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加工加料也加價! 瓶裝水加工學大解密!

發佈日期:2017-09-08

包裝食品需要加工,瓶裝水當然也不例外!與家中只要煮沸一個步驟就能飲用的自來水相比,一瓶看似平淡無奇的瓶裝水,其實當中的層層加工步驟可能超乎你的想像!到底礦泉水、純水除了「水」原料之外還得做什麼?名字很炫的氣泡水、鹼性離子水、海洋深層水又是怎麼做出來的呢?讓我們從自來水廠開始說起。



台灣傳統的自來水廠,主要的淨水流程有四個步驟,依序是混凝、沉澱、過濾、消毒,經過這四個步驟能去除水中的顆粒與雜質、並使致病菌失去活性,於是便有乾淨的水可以喝了。然而隨著農藥、殺蟲劑、工業汙染、礦場開採以及人類為了更美好生活使用的化妝品、清潔劑等,都隨著不當排放慢慢進入我們的水源,產生對人體有害的重金屬、有機物。早期的自來水廠工程師哪料得到未來會出現這些新興汙染物,為了解決傳統自來水廠無法處理的物質,便有了新的「高級處理程序」來處理這些汙染物,像是離子交換樹脂、逆滲透等。這些高級處理程序,其實就與市售瓶裝水的淨水製程非常相似。



瓶裝水的高級淨水處理程序



市售瓶裝水從水源地取水後,為了品質安全與功能取向,也會經過沉澱、過濾、殺菌的步驟,但因為水源不同,所需要的「處理程序」也不一樣,像是海水相較淡水擁有更多的礦物質成分,製程上需要更多純化步驟,包含使用電透析(Electrodialysis, ED)、海水淡化等方式處理鹽分、污染物。例如台鹽實業股份有限公司的瓶裝水產品,就是取水自深度12公尺處的淺層海水,透過「離子交換膜電透析」技術與三次的煮沸冷凝產生的「熟水」,後續加工後就成為瓶裝水的原料。經過處理後使水的口感改變,不僅因為製程特殊獲得專利,更在2015年獲得「歐洲國際品質評鑑組織(monde selection)」評選金獎及「國際風味暨品質評鑑」最高的三星金獎,成為瓶裝水市場中的熱銷商品。



至於淡水,則有以下四種淨水過濾方式:沉澱沙濾、活性碳、薄膜過濾、離子交換樹脂。



「沉澱砂濾」就像地下水經過沙層的層層過濾一樣,利用沙礫將大顆粒雜質去除,是很常見且簡單的粗過濾方式,通常會在製程的第一步。



「活性碳」能吸附很多的有機物與氣味。像是椰子殼、木材、煤炭等都是它的材質,原理是將這些原料加熱後,會產生大量的孔隙,增加整體表面積,這步驟叫做「活化」。大約五公克的活性碳全部攤開會有一個足球場這麼大,因此可以將水中的汙染物,如農藥、臭味分子去除。但活性碳也不是萬能的,它無法去除水中的重金屬以及部分的污染物,另外細菌也可能附著在活性碳的顆粒表面,因此要定期更換。



「薄膜過濾」是利用穿過不同孔徑的薄膜來分離不同大小的物質。薄膜種類很多,依照空隙半徑,由大至小再細分為:微過濾(microfiltration,簡稱 MF)、 超過濾(ultrafiltration,簡稱UF)、 奈米過濾(nanofiltration, 簡稱NF)及逆滲透(Reverse osmosis,簡稱RO),這四種都可以分離細菌與雜質,但因為奈米與逆滲透薄膜孔隙非常小,僅能使水分子通過,因此比起前兩種、還可以分離出水中的礦物質,其中逆滲透能將大部分的礦物質去除,最後得到的水非常接近無礦物質的「純水」。由於過濾過程中,水中的成分多少會吸附、沉澱在薄膜表面,造成孔隙阻塞、過濾能力下降,因此薄膜也需要不斷清洗,不管在操作還是維護,成本都比較高。



「離子交換樹脂」水中的離子會與樹脂內的成分反應、交換。又可細分為「陽離子交換樹脂」與「陰離子交換樹脂」,前者可以將水中的鈣離子、鎂離子換成鈉離子,將水的硬度下降。陰離子交換樹脂則可以處理砷、硝酸鹽這些負電荷的汙染物。但樹脂內的成分也有交換完的時候,這時就必須汰換或用特殊溶液洗滌。



淡水中若要生產純水,必須將水中的礦物質去除。除了RO逆滲透在淨水程序中可一併去除礦物質之外,「蒸餾」則是另一種去除礦物質的常見方法,原理就是將水加熱煮沸,蒸發凝結後便取得乾淨的清水。蒸餾法可以去除重金屬、礦物質、農藥、金屬離子、溶解性固體等,但是最大的問題就是需要耗費大量能源加熱,且需要冷卻才能進行下一道製程。



「紫外線」與「臭氧」則是兩種常見的殺菌方法。紫外線燈管放出波長254nm的紫外線,可破壞水中致病微生物的組織、達到殺菌效果,但紫外線燈管還是有一定的使用壽命,因此也要定期更換。臭氧則是因為具有很強的氧化力,能夠殺菌、除臭、除色,也因為容易分解,不易殘留在水中。缺點就是製造臭氧的設備與與維護較為昂貴。



除了淨水、過濾 為了加值還要額外「加料」?



廠商也會因為不同消費者的需求、消費能力,將水的礦物質做額外的調整或其他的加工步驟。



光隆生化科技股份有限公司是國內三家具有海洋深層水開採能力的廠商之一,曾淯琪副總經理說明,因為海洋深層水含有多達80多種的礦物質成分,礦物質彼此會協同、拮抗,達到一個平衡的狀態,因為海洋深層水是珍貴的資源,會濃縮為海洋深層水濃縮液,並依照市場與族群調配適合的比例,像是賣給一般民眾,礦物質含量太高在口感與味道上接受度不高,因此產品上便會使用海洋濃縮液調整產品的礦物質比例。另一間台灣海洋深層水股份有限公司也推出了「海礦礦物質濃縮液」,可供民眾在家自行添加入水中,輕鬆飲用到海洋深層水中的礦物質。



市面上常見的「鹼性離子水」與「海洋鹼性離子水」,主要差異就在字面上,一個來自淡水,一個來自海水。水的酸鹼值(pH值)是由水中的氫離子濃度決定,pH值通常在0~14之間,7為中性,數字越小是酸性,數字往上則是鹼性,因此鹼性離子水就是pH值超過7的水。有些礦泉水因為水源會自然呈現鹼性,若要人工呈現鹼性,最簡單的方法就是調整水中的礦物質,或是使用其他技術,其中之一便是「電解」。在水中導入兩根正負電解棒,經過通電後兩端會產生氧化還原反應,水中的離子化合物因此往不同電極移動。一般市售的鹼性離子水,就是在負極(陰極)所匯集的水溶液,因為電解使水還原,氫氧離子(OH-)濃度上升而呈現鹼性,鈣、鎂、鈉、鉀等陽離子也因此移動到這端,使礦物質含量上升。



至於最近很流行的氣泡水,大部分的作法是在充填時再加入二氧化碳產生碳酸,製造汽水般清涼的口感。氣泡水有的含礦物質、有的不含,主要差異就看是用哪一種水當作本體再加入二氧化碳。二氧化碳當作食品的添加物對人體沒有什麼不良影響,所以氣泡水中的二氧化碳並沒有設定使用量上限,但水本身能溶入的氣體有限,因此會用加壓的方式灌入,包材通常會使用玻璃或硬度較大的塑膠瓶填充。

瓶裝水雖然看似簡單,但在淨水、過濾、殺菌的的過程中,為了維護品質,都要定期更換、清洗設備,消耗不少耗材。另外廠商為了在後續的淨水加工減少成本,也會努力開發新的水源地,找出更乾淨的水源。另外,瓶裝水出廠時都有衛生標準的規範,像是不得驗出致病微生物(大腸桿菌群、糞便性鏈球菌、綠膿桿菌)、重金屬(砷、鉛、鎘、汞、銅、鋅)與有害物質溴酸鹽都有管制上限,正因為是每天都要喝的水,規定才特別嚴格,透過這些層層的加工步驟,我們才能喝到乾淨又安全的瓶裝水!


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