碳酸饮料汽水混合原理、影响因素及对产品质量的影响

文献综述：碳酸饮料汽水混合原理、影响因素及对产品质量的影响

碳酸饮料是指含有二氧化碳气的软饮料。通常由水、甜昧剂、酸味剂、香精香料、色素、二氧化碳气及其他原料组成，碳酸饮料一般称为汽水。碳酸饮料因含有二氧化碳气，能使饮料风味突出，口感强烈，还能让人产生清凉舒爽的感觉，是人们在炎热的夏天消热解渴的良好的饮品。二氧化碳和水或二氧化碳与糖浆的混合的过程称为碳酸饱和作用或碳酸化作用。

一、碳酸饮料汽水混合原理

汽水的生产工艺流程有两种：一种是配好调味糖浆后，将其灌入包装容器，再灌装碳酸水（即充入二氧化碳的水），称现调式（二次灌装法）；另一种是将调味糖浆和碳酸水定量混合后，再灌入包装容器中，称预调式（一次灌装法）。

二次灌装法是种较老的灌装方式，但现在仍然采用，尤其是汽水中含有果肉成分时采用较有利，因为果肉通过混台机的喷嘴时常易堵塞，不好清洗。现在流行的小型生产线多采用这种方式，因为加料机比调和机机构简单，管道也有各自的系统，容易分别清洗；另外，这种方法在灌水机漏水时可以不损失糖浆。它的缺点是糖浆通常与混合机中出来的水温不一致，在灌碳酸水时容易激起大量泡沫。

一次灌装法最早的方法就是将糖浆和水按一定比例加到二级配料罐中，搅拌均匀，然后经过冷却、碳酸化，再灌装。这种方法需要大容积的二级配料罐，配合后如不能立即冷却，碳酸化，由于糖度低易为细菌污染。连续化的方法是用调和机按比例的流量连续将糖浆和水调和好，进入冷却器和混合机，达到规定的含气量后灌装。这种方法的优点是糖浆和水的比例失误小，准确度高，容器容量变化时不需要变化加注量比例，产品质量一致。此外，由于糖浆和水混合温度一致，起泡小，故只控制一次含气量即可。但这种方法不适宜灌装带果肉粒子的汽水。

二、汽水混合的影响因素

在一定压力和温度下,二氧化碳在水中的最大溶解量叫做溶解度。这时气体从液体中逸出的速度和气体进入液体的速度达到平衡，称为饱和。任何配方的碳酸饮料中都有一个较佳的二氧化碳溶解量。二氧化碳在液体中的溶解量受下列因素的影响。

1.混合压力和液体温度

(1)在温度不变的情况下，气体溶解度随压力而增加。

在碳酸饮料生产中，一般碳酸化压力范围内(p<0.8MPa)，二氧化碳的溶解量服从亨利定律和道尔顿定律，即温度不变时，溶解的气体体积与碳酸气的分压p 成正比用公式表示为：

C= p/0.098＋1

式中：C——溶解量，体积倍数；

p——表压，MPa：

0.098——工程大气压单位kgf/cm2与MPa的转换系数；

pi= p+0.098

pi——绝对压力，MPa。

在1个绝对大气压下(0.098MPa)，温度15.56℃时，1体积的水溶解l体积的二氧化碳，称为1气体体积，是碳酸饮料工业的计量单位。

(2)在压力不变的情况下，溶解度随温度降低而增加。

温度影响常数称为亨利常数，用H表示，C＝Hpi/0.098。对于同一饱和溶液，温度升高时，亨利常数降低；而亨利常数降低时，绝对压力就要提高。所以，在饮料碳酸化时，水温愈高，达到规定含气量时所需的压力就愈高。但压力高时，气体的实际溶解度偏离亨利定律，其值小于理论值。在此情况下，就要用气体逸度代替压力，引入α、β常数，将亨利常数表示成压力的函数进行修正：

H=α-βpi/0 .098则C=（α-βpi/0.098）pi/0.098

2.二氧化碳气体的纯度和水中溶质的影响

二氧化碳在液体中的溶解度与二氧化碳的纯度和液体中存在的溶质的性质有关。二氧化碳气体中的杂质阻会碍二氧化碳的溶解，故纯水较含糖或含盐的溶液容易溶解二氧化碳。

最常见的影响碳酸化的因素是空气，水或糖浆中的空气不仅影响碳酸化的效率，而且成品饮料中存在的氧能促进霉菌和腐败菌等好气性微生物的生长繁殖，引起香料等成分的氧化，导致饮料的严重败坏。

饮料中的空气除二氧化碳不纯外，还来自水及糖浆中溶解的空气，以及各种管路和设备中混入的空气。在压力为0.098MPa、温度20℃时，二氧化碳以及氧和氮在单位体积水中吸收系数分别为：CO2 0.88，O2 0.028，N2 0.015。根据道尔顿气体分压和亨利定律，混合气体中各气体被溶解的量不仅取决于各自在液体中的溶解度，而且取决于在脱合气体中的分体积（分压）。在系统总压力下，二氧化碳溶解度仅与其分压有关。在碳酸饮料中，任何空气在饮料处于大气压力时都将很快逸出。另外除去溶解的空气以外，还有包含在液体中未溶解的气泡，这些气泡在灌装泄压阶段将很快逸出，激烈地搅动饮料，促使二氧化碳逸出。原料水、糖浆或饮料中载有的空气比溶解的空气更为有害

3.二氧化碳与水的接触面积和接触时间的影响

在温度和压力一定的情况下，二氧化碳气体与液体的接触面积越大，进入液体的二氧化碳越多，而且接触时间越长，液体中二氧化碳含量越高。工业生产中选用的碳酸化设备必须做到能使水雾化成水膜，以增大与二氧化碳接触面积，同时能保证有～定的接触时间。实际上碳酸气分压、水温和气液两相接触的表面积等都是很重要的，而且都受到生产条件的限制。因此，要合理控制水的温度，二氧化碳的进口压力、水中杂质的含量、二氧化碳的纯度、各管道是否漏气等因素，以保证二氧化碳在水中能充分溶解，使其成为饱和碳酸水。

三、对产品质量的影响

二氧化碳在碳酸饮料成分中所占的比重很小的，但它的作用却很大，碳酸饮料中二氧化碳的主要作用有：

1、清凉作用

喝汽水实际上市喝一定浓度的碳酸，碳酸在腹中由于温度升高、压力降低，即进行分解。这个分解是吸热反应，当二氧化碳从体内排放出来时，就把体内的热带出，起到清凉作用。

H2CO3→CO2+H2O

1、阻碍微生物的生长，延长汽水货架寿命

二氧化碳能致死嗜氧微生物，且由于汽水中的压力能抑制微生物的生长。

2、突出香味

二氧化碳在汽水中逸出时，能带出香味增强风味。

3、有舒服的杀口感

二氧化碳配合汽水中其他成分，产生一种特殊的风味，各个不同品种需要不同的杀口感，有的要强烈，有的要柔和，各个品种都有其特有的含气量。

所以，如果产品中的CO2含量不足对产品质量的影响主要有：

1、饮料清凉作用降低

由于碳酸含量少，分解时所吸收的热量较少，不能起到良好的清凉作用。

2、二氧化碳抑制微生物生长的作用减弱，使得保质期缩短，产品易变质。

3、由于二氧化碳含量减少，浓度降低，其从汽水中逸出的速度降低、所带出的饮料香味也相应的减少了。

4、不同品种的汽水需要不同的杀口感，杀口感不同会影响感官评价。

此外配置原糖浆的砂糖质量过差会不仅会是二氧化碳溶解量降低，还会使饮料产生絮凝物、沉淀物甚至产生异味，影响产品质量；水或糖浆中的空气影响碳酸化的效率，而且成品饮料中存在的氧能促进霉菌和腐败菌等好气性微生物的生长繁殖，引起香料等成分的氧化，导致饮料的败坏。

参考文献

[1].高原军.软饮料工艺学.北京：中国轻工业出版社,2002

[2].赵晋府.食品工艺学(第二版).北京：中国轻工业出版社,2000