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(duì)穩(wěn)定，是從地層深處人工開(kāi)采或自然出露的未經(jīng)污染的地下水。天然礦泉水具有無(wú)污染、形成周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，是天然營(yíng)養(yǎng)、衛(wèi)生安全的理想飲品。隨著我國(guó)居民生活水平的不斷提高，消費(fèi)者健康意識(shí)也在逐年提高。我國(guó)瓶裝飲用水在2000年已達(dá)到554萬(wàn)噸的實(shí)際產(chǎn)量，占整個(gè)飲品總產(chǎn)量的1/3，首次超過(guò)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(guó)家的礦泉水開(kāi)發(fā)利用，我國(guó)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(jí)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(hù)區(qū)。是我國(guó)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(guò)程中，生產(chǎn)工藝相對(duì)落后，個(gè)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(guò)程中的關(guān)鍵工藝單元進(jìn)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(dòng)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(duì)規(guī)律性。獨(dú)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(shí)，巖漿液在冷卻過(guò)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(lái)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(lèi)型，存在少量單型[3-4]。

黑龍江省內(nèi)地質(zhì)勘探隊(duì)伍對(duì)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(guò)水質(zhì)分析、歸類(lèi)，劃分出3個(gè)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(guó)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(guò)增壓泵印入除鐵除錳過(guò)濾器，再經(jīng)過(guò)粗濾、精密過(guò)濾器的過(guò)濾后，進(jìn)入殺菌水箱，通過(guò)臭氧殺菌處理后進(jìn)入成品水箱，等待灌裝機(jī)灌裝。流程中的幾個(gè)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(lái)自地下深處，地殼中的巖石經(jīng)過(guò)碳酸鹽的侵蝕，有機(jī)物對(duì)鐵質(zhì)的溶解作用，以及三價(jià)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(jìn)入地下水中，導(dǎo)致原水中的鐵錳含量相對(duì)較高，鐵錳超標(biāo)不但對(duì)人體有害，還因?yàn)槠浞€(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(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的感官性降低。原水中還會(huì)混雜有二氧化碳、硫化氫等有毒有害氣體，所以經(jīng)過(guò)原水的處理過(guò)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(guò)反沖洗排出。其二，過(guò)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(guò)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(guò)濾材料，分層散布在機(jī)械過(guò)濾設(shè)備中，完成原水的初步處理。經(jīng)過(guò)機(jī)械過(guò)濾后的水質(zhì)濁度在3度以上，并不能保證能夠滿(mǎn)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(guò)濾步驟。在外部增壓作用下，原水經(jīng)過(guò)濾芯和密封容器組成的精密過(guò)濾器截留水中絕大部分有機(jī)物和細(xì)菌，過(guò)濾后的水基本無(wú)菌，但對(duì)病毒無(wú)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(guò)截留礦泉水中有機(jī)大分子、藻類(lèi)、細(xì)菌、病毒等，確保礦泉水礦物質(zhì)成分。其三，消毒、滅菌。國(guó)內(nèi)主要的消毒方法是臭氧消毒法，作為一種強(qiáng)氧化劑，臭氧具有較強(qiáng)的殺菌作用，能夠在整個(gè)礦泉水的生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)水、輸送管道及儲(chǔ)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(huì)在一段時(shí)間后自動(dòng)還原成氧氣，不會(huì)在水中長(zhǎng)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(hù)和清洗消毒，如果某一點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)遭到污染，整批產(chǎn)品報(bào)廢，損失金錢(qián)、耽誤時(shí)間，其中，瓶裝礦泉水中的包裝容器及瓶蓋清洗、消毒、無(wú)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(cè)，是保證消殺效果的重要過(guò)程，要定期對(duì)水質(zhì)微生物及設(shè)備內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)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(qiáng)車(chē)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?chē)?yán)格，否則將存在潛在的污染風(fēng)險(xiǎn)，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(fèi)者的喜愛(ài)，更能簡(jiǎn)化礦泉水廠的生產(chǎn)控制工藝，對(duì)降低成本、提高產(chǎn)能起到了決定性的作用。水源地的保護(hù)對(duì)水廠生產(chǎn)有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響，國(guó)內(nèi)一般要求在水源地3 km范圍作為保護(hù)區(qū)。便利的交通降低了運(yùn)輸成本，加快了運(yùn)轉(zhuǎn)周期，有著開(kāi)源節(jié)流的效力。

3.2 藻類(lèi)控制方法

藻類(lèi)普遍存在于自然界中，它屬于典型的光能自養(yǎng)代謝類(lèi)的單細(xì)胞或簡(jiǎn)單群體形式生活的多細(xì)胞，主要通過(guò)分裂或生殖孢子方式進(jìn)行繁殖的低等植物。因礦泉水中富含適宜藻類(lèi)生長(zhǎng)的礦物質(zhì)和微量元素，且礦泉水企業(yè)的取水源長(zhǎng)期處于陰暗潮濕的環(huán)境中，廠區(qū)周?chē)罅烤G植、農(nóng)田等產(chǎn)生了大量藻類(lèi)孢子，生產(chǎn)過(guò)程中極易混入藻類(lèi)，致使瓶裝飲用水的成品中出現(xiàn)藻類(lèi)污染。水中檢測(cè)出的藻類(lèi)一般屬于淡水藻類(lèi)，其中藍(lán)藻、綠藻和硅藻最為常見(jiàn)。在合適的溫度和光照條件下，藻類(lèi)大量繁殖，少量呈松散的絮狀物懸浮于水中，最終大量團(tuán)簇聚集降至瓶底，對(duì)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(zhǎng)，產(chǎn)生危害人身安全的毒素[6]。

對(duì)水源采取保護(hù)措施，消除污染根源，去除藻類(lèi)和監(jiān)控水源藻類(lèi)的數(shù)量是必要的，尤其是對(duì)地下、半地下的貯水池的水源地，應(yīng)進(jìn)行全面徹底的清消，從源頭減少藻類(lèi)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(lèi)可以通過(guò)水介質(zhì)、氣體等途徑進(jìn)行傳播，要嚴(yán)格控制水處理車(chē)間的空間密閉性，切斷藻類(lèi)孢子的生存條件。在飲用水的加工階段，對(duì)生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)的流水線和倉(cāng)庫(kù)空氣進(jìn)行凈化，全面消殺，定期對(duì)防塵設(shè)施、水源箱、過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)檢查，確保整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的環(huán)境處于高質(zhì)量狀態(tài)。藻類(lèi)的消殺主要采用臭氧、紫外線燈照、合理的過(guò)濾工藝等進(jìn)行滅菌操作。其中，臭氧氧化塔能夠有效滅除藻類(lèi)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(shí)間后會(huì)自動(dòng)分解，對(duì)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^(guò)濾工藝也能對(duì)一部分藻類(lèi)進(jìn)行數(shù)量控制，不但增強(qiáng)了過(guò)濾效果，還能減少生產(chǎn)流程，降低污染風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)成本。除去對(duì)水中、空氣中藻類(lèi)的處理，生產(chǎn)加工階段中的交叉污染也可能導(dǎo)致藻類(lèi)蔓延，為保證整個(gè)生產(chǎn)流程設(shè)備及場(chǎng)地的清潔，防止被藻類(lèi)污染，應(yīng)定期進(jìn)行全面的消毒和殺菌，指定專(zhuān)人進(jìn)行消殺并記錄留存，管理人員要高度重視，全員進(jìn)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(yùn)輸也是消除藻類(lèi)隱患的重點(diǎn)，作為自養(yǎng)型生物的藻類(lèi)，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(chǔ)存和運(yùn)輸是藻類(lèi)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(qiáng)的繁殖能力，水中霉菌的菌絲會(huì)形成白色絮狀物，是瓶裝飲用礦泉水生產(chǎn)中較為常見(jiàn)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(guò)程中不再生長(zhǎng)，難道較大。溫度高、濕度大最容易出現(xiàn)霉菌，通過(guò)抽樣對(duì)比實(shí)驗(yàn)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(guò)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(chǔ)水和輸水系統(tǒng)，儲(chǔ)水池、罐的死角極易存留死水，未徹底清洗的輸水管道也會(huì)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(guò)程、運(yùn)輸和存儲(chǔ)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(chē)間設(shè)計(jì)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(jìn)行日常管理及消殺，操作人員衛(wèi)生安全意識(shí)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(chē)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(shí)對(duì)積水進(jìn)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(jìn)行全面消毒。制瓶過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生霉菌，但要防止灌瓶過(guò)程中的霉菌污染，如果外購(gòu)瓶、蓋，要控制整個(gè)采購(gòu)運(yùn)輸及倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程，灌瓶封裝前應(yīng)進(jìn)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(lèi)、細(xì)菌和真菌等會(huì)將礦泉水中的礦物質(zhì)元素作為養(yǎng)料，迅速生長(zhǎng)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(huì)形成白色的CaCO3沉淀，而白色沉淀會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題，影響感官指標(biāo)，必須要在工藝中進(jìn)行處理控制。應(yīng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(yùn)輸儲(chǔ)存過(guò)程中反復(fù)冷凍，定期使用ClO2，配合紫外線燈對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行消殺操作，有效解決白色沉淀問(wèn)題[1,7]。

3.5 鐵錳的控制

五大連池礦泉水是國(guó)內(nèi)比較有特點(diǎn)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(guò)量的鐵錳會(huì)對(duì)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(qiáng)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(diǎn)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況酌情調(diào)整方法，確保除鐵除錳的經(jīng)濟(jì)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(lèi)、微生物等影響因素較為復(fù)雜，設(shè)備選擇不能過(guò)于煩瑣，應(yīng)盡量縮減工藝流程，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，減少時(shí)間成本。根據(jù)五大連池礦泉水的特點(diǎn)，選擇多介質(zhì)過(guò)濾器、精密過(guò)濾器、滅菌設(shè)備等，具體布設(shè)順序應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)檢測(cè)結(jié)果來(lái)確定，設(shè)備材料應(yīng)選擇無(wú)毒、無(wú)味、耐腐蝕、易清洗的無(wú)銹鋼材料。高效無(wú)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(fèi)。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(yùn)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(yǔ)

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(dú)厚的旅游資源，應(yīng)做好工藝控制，保證產(chǎn)品質(zhì)量。