚牙从玉米浆液中分离出来，胚牙是玉米油中的富含物质。用泵将胚牙抽取至筛分装置，经反复冲洗后，去除掉残余的淀粉，然后，通过机械方法，从胚牙中抽取出油分。该油分经过精制、过滤，成为最终的玉米油，而胚牙渣则可以作为动物饲料。 细磨和筛分：细磨和筛分：玉米浆液经过胚芽分离后，送至填充式或磨擦填充式碾磨机，从玉米粒的纤维中取出淀粉、面筋。然后，将纤维收集起来，再制成浆液，经过筛分，提取残留的淀粉和蛋白质，剩下的物质送至饲料车间，作为动物饲料的主要成分。而取出的淀粉、面筋悬浮液则送至淀粉车间，提取淀粉。 淀粉分离：淀粉分离：离心分离机将面筋从淀粉中分离出来，面筋用作动物饲料。含有 1-2%蛋白质的淀粉经过稀释、冲洗，除去微量的蛋白质，成为纯度为 99.5%的淀粉，该淀粉可以作进一步的深加工，从而作为玉米淀粉、特种淀粉、玉米糖浆或葡萄糖等产品销售。 淀粉淀粉/糖浆转换：糖浆转换：淀粉浆液中含有酸和酶，这两种物质可以将淀粉浆液转换成葡萄糖糖浆。在淀粉/糖浆的转换过程中，根据不同需要，控制酸和酶的反应程度，则可以生成不同的产品。糖浆通过过滤器、离心分离机和离子交换柱精制而成，多余的水分被蒸发掉。糖浆可以直接销售，也可以做成葡萄糖晶体，或者加工成高档玉米糖浆。 在该工艺过程中，酶的 pH 值要控制在 3.0，最终产品的 pH 值要控制在 5.5。 发酵：发酵：在许多玉米加工厂，葡萄糖浆液被送至发酵设备，通过传统的酵母发酵、或者酵母和细菌发酵，将葡萄糖浆液转换成酒精。发酵后的浆液经过蒸馏，转换成酒精，或者通过薄膜分离，浓缩成其它生物产品。二氧化碳和营养素是可以直接销售的副产品。 在该工艺过程中，pH 值和溶解氧是重要的控制指标。 Emerson Process Management Rosemount Analytical 水质分析仪器在食品饮料行业的应用 Emerson Process Management Rosemount Analytical 水质分析仪器在食品饮料行业的应用 玉米湿磨玉米湿磨 啤酒作为大众饮品已有 8,000 多年的历史。水、大麦、啤酒花和谷物是啤酒的主要原料。几个世纪以来，啤酒酿造一直被当作一种艺术工艺，但是，当今的啤酒制造商更加注重啤酒的质量和保质期，它们在酿造工艺中引入了在线分析仪器，用科学的手段，优化过程控制。在啤酒生产过程中，有以下几个主要的工艺环节： 研磨捣碎：研磨捣碎：大麦首先要制成麦芽，进而产生酶，酶可以促使淀粉变成可发酵糖。第一步，将麦芽放进捣碎发酵桶；第二步捣碎，直至所有淀粉都变成可发酵糖。在该工艺过程中，pH 值是重要的控制指标。 过滤桶、酿造釜：过滤桶、酿造釜：捣碎工艺完成后，将捣碎的浆液送至过滤桶，在这里，液体麦芽汁与不可溶的谷物壳进行分离。具体来说