Кондиционирование и газирование воды
Вода, являющаяся основным компонентом безалкогольных напитков, по качеству должна соответствовать более высоким требованиям, чем обычная питьевая вода.
В производстве используют воду из городского водопровода или воду из артезианских скважин, ее фильтруют, умягчают, удаляют соли железа и обеззараживают (как описано в гл. 3). Такую обработку промышленной воды называют кондиционированием. Кондиционирование воды способствует улучшению ее вкуса и обесцвечиванию.
В безалкогольные напитки диоксид углерода вводят искусственно, он легко образует в воде насыщенные растворы. Растворимость газа СО3 зависит от температуры и давления и ее можно определить по графику (рис. 94).
С повышением давления или понижением температуры растворимость диоксида углерода увеличивается. Наиболее благоприятными и практически достижимыми для насыщения воды диоксидом углерода можно принять температуру 1-2°С и давление 0,30-0,35 МПа. Температура воды не должна превышать 4°С.
На растворимость СО2 значительно влияют состав и концентрация растворенных в воде минеральных солей, веществ коллоидной дисперсности, воздуха. Минеральные соли, вступая в реакцию с диоксидом углерода, связывают его, а вещества коллоидной дисперсности снижают активность насыщения напитков СО2. Лучше всего газируется умягченная вода,
Присутствие в напитках, воздуха, как и любого другого газа, снижает растворимость СО2, поэтому их перед сатурацией для более полного насыщения деаэрируют (удаляют воздух) в специальном аппарате - деаэраторе. Деаэрацию воды проводят при остаточном давлении в аппарате 37,5-40 кПа и температуре 4-7°С.
Продолжительность процесса сатурации влияет на глубину насыщения воды: при медленном увеличении рабочего давления в колонке степень насыщения воды или напитка диоксидом углерода увеличивается, а при быстром повышении давления происходит пересыщение раствора и избыток СО2 улетучивается. Длительное газирование воды целесообразно только до определенного предела, не более 1 ч.
В среднем содержание диоксида углерода в газированных напитках не превышает 0,4%, следовательно, потери его достигают 70-80%. С целью экономии диоксида углерода стараютcя избегать лишних перекачек газированных жидкостей по протяженным коммуникациям, повышенных давлении и скорости потока. Путь воды от холодильника до сатуратора должен быть по возможности коротким, а трубопроводы и сборники для охлажденной воды покрыты теплоизоляцией.
Диоксид углерода - бесцветный газ, в 1,5 раза тяжелее воздуха. 1 дм3 в нормальных условиях весит 1,98 г. При атмосферном давлении 760 мм рт. ст. в одном объеме воды растворяется: при 20°С -0,88, 10°С- 1,19, 0°С- 1,71 объемов СО2. А растворение по массе в 1 дм3 составляет соответственно: 1,7, 2,3, 3,4 г.
При растворении диоксида углерода в воде образуется угольная кислота (СО2+ Н2О → Н2СО3). При этом только не больше 1% растворенного СО2 превращается в угольную кислоту.
Диоксид углерода доставляют на завод безалкогольных напитков в баллонах или цистернах (под давлением), снабженных редукционным вентилем и манометром. Сатуратор соединяют шлангом с баллоном (цистерной) и проводят насыщение воды газом. Обычно на 10 дал воды расходуется примерно 1 кг диоксида углерода. Перед газированием воду рекомендуется охлаждать до 1-2°С, а затем направлять в сатуратор, куда подают и диоксид углерода.
В производстве безалкогольных напитков используют сатураторы различных конструкций. На рис. 95 представлена схема автоматизированной сатурационной установки непрерывного действия, состоящей из сатурационной колонки 4, деаэрационной колонки 7, водяного насоса 12 и шкафа с пусковой электроаппаратурой.
Сатурационная колонка 4 представляет собой герметичный цилиндрический сосуд. Внутри нее установлена труба, в которой на вертикальном стержне укреплены решетчатые диски 3. Верхняя часть колонки заполнена насадкой из керамических колец и предназначена для насыщения воды диоксидом углерода, а нижняя часть колонки является сборником газированной воды. На колонке установлены сборник для смеси воздуха и диоксида углерода, манометр, предохранительный клапан, редукционный клапан для диоксида углерода, датчики верхнего и нижнего уровней воды.
Деаэрационная колонка 7 - это трехсекционный цилиндрический сосуд, внутри которого смонтированы разделительные конусы, каждый из которых состоит из диафрагмы 8, наклонной трубы 9 и воронки с тарелкой. На верхней крышке колонки установлен клапан для отвода смеси воздуха и диоксида углерода.
При работе сатуратора умягченная, профильтрованная и охлажденная до 4-7°С вода нагнетается насосом 12 в водоструйный эжектор 10, который засасывает диоксид углерода из сатурационной колонки 4. В деаэрационную колонку 7 вода, отчасти насыщенная в эжекторе диоксидом углерода, поступает снизу и постепенно поднимается вверх. Пузырьки газа, не успевшие раствориться в воде, заполняют пространство под диафрагмой 8, образуя газовую подушку над слоем воды. Вследствие разности равновесного давления воздуха, соответствующего его концентрации в воде, и парциального давления в газовой подушке происходит деаэрация воды. Однако этот процесс нельзя считать эффективным, так как поверхность массообмена невелика.
По мере накопления газовой смеси под диафрагмой вода вытесняется до тех пор, пока не откроется нижний конец наклонной трубы 9. По этой трубе газовая смесь перепускается в верхнюю часть деаэрационной колонки 7, откуда через диафрагмовый клапан 11 выводится в атмосферу. Диафрагмовый клапан отрегулирован на сброс смеси только при работающем насосе 12.
Из деаэрационной колонки вода подается по трубопроводу через обратный клапан 6 в нижний конец центральной трубы сатурационной колонки 4. Проходя сквозь отверстия решетчатых дисков 3, вода и диоксид углерода интенсивно перемешиваются, что способствует лучшему растворению газа. Достигнув верхней кромки центральной трубы, вода переливается на сетку, которая равномерно распределяет воду по насадке.
Диоксид углерода поступает в сатурационную колонку через редукционный клапан 2, с помощью которого давление СО2 поддерживается 0,6 МПа.
Газированная вода, пройдя в верхней части через насадку из колец, собирается в нижней части сатурационной колонки, откуда через патрубок 1 направляется к разливочному автомату. Уровень газированной воды в колонке поддерживается автоматически посредством двух электрических датчиков 5.
Для нагнетания воды в деаэрационную колонку 7 используется поршневой двухцилиндровый насос двойного действия с приводом от электродвигателя.
Массовая доля диоксида углерода в воде на выходе из сатуратора составляет 0,65%.
Сатурационные установки выпускают производительностью 3000, 6000, 12000 дмэ/ч с рабочим давлением в деаэраторе 0,085, в сатураторе 0,6 МПа.