一种甘蔗饮用水及复配甘蔗汁饮料的生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种甘蔗汁饮用水及复配甘蔗汁饮料的生产工艺，属于甘蔗汁深加工技术领域。
【背景技术】
[0002]甘蔗是一种一年生或多年生热带和亚热带草本植物，其营养价值很高，甘蔗中含有丰富的糖分和水分，其中蔗糖、葡萄糖及果糖的含量高达12%。此外，经科学分析，甘蔗中还含有对人体新陈代谢非常有益的多种氨基酸、维生素以及蛋白质、脂肪、钙、磷、铁等物质。我国古代医学家还将甘蔗列入“补益药”。中医认为，甘蔗入肺、胃二经，具有清热、生津、下气、润燥、补肺益胃的特殊效果，可治疗因热病引起的伤津，心烦口渴，反胃呕吐，肺燥引发的咳嗽气喘。此外，甘蔗还可以通便解结，饮其汁还可缓解酒精中毒。
[0003]甘蔗汁，指的是将甘蔗压榨之后产生的汁液。甘蔗汁由于含糖量高，将其制作成饮料，不但食用方便，口感极佳，而且可以有效保留甘蔗中对人体有益的各种营养成分，是甘蔗加工不错的选择。甘蔗饮用水，指的是将甘蔗汁脱除糖分后的清液，即甘蔗中所含的水分，甘蔗饮用水用于复配甘蔗汁饮料，可以保持纯正的原汁原味，另外也非常适于直接饮用。我国产的甘蔗主要用来制糖。但目前制糖行业不景气，蔗糖附加值低，糖企生产每吨糖的利润很低，甚至面临濒临亏损的境地，而如果转而生产甘蔗饮用水和甘蔗汁饮料等甘蔗汁深加工产品，其产品附加值会大幅提高，对加速企业转型有着明显的经济意义。
[0004]但是，经常规压榨工艺加工出来的甘蔗汁存在着一个难以解决的问题，即新鲜甘蔗汁的稳定性很差，难以长时间保藏，很容易产生酶促褐变、微生物污染和胶体化，严重影响口感，因此，新鲜甘蔗汁一般只适合现榨现饮，不适合用于生产食品饮料。为了解决这个问题，专利文献《获得基于甘蔗的果汁的方法和所获得的果汁及包含该果汁的饮料(公开号:CN1348504A)》一文公开了一种获得具有改善性质的鲜甘蔗汁的方法，适用于制备食品饮料。在该方法中，采用截止阈值范围是50?150kg/mol或平均孔径范围为0.05?0.2 μ m的过滤膜在蔗汁温度为40?65°C下对粗甘蔗汁进行切向过滤，可以得到性质稳定适于制备饮料的甘蔗汁。另外为了防止酶促褐变，还在压榨甘蔗前加入微波或蒸汽热处理环节。但该方法存在的问题是:
1、在粗甘蔗汁进入过滤膜之前没有经过预处理环节，且选择的过滤膜为超滤膜，孔径过小，实际生产中，因为刚压榨出来的粗甘蔗汁比较脏，含有较多蔗渣，若直接进入孔径过小的超滤膜，会将膜孔迅速堵住，造成过滤效率低、时间长且超滤膜损耗高。
[0005]2、用过滤膜进行过滤时设定的过滤温度太低。实际上，甘蔗汁中含有较多的植物蛋白、胶体、鞣质、淀粉等物质，如果在蔗汁温度为40?65°C下直接过滤，不能有效地将这些物质滤除，这些物质存在甘蔗汁中一方面会影响口感，另一方面，如果后面还要经过巴氏杀菌，温度升高，会将蛋白质、鞣质、胶体的物质析出，甘蔗汁会变得浑浊，浊度(NTU)会从1.5左右迅速上升至160左右，降低了甘蔗汁的品质，并且不利于长期保存。
[0006]3、缺少对过滤后的甘蔗汁进行分离浓缩、反渗透膜过滤和和复配环节。一方面不能去除甘蔗汁中的一价离子，在我国存在不少咸水蔗区，使用此类蔗区产的甘蔗用于榨汁生产甘蔗汁饮料时，由于甘蔗汁中含有较多的一价离子，甘蔗汁会带有较重的苦味，严重影响口感。另一方面由于甘蔗汁的甜度非常高，并不完全适合所有人的口味，要想调节其甜度只能加水稀释，但所加的水如果不是甘蔗本身的水，会破坏了甘蔗汁饮料原汁原味的口感。
[0007]4、该工艺含有的灭酶环节步骤较长，一方面会影响甘蔗汁风味，另一方面工序较长也会增加生产成本。
【发明内容】
[0008]经我们多次试验表明，若是在甘蔗汁进入过滤膜之前加入预处理环节，过滤时选用更大孔径的微滤膜，并将蔗汁温度直接升至更高的80?100°C，一方面能有效地将植物蛋白、胶体、鞣质、淀粉等物质析出滤除，并使导致褐变的各种酶迅速失活，还能达到过滤除菌的作用，同时又能将甘蔗汁中的多酚、二十八烷醇等有益物质有效地保存下来；另一方面由于粗甘蔗汁经过预处理，使用的微滤膜孔径较大，且过滤温度高，降低了甘蔗汁的粘度，过滤速度大大提高，粗甘蔗汁在进入微滤环节前所滞留的时间很短，并不需要在压榨甘蔗前加入微波或蒸汽热处理环节也能很好地控制甘蔗汁的褐变。
[0009]另外，再加入对甘蔗汁进行纳滤膜分离浓缩、反渗透膜过滤和复配环节，将微滤膜过滤后的甘蔗汁清液浓缩成糖浆，并分离过滤出甘蔗汁饮用水，再拿甘蔗汁饮用水对浓缩糖浆进行复配，既可以控制配比形成不同甜度的甘蔗汁饮料，又最大程度地还原了甘蔗汁的原汁原味，并有效地去除甘蔗汁中的苦味。而且用纳滤膜进行浓缩可以有效地替代多效蒸发浓缩，降低能耗，同时也降低了生产成本。纳滤清液经反渗透膜过滤得到的甘蔗饮用水，是纯天然植物水，对人体健康有益，即可以直接饮用，也可以用于复配甘蔗汁饮料，从而实现了对甘蔗水资源的有效利用。
[0010]基于上述试验结果，本发明的目的在于提供一种全新的甘蔗饮用水及复配甘蔗汁饮料的生产工艺，它具有工艺流程短、能耗低、投资小、占地面积小等特点，而且产品纯天然，无污染，质量高，更健康。
[0011]本发明所采用的具体技术方案如下:
一种甘蔗饮用水及复配甘蔗汁饮料的生产工艺，其特征在于包括以下步骤:
A、甘蔗榨汁:应用常规压榨设备将清洗后的甘蔗进行压榨，得到粗甘蔗汁；
B、粗甘蔗汁预处理:将粗甘蔗汁通过过滤装置进行预处理，去除较大的蔗渣；
C、微滤膜过滤:将经预处理过的粗甘蔗汁加热后送入微滤膜进行过滤，微滤膜采用孔径为300?1200nm的陶瓷膜，过滤时蔗汁温度为80?100°C，过滤压力为0.1?0.5MPa，得到蔗糖浓度为12?14° Bx的甘蔗汁清液；
D、纳滤膜分离浓缩:将经微滤膜过滤后得到的甘蔗汁清液送入纳滤膜进行分离浓缩，纳滤膜采用截留分子量为100?500Da的纳滤膜，其过滤温度为50?80°C，过滤压力为1.0?4.0MPa,从而将甘蔗汁清液的蔗糖浓度浓缩到30?32° Bx，形成甘蔗汁浓缩糖浆，并分离出纳滤清液，纳滤清液为脱除99%以上糖分的甘蔗汁清液；
E、反渗透膜过滤:将经纳滤膜分离出的纳滤清液，送入反渗透膜系统进行分离过滤，反渗透膜采用耐高温膜，其过滤温度50?80°C，过滤压力为1.0?4.0MPa，从而将纳滤清液的剩余糖分和一价离子等杂质进一步滤除，得到可直接饮用的甘蔗饮用水； F、复配:将经反渗透膜过滤得到的甘蔗饮用水和经纳滤膜浓缩后得到的甘蔗汁浓缩糖浆按不同配比进行复配，得到不同人群需要的不同甜度的原汁甘蔗汁饮料。
[0012]当甘蔗汁中的一价离子浓度不高，甘蔗汁苦味不明显时，为了更大程度地保留甘蔗的营养成分，所述步骤D中经纳滤膜分离出的纳滤清液也可以直接和经纳滤膜浓缩后得到的甘蔗汁浓缩糖浆按不同配比进行复配，得到不同人群需要的不同甜度的原汁甘蔗汁饮料。
[0013]另外所述步骤C经微滤膜过滤后得到的甘蔗汁清液，也可以将其与步骤D得到的纳滤清液或步骤E得到的甘蔗饮用水按不同配比进行复配，得到不同人群需要的不同甜度的原汁甘蔗汁饮料。
[0014]所述步骤B中，过滤装置可采用保安过滤器、碟式离心机或高频振动筛。当采用碟式离心机时，选择其转速为3000?12000 r/min,优选转速10000 r/min ;当采用高频振动筛时，选择其精度为80?200目，频率为500?2000r/min，优选精度为120目，频率为1200r/min，这样既能保证预处理的精度，又能获得较高的处理量。
[0015]所述步骤C中，优选微滤膜孔径为300?500nm，蔗汁温度为90?95°C，过滤压力为0.35?0.5MPa ;最佳微滤膜孔径为500nm，蔗汁温度为95°C，过滤压力为0.4MPa，此条件下既能保证通量下降比较缓慢，同时能耗相对较低。
[0016]所述步骤D中，纳滤膜采用陶瓷类或聚醚砜类、聚酰胺类耐高温有机膜，优选纳滤膜孔径为100?300Da，过滤温度为70?80°C，过滤压力为2.0?3.0Mpa0在纳滤膜孔径为150Da，过滤温度为80°C时，既能保证膜通量较高、膜污染缓慢，同时膜对蔗糖的截留率很高，蔗糖的提取率在99.9%以上。将过滤压力控制在3.0Mpa时，膜通量较大，既能保证生产效率，同时膜通量也易于恢复。
[0017]所述步骤E中，反渗透膜采用聚醚砜类或聚酰胺类材质，优选过滤温度为70?80°C，过滤压力为2.0?3.0Mpa。将过滤压力控制在3.0Mpa时，膜通量较大，膜污染缓慢，能保证最大生产效率。
[0018]在上述工艺复配甘蔗汁饮料时，还可以加入蜂蜜、葛根提取物、金银花提取物、铁皮石斛提取物、维生素C、维生素E等添加剂进行复配，从而得到更多不同种类的甘蔗汁饮料。
[0019]本发明的甘蔗饮用水及复配甘蔗汁饮料的生产工艺，具有如下优点:
1、相对于糖厂常规的石灰沉淀法澄清工艺和多效蒸发法浓缩工艺，本发明工艺采用微滤膜和纳滤膜对甘蔗汁进行澄清和浓缩，能够更大程度地保留甘蔗汁的天然口感，自动化程度高，可节省80%的人工费用，降低能耗，节能减排，经济效益显著；相对于现有的采用膜过滤澄清甘蔗汁工艺，本发明工艺流程更短，控制过程更简单，而且甘蔗汁澄清后还设有纳滤膜分离浓缩、反渗透膜过滤和复配环节，既可以得到浓缩糖浆便于运输，又可以脱去50%左右的一价离子，很好地去除了甘蔗汁中的苦味，同时充分利用甘蔗自身的水分，可以得到可直接饮用的纯天然甘蔗饮用水，也可以复配成任意不同甜度的原汁甘蔗汁饮料，以满足不同人群的需要。
[0020]2、本发明采用微滤膜过滤时，可以直接滤除相应的细菌等微生物，所得的澄清产品在后续工序中不需要再次进行巴氏杀菌，这样既可以保持甘蔗汁的原始风味，又减少了生产步骤，降低生产成本。
[0021]3、采用本发明工艺生产出来的甘蔗饮用水是纯天然植物水，对人体有益，达到国家瓶装饮用水标准，且实现了对甘蔗内水分的资源化利用。
[0022]4、采用本发明工艺复配出来的甘蔗汁饮料可以有效的保存甘蔗汁中的天然色素、多酚及二十八烷醇等多种对人体有益的物质，不含苦味，口感好，营养丰富，耐保藏，成品在放置半年后，未见有变质现象。