Насыщение воды или напитков диоксидом углерода

Роль и значение диоксида углерода в безалкогольных напитках

Одним из основных показателей, характеризующих качество газированных безалкогольных напитков, является содержание в них диоксида (двуокиси) углерода. Напитки, обильно им насыщенные, хорошо утоляют жажду. Диоксид углерода выгодно дополняет вкус напитков, усиливает выделение ароматических веществ и, кроме того, является прекрасным консервантом, угнетающим развитие микроорганизмов.

Для насыщения напитков обычно употребляют жидкий диоксид углерода и проводят эту операцию в специальных аппаратах-сатураторах и синхронно-смесительных установках.

Условия растворимости диоксида углерода в напитках и воде

Степень насыщения напитков и воды диоксидом углерода зависит от его способности растворяться в компонентах напитка, от температуры напитка и воды, давления, при которых проводится процесс насыщения, длительности контакта, поверхности обмена, наличия воздуха в диоксиде углерода и воде, конструкции оборудования, применяемого для насыщения.

Температура воды (или напитка) в процессе насыщения ее диоксидом углерода не должна превышать 6° С. Охлажденная вода должна проходить наиболее короткий путь от холодильника до сатуратора. Во избежание нагревания трубопроводы и сборники для охлажденной воды необходимо изолировать.

Рабочее давление при насыщении воды и напитков диоксидом углерода зависит от конструкции сатуратора или установки и обычно находится в требуемых пределах.

Растворимость диоксида углерода в воде при различных температурах и давлении приведена в табл. 1.

Следует учесть, что содержание в воде солей снижает растворимость диоксида углерода в ней, поэтому перед насыщением вода должна быть умягчена до оптимального их содержания.

Диоксид углерода доставляют на завод в жидком виде в специализированных автоцистернах, из которых его сливают в стационарные цистерны, предназначенные для хранения. По мере надобности диоксид углерода передают на станцию газификации, из которой газообразный диоксид углерода поступает на синхронно-смесительную установку, а из нее газированный напиток направляют на разливочный автомат.

Розлив в бутылки

Пустую стеклотару пластинчатым транспортером перемещают к бутылкомоечной машине. Рабочий раствор щелочи в ванны машины поступает из напорного сборника.

Концентрированную щелочь на завод доставляют в специализированных цистернах, откуда ее перекачивают в сборник для хранения. Из этого сборника по мере надобности концентрированную щелочь перекачивают в напорный сборник-мерник, из которого она поступает в сборник для приготовления рабочего раствора щелочи. Готовый рабочий раствор щелочи передают в напорный сборник.

Отработанную щелочь из бутылкомоечных машин на ряде заводов в целях экономии сливают в сборник для отстоя. Затем отстоявшийся отработанный раствор щелочи передают на фильтр, а из него осветленный раствор щелочи перекачивают в сборник для приготовления рабочего раствора щелочи.

Чистые бутылки, вышедшие из бутылкомоечной машины, пластинчатым транспортером последовательно перемещают к световому экрану, разливочному автомату, укупорочному автомату, бракеражному автомату, этикетировочному автомату и автомату для укладки бутылок.

Бракераж

Отбраковку нечисто вымытых бутылок и некачественных напитков производят визуально перед световым экраном. Содержимое бутылок просматривается после резкого поворачивания бутылок вверх дном. При этом тяжелые включения, находящиеся на дне бутылки, будут опускаться вниз и могут быть легко замечены браковщиком. При обнаружении каких-либо посторонних включений браковщик выводит бутылку из потока.

Переворачивание и установка бутылок перед световым экраном осуществляются бракеражными машинами. Используются автоматы двух типов: 1) дисковые, в которых бутылки переворачиваются диском в плоскости, параллельной разливочному конвейеру; 2) цепные, в которых бутылки в положении вверх дном просматриваются в процессе непрерывного движения бутылок перед световым экраном.

Современные автоматические линии для розлива комплектуются цепными бракеражными автоматами БАЗ. По мере движения конвейера бутылки поворачиваются в носителях и подходят к световому экрану в положении вверх дном. При обнаружении браковщиком посторонних включений бутылка снимается с конвейера без остановки автомата. Производительность бракеражного автомата БАЗ - 4000 и 6000 бутылок в час.

Бутылки из ПЭТФ, Полиэтилентерефталат, используемый главным образом для изготовления заготовок (преформ) различного вида, из которых затем изготавливаются (выдуваются после нагрева) пластиковые контейнеры различного вида и назначения (в первую очередь, пластиковые бутылки). сразу же переданные от бутылковыдувной машины на налив напитков, мойке не подвергают. Бутылки из ПЭТФ, поступающие от других предприятий или из промежуточных складских помещений, рекомендуется перед наливом напитков ополаскивать исправленной питьевой водой. Необходимость такой обработки устанавливается представителями органов Госсанэпиднадзора РФ и предприятия-производителя напитков.

Производство газированных безалкогольных напитков включает в себя следующие основные стадии - варка сахарного сиропа, приготовление купажного сиропа, приготовление газированной воды, купажирование и розлив. Принципиальная технологическая схема приведена на рис.1.

При использовании синхронно-смесительного способа розлива сначала купажный сироп смешивают с деаэрированной водой, а затем полученную водно-купажную смесь подвергают охлаждению и насыщению диоксидом углерода.

Сахарный сироп готовится, в основном, горячим способом. Сахар растворяют в воде и кипятят в течение 30 мин, затем полученный сироп охлаждают. Холодный способ - растворение сахара без нагревания и фильтрование сиропа. Массовая доля сухих веществ в сиропе должна составлять 60-65 %. После фильтрования сахарный сироп охлаждают в теплообменниках рассолом или холодной водой до температуры 10-20°С.

При варке сахарного сиропа в присутствии кислот, содержащихся в плодово-ягодных соках и винах, лимонной кислоты, происходит инверсия сахарозы с образованием инвертного сахара - смеси глюкозы и фруктозы. Наряду с инвертным сахаром образуется продукт более глубокого распада сахаров - оксиметилфурфурол, содержание которого регламентируется органами здравоохранения (0,1 г в 1 дм 3 напитка).

Колер получают путем нагревания сахара, содержащего 1-2 % воды, до температуры плавления (160-165°С). При выдержке в этих условиях происходит обезвоживание сахарозы. В результате этого сахар приобретает темно-бурую окраску. Колер разводят горячей водой до массовой доли сухих веществ 70 ± 2 % и охлаждают.

Купажный сироп готовится смешиванием сахарного сиропа со всеми компонентами напитка, за исключением газированной воды, или варкой плодово-ягодного полуфабриката с сахаром. Готовят купажные сиропы холодным, горячим или полугорячим способом.

При приготовлении купажного сиропа холодным способом все полуфабрикаты задают в купажный чан при перемешивании в определенной последовательности по принципу: от менее к более ароматным видам сырья. Все полуфабрикаты тщательно перемешивают и фильтруют до полной прозрачности. Холодным способом готовят купажные сиропы для напитков на цитрусовых настоях, концентратах, композициях, ароматических настоях и эссенциях.

Полугорячий и горячий способы применяются, если в состав купажного сиропа входят соки и вина, для их деалкоголизации и упаривания. В сироповарочный котел вносят 50 % (по полугорячему способу) или 100 % (по горячему) от рецептурного количества плодово-ягодных соков или вина, подогревают их и засыпают все количество сахара, кипятят 30 мин, удаляют образующуюся пену, затем фильтруют сироп в горячем состоянии и охлаждают до температуры 20°С. При купажировании в полученный продукт добавляют остальные составные части купажного сиропа. Купаж тщательно перемешивают и проверяют органолептические и физико-химические показатели.

Рис.1. Технологическая схема производства газированных напитков

При приготовлении сиропов на плодово-ягодных соках происходит инверсия сахарозы за счет содержащихся в них кислот. Готовый купаж охлаждают до температуры 10°С, выдерживают 2-4ч и передают на розлив.

Розлив напитков можно осуществлять двумя способами: дозированием купажного сиропа в бутылки с последующим доливом газированной водой; насыщением смеси деаэрированной воды и купажного сиропа углекислым газом с последующим розливом уже готового напитка в бутылки. Насыщение воды диоксидом углерода осуществляется в сатураторах, а напитков - в синхронно-смесительных установках. Вода предварительно фильтруется, при необходимости умягчается и проходит другие виды обработки.

Перед насыщением СО₂ воду охлаждают до 2-4°С и деаэрируют, т.е. удаляют растворенные газы,мешающие введению диоксида углерода. Массовая доля СО₂ в напитках 0,2-0,5 %.

Бутылки, заполненные напитком, проходят бракераж, этикетировку и до реализации хранятся на складе при температуре не выше 12°С.

Негазированные напитки после смешивания купажного сиропа с водой разливают в холодном или горячем виде без насыщения диоксидом углерода. Горячий розлив осуществляется при температуре 80-85°С.

Производство кваса. Основные стадии производства кваса: получение квасного сусла; сбраживание квасного сусла; купажирование кваса; розлив кваса.

На заводах квасное сусло получают настойным способом из квасных ржаных хлебцев или сухого кваса путем экстрагирования горячей водой или из концентрата квасного сусла растворением до необходимой массовой доли сухих веществ.

При приготовлении квасного сусла из концентрата квасного сусла его вносят в количестве 70 % от предусмотренного рецептурой, разводят водой с температурой 30-35°С в 2-2,5 раза. Остальные 30 % ККС применяют на стадии купажирования сброженного кваса.

Сбраживают квасное сусло с помощью комбинированной закваски, которая состоит из квасных дрожжей расы М и молочнокислых бактерий рас 11 и 13, в бродильном или бродильно-купажном аппарате. После перекачивания сусла в бродильный аппарат в него задают 25 % сахара (от рецептурного количества) в виде сахарного сиропа при температуре 25°С и тщательно перемешивают. Массовая доля сухих веществ в сусле для хлебного кваса должно быть не менее 2,5 %, для окрошечного - 1,6. Затем вводят предварительно подготовленную комбинированную закваску из чистых культурных квасных дрожжей и молочнокислых бактерий в количестве 2-4 % к объему сусла.

Дрожжи и молочнокислые бактерии при совместном действии образуют этиловый спирт, молочную, уксусную кислоты, СО₂, ряд ароматических продуктов, которые придают квасу специфический вкус и аромат.

Для брожения можно также использовать прессованные хлебопекарные дрожжи, однако качество кваса ухудшается. Их расход 0,15 кг/100 дал кваса. Можно применять и пивные, винные дрожжи.

Брожение квасного сусла проводят при температуре 25-28°С до снижения массовой доли сухих веществ на 1,0 % и достижения кислотности 2,0-2,5 см 3 раствора NaOHконцентрацией 1 моль/дм 3 на 100 см 3 кваса. Средняя продолжительность - 16-18 часов. По окончании брожения квас охлаждают до 6°С, при этом дрожжи оседают на дно аппарата, повторно их не используют. Квас перекачивают в купажный аппарат или купажируют непосредственно в бродильно-купажном аппарате.

Купажирование сброженного кваса проводят, добавляя оставшиеся 75 % сахара в виде сахарного сиропа, 30 % ККС и при необходимости - колер. Купаж тщательно перемешивают мешалкой или диоксидом углерода для уменьшения потерь СО₂. После проверки основных показателей качества передают на розлив.

При производстве хлебного кваса для горячих цехов в сброженный квас при купажировании вносят расчетное количество аскорбиновой кислоты, хлорида кальция, калия фосфорнокислого и поваренной соли в виде водных растворов.

Разливают квас в автоцистерны и бочки. Температура кваса при розливе не должна превышать 12°С.

За последние годы существенно изменились ассортимент и качество безалкогольных напитков. В соответствии с СТБ 539-2006 "Напитки безалкогольные. Общие технические условия" классификацию напитков осуществляют по пяти признакам: насыщению двуокисью углерода, массовой доли сухих веществ, внешнему виду, способу обработки, используемому сырью.

В зависимости от насыщения двуокисью углерода напитки изготавливают двух типов:

В зависимости от массовой доли сухих веществ напитки изготавливают неконцентрированными и концентрированными. Напитки с массовой долей сухих веществ 15 % и более относятся к концентрированным напиткам.

В зависимости от внешнего вида напитки бывают:

В зависимости от способа обработки напитки изготавливают:

с применением консерванта,

без применения консерванта.

В зависимости от используемого сырья и технологии изготовления напитки подразделяют на группы:

сокосодержащие напитки - напитки, изготовленные с добавлением натурального, спиртованного, концентрированного сока или сокосодержащей основы (базы) и других компонентов, кроме искусственных сахарозаменителей (подсластителей), искусственных ароматизаторов и искусственных красителей. Содержание сока в готовом напитке должно составлять не менее 5 % от общего объема (в пересчете на натуральный сок). Ассортимент этих напитков достаточно широк: "Вишневый", "Грушевый", "Гранатовый", "Кизиловый", "Малиновый", "Рассвет";

морсы - напитки, изготовленные с добавлением сока и других компонентов, кроме искусственных сахарозаменителей (подсластителей), искусственных ароматизаторов и искусственных красителей. Содержание сока в готовом напитке должно составлять не менее 10 % от общего объема, в том числе сока одноименного с наименованием напитка - не менее 5 % (в пересчете на натуральный сок). Известны морс из брусники, клюквы и т.п.;

напитки на растительном сырье - напитки, изготовленные на основе экстрактов или настоев растительного сырья (растений, плодов, семян и др.) или концентрированных основ, в состав которых входят экстракты или настои растительного сырья. Недопускается применение сахарозаменителей (подсластителей), красителей и ароматизаторов. Ассортимент: "Искристый", "Пряное яблоко", "Тархун" и др.;

напитки на сахарозаменителях (подсластителях) - напитки, изготовленные с использованием сахарозаменителей (подсластителей). Ассортимент: "Буратино", "Личистый", "Лимон - лайм" и т.д.;

напитки на ароматах - напитки, изготовленные на основе натуральных и идентичных натуральным ароматизаторов, эссенций, эфирных масел и т.п. с добавлением различных компонентов. Ассортимент: "Ледяной чай с ароматом лесных ягод", "Ледяной чай с ароматом бергамота", "Крем - сода", "Лесная ягода" и т.п.

Процесс насыщения воды и безалкогольных напитков диоксидом углерода называется сатурацией или карбонизацией. Растворение газа в жидкости абсорбционный процесс. Растворимость СО₂ в воде зависит от температуры и давления. С повышением давления или понижением температуры растворимость СО₂ увеличивается. Наиболее благоприятными и практически достижимыми для насыщения воды СО₂ можно применять температуру 1 – 2 °С и давление 0,3 – 0,35 Мпа. Температура воды не должна превышать 4 °С.

На растворимость СО₂ влияют:

1. состав и концентрация растворенных в воде минеральных солей;

2. вещества коллоидной дисперсности;

Лучше всего газируется умягченная вода. Перед сатурацией, для более полного насыщения СО₂, воду аэрируют в аппарате деаэраторе. При медленном увеличении рабочего давления в колонке степень насыщения воды или напитка СО₂ увеличивается. При быстром повышении давления происходит пересыщение раствора и избыток СО₂ улетучивается. В среднем содержание СО₂ в газированных напитках не превышает 0,4 %.

При растворении СО₂ в воде образуется угольная кислота

При этом только не больше 1 % растворенного СО₂ превращается в угольную кислоту.

Вводить СО₂ в напитки можно двумя способами:

1. насыщением охлажденной и деаэрированной воды с последующим введением ее в бутылки, залитые определенной дозой купажного сиропа;

2. насыщением смеси деаэрированной воды и купажного сиропа с последующим розливом уже насыщенного напитка.

Насыщение воды осуществляется в сатураторах периодического и непрерывного действия, а напитков – только в аппаратах непрерывного действия (сатураторах и синхронно-смесительных установках).

Для обеспечения интенсивного массообмена процесс сатурации проводят при температуре воды 2 – 4 °С и рабочем давлении в сатураторе 0,3 – 0,4 МПа. В сатураторе вода распыляется при помощи форсунок или насадок. Содержание диоксида углерода в воде на выходе из сатураторов не менее 0,6 мас. %.

В настоящее время наиболее перспективен синхронно-смесительный способ насыщения диоксидом углерода. В установках, работающих по этому способу, обеспечивается почти полное удаление воздуха из воды перед ее насыщением, а также мельчайшее распыление воды в карбонизаторах, что способствует гомогенизации смеси купажного сиропа, воды и диоксида углерода и высокой степени насыщения напитка диоксидом углерода.

Достоинства способа:

1. экономия сырья;

2. повышение качества напитков и постоянство физико-химических показателей напитка в каждой бутылке;

3. позволяет отказаться от использования ряда машин – дозатора сиропа, автомата для перемешивания и сатуратора, следовательно сокращение количества обслуживающего персонала

4. упрощение технологического процесса и розлива напитков.

Принципиальная технологическая схема работы синхронно-смесительной установки типа РЗ-ВНС-1 представлена на рисунке.

Принцип работы: вода из бачка 2 циркулирует с помощью насоса 3 через струйный эжектор 1, в результате чего эжектор 1 отбирает воздух из колонки 4 деаэратора, что приводит к образованию в ней вакуума. Для контроля за процессом деаэрации колонка 4 снабжена вакуумметром 5. Отфильтрованная, исправленная и охлажденная вода подается в нижнюю часть колонки деаэрации по трубопроводу, проходит по нему в верхнюю часть и, стекая по коническим тарелкам 6, теряет содержащийся в ней воздух.

Деаэрированная вода сосредоточивается в нижней части колонки деаэратора, ее количество можно определять по указателю уровня 7. Деаэрированную воду насосом 8 перекачивают в струйную насадку 9 для насыщения ее диоксидом углерода, который подается из колонки насыщения 10. На колонке 10 размещены указатель уровня 7, предохранительный клапан 11, манометр 12, штуцер для вывода газированной воды, промывных вод и ввода диоксида углерода, который поступает в колонку через редуктор 13. Насыщенную диоксидом углерода воду насосом-дозатором 14 перекачивают в смесительный бачок 15, куда одновременно из бачка 16 задается определенная доза купажного сиропа. Из смесительного бачка 15 готовый, насыщенный диоксидом углерода напиток поступает в накопительную колонку 17, также снабженную указателем уровня 7, предохранительным клапаном 11, манометром 12 и штуцером для вывода готового напитка и промывных вод. В струйной насадке вода насыщается под давлением 0,6 – 0,8 МПа. На выходе из установки напиток содержит 0,7 мас. % диоксида углерода. Температура воды, поступающей на деаэрацию, должна быть не выше 6 °С, а купажного сиропа – не выше 8 °С.

В синхронно-смесительной установке Б2-ВРР-16 насыщению диоксидом углерода подвергается смесь деаэрированной воды и купажного сиропа.

На отечественных заводах безалкогольных напитков эксплуатируются автоматические вакуум-сатураторы, а также различные типы синхронно-смесительных установок зарубежных стран, в которых процессы насыщения воды и безалкогольных напитков ничем не отличаются от рассмотренных выше.

Под насыщением (карбонизацией, или сатурацией*) понимают смешивание воды с диоксидом углерода. От степени насыщения воды или напитка диоксидом углерода зависят вкусовые качества, освежающие свойства и стойкость продукта.

Первый напиток, насыщенный СО, искусственно, был создан в 1767 г. английским ученым Джозефом Пристли. Ученого заинтересовало, какого рода пузырьки выделяются при брожении пива, и он провел эксперимент, поместив над варящимся пивом два контейнера с водой. Спустя некоторое время вода насытилась СО,. Попробовав ее, Пристли поразился неожиданно резкому и одновременно приятному вкусу этой воды.

Первый прибор, с помощью которого можно было производить газированную воду в достаточно больших количествах, получивший название сатуратор, был изобретен в 1770 г. химиком Торберном Бергманом (Швеция).

В дальнейшем разработки Бергмана продолжил немец Иоганн Швепп. Созданная им в 1783 г. промышленная установка для производства газированной воды, позволила ему открыть собственную фирму, существующую до сих пор.

Технические документы по производству напитков в Российской Федерации допускают содержание СО, в напитках не более 10 г/л (1 %). Как правило, напитки насыщают двуокисью углерода до концентрации 0,3-0,6%. Сладкие безалкогольные и слабоалкогольные напитки газируют при помощи миксер-сатураторов (сатурационные установки), где вода не только насыщается диоксидом углерода, но еще и смешивается с сиропом.

Содержание диоксида углерода (норма) в газированных безалкогольных напитках (массовая доля диоксида углерода, %) следующее:

’ От лат. saluralio насыщение.

Сильногазированные. Более 0,40

Среднегазированные. Более 0,30 до 0,40

Слабогазированные. Более 0,20 до 0,30

Высокое содержание диоксида углерода обеспечивает продолжительность сохранения вкуса и аромата напитка и предохраняет его от порчи. Одновременно с повышением содержания углекислого газа в воде, в ней понижается содержание кислорода, что положительно влияет на качество и сохранность напитков, так как растворенный в воде кислород способен вызывать образование нежелательных продуктов окисления, ухудшающих внешний вид или вкус продукта. Кроме того, растворенный в воде воздух и кислород препятствуют растворению углекислого газа, поэтому карбонизации предшествует деаэрация воды на специальных аппаратах — деаэраторах.

Таким образом, процесс газирования включает в себя предварительное охлаждение воды, удаление из нее растворенного воздуха (деаэрация) и насыщение диоксидом углерода.

Растворение углекислого газа в воде происходит с образованием слабой угольной кислоты, которая медленно диссоциирует на ионы Н и НСО,:

Теплота растворения углекислого газа в воде составляет 5,9 ккал/г-моль. Так как процесс экзотермический, то в соответствии с принципом Ле- Шателье нагревание будет сдвигать равновесие в сторону процесса, который сопровождается поглощением тепла, — выделение углекислого газа из раствора. Поэтому растворимость диоксида углерода увеличивается с понижением температуры воды и повышением давления (рис. 53). В связи с этим перед сатурацией воду необходимо предварительно охлаждать до температуры 2-4 °С. При карбонизации смеси воды и сиропа на синхронно-смесительных установках смесь охлаждают до 4-10 °С.

Связь между объемом, температурой и давлением углекислого газа выражается уравнением

где V — объем 1 кг газа; Т — температура газа в градусах Кельвина; Р — давление газа; R — универсальная газовая постоянная; А — дополнительная величина, учитывающая отклонение от уравнения идеального газа.

Рис. 53. Растворение углекислого газа в воде при различной температуре при 760 мм рт. ст. в 1 л воды

Охлажденная вода должна проходить от холодильника до сатуратора наиболее коротким путем, а во избежание нагревания трубопроводы и сборники для охлажденной воды необходимо изолировать от окружающей среды теплоизолирующими материалами.

Насыщение диоксидом углерода напитков производится на синхронно-смесительных установках и в акратофорах через специальное барбо- тируюшее устройство, а насыщение воды — на сатураторах различной конструкции.

В зависимости от используемых способов сатурации различают сатураторы смесительные, распылительные, комбинированные. Сатураторы, в которых насыщение воды производится смешиванием ее с поступающим через барботер газом, называют смесительными. Распылительными, или колончатыми, называют сатураторы, в которых распыленная до мельчайших частиц вода пропускается через сатурационную колонку, заполненную керамической насадкой, и движется навстречу углекислому газу. Сатураторы, к которым применяются два или несколько из описанных способов карбонизации, называются комбинированными.

Рабочее давление в сатураторах и синхронно-смесительных установках не должно превышать 0,4 МПа, а эксплуатация, порядок работы и обслуживание этих аппаратов должны осуществляться в соответствии с инструкциями по эксплуатации, разработанными применительно к каждому типу оборудования.

Удаление растворенных газов из воды перед сатурацией углекислотой позволяет избежать следующих проблем:

• • без предварительной деаэрации возможны сбои в процессе сатурации и розлива напитков, вызванные спонтанным выделением углекислого газа;
• • присутствующий в воде кислород способствует развитию колоний дрожжевых микроорганизмов;
• • кислород, растворенный в воде, вызывает окисление и разрушение витамина С;
• • окислительные реакции в присутствии кислорода приводят к помутнению напитков;
• • кислород вызывает разрушение ароматических веществ в напитках и изменение их вкуса;
• • кислород вызывает обесцвечивание напитков.

Скорость растворения диоксида углерода в воде весьма существенно сказывается на степени ее насыщения и связывания с водой. Медленное повышение рабочего давления в колонке насыщения сатурационной установки позволяет увеличить степень насыщения воды или напитка диоксидом углерода, а главное — увеличить в растворе прочность его молекулярной связи с водой или напитком.

На степень поглощения углекислого газа оказывает влияние и продолжительность контакта газа с водой. Максимальная скорость растворения наблюдается в первый час — содержание растворенного СО, достигает 0,3 %, в последующие несколько часов количество СО, в воде очень медленно повышается до 0,46% (рис. 54). Поскольку нормируемое содержание в воде СО, достигается за один час увеличивать продолжительность этого процесса экономически нецелесообразно.

При постоянных значениях давления, температуры и продолжительности карбонизации на степень насыщения воды углекислым газом оказывает влияние площадь контакта газа с жидкой фазой, что в свою очередь определяет скорость проникновения газа в воду, и эта зависимость выражается следующим уравнением:

где D — константа диффузии; S — поверхность контакта, м ! ; Ар — разница в парциальном давлении СО, в воде и над ней, Па; т — продолжительность процесса.

Поэтому в конструкциях большинства сатураторов применяют различные насадки, позволяющие увеличить площадь соприкосновения углекислого газа с водой. Это могут быть кольца Рашита, тарельчатые пластины или другие устройства.

Рис. 54. Зависимость количества растворенного в воде СО, от продолжительности карбонизации

В соответствии с действующими нормативами максимально допустимый расход диоксида углерода на 100 дал сильногазированного напитка составляет 19 кг. С учетом того, что в таких напитках содержание диоксида углерода должно составлять не менее 0,4 % мае., то есть 4 кг в 100 дал напитка, потери диоксида углерода достигают практически 70-80 %.

В целях повышения эффективности процесса насыщения напитков или воды диоксидом углерода и снижения потерь углекислого газа следует избегать перекачек газированной воды или напитков по коммуникациям большой протяженности для передачи газированной воды от места насыщения до разливочной машины, не производить перекачек с большим напором и большой скоростью, так как это приводит к дегазации напитков.

Дегазация происходит также в момент отрыва колокольчика нали- вателя от горлышка бутылки после налива идо момента укупоривания бутылки.

Практикой установлено, что наименьшие потери диоксида углерода происходят при перекачках насыщенной жидкости со скоростью, не превышающей 1 дм 3 /с. Следует учесть, что содержащиеся в воде соли снижают растворимость диоксида углерода в ней, поэтому перед насыщением вода должна быть подвергнута умягчению. Однако с учетом того, что катионитовые фильтры удаляют лишь ионы жесткости, установки обратного осмоса являются более предпочтительными, так как они способны не только умягчать воду, но и снижать в ней общее содержание минеральных солей.

Рис. 55. Влияние объема газового пространства Pj и К, в горлышке бутылки на содержание СО, в напитке

Важно также то, какой объем газового пространства находится в горлышке бутылки между зеркалом жидкости и пробкой. Для сохранения максимального количества растворенного в напитке углекислого газа необходимо обеспечить минимальный объем этого пространства. Например, при объеме V_t незаполненного напитком пространства горлышка бутылки равном 18—22 мл и давлении газа 9,8 Па содержание СО, в пустом пространстве бутылки будет достигать 0,142%. При увеличении пустого объема К₂ до 53—57 мл содержание углекислого газа между поверхностью напитка и пробкой будет уже 0,157% [1] (рис. 55).

Диоксид углерода в напитки можно вводить двумя способами: насыщением охлажденной и деаэрированной воды с последующим введением ее в бутылки, залитые определенной дозой купажного сиропа, или насыщением смеси деаэрированной воды и купажного сиропа с последующим розливом уже насыщенного напитка. Однако сатурация напитка, содержащего сироп, сильно затрудняет мойку и поддержание санитарного благополучия оборудования, поэтому предпочитают карбонизировать воду до смешения с сиропом.

Насыщение воды производят в аппаратах непрерывного действия — сатураторах (рис. 56), а напитков — на непрерывнодействующих синхронно-смесительных установках. На рис. 57 представлена принципиальная схема действия сатуратора непрерывного действия. Вода под давлением подается через электромагнитный клапан в деаэрационную колонну /, где, стекая по полусферам в виде тонкой пленки за счет большой поверхности контакта с газовой фазой, освобождается от растворенных в ней газов и накапливается в нижней части колонны.

По мере наполнения нижней части колонны 1 поэтапно включаются форсунки для подачи углекислого газа. Процесс удаления растворенных газов атмосферы в деаэраторе 1 может рассматриваться как первая ступень сатурации, так как атмосферные газы из воды вытесняются с помощью СО,, подаваемого снизу колонны и движущегося вверх. Диоксид углерода проходит через воду и вытесняет более легкий воздух в верхнюю

Рис. 56. Внешний вид сатуратора

часть башни, откуда он периодически сбрасывается в атмосферу, одновременно часть СО, растворяется в воде.

В пространстве над полусферами создается разрежение за счет откачки газов посредством эжекторного насоса в накопитель 5. Насос и колонна для накопления воды 5 работают совместно для создания вакуума посредством струйной насадки, которая через трубопровод подключена к колонне деаэрации 1.

Сатурационная колонна 2 представляет собой стальной цилиндрический сосуд с сетчатыми перегородками. Верхняя часть колонны полая и является ее газовым пространством. В верхней части сатурационной колонны расположены два эжектора 34,ъ которые подается под давлением деаэрированная вода из колонны /. В эжекторе вода сильно диспергируется и одновременно создается разрежение, засасывающее воду с пузырьками СО, из верхней части колонны.

На самом верху колонны эжектор 4 всасывает СО, из верхней газовой полости колонны и впрыскивает водно-газовую смесь в зону распыления эжектора 3. Этим достигается высокая степень насыщения воды диоксидом углерода. Одновременно из коллектора, расположенного в нижней части колонны 2, барботируется диоксид углерода, движущийся навстречу потоку воды, создаваемому эжекторами 3 и 4. Колонны соединены между собой газовыми трубопроводами, тем самым образующими систе-

Рис. 57. Принципиальная схема действия сатураторов:

1 — деаэрационная колонна; 2 — сатуранионная колонна; 3,4 — эжекторы; 5 — колонна накопления сатурированной воды му сообщающихся сосудов, вследствие чего скачки давления в колоннах не влияют на эффективность работы установки.

Карбонизированная вода собирается в сборнике 5. Использование многостадийного насыщения позволяет проводить карбонизацию при пониженных давлениях. Уменьшение рабочего давления сатураторов, при котором происходит насыщение жидкости, способствует более прочному связыванию угольной кислоты и воды, что особенно ощутимо в напитках, содержащих сахарозу.

Вопросы для самопроверки

• 1. Какие три основные цели преследует карбонизация безалкогольных напитков?
• 2. Для чего проводят деаэрацию воды перед ее карбонизацией?
• 3. Оказывает ли влияние карбонизация на сохранность напитков?
• 4. Как влияет температура карбонизации на степень насыщения воды диоксидом углерода?
• 5. Влияет ли площадь соприкосновения газа и жидкости на степень и скорость ее насыщения диоксидом углерода?
• 6. Опишите принципиальную схему работы современной установки карбонизации воды.