饮用矿泉水的水质及其评价

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《软饮料工业手册》第544页（5022字）

(一)矿泉水水质

1．矿泉水主要化学成分

矿泉水主要成分是钠、钾、钙、镁、氯以及碳酸氢根、硫酸根等。

矿物质及其含量对矿泉水水质也有很大影响，矿物质的平衡对水味影响也很大。组成天然矿泉水成分的元素可以分为4类。

第一类是水中溶解物质的主要成分有钾、钠、钙、镁、铁、铝、氯、硫、氮、氧、氢、碳、硅。

第二类为含量不高的元素，有锂、锶、钡、铅、镍、锌、锰、铜、溴、碘、氟、硼、磷、砷。

第三类是含量极少的稀有元素，有铬、钴、锗、钒、汞、硒、锡、锑等。

第四类为放射性元素，主要有镭、氡、氚等。

我国一些矿泉水的主要化学成分见表2－4－1。

表2－4－1 我国几种矿泉水的主要化学成分 单位：mg／L

现将矿泉水主要成分分述如下：

(1)钠和钾 矿泉水中，钠和钾均为常见元素，钾含量一般低于钠。岩石及其风化生成的土壤，本身就含有钠，在与地下水接触的过程中，钠被溶出，成为水的成分。钠离子对土壤胶质的吸附力弱，所以在地下水与土壤的离子交换中容易游离出来，随着地下水的移动，钠成发会有所增加。一般浅表地下水所含钠量比地深处水低。

(2)钙和镁 钙是地球上分布极广的元素，自然界水循环过程中与含钙的岩石矿物接触，因此矿泉水均含有钙。镁是天然矿泉水中常见元素。

钙和镁的含量，因其地质和地区而有很大差异，碱性或酸性土壤，其钙和镁的比例也有很大差异。一般碱性岩石或碱性土壤的水，Mg／Ca比值低，而酸性地质水的Mg／Ca比值高。

在土壤中，钙和镁以硅酸盐的形态而存在，但一与水或碳酸气接触，就变成碳酸氢盐，以Ca²⁺和Mg²⁺的形态而溶出。

(3)铁 水中所含的铁以不同状态而存在，与碳酸气和重碳酸共存时，以Fe²⁺形态而存在于地下水中。当溶存氧少时，难以氧化，多以较稳定的状态存在。在采水后被氧化时，由2价铁离子变为3价铁离子，成为不溶性的Fe₂(OH)₃。

(4)硝酸性氮和亚硝酸性氮 喷泉水和地下水多含有某种程度的氮化合物，这些氮化合物有天然存在的，也有人为污染的。污染的多为有机氮化合物，因此，有机氮化合物作为污染指标之一，说明周围环境存在问题。

(5)硅酸 地下水多含硅酸，与水的品质，特别是与味有关的是溶解性硅酸，不溶性硅酸也会发生沉淀。溶解性硅酸物质在pH2～3范围内全部以或分子状态分散而存在，pH在中性附近时则全部不溶解，以聚合型的硅酸状态存在。地下水中硅酸与硅酸离子的平衡关系也很复杂。

(6)有机物 矿泉水中的有机物包括可溶性有色有机化合物、浮游生物和其他微生物等。此外也含有Fe²⁺、NO₂^－、硫化物等。有机物多的水一般已被污染，这是选择矿泉水原水的标准之一。

2．硬度

水的硬度，是由水中溶解的钙和镁的量决定的，溶有较多Ca²⁺、Mg²⁺的水叫硬水。一般将水中所含的钙和镁的离子量，换算为相当的碳酸钙(CaCO₃)(mg／L)来表示水的硬度。

3．pH和碱度

水的pH受土壤溶出成分的影响，其中碳酸盐、碳酸氢盐的影响较大。CO₂、H₂CO₃、HCO₃^－和这四种碳酸物质与pH的相互之间存在一定的平衡关系。

除pH外，碱度与碳酸物质也有密切关系。地下水所含的碳酸气，因土壤中生物的呼吸作用或因细菌对腐殖质的分解作用而发生，多为未经反应的碳酸气。这些碳酸气作用于碳酸盐而使钙、镁溶出。、分别表现碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度。在含大量碳酸物质以外的成分时，单用碱度值算出的碳酸物量是不够的，因为总碱度还包括OH^－这种氢氧化物碱度。

从多含易受化学风化碳酸盐的堆积岩(特别是石灰洞)和从硅酸成分少的碱性火成岩中渗出来的水碱度大，而酸性岩石地区的水则碱度低。

4．浑浊度

矿泉水浑浊度是由泥土、沙质、微细的有机物和无机物等悬浮物质造成的，是矿泉水物理性状的一项指标。饮用矿泉水浑浊度一般不超过5度。

每升水中还原性物质，包括有机物和无机物，在一定条件下被氧化时所消耗的氧毫克数称耗氧量。矿泉水耗氧量的测定，当水中氯化物含量低时用酸性高锰酸钾法，而含氯量高时用碱性高锰酸钾法。

5．臭和味

纯净的水一般不应该有异臭和异味。所感到的不快的臭味多为溶于水的成分挥发而成。有这样臭味的水是某些污染所致，即使在以后的工艺中除臭，也不能作为矿泉水原水使用。硫化氢臭是由于土壤中的硫化铁和游离碳酸气的作用，从地层成分渗出；也有由火山地带的温泉水中渗出。此外，还因废水的生物学的分解而生成，也有因污染而存在。

此外，还有泥土臭、金属臭、植物的腐败臭、气臭、霉菌臭、藻类和微生物(放线菌)所发出的特殊臭气等。

决定水味的重要因素有很多，例如水质、水中所含成分和饮用者的敏感性等。矿泉水煮沸后的臭和味，按其强度可分为6级，见表2－4－2。水味是否良好，由溶于水的各种成分决定，一种离子只要与其结合的离子有变化，就会对味产生很大影响。有多种离子互相组合溶解的水，浓度也有不同，非常复杂，要简单判断水味是不容易的。

表2－4－2 矿泉水臭和味的强度等级

例如钠盐，其阴离子不同，味质也有很大变化。以1价碱金属卤化物为例，相对分子质量在110以下则碱味占优势，而相对分子质量在160以上的盐类则有很强的苦味。又如，即使具有同样阴离子的氯化物，也会因阳离子的变化而碱味不同，其顺序为K⁺＞Ca²⁺＞Na⁺＞Mg²⁺。

能感觉水中所含化学成分味道的限界浓度称为阈值或味觉限界。即使是同一离子，只要共存离子不同，味的阈值也不相同。人的味觉限界多少有些差异，碱金属和碱土金属的盐，其味觉阈值高。重金属盐即使微量，也感到有强的味度。相同的钠盐由于所结合的阴离子不同，味觉阈值也有差异。相反，有氯离子时，与其共存的阳离子即使有变化，其味觉阈值也没有大的差异。

另外，一般原水含有少量碳酸气时，就有新鲜感和爽快味。

与硬度有关的钙、镁等矿物质，对味也有很大影响。硬度100～150mg／L的水，有美味感。但含量过多时水又硬又重，并产生不快味。含量进一步增加时则有苦味和涩味。含少量HSiSO₃^－的水也有美味，含氯量多的水有咸味。含钙多的水则感甜味，铁化合物产生收敛味，镁盐多则出苦味，碳酸盐少则味纯。由于矿物质浓度和各种矿物质的共存状态，微量的矿物质也会对味产生影响。

饮水的温度条件对味觉也有影响，60～70℃时感到美味，随着温度下降，就有难饮的感觉，温度降至30～40℃最难饮，但10～15℃的温度却是水味最美的温度。

由上可见，矿泉水的味道与多种因素有关，保持良好的水质和水味并非易事。

6．水色

溶液状态的物质所产生的颜色称为真色，由悬浮物质产生的颜色则称假色。在测定水色前须将水样中的悬浮物除去。用铂钴比色法测定的矿泉水色度一般不应超过15度，并不得呈现其他异色。

7．矿化度

矿化度M可用每1L水中所含阴阳离子总量，也可用总固体与碳酸氢根含量的一半表示(克数)。

关于水的硬度、碱度等内容也可参考水处理一章。

(二)饮用矿泉水的评价方法

寻找矿泉，首先要进行地质勘探工作，要开展矿泉形成和贮存条件、矿泉水资源及动态、矿泉水物理－化学特征与运动条件，以及矿泉水资源动态和医疗特性等的研究。在我国，矿泉水的开发应具有水源地的勘察报告，符合国家饮用天然矿泉水标准，并经技术审查认可后，方可着手进行饮料矿泉水的开发。

矿泉水的化学评价，首先是测定矿泉水样的电导率、pH、气体(着重测二氧化碳)及蒸发残渣，以确定水样是否有价值进一步评价。如果这些指标与矿泉水要求相距甚远，则无必要继续进行更详细的分析。进一步的工作是测定水中钠、镁、钙、碳酸氢根、硫酸根和氯离子等主要成分的含量。按照上述成分测定或根据水温已能初步确定水样是否属于矿泉水。

在初测的基础上，进行详细的分析评价。必须指出，天然矿泉水与可饮用水是有明显区别的。作为饮料矿泉水，通常必须具备下列一些基本条件：

①口味良好，风格典型。

②含有对人体有益的成分，包括特有的内容物、一定的矿物质和微量元素。通常，天然矿泉水中至少应含有1000mg／L溶解盐。当然不同国家对其含量指标也有不同规定。

③有害成分(包括放射性)不得超过有关标准。

④在装瓶后的保存期(一般一年)内，水的外观与口味无变化。

⑤微生物学指标符合饮用水卫生要求。

为此，应从化学分析、微生物学检查和品尝等方面综合了解矿泉的品质，并且还要观察矿泉水的保藏稳定性。矿泉水的有害成分可分为毒理指标和非毒理指标。毒理指标如汞、铅、镉等务必符合卫生指标，而非毒理指标如铁等允许略超过卫生指标。由于矿泉水饮用量少于日常生活饮水，某些成分(如氟)的指标可略放宽。

此外，具有矿泉的地区还应设置水源卫生防护带，其范围应根据地形、地貌、水文地质和周围环境卫生状况而定，并在防护地界设置固定的标志。对于水源水质的全面分析，应每年进行一次，其检验结果应与技术评审认可的报告相符，但允许在界限指标内出现周期性的自然波动。

概括地说，饮料天然矿泉水的水质，必须符合国家标准GB8537的规定，其中的界限指标和某些元素和组分的限量指标及污染物指标和微生物指标等必须符合饮用天然矿泉水标准的规定。