刺梨饮料罐装生产甜度在线监测

刺梨饮料罐装生产中甜度在线监测解决方案

刺梨果实密生小刺，鲜果拣选时多是黄绿相间。洗净、去刺、打浆，再用果胶酶把汁提出来，汁色会转到琥珀、棕黄。原汁有机酸高，单宁涩，直接灌进罐子很难喝。商品刺梨果汁饮料以刺梨果汁或浓缩汁为原料，加入白砂糖或果葡糖浆、工艺水和食品添加剂，调到酸甜可口，再杀菌、灌进易拉罐。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。打浆、酶解、调配、灌装前，都靠它判断这批汁能不能按饮用口感放行。

不少饮料车间仍定时取样，用手持折光仪看甜度。酶解罐还在溶出可溶物，调配缸还在加糖加水，结果回到中控时，阀门已经动过一轮。甜度偏低，刺梨的酸和涩盖不住，灌出去就是酸得咧嘴；甜度偏高，糖浆加多了，口感发腻，糖耗也跟着上去。易拉罐线速度很快，封口之后这一罐的甜度就改不了。甜度测得断、控得慢，是刺梨饮料连续罐装里最容易漏掉的一环。

把取样收成连续曲线。杭州谱石科技提供刺梨饮料甜度在线监测方案：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，供饮用窗口放行。

原位连续监测，调配和灌装对着当前甜度操作。卫生型在线折光仪装在打浆循环管、酶解循环管、过滤清汁管、调配循环管或灌装前缓冲罐出口，连续采集表观糖度与介质温度。糖浆阀开多大、工艺水补多少、这罐能不能灌，看的是这一刻的浓度。

折光法适合琥珀色、带渣的刺梨汁。光学传感器按光全反射临界角测量折射率，再换算成 Brix。汁体的棕黄色和浑浊不改变临界角位置。内置温度补偿，把酶解温区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。刺梨汁里叠着糖、有机酸、维生素C和可溶果胶，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，触发补糖浆或关小补水；高于上限，优先关小糖浆；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，卡箍装在汁液持续流动的管段。光学测量不消耗试剂。果胶和细渣若在棱镜面挂膜，清洗周期写进操作规程。

杭州谱石在线折光仪把“尝一口、看手持折光仪"收成一条可进中控的甜度曲线。酶解看可溶物有没有从果肉转入汁里，调配看甜度有没有压住酸涩，灌装前再复核一次。易拉罐一排排出去，口感用的是同一把过程尺子。

图1  刺梨鲜果在辊筒线上拣选（示意）。黄绿果实里的酸和涩，要到调配完成才收得住

一、刺梨饮料的甜度，沿五道工序变化

一条典型罐装线可以收成五步。原料是鲜刺梨，也有冷冻果或刺梨浓缩汁。辅料为白砂糖或果葡糖浆、柠檬酸等酸味剂、稳定剂和工艺水。鲜果本身又酸又涩，先取汁，再把甜度调到适合直接饮用的窗口。

1. 拣选、清洗与打浆。辊筒输送上去掉枝叶、青果和烂果，洗净后破碎打浆。刺梨表皮有刺，刺屑要在过滤前拦截，免得进到清汁里划伤口感，也免得贴到棱镜上。这一步的料水比，定下后面全部浓度的底。水加多了，原汁被冲稀，调配时只能靠糖浆把甜度撑回去，果汁含量也更难守住；水偏少，浆体发稠，酶解和取汁都费劲。打浆循环管上的 Brix，用来看料水比有没有冲出范围。

2. 酶解出汁。浆体进入酶解温区，加入果胶酶。刺梨果胶多，酶解把果胶和可溶物转入汁相，出汁率上去，可溶性固形物也跟着往上走。这是产线上最容易把“浆看着稠"和“汁实际上有甜度"看混的一道工序。酶解不到位，汁出得少，折光读数也上不来；温度和时间失控，风味发熟、色泽发暗。在线 Brix 看曲线：持续爬升说明可溶物还在溶出，曲线走平并进入目标区，就可以结束酶解、进入取汁。

3. 过滤澄清。酶解浆经压榨、离心或过滤去掉籽、皮渣和刺屑，得到刺梨汁。清汁浓度应接得住打浆和酶解的结果。洗渣水若大量回到清汁，甜度会被再稀释一次，后面的调配窗口跟着漂。

4. 调配定甜。刺梨汁与白砂糖或果葡糖浆、酸味剂、稳定剂、工艺水在调配罐汇合。糖把折射率抬高，水把折射率拉低。刺梨的难处在于酸和涩都重：糖少了，酸涩盖不住；糖多了，喝着发腻。这一步直接决定罐子好不好喝、各罐是否一样甜。调配循环管上的表观 Brix 进入 PLC，按上限和下限调节糖浆阀和补水阀，把甜度收到饮用窗口里。补水会同时稀释果汁含量，果汁含量按配方和流量累计，不从 Brix 反推。稳定剂主要做体态，甜度仍以可溶性固形物为准。

5. 均质、杀菌与罐装。均质把颗粒做细，UHT 或热灌装把产品做成可储存的饮料，再进入大型易拉罐灌装、封口。灌装前缓冲罐出口是最后一道过程关口。表观 Brix 落在内控上下限内再灌装，同一条线上的罐子甜度一致。窗口外报警并停灌，淡批和甜批留在罐里回调。封口之后，甜度不再有回调的机会。

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，单位习惯写成 °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）。刺梨果汁饮料若执行贵州省食品工业协会团体标准 T/GZSX 055.11，成品可溶性固形物（20℃折光计法）不低于 5.0%，总酸（以柠檬酸计）不高于 0.6 g/100mL，维生素C不低于 50 mg/100mL，刺梨果汁含量不低于 10%。5.0% 是合格下限，不是调配目标。商品饮料要盖住刺梨的酸涩，饮用甜度窗口通常收得更窄，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 Brix 与化验室折光值同向变化，对应关系在现场标出来。果汁含量按配料计算。GB/T 31121 里用来判定果汁身份的可溶性固形物，不含外加糖带入的部分；在线仪表看到的是整罐饮料里糖、有机酸和维生素C叠在一起的表观值，不能直接当成果汁含量。维生素C、总酸和微生物仍按产品标准抽样，在线甜度负责把各罐甜度拉齐。

图2  五道工序与五个甜度测点：打浆、酶解、清汁、调配、灌装前

二、琥珀汁色、高酸、带渣，折光仪要装在汁液流动的管段

刺梨汁对仪表是三道坎：酸和可溶物叠在同一个读数里，温度从酶解到热灌装跨度大，汁里有果胶、细渣和气泡。

酸和糖要分开管。折射率对溶解进水相的糖、有机酸、维生素C都有响应。同样的表观 Brix，刺梨汁比普通果汁更酸。仪表按本厂配方标定后，输出的是车间认可的表观甜度，用来守甜度窗口。总酸仍按 GB/T 12456 抽样，不拿折光仪代替酸度。

温度来自酶解和杀菌。折射率随温度变化，同一罐汁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。酶解温区、调配温和灌装前温区不同，补偿要覆盖这几段，中控看到的才是可以比较的 Brix。

色泽和果肉来自刺梨本身。鲜果黄绿，酶解之后汁色转为琥珀到棕黄，这是多酚氧化后的本色。临界角法读的是棱镜与汁液界面的明暗分界，汁体透光程度不决定这道分界的位置，深色浑浊的刺梨汁可以连续出数。果胶、细渣、刺屑和大气泡贴在镜面上会扰动分界。测点放在过滤之后、泵后稳流段，用卫生卡箍接入，让汁液不断更新棱镜表面，避开罐底死角和停流管段。调配打循环时容易卷进气泡，必要时把复核点放到脱气之后。CIP 时棱镜随管线一起清洗。

图3  卫生卡箍接入的在线折光仪探头（示意）。棱镜伸进流动的刺梨汁，读数不看汁色深浅

三、杭州谱石怎么把折射率变成能进 PLC 的甜度

杭州谱石科技有限公司从事工业液体浓度在线监测。与刺梨饮料直接相关的，是折光法糖度仪表：可放在补糖管线上单独看糖浆浓度。刺梨饮料产线也可按管径、温度选用 在线糖度量程覆盖 0.00%～95.00% Brix，分辨率 0.1%，带温度补偿，支持 4～20 mA 与 RS485 / Modbus RTU，卫生型结构可随管线做原位清洗。饮用型刺梨饮料用到的是量程里偏低的一段，糖浆管线用到偏高的一段。刺梨汁的溶质组合与蔗糖标液不同，有机酸和维生素C都占折射率。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。标定点至少覆盖酶解前后、调配窗口和灌装前三个浓度段。换刺梨产地、换浓缩汁批次或换配方后重新标定。

检测原理。光源照射蓝宝石棱镜与刺梨汁的接触面，甜度变化带动折射临界角变化，光学传感器读取明暗分界，内置模型输出 Brix，温度补偿同步完成。测量在管线上原位完成，汁液不进实验室，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。

推荐测点：

1. 打浆循环管：看料水比有没有把底甜冲稀；

2. 酶解罐循环管：看果胶和可溶物是否溶出到终点；

3. 过滤清汁出口：看取汁浓度，防止洗渣水把甜度稀释；

4. 调配罐循环管：甜度上下限的主控点，联动糖浆阀和补水阀；

5. 灌装前缓冲罐出口：易拉罐灌装放行前的最后一次复核，窗口外停灌。

糖浆配制管如需单独把关，可再加一台糖浆折光仪，确认补进去的糖浆浓度稳定。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。

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 把甜度和温度一起送进中控，限值可以在画面上改。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，补糖浆或减少工艺水；高于上限，优先关小糖浆。果汁含量仍高于内控时，才用工艺水往下调。灌装前仍越限，灌装停下，易拉罐线不再往下封口。

图4  调配区循环管与甜度显示（示意）。屏幕上的读数仅作示意，投用后以本厂配方标定值为准

图5  折射率经温度补偿和配方标定后进入 PLC，低于下限补糖，高于上限先关小糖浆，窗口外停灌

四、甜度进中控之后，罐子怎么被拉齐

酶解段看终点。表观 Brix 还在爬、不到下限，保持酶解温度和搅拌；曲线走平并进入目标区，结束酶解。终点由曲线判断，手持折光仪改作抽查和标定核对。

调配段看窗口。这是压住刺梨酸涩、统一饮用口感的主回路。循环管读数低于下限，PLC 开大糖浆阀或关小工艺水；高于上限，先关小糖浆。调节对着当前的秒级读数做。读数进窗口后，再去均质和杀菌。

灌装段看放行。缓冲罐出口的表观 Brix 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，淡的汁和过甜的汁留在罐里回调，不进易拉罐。同一条灌装线上的产品，甜度用的是同一个放行条件。封口速度再快，喝起来仍是同一口感。

每一批的甜度和温度留在历史曲线里。工艺员可以回看加糖、补水、洗渣和清洗对读数的影响。出厂可溶性固形物、总酸、维生素C和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。

图6  刺梨饮料大型易拉罐灌装线（示意）。罐子排在同一条线上，甜度也要落在同一个上下限里再放行

杭州谱石科技可按测点勘察、卫生卡箍配套、配方标定和 PLC 通讯调试交付。刺梨浆、酶解液、糖浆和成品饮料，按介质温度和含渣情况分别建立浓度模型。

让每一罐刺梨饮料的甜度，都在线、在控、在适合饮用的同一口感窗口里。