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;
3. воздух.
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.
Принципиальная технологическая схема синхронно-смесительной установки типа РЗ-ВНС-1
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.
