呂 奇

(黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所，哈爾濱 150040)

0 引言

飲用礦泉水含有礦物質(zhì)、微量元素、二氧化碳?xì)怏w等，其化學(xué)性質(zhì)、出水流量、水質(zhì)水溫等相對穩(wěn)定，是從地層深處人工開采或自然出露的未經(jīng)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(yǎng)、衛(wèi)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(dá)到554萬噸的實際產(chǎn)量，占整個飲品總產(chǎn)量的1/3，首次超過了碳酸飲料，達(dá)到了飲品界的龍頭地位。相較西方發(fā)達(dá)國家的礦泉水開發(fā)利用，我國飲用礦泉水行業(yè)起步較晚，關(guān)鍵生產(chǎn)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(fēng)景名勝自然保護區(qū)。是我國著名的鐵質(zhì)重碳酸鹽碳酸冷礦水療養(yǎng)和旅游勝地，作為“礦泉水之鄉(xiāng)”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(chǎn)過程中，生產(chǎn)工藝相對落后，個別產(chǎn)品存在不同程度的瑕疵。

本研究就礦泉水廠家生產(chǎn)過程中的關(guān)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(qū)位于松嫩平原北緣，在地質(zhì)構(gòu)造上屬于松嫩凹陷與小興安嶺隆起的接觸帶，該區(qū)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(fā)而形成火山，現(xiàn)存火山錐具有相對規(guī)律性。獨特的地質(zhì)構(gòu)造條件使該區(qū)礦泉水形成了局部地下循環(huán)體系?；鹕絿姲l(fā)時，巖漿液在冷卻過程中的分導(dǎo)作用和地下水與圍巖的溶濾作用，是本地區(qū)礦泉水礦物質(zhì)的主要來源。五大連池礦泉水多以復(fù)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(nèi)地質(zhì)勘探隊伍對礦泉水資源勘查結(jié)果表明，地面不但有數(shù)處礦泉，地下還深藏著優(yōu)質(zhì)的礦泉資源，通過水質(zhì)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(shù)據(jù)匯總表Tab.1 Summary of main springs of Wudalianchi

2 國內(nèi)礦泉水企業(yè)一般工藝

2.1 瓶裝飲用天然礦泉水的基本生產(chǎn)流程

飲用瓶裝礦泉水生產(chǎn)工藝流程主要是將原水注入礦泉水水箱內(nèi)，通過增壓泵印入除鐵除錳過濾器，再經(jīng)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(jīng)過碳酸鹽的侵蝕，有機物對鐵質(zhì)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(zhì)物質(zhì)進入地下水中，導(dǎo)致原水中的鐵錳含量相對較高，鐵錳超標(biāo)不但對人體有害，還因為其穩(wěn)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(dǎo)致產(chǎn)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(jīng)過原水的處理過程，初步去除或降低了有毒有害物質(zhì)，被截留后的物質(zhì)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(zhì)清澈衛(wèi)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(shè)備中，完成原水的初步處理。經(jīng)過機械過濾后的水質(zhì)濁度在3度以上，并不能保證能夠滿足高質(zhì)量礦泉水直接灌裝的要求，因此，繼續(xù)引入精密過濾步驟。在外部增壓作用下，原水經(jīng)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(xì)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(zhǔn)備。超濾是一種去除雜質(zhì)的膜分離技術(shù)，通過截留礦泉水中有機大分子、藻類、細(xì)菌、病毒等，確保礦泉水礦物質(zhì)成分。其三，消毒、滅菌。國內(nèi)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(chǎn)過程中對水、輸送管道及儲水容器等生產(chǎn)設(shè)備起到殺菌作用，其不穩(wěn)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(guān)鍵控制環(huán)節(jié)

生產(chǎn)流程的關(guān)鍵在于水源、管道及設(shè)備的維護和清洗消毒，如果某一點出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)遭到污染，整批產(chǎn)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(huán)節(jié)；殺菌設(shè)施的選用、殺菌參數(shù)的設(shè)定和殺菌效果的監(jiān)測，是保證消殺效果的重要過程，要定期對水質(zhì)微生物及設(shè)備內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)測，保證設(shè)備穩(wěn)定運行、產(chǎn)品質(zhì)量可控、效果穩(wěn)定；包裝容器及蓋的質(zhì)量控制，應(yīng)把好質(zhì)量關(guān)，降低殘次品產(chǎn)出率；廠內(nèi)消毒劑的選擇和使用，要確保廠區(qū)內(nèi)衛(wèi)生，減少二次污染概率；加強車間及廠區(qū)內(nèi)人員的衛(wèi)生管理等。

原水、管道、水處理設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境、原輔材料、包裝材料、工作人員等環(huán)節(jié)都要做到管控到位、監(jiān)管嚴(yán)格，否則將存在潛在的污染風(fēng)險，易造成產(chǎn)品衛(wèi)生指標(biāo)不合格，導(dǎo)致直接和間接損失。

3 五大連池瓶裝礦泉水生產(chǎn)的主要工藝技術(shù)

3.1 水源控制

礦泉水主要元素的含量、口感和水化學(xué)指標(biāo)的穩(wěn)定性是水源地水質(zhì)的主要指標(biāo)，采水量是否能夠支撐日常生產(chǎn)使用，水源地周邊環(huán)境是否安全衛(wèi)生，交通是否發(fā)達(dá)也是建廠的主要考慮因素。優(yōu)質(zhì)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(chǎn)控制工藝，對降低成本、提高產(chǎn)能起到了決定性的作用。水源地的保護對水廠生產(chǎn)有著長遠(yuǎn)的影響，國內(nèi)一般要求在水源地3 km范圍作為保護區(qū)。便利的交通降低了運輸成本，加快了運轉(zhuǎn)周期，有著開源節(jié)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(yǎng)代謝類的單細(xì)胞或簡單群體形式生活的多細(xì)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(zhì)和微量元素，且礦泉水企業(yè)的取水源長期處于陰暗潮濕的環(huán)境中，廠區(qū)周圍大量綠植、農(nóng)田等產(chǎn)生了大量藻類孢子，生產(chǎn)過程中極易混入藻類，致使瓶裝飲用水的成品中出現(xiàn)藻類污染。水中檢測出的藻類一般屬于淡水藻類，其中藍(lán)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(yán)重，它們的代謝物還能促使有害的異養(yǎng)微生物生長，產(chǎn)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(jiān)控水源藻類的數(shù)量是必要的，尤其是對地下、半地下的貯水池的水源地，應(yīng)進行全面徹底的清消，從源頭減少藻類數(shù)量，在后續(xù)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(zhì)、氣體等途徑進行傳播，要嚴(yán)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(chǎn)車間內(nèi)的流水線和倉庫空氣進行凈化，全面消殺，定期對防塵設(shè)施、水源箱、過濾設(shè)備進行監(jiān)測檢查，確保整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的環(huán)境處于高質(zhì)量狀態(tài)。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(zhì)和飲用口感的影響較小，還具有一定的抑菌效果。適當(dāng)?shù)倪^濾工藝也能對一部分藻類進行數(shù)量控制，不但增強了過濾效果，還能減少生產(chǎn)流程，降低污染風(fēng)險和生產(chǎn)成本。除去對水中、空氣中藻類的處理，生產(chǎn)加工階段中的交叉污染也可能導(dǎo)致藻類蔓延，為保證整個生產(chǎn)流程設(shè)備及場地的清潔，防止被藻類污染，應(yīng)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(chǎn)衛(wèi)生培訓(xùn)學(xué)習(xí)，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(yǎng)型生物的藻類，即使在水中有極少的細(xì)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(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)霉菌，通過抽樣對比實驗得出結(jié)論，霉菌的主要污染途徑三方面：其一，管路設(shè)備中最容易受到污染的是最終的過濾設(shè)備，器濾芯為化學(xué)纖維結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)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(tǒng)，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(chǎn)過程、運輸和存儲等環(huán)節(jié)，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(dāng)容易受到環(huán)境中霉菌的污染。其三，灌裝車間設(shè)計流程及設(shè)備選用不合理，如未安裝凈化設(shè)備或參數(shù)不達(dá)標(biāo)，管理人員未按規(guī)章制度進行日常管理及消殺，操作人員衛(wèi)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(shè)備管道，造成設(shè)備二次污染。

空氣傳播是霉菌的主要傳播途徑，生產(chǎn)車間應(yīng)匹配空氣凈化裝置，切斷空氣途徑，定期確認(rèn)凈化效果，定期保養(yǎng)凈化設(shè)備，及時對積水進行外排，防治積水內(nèi)霉菌繁殖，保證生產(chǎn)區(qū)內(nèi)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(chǎn)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(yīng)進行一次滅菌消殺[1]。

3.4 白色沉淀物的解決

在潮濕環(huán)境或消殺期間，水中的藻類、細(xì)菌和真菌等會將礦泉水中的礦物質(zhì)元素作為養(yǎng)料，迅速生長和繁殖，在適宜的光照和溫度條件下產(chǎn)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(chǎn)生質(zhì)量問題，影響感官指標(biāo)，必須要在工藝中進行處理控制。應(yīng)實現(xiàn)動態(tài)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(fù)冷凍，定期使用ClO2，配合紫外線燈對整個生產(chǎn)環(huán)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(nèi)比較有特點的鐵質(zhì)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(shù)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(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實際情況酌情調(diào)整方法，確保除鐵除錳的經(jīng)濟高效性[8]。

3.6 設(shè)備選擇

瓶裝飲用礦泉水的水處理設(shè)備需去除水中的多余物質(zhì)、微生物等影響飲用口感、指標(biāo)的相關(guān)雜質(zhì)。由于菌類、微生物等影響因素較為復(fù)雜，設(shè)備選擇不能過于煩瑣，應(yīng)盡量縮減工藝流程，節(jié)約經(jīng)濟成本，減少時間成本。根據(jù)五大連池礦泉水的特點，選擇多介質(zhì)過濾器、精密過濾器、滅菌設(shè)備等，具體布設(shè)順序應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)檢測結(jié)果來確定，設(shè)備材料應(yīng)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(shè)備能夠有效防止成品二次污染，應(yīng)嚴(yán)格把控制瓶設(shè)備的選擇，杜絕重復(fù)投資，避免資源浪費。灌裝設(shè)備是質(zhì)控的最后關(guān)口，也是最直接的環(huán)節(jié)，設(shè)備選擇要考慮自身生產(chǎn)能力、設(shè)備品牌質(zhì)量、設(shè)備連續(xù)運轉(zhuǎn)損耗、穩(wěn)定性和能耗等相關(guān)參數(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。

4 結(jié)語

科學(xué)完整的生產(chǎn)工藝是優(yōu)質(zhì)瓶裝飲用水生產(chǎn)的關(guān)鍵。應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，環(huán)環(huán)相扣，打造明星產(chǎn)品。五大連池?fù)碛袃?yōu)質(zhì)的水源，得天獨厚的旅游資源，應(yīng)做好工藝控制，保證產(chǎn)品質(zhì)量。