五大連池瓶裝飲用礦泉水生產關鍵技術分析

呂 奇

(黑龍江省科學院自然與生態研究所，哈爾濱 150040)

0 引言

飲用礦泉水含有礦物質、微量元素、二氧化碳氣體等，其化學性質、出水流量、水質水溫等相對穩定，是從地層深處人工開采或自然出露的未經污染的地下水。天然礦泉水具有無污染、形成周期長等特點，是天然營養、衛生安全的理想飲品。隨著我國居民生活水平的不斷提高，消費者健康意識也在逐年提高。我國瓶裝飲用水在2000年已達到554萬噸的實際產量，占整個飲品總產量的1/3，首次超過了碳酸飲料，達到了飲品界的龍頭地位。相較西方發達國家的礦泉水開發利用，我國飲用礦泉水行業起步較晚，關鍵生產工藝有著較大的升級空間。

坐落于黑龍江省五大連池市北部的五大連池風景名勝自然保護區。是我國著名的鐵質重碳酸鹽碳酸冷礦水療養和旅游勝地，作為“礦泉水之鄉”的五大連池有著非常豐富的礦泉水資源，但在礦泉水的生產過程中，生產工藝相對落后，個別產品存在不同程度的瑕疵。

本研究就礦泉水廠家生產過程中的關鍵工藝單元進行了分析[1-2]。

1 地下水資源概況

五大連池地區位于松嫩平原北緣，在地質構造上屬于松嫩凹陷與小興安嶺隆起的接觸帶，該區基巖被分割成菱形的斷塊，新世系的地下巖漿，在活動期沿著接觸帶的斷裂裂隙上升，最后噴發而形成火山，現存火山錐具有相對規律性。獨特的地質構造條件使該區礦泉水形成了局部地下循環體系。火山噴發時，巖漿液在冷卻過程中的分導作用和地下水與圍巖的溶濾作用，是本地區礦泉水礦物質的主要來源。五大連池礦泉水多以復合型的重碳酸-碳酸礦泉水為主要類型，存在少量單型[3-4]。

黑龍江省內地質勘探隊伍對礦泉水資源勘查結果表明，地面不但有數處礦泉，地下還深藏著優質的礦泉資源，通過水質分析、歸類，劃分出3個可飲用的礦泉水泉眼[2]。

表1 五大連池主要泉眼數據匯總表Tab.1 Summary of main springs of Wudalianchi

2 國內礦泉水企業一般工藝

2.1 瓶裝飲用天然礦泉水的基本生產流程

飲用瓶裝礦泉水生產工藝流程主要是將原水注入礦泉水水箱內，通過增壓泵印入除鐵除錳過濾器，再經過粗濾、精密過濾器的過濾后，進入殺菌水箱，通過臭氧殺菌處理后進入成品水箱，等待灌裝機灌裝。流程中的幾個主要工藝有：其一，原水處理。主要是將原水與空氣充分接觸，去除原水中有害氣體和氧化活躍的金屬離子，使其沉淀予以去除。原水來自地下深處，地殼中的巖石經過碳酸鹽的侵蝕，有機物對鐵質的溶解作用，以及三價鐵的氧化物在厭氧條件下被還原，使得大量鐵質物質進入地下水中，導致原水中的鐵錳含量相對較高，鐵錳超標不但對人體有害，還因為其穩定性差，極易被氧化而形成有色沉淀，尤其是使用臭氧消毒后，會導致產品的感官性降低。原水中還會混雜有二氧化碳、硫化氫等有毒有害氣體，所以經過原水的處理過程，初步去除或降低了有毒有害物質，被截留后的物質通過反沖洗排出。其二，過濾。目的是去除水中存在的微生物和懸浮物，使水質清澈衛生。主要分為粗濾、精密過濾和超濾等方式。粗濾是去除水中較大的固體顆粒物，一般采用以石英砂或錳砂為主的過濾材料，分層散布在機械過濾設備中，完成原水的初步處理。經過機械過濾后的水質濁度在3度以上，并不能保證能夠滿足高質量礦泉水直接灌裝的要求，因此，繼續引入精密過濾步驟。在外部增壓作用下，原水經過濾芯和密封容器組成的精密過濾器截留水中絕大部分有機物和細菌，過濾后的水基本無菌，但對病毒無效，只是為超濾做前期準備。超濾是一種去除雜質的膜分離技術，通過截留礦泉水中有機大分子、藻類、細菌、病毒等，確保礦泉水礦物質成分。其三，消毒、滅菌。國內主要的消毒方法是臭氧消毒法，作為一種強氧化劑，臭氧具有較強的殺菌作用，能夠在整個礦泉水的生產過程中對水、輸送管道及儲水容器等生產設備起到殺菌作用，其不穩定性決定了其會在一段時間后自動還原成氧氣，不會在水中長期駐留[5]。

2.2 關鍵控制環節

生產流程的關鍵在于水源、管道及設備的維護和清洗消毒，如果某一點出現問題，就會導致整個系統遭到污染，整批產品報廢，損失金錢、耽誤時間，其中，瓶裝礦泉水中的包裝容器及瓶蓋清洗、消毒、無菌保存是最重要的控制環節；殺菌設施的選用、殺菌參數的設定和殺菌效果的監測，是保證消殺效果的重要過程，要定期對水質微生物及設備內環境進行監測，保證設備穩定運行、產品質量可控、效果穩定；包裝容器及蓋的質量控制，應把好質量關，降低殘次品產出率；廠內消毒劑的選擇和使用，要確保廠區內衛生，減少二次污染概率；加強車間及廠區內人員的衛生管理等。

原水、管道、水處理設備、生產環境、原輔材料、包裝材料、工作人員等環節都要做到管控到位、監管嚴格，否則將存在潛在的污染風險，易造成產品衛生指標不合格，導致直接和間接損失。

3 五大連池瓶裝礦泉水生產的主要工藝技術

3.1 水源控制

礦泉水主要元素的含量、口感和水化學指標的穩定性是水源地水質的主要指標，采水量是否能夠支撐日常生產使用，水源地周邊環境是否安全衛生，交通是否發達也是建廠的主要考慮因素。優質的深層礦泉水深受消費者的喜愛，更能簡化礦泉水廠的生產控制工藝，對降低成本、提高產能起到了決定性的作用。水源地的保護對水廠生產有著長遠的影響，國內一般要求在水源地3 km范圍作為保護區。便利的交通降低了運輸成本，加快了運轉周期，有著開源節流的效力。

3.2 藻類控制方法

藻類普遍存在于自然界中，它屬于典型的光能自養代謝類的單細胞或簡單群體形式生活的多細胞，主要通過分裂或生殖孢子方式進行繁殖的低等植物。因礦泉水中富含適宜藻類生長的礦物質和微量元素，且礦泉水企業的取水源長期處于陰暗潮濕的環境中，廠區周圍大量綠植、農田等產生了大量藻類孢子，生產過程中極易混入藻類，致使瓶裝飲用水的成品中出現藻類污染。水中檢測出的藻類一般屬于淡水藻類，其中藍藻、綠藻和硅藻最為常見。在合適的溫度和光照條件下，藻類大量繁殖，少量呈松散的絮狀物懸浮于水中，最終大量團簇聚集降至瓶底，對瓶裝礦泉水的色、味、嗅等感官性狀影響嚴重，它們的代謝物還能促使有害的異養微生物生長，產生危害人身安全的毒素[6]。

對水源采取保護措施，消除污染根源，去除藻類和監控水源藻類的數量是必要的，尤其是對地下、半地下的貯水池的水源地，應進行全面徹底的清消，從源頭減少藻類數量，在后續的處理工藝中起到了事半功倍的效果。

藻類可以通過水介質、氣體等途徑進行傳播，要嚴格控制水處理車間的空間密閉性，切斷藻類孢子的生存條件。在飲用水的加工階段，對生產車間內的流水線和倉庫空氣進行凈化，全面消殺，定期對防塵設施、水源箱、過濾設備進行監測檢查，確保整個生產環節的環境處于高質量狀態。藻類的消殺主要采用臭氧、紫外線燈照、合理的過濾工藝等進行滅菌操作。其中，臭氧氧化塔能夠有效滅除藻類孢子，灌裝后的瓶裝成品飲用水中的殘存臭氧在放置一段時間后會自動分解，對水質和飲用口感的影響較小，還具有一定的抑菌效果。適當的過濾工藝也能對一部分藻類進行數量控制，不但增強了過濾效果，還能減少生產流程，降低污染風險和生產成本。除去對水中、空氣中藻類的處理，生產加工階段中的交叉污染也可能導致藻類蔓延，為保證整個生產流程設備及場地的清潔，防止被藻類污染，應定期進行全面的消毒和殺菌，指定專人進行消殺并記錄留存，管理人員要高度重視，全員進行生產衛生培訓學習，合格后方可安排上崗。

成品的存放和運輸也是消除藻類隱患的重點，作為自養型生物的藻類，即使在水中有極少的細胞殘存，在一定的溫度和光照條件下還是可以大量繁殖，造成瓶裝飲用水污染。因此，避光儲存和運輸是藻類控制必要的手段之一[1,6]。

3.3 霉菌的控制

霉菌屬于真菌，有著極強的繁殖能力，水中霉菌的菌絲會形成白色絮狀物，是瓶裝飲用礦泉水生產中較為常見的。目前，水中滅菌容易解決，但是如何控制霉菌從生產到被飲用的過程中不再生長，難道較大。溫度高、濕度大最容易出現霉菌，通過抽樣對比實驗得出結論，霉菌的主要污染途徑三方面：其一，管路設備中最容易受到污染的是最終的過濾設備，器濾芯為化學纖維結構，其結構極易沾染吸附霉菌孢子，造成霉菌污染，其次是儲水和輸水系統，儲水池、罐的死角極易存留死水，未徹底清洗的輸水管道也會滋生霉菌。其二，瓶裝礦泉水的空瓶和瓶蓋等包裝材料在生產過程、運輸和存儲等環節，極易受到霉菌和其他微生物的污染，未消毒、消毒不徹底或消毒不當容易受到環境中霉菌的污染。其三，灌裝車間設計流程及設備選用不合理，如未安裝凈化設備或參數不達標，管理人員未按規章制度進行日常管理及消殺，操作人員衛生安全意識不到位，這些因素都極易造成空氣中的霉菌侵入設備管道，造成設備二次污染。

空氣傳播是霉菌的主要傳播途徑，生產車間應匹配空氣凈化裝置，切斷空氣途徑，定期確認凈化效果，定期保養凈化設備，及時對積水進行外排，防治積水內霉菌繁殖，保證生產區內干燥，并輔助紫外線燈，定期使用二氧化氯、次氯酸鈉燈殺毒液進行全面消毒。制瓶過程中不會產生霉菌，但要防止灌瓶過程中的霉菌污染，如果外購瓶、蓋，要控制整個采購運輸及倉儲過程，灌瓶封裝前應進行一次滅菌消殺[1]。

3.4 白色沉淀物的解決

在潮濕環境或消殺期間，水中的藻類、細菌和真菌等會將礦泉水中的礦物質元素作為養料，迅速生長和繁殖，在適宜的光照和溫度條件下產生白色沉淀。重碳酸根含量高的重礦化度礦泉水會形成白色的CaCO3沉淀，而白色沉淀會產生質量問題，影響感官指標，必須要在工藝中進行處理控制。應實現動態平衡，釋放原水中的二氧化碳，增加成品瓶裝礦泉水的密閉性，防止成品運輸儲存過程中反復冷凍，定期使用ClO2，配合紫外線燈對整個生產環境進行消殺操作，有效解決白色沉淀問題[1,7]。

3.5 鐵錳的控制

五大連池礦泉水是國內比較有特點的鐵質重碳酸礦泉水，鐵錳是人體所需的重要微量元素，但過量的鐵錳會對人體造成不可逆的傷害。地下水的除鐵除錳技術主要包括自然氧化法、接觸氧化法、生物法。主要工藝有：自然氧化曝氣除鐵、堿化除錳法；自然氧化曝氣除鐵、強氧化劑除錳法；接觸氧化除鐵除錳法及生物除鐵除錳法等。這些方法各有優缺點，應根據生產實際情況酌情調整方法，確保除鐵除錳的經濟高效性[8]。

3.6 設備選擇

瓶裝飲用礦泉水的水處理設備需去除水中的多余物質、微生物等影響飲用口感、指標的相關雜質。由于菌類、微生物等影響因素較為復雜，設備選擇不能過于煩瑣，應盡量縮減工藝流程，節約經濟成本，減少時間成本。根據五大連池礦泉水的特點，選擇多介質過濾器、精密過濾器、滅菌設備等，具體布設順序應根據實際生產檢測結果來確定，設備材料應選擇無毒、無味、耐腐蝕、易清洗的無銹鋼材料。高效無菌的制瓶設備能夠有效防止成品二次污染，應嚴格把控制瓶設備的選擇，杜絕重復投資，避免資源浪費。灌裝設備是質控的最后關口，也是最直接的環節，設備選擇要考慮自身生產能力、設備品牌質量、設備連續運轉損耗、穩定性和能耗等相關參數，保證產品質量和成品率。

4 結語

科學完整的生產工藝是優質瓶裝飲用水生產的關鍵。應嚴格把關，環環相扣，打造明星產品。五大連池擁有優質的水源，得天獨厚的旅游資源，應做好工藝控制，保證產品質量。