Процесс карбонизации в производстве безалкогольных напитков: Предварительный розлив CO₂ Растворение Объяснение

Введение

Карбонизация - один из самых ответственных этапов производства безалкогольных напитков. Оно не только определяет характерную шипучесть напитка, но и влияет на его кислотность, вкус и общую стабильность. Правильное карбонирование перед розливом обеспечивает стабильное качество продукта и приятные впечатления потребителей.

Недавно один американский клиент поинтересовался нашей линией по производству безалкогольных напитков. Они заметили разницу в цене по сравнению с предложением конкурента, который использовал миксер с баком для охлажденной воды, в то время как наше предложение включало смеситель с пластинчатым теплообменником и холодильная установка. Клиенту было интересно узнать о принципе работы и разнице температур, что побудило его к подробному объяснению.

В этой статье рассматриваются наука, оборудование, процедуры и лучшие практики газирования при производстве безалкогольных напитков перед розливом, а также обоснование различных методов охлаждения.

1. Наука, лежащая в основе карбонизации

Карбонизация подразумевает растворение диоксида углерода (CO₂) в воде или ароматизированном сиропе с образованием углекислого газа (H₂CO₃), который придает безалкогольным напиткам характерный привкус и шипение.

Ключевые факторы, влияющие на карбонизацию:

• Температура:CO₂ лучше растворяется при более низких температурах. Охлаждение жидкости перед карбонизацией позволяет увеличить поглощение газа.
• Давление:Повышение давления CO₂ в жидкости увеличивает растворимость, создавая более плотные и долговечные пузырьки.
• Состав жидкости:Сахар, кислоты и соли несколько снижают растворимость CO₂, что требует изменения давления газа или температуры жидкости.

Закон Генри математически описывает эту взаимосвязь:

C=k_H⋅P_CO2​​

Где C - концентрация растворенного CO₂, kH - постоянная Генри (зависит от температуры), а PCO2 - давление газа.

2. Методы охлаждения и карбонизации

Существует два общих подхода к подготовке безалкогольных напитков к газированию, что объясняет разницу в цене между производственными линиями:

Метод 1: Предварительное охлаждение перед смешиванием

• Жидкость (вода + сироп) охлаждается до 2-3°C перед поступлением в смесительную машину.
• Требуется только стандартный резервуар для охлажденной воды (с холодильным агрегатом, использующим хладагент, например, фреон).
• Хладагент циркулирует по змеевикам, непосредственно охлаждая жидкость для напитков.

Преимущества:

• Низкие первоначальные инвестиции.
• Простая система, меньшее количество компонентов.

Ограничения:

• Некоторые страны ограничивают использование фреоновых холодильников.
• При больших объемах эффективность охлаждения может быть ниже. 

Метод 2: Сначала смешивание, затем охлаждение с помощью пластинчатого теплообменника

• Сироп и вода смешиваются при температуре 35-40°C.
• Смесь поступает в смесительс пластинчатым теплообменником и чиллер, охлаждающий его до 2-3°C перед карбонизацией.

Этот метод становится все более распространенным во всем мире благодаря экологическим нормам и стабильной производительности охлаждения.

Преимущества:

• Более точный контроль температуры.
• Лучше подходит для крупномасштабного непрерывного производства.
• В некоторых регионах доступны бесфреоновые альтернативы.

3. Пластинчатый теплообменник: Принцип работы

A пластинчатый теплообменник это компактное устройство, передающее тепло между двумя жидкостями без их смешивания. Он широко используется в производстве напитков для быстрого и равномерного охлаждения.

Как это работает:

1. Напиток проходит через тонкие пластины из нержавеющей стали, расположенные последовательно.
2. Охлажденная жидкость (из холодильной установки) проходит через чередующиеся пластины.
3. Большая площадь поверхности и турбулентность, создаваемая между пластинами, обеспечивают эффективный теплообмен.
4. Температура напитка быстро снижается до нужного уровня (2-3°C), сохраняя гигиену и предотвращая загрязнение.

Преимущества карбонизации:

• Быстрое охлаждение сохраняет растворимость CO₂.
• Равномерная температура предотвращает локальный перегрев или недоохлаждение.
• Компактная и модульная конструкция подходит для современных производственных линий.

4.CO₂ Инъекции и растворение

1. Предварительно охлажденная жидкость поступает в резервуар для карбонизации.
2. CO₂ подается под контролируемым давлением (2-3 бар для стандартных безалкогольных напитков, выше - для напитков с высоким содержанием углекислого газа).
3. Агитация или поточное перемешивание обеспечивают равномерное растворение газа.
4. Растворенный CO₂ измеряется (объем CO₂) для достижения целевой карбонизации.
5. Контролируемое обращение предотвращает потерю газа и сохраняет консистенцию пузырьков.

5. Основные параметры управления

• Температура: 2-3°C для оптимальной растворимости CO₂.
• Давление: 2-3 бар (регулируется в зависимости от типа напитка).
• CO₂ Объем: 2,5-3,5 об. для стандартных безалкогольных напитков.
• pH и кислотность: Поддерживают постоянный вкус и срок хранения.
• Однородность пузырьков: Обеспечивает приятный вкус во рту.

6. Общие проблемы и решения

7. Лучшие практики

• Поддерживайте точный контроль температуры и давления.
• Для равномерного охлаждения используйте соответствующее перемешивание или пластинчатый теплообменник.
• Регулярная очистка и дезинфекция для предотвращения микробного загрязнения.
• Контролируйте состав сиропа и соответствующим образом регулируйте параметры.
• Часто проверяйте объем CO₂ и pH.

8. Заключение

Понимание различий между методами предварительного охлаждения и пластинчатыми теплообменниками помогает объяснить ценовые различия между производственными линиями. Предварительное охлаждение в охлаждающем резервуаре экономично, а смешивание с последующим охлаждение пластинчатого теплообменника обеспечивает точный контроль температуры, лучшее газирование и соответствие экологическим нормам.

Правильное газирование с использованием этих методов гарантирует стабильный вкус, привлекательные пузырьки и высокое качество безалкогольных напитков, что удовлетворяет как производителей, так и потребителей.