鲜炖银耳生产线甜度（Brix）在线监测解决方案

在线折光仪在银耳汤生产中的甜度在线监测解决方案

银耳汤好不好喝，甜度说了算。同一条灌装线，这一碗清甜、下一碗发淡，差别就在可溶性固形物有没有被连续看住。

银耳汤以鲜银耳或泡发干耳为原料，经修剪、清洗、熬煮出胶，再配入冰糖、红枣、枸杞和工艺水，杀菌后灌进瓶或碗。成品要汤色透亮、银耳柔滑、甜度适口，喝起来是同一口甜。车间用来盯这口甜的过程量，是可溶性固形物，习惯用折光仪读成白利度（Brix），也就是产线上说的甜度值、浓度值。熬煮、调配、灌装前，都靠它判断这批汤能不能按饮用口感放行。

不少车间仍定时取样，用手持折光仪看甜度。夹层锅在熬，调配罐在加冰糖、加水，结果回到锅边时，蒸汽和阀门已经动过一轮。甜度偏低，汤味发薄，银耳香被水冲淡，灌出去就是不够甜；甜度偏高，冰糖加多了，口感发腻，糖耗也跟着上去。同一班里甜的和淡的灌进同一条线，口感就统一不了。挂勺说明胶质已经熬出来。甜度要看溶解进汤里的糖。甜度测得断、控得慢，是银耳汤连续化生产里最容易漏掉的一环。

把取样收成连续曲线。杭州谱石科技提供银耳汤甜度在线监测方案：在线折光仪用光学传感器测量折射率，换算成甜度值和浓度值，秒级刷新。表头带显示和按键，锅边直接读出折射率、浓度和温度；同一路数值送入 PLC，供饮用窗口放行。

原位连续监测，熬煮和调配对着当前甜度操作。卫生型在线折光仪装在熬煮循环管、过筛清汤管、冰糖液管、调配循环管或灌装前缓冲罐出口，连续采集表观浓度与介质温度。冰糖阀开多大、工艺水补多少、这罐能不能灌，看的是这一刻的浓度。

折光法适合乳白、带胶的银耳汤。光学传感器按光全反射临界角测量折射率，再换算成浓度和甜度值。汤色乳白、轻度浑浊，不改变临界角位置。内置温度补偿，把熬煮高温和灌装温区里的折射率漂移拉回到约定基准，中控比较的是同一把尺子。

甜度上下限可以进自控。银耳汤里叠着冰糖、红枣枸杞可溶物和银耳多糖，仪表按本厂配方标定后输出表观甜度。数值以 4～20 mA 或 RS485 / Modbus 送入 PLC。低于下限，触发补冰糖或关小补水；高于上限，触发补工艺水或关小冰糖；灌装前落在窗口外，触发停灌。调节在线上完成。

卫生卡箍，跟随管线做 CIP。接触介质侧采用食品工况常用的 316L 卫生结构，卡箍装在汤液持续流动的管段。光学测量不消耗试剂。银耳多糖若在棱镜面挂膜，清洗周期写进操作规程。

杭州谱石在线折光仪把看挂勺、尝一口、拿手持折光仪，收成一条可进中控的甜度曲线。熬煮看可溶物有没有随出胶走稳，调配看甜度有没有进饮用窗口，灌装前再复核一次。碗一排排出去，口感用的是同一把过程尺子。

图1  鲜银耳修剪、分拣（示意）。蒂头和杂质去掉以后，才进入清洗和熬煮

一、银耳汤的甜度，沿五道工序变化

一条典型产线可以收成五步。原料以鲜银耳为主，也有干耳泡发。辅料为冰糖或白砂糖、红枣、枸杞和工艺水。鲜耳本身甜味很轻，喝到嘴里的那口甜，是冰糖加进去之后，再被熬煮蒸发和补水改写出来的。

图2  鲜银耳培育与现场查看（示意）。朵形和含水量会带进熬煮加水量，饮用甜度仍要在后面的汤液里连续测量

1. 修剪与清洗。鲜耳采收后剪去蒂头、挑出杂质，再清洗。干耳则先泡发。这一步定下进锅的料水底。耳基留得多，后面过筛负担重；洗水带进熬煮锅太多，清汤偏稀，调配时只能靠冰糖把甜度撑回去。

2. 熬煮出胶。银耳进入夹层锅或蒸煮罐，加热后银耳多糖和胶质进入汤汁，汤体由稀变稠、由浊变亮。这是整条线上最容易把看起来浓和实际上甜看混的一道工序。胶质把黏度做上来，溶解进水相的可溶糖才推动折射率。熬煮循环管上的浓度曲线看两件事：蒸发有没有把底浓顶得过高，加水量有没有把汤冲稀。曲线走平，出胶进入稳定段，就可以进入下一道。

3. 过筛取汤。熬好的银耳汤经过筛分，去掉耳根硬渣，保留可食用的耳花或银耳碎。洗渣水若大量回到清汤，甜度会被再稀释一次，后面的调配窗口跟着漂。过筛出口的浓度，用来确认这批清汤接得住熬煮结果。

4. 调配定甜。清汤与冰糖液、红枣枸杞汁、工艺水在调配罐汇合。冰糖把折射率抬高，水把折射率拉低。红枣和枸杞带进一部分可溶物，甜度仍以整罐可溶性固形物为准。调配循环管上的表观浓度进入 PLC，按上限和下限调节冰糖阀和补水阀，把甜度收到饮用窗口里。

5. 杀菌与灌装。热灌装或杀菌后灌进玻璃瓶、塑料碗。灌装前缓冲罐出口是最后一道过程关口。表观甜度落在内控上下限内再灌装，同一条线上的碗甜度一致。窗口外报警并停灌，淡批和甜批留在罐里回调。

两套数字分开用。在线折光仪给出的是折射率换算的表观可溶性固形物。屏上显示为浓度，车间也把它叫做甜度值，需要时换算成白利度（°Bx），服务过程控制和口感统一。出厂报告里的可溶性固形物，按饮料通用分析方法中的折光仪法抽样出具（GB/T 12143）。饮用型银耳汤的表观糖度落在清甜、不腻的窗口里，具体上下限写在本企业标准中，投用时用本厂过程样品标定。表观浓度与化验室折光值同向变化，对应关系在现场标出来。银耳朵形、胶质口感和微生物仍按产品标准管理，在线甜度负责把各碗甜度拉齐。

图3  五道工序与五个甜度测点：熬煮循环、过筛清汤、冰糖液、调配循环、灌装前

图4  熬煮工段的夹层锅（示意）。锅里变稠，先说明胶质出来了；甜度看循环管上的浓度

二、乳白、高温、有胶有碎片，折光仪要装在汤液流动的管段

银耳汤对仪表是三道坎：胶质和糖容易看混，温度高，汤里有耳花碎片和气泡。

胶质和可溶糖要分开看。熬煮刚开始时，银耳吸水膨胀，锅里已经显得浓稠，溶解进去的糖并不多，折射率偏低。多糖进入水相之后，临界角才跟着移动。冰糖加入调配罐，折射率会有一次明显抬升。熬煮段要看曲线的走势。锅里的稠度代替不了甜度。

温度来自熬煮和热灌装。折射率随温度变化，同一罐汤热读和冷读会差一截。探头同时测介质温度，用温度补偿把读数拉到约定基准。熬煮温区高，调配和灌装前温区不同，补偿要覆盖这几段，中控看到的才是可以比较的甜度。

颜色来自银耳和红枣。临界角法读的是棱镜与汤液界面的明暗分界，汤体乳白、轻度浑浊，不改变这道分界的位置。耳花碎片、大气泡贴在镜面上会扰动分界。测点放在泵后稳流段，用卫生卡箍接入罐体循环管，让汤液不断更新棱镜表面，避开罐底死角和停流管段。CIP 时棱镜随管线一起清洗。银耳多糖容易在镜面挂膜，清洗周期写进操作规程。

密度法、电导率法和折光法都能做在线浓度，银耳汤的甜度适合走折光法。密度受气泡和悬浮耳花影响较大，响应居中。电导率对离子敏感，银耳汤的甜味来自冰糖和熬出的可溶糖，离子少，电导率覆盖的浓度范围有限，和甜度不同步。折光法按临界角读取溶解在水相里的可溶物，响应在秒级，浓度范围宽，不消耗试剂，维护频率也低。细碎气泡对分界的干扰，可以由算法抑制；贴住镜面的大气泡和厚挂膜，仍然靠安装位置和清洗解决。颜色和浊度这一行，表中写的是部分物料不受影响。银耳汤的乳白和轻度浑浊不挪动临界角。耳花碎片和厚挂膜贴住镜面时，靠安装位置和清洗把界面让出来。

图5  密度法、电导率法与折射率法对照。银耳汤甜度取折射率法：秒级响应，浓度范围宽，气泡影响较小

三、杭州谱石在线折光仪

杭州谱石科技有限公司从事工业液体浓度在线监测。银耳汤产线上用的是折光法糖度仪表。下面这台是带本地显示和按键的在线折光仪：圆形表头设有 Mode 键、上下方向键、确认键和返回键，屏幕分三行给出折射率、浓度和温度。锅边不用取样，就能核对这一刻的甜度。屏上的浓度是过程值，投用后按本厂银耳汤样品标定成车间认可的甜度值；画面里的数字只说明显示内容，目标窗口以本厂配方为准。

银耳汤产线也可按管径、温度选用都采用临界角折光、温度补偿和现场建模，支持 4～20 mA 与 RS485 / Modbus RTU，输出接入 PLC。按键屏留在锅边，通讯值进中控，两处看的是同一路浓度。

图6  带按键的在线折光仪。屏上同时给出折射率、浓度和温度，锅边可直接查看，浓度值同步送入 PLC。画面中的数值为显示示例，银耳汤目标甜度按本厂工艺窗口标定

检测原理。LED 发出的光经光纤从一侧进入蓝宝石棱镜，到达棱镜与银耳汤的接触面。汤液折射率不同，全反射临界角就不同，全反射光在棱镜另一侧的位置跟着移动。线性阵列 CCD 读取这道明暗分界的位置，每个位置对应一个折射率。折射率高，明暗分界往一侧移；折射率低，分界回到另一侧。内置模型把折射率换算成浓度和甜度，温度补偿同步完成。测量在管线上原位完成，汤液不进实验室，也不加试剂。浓度值按秒级刷新，PLC 拿到的是当前甜度，可以直接拿来做上下限判断。

图7  临界角折光原理：LED 经光纤进入蓝宝石棱镜，CCD 阵列读取全反射明暗分界的位置，位置对应折射率

糖度量程覆盖 0.00%～95.00% Brix，分辨率 0.1%，带温度补偿，卫生型结构可随管线做原位清洗。饮用型银耳汤用到的是量程里偏低到中等的一段，冰糖液管线用到偏高的一段。银耳汤的溶质组合与蔗糖标液不同，冰糖、红枣枸杞可溶物和银耳多糖叠在同一次折射率上。投用时用本厂不同甜度的过程样品，把折射率标定成车间认可的表观甜度。标定点至少覆盖熬煮出胶后、调配窗口和灌装前三个浓度段。换银耳批次、换冰糖比例或调整红枣枸杞添加量后重新标定。

推荐测点：

1. 熬煮罐循环管：看出胶过程中可溶物走势，防止蒸发把底浓顶高，或加水把汤冲稀；

2. 过筛清汤出口：看取汤浓度，防止洗渣水把甜度稀释；

3. 冰糖液配制管：看补进去的糖液浓度是否稳定；

4. 调配罐循环管：甜度上下限的主控点，联动冰糖阀和补水阀；

5. 灌装前缓冲罐出口：灌装放行前的最后一次复核，窗口外停灌。

安装按工位选两种方式。旁路安装从主管引出一段测量支路，前后用阀门切断，液体自下而上经过仪表。仪表维护时主管可以继续走料，适合管径较大、耳花较多、希望把探头切出来清洗的位置。罐体循环管道安装把仪表放在熬煮罐或调配罐的循环泵出口，汤液经泵打上立管，自下而上流过探头后再回到罐里。银耳汤的甜度主控在罐上完成，循环管道是熬煮和调配测点。棱镜面被流动的汤持续更新，胶质不容易糊住。卡箍或卫生接头按管径配套。出厂按蔗糖标液校准，到现场再用工艺样做一次配方标定后投用。

图8  两种安装：左为旁路安装，右为罐体循环管道安装。银耳汤熬煮罐和调配罐优先走循环管道，让汤液持续更新棱镜面

图9  调配与灌装车间的罐和管线（示意）。在线折光仪装在罐体循环管或灌装前管段，避开停流死角

甜度上限和甜度下限写在 PLC 里。4～20 mA 把甜度变成一路连续电流，PLC 的模拟量模块按电流比较上下限，电流越过限值就发出调节。RS485 / Modbus 把甜度、折射率和温度一起送进中控，限值可以在画面上改。锅边按键屏与中控看的是同一路浓度。两条链路做的是同一件事：秒级识别浓度，在线触发调控。低于下限，补冰糖或减少工艺水；高于上限，补工艺水或减少冰糖；灌装前仍越限，灌装停下。

图10  折射率经温度补偿和配方标定后进入 PLC，低于下限补冰糖，高于上限补水，窗口外停灌

四、甜度进中控之后，口感怎么被拉齐

熬煮段看走势。表观浓度还在缓慢爬升，保持熬煮温度和搅拌，让多糖继续进入汤汁。曲线走平，出胶进入稳定段，再进入过筛和调配。这一段的曲线用来看底浓稳不稳。冰糖还没加进去之前，读数处于低位是这一步的常态，加糖之后再拿饮用窗口去卡。

调配段看窗口。这是统一饮用口感的主回路。循环管读数低于下限，PLC 开大冰糖阀或关小工艺水；高于上限，开大工艺水或关小冰糖。调节对着当前的秒级读数做。读数进窗口后，再去杀菌和灌装。锅边按键屏可以同时核对这一刻的浓度和温度，手持折光仪改作抽查和标定核对。

灌装段看放行。缓冲罐出口的表观甜度落在已经收窄的上下限内，灌装才允许进行。窗口外报警并触发停灌，淡的汤和过甜的汤留在罐里回调，不进碗、不进瓶。同一条灌装线上的产品，甜度用的是同一个放行条件，喝起来才是同一口感。

图11  灌装工位（示意）。缓冲罐出口的甜度落在窗口内，灌装才连续进行

图12  碗装输送线（示意）。碗沿同一条线出去，甜度用的是同一个上下限

每一批的甜度和温度留在历史曲线里。工艺员可以回看加冰糖、补水、洗渣和清洗对读数的影响。出厂可溶性固形物、微生物等项目仍按产品标准抽样检测。在线值负责把过程拉齐，出厂报告按标准方法出具。