1.9 Диоксид углерода
Большое значение для промышленности безалкогольных напитков имеет газообразная двуокись углерода. Природные источники двуокиси углерода в Германии находятся, например, в районе Эйфеля, Дауна, Геролштайна и Мендинга у Лаахерского озера. Кроме того, такие источники встречаются в Верхнем Некертале, а также у реки Рейн между городами Кобленц и Бонн. Выходы относительно сухой углекислоты, называемой мофеттами, зарегистрированы в Бад Хеннингене на Рейне и у реки Везер. Природная углекислота улавливается, очищается и используется (в том числе для изготовления напитков).
В равной мере для производства напитков используется уловленная в процессе спиртового брожения и впоследствии очищенная углекислота.
Свойства. Известна связанная углекислота, являющаяся составной частью встречающихся в воде солей (бикарбонаты кальция и магния, бикарбонат натрия и т. д.). Газообразная углекислота выделяется в процессе дыхания человека. Выдыхаемый воздух содержит примерно от 4 до 5 % СО2, а атмосферный воздух - приблизительно 0,04 % углекислоты. Предел углекислоты, превышение которого может стать опасным для человека, составляет 4 % (в 100 раз больше) и не достигается даже в переполненных помещениях. Углекислота в значительной степени вмешивается в процессы ассимиляции, диссимиляции и брожения. При нормальной температуре в 20 °С и обычном давлении (760 мм. рт. ст.) диоксид углерода представляет собой бесцветный газ с резким запахом и кисловатым вкусом. Углекислота не горюча (ее используют для наполнения огнетушителей). То, что углекислота не горит, во многих случаях подтверждается ее способностью гасить пламя. Подобное доказательство очень важно в случае возникновения необходимости осмотра шахт колодцев, бродильных цехов или других помещений с повышенным содержанием СО2. Таким образом, возможна профилактика несчастных случаев, последствием которых может стать удушье.
Плотность СО2 составляет 1,529, то есть углекислота в 1,529 раза тяжелее воздуха. 1 м3 воздуха при температуре 0 °С весит 1,3 кг, а 1 м3 СО2 в этом случае весит 2 кг (ее продажа осуществляется по весу). Плотности всех газов соотносятся с плотностью воздуха, а плотности жидкостей - с плотностью воды. Ввиду своей большей плотности углекислота способна вытеснять воздух со дна резервуаров и с пола помещений и скапливаться там, однако именно это свойство углекислоты дает возможность переливать ее из одной емкости в другую.
Углекислота как в газообразном, так и в жидком состоянии является ангидридом, а следовательно, изначально не способна к кислой реакции. СО2 переходит в кислоту только в соединении с водой:
СО2 + Н2О - Н2СО3.
Продукт этой реакции при атмосферном давлении нестабилен и немедленно вновь распадается на свои исходные вещества, а именно СО2 и воду. Растворимость СО2 в воде, как и всех растворяемых в жидкостях газов, зависит от температуры и давления газа.
Физиологические свойства. Углекислота обладает свойством под действием собственной тяжести накапливаться в нижней части непроветриваемых помещений, вытесняя при этом воздух. Содержание углекислоты в воздухе, превышающее 1 %, при достаточно длительном воздействии может стать причиной жалоб на состояние здоровья, однако эти проявления очень быстро исчезают при обеспечении доступа свежего воздуха. Поэтому следует быть очень осторожным при осмотре шахт колодцев и бродильных цехов, обеспечивая наличие достаточного количества воздуха, или же при помощи горящей свечи проверять, не слишком ли высоко содержание углекислоты внутри помещения. Пламя горящей свечи гаснет при недостатке кислорода, вызываемом скоплением углекислоты.
В отличие от углекислоты, которая выдыхается из организма через легкие, углекислота, попадающая в желудок человека в результате потребления напитка, оказывает на него совершенно иное воздействие. Результатом попадания такой кислоты в организм становится лучшая усвояемость растворенных в воде или лимонаде веществ, например, сахара и соли. Кроме того, она поддерживает продвижение пищевой кашицы (химуса), способствуя, таким образом, процессу пищеварения. Введение в организм углекислоты улучшает выделение желудочного сока, а значит и подачу жидкости, результатом чего становится быстрое утоление жажды. Предпосылкой для этого является тщательное перемешивание СО2 с напитком, что обеспечивает попадание углекислоты в пищеварительный тракт и ее медленное высвобождение, препятствующее неприятному вздутию желудка. «Холодок» на чувствительных участках неба и языка объясняется тем, что незначительное расширение пузырьков СО2 забирает окружающее тепло.
Наряду с прочими положительными качествами следует отметить и асептические свойства углекислоты, позволяющие под высоким давлением внутри бутылки в течение нескольких дней уничтожать патогенные микроорганизмы, попадающие в напиток (например, из воды). При еще более высоком давлении (примерно 7 бар) в значительной степени приостанавливается и процесс роста и размножения сбраживающих микроорганизмов, что в промышленности используется, например, при хранении подслащенных плодово-ягодных соков. Однако приостановление роста не означает уничтожения микроорганизмов. Известны случаи, когда содержащая микроорганизмы углекислота стала причиной производственных инфекций или заражения напитков.
Как показали опыты, проводившиеся с насыщенной углекислым газом водой, она оказывает значительное воздействие на кислый вкус напитка
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Описание технологической линии производства безалкогольных газированных напитков «Яблоко» и «Апельсин»
В аппаратурно - технологической схеме производства безалкогольных газированных напитков (Приложение 2) можно выделить несколько этапов:
- подготовка воды;
- приготовление сахарного сиропа;
- приготовление купажного сиропа;
- насыщение купажного сиропа диоксидом углерода;
- розлив готового напитка.
2.1.1 Подготовка воды
Для производства используют водопроводную воду. Ее подвергают очистке. Вода из трубопровода проходит через дисковой фильтр 21 для предварительной очистки. Затем через фильтр сетчатый для грубой очистки 22, заполненный кварцевым песком. Степень загрязнения фильтрующего слоя взвешенными частицами определяется по перепаду давления между входом и выходом из фильтра.
Очищенная от грубых примесей вода с помощью насосной станции 23 поступает на установку ультрафильтрации 24, которая предназначена для снижения мутности и содержания взвешенных частиц. Размер отверстий (пор) ультрафильтрационных мембран лежит в пределах от 5 нм до 0,05-0,1 мкм. Главное отличие мембранной фильтрации от обычного объемного фильтрования в том, что подавляющее большинство всех задерживаемых веществ накапливается на поверхности мембраны, образуя дополнительный фильтрующий слой осадка, который обладает своим сопротивлением. Как все мембранные технологии, процесс ультрафильтрации состоит в пропускании исходной воды через мембрану под давлением. Однако давление, необходимое для ультрафильтрации, значительно ниже давления, необходимого для обратного осмоса. Ультрафильтрационная мембрана задерживает коллоидные частицы, бактерии, вирусы и высокомолекулярные органические соединения, но но пропускает молекулы растворенных солей.
Мембранный ультрафильтрационный модуль состоит из тонких капилляров, стенками которых являются ультрафильтрационные мембраны. Исходная вода поступает внутрь капилляра, аболее крупные частицы остаются внутри капилляра.
В процессе фильтрации поры мембраны загрязняются отложениями сконцентрированных примесей. Поэтому проводится регулярная промывка мембран обратным потоком очищенной воды. При обратной промывке обычно требуется давление, превышающее рабочее давление.
Процесс фильтрования длится 20-60 ми, после чего следует обратная промывка мембраны. Для этого часть очищенной воды под давлением подается в фильтратный тракт в течение 20-60 секунд.
Из установки ультрафильтрации 24 вода поступает в буферную емкость 25. Освобожденная от грубых примесей вода с помощью насосной станции 26 поступает на угольный фильтр 27, для удаления хлора, очистки воды от запаха. Далее на Na-катионитовые фильтры 29. Он состоит из двух фильтров. Это обусловлено экономическими соображениями: один из Na-катионитовых фильтров находится на регенерации, а другой – в рабочем состоянии. Это обеспечивает непрерывность производственного процесса. После прохождения определенного количества воды фильтр переключается на регенерацию. Регенерирующий раствор поваренной соли готовят в емкости 28. Из Na-катионитового фильтра 29 вода поступает в сборник 30, отсюда воду направляют в УФ – лампу 31, для обеззараживания воды УФ – лучами. Основным фактором, влияющим на процесс обеззараживания воды УФ – лучами, являются мощность потока, сопротивляемость бактерий бактерицидному действию лучей. УФ – лампа представляет собой установку закрытого типа с погружным источником облучения. Установка состоит из нескольких последовательно соединенных камер, в центре которых расположены цилиндрические чехлы, изготовленные из кварцевого стекла. В каждом чехле помещена бактерицидная лампа. Вода вводится в камеру через патрубок, расположенный в верхней части, а выводится из нижней части камеры. Производительность установки составляет 20 м3/ч. Следует иметь в виду, что для эффективности работы установки необходимо, чтобы вода была хорошо отфильтрована, а кварцевые чехлы тщательно протерты.
Далее с помощью насосной станции 32 для умягчения и обессоливания вода поступает в мембранно-осматическую установку 33. На ней осуществляется процесс фильтрования воды через полупроницаемые мембраны, которые пропускают воду (фильтрат) и задерживают частицы различного размера, содержащиеся в воде (концентрат). Таким образом, достигается не только умягчение воды, но и ее полное обессоливание и очистка. Обратный осмос снижает щелочность и общий растворимый сухой осадок больше 90 %. Концентрат сливается в канализацию. Из мембранно-осматической установки вода поступает в сборник 34 для подготовленной воды, а из него – в сироповарочный аппарат 2, сборники для подготовки компонентов купажа 7, 8, 10 и далее в синхронно-смесительную установку 37.