如何在实验室条件下制作稳定可控的碳酸饮料用于产品研发与应用测试？
发布时间：2024-12-12 浏览次数：179 来源：欧美大地
炎炎夏日，酷暑难耐，饮上一杯冰镇的碳酸饮料往往能很快让人解暑降温，神清气爽。那么什么是碳酸饮料？为何碳酸饮料能有消暑的功效？对于饮料从业者来说，如何在实验室条件下快速制作含气量可控的碳酸饮料样品，来用于产品研发与应用测试？且听我们娓娓道来！
1.1 什么是碳酸饮料
根据国家标准GB/T 10792-2008,碳酸饮料(汽水，carbonated beverages)是指在一定条件下充入二氧化碳气的饮料,不包括由发酵法自身产生的二氧化碳气的饮料。
1.2 碳酸饮料的分类
1.2.1 果汁型碳酸饮料
含有一定量果汁的碳酸饮料,如橘汁汽水、橙汁汽水、菠萝汁汽水或混合果汁汽水等
1.2.2 果味型碳酸饮料
以果味香精为主要香气成分,含有少量果汁或不含果汁的碳酸饮料,如橘子味汽水、柠檬味汽水等
1.2.3 可乐型碳酸饮料
以可乐香精或类似可乐果香型的香精为主要香气成分的碳酸饮料
1.2.4 其他型碳酸饮料
除上述三类以外的碳酸饮料,如苏打水、盐汽水、姜汁汽水、沙士汽水等
其相关理化指标如下：
1.3 碳酸饮料中二氧化碳的作用
1.3.1带出人体内的热量，给人以凉爽感
当人们喝入碳酸饮料后，由于受热及压力下降，饮料中的碳酸分解成二氧化碳和水，当二氧化碳从体内逸出时会带走热量，使人觉得凉爽，所以含二氧化碳的碳酸饮料在夏天有消暑的作用。
1.3.2 可产生特殊的风味
二氧化碳可与饮料中其他成分配合产生特殊的风味，二氧化碳从饮料中逸出带出香味，增强风味特征。
1.3.3 抑制饮料中微生物的生长繁殖，延长货架期
饮料中的二氧化碳改变了微生物正常生长繁殖的环境条件，造成缺氧环境，从而抑制了微生物的生长。一般认为3.5〜4倍以上的含气量可完全抑制微生物生长，并使其死亡。
1.4 碳酸化
将CO2与水混合的过程称为碳酸化过程。碳酸化程度直接影响产品的质量和品味，是饮料生产中的重要步骤之一。碳酸化的过程是一个化学过程。C02与等物质的量的水作用，化合成碳酸。碳酸是一种弱酸。其酸度仅在舌头产生碳酸化饮料的轻微刺激。
该反应服从亨利定律和道尔顿定律。
(1)亨利定律
气体溶解在液体中时，在一定的温度条件下，一定量液体中溶解气体量与液体保持平衡时的气体压力成正比，即：V=H x p
式中：V——溶解气体的量；
H——亨利常数，与溶质、溶剂及温度有关；
P——平衡压力。
(2)道尔顿定律
混合气体的总压力等于各组成气体的分压力之和，即：P=p1+p2+……pi
式中pi——各组分气体在温度不变时，单独占据混合气体所占的全部体积时对器壁施加的压力
影响碳酸化的主要因素如下:
1.温度、压力的影响
饮料碳酸化程度是依单位体积液体所溶解的 CO2体积而定的，而 C02溶解情况与温度、压力有关。
当压力一定时，温度愈低，C02的溶解度愈大。则在实际生产中，为了达到所要求的碳酸化程度，通常碳酸化过程除要控制一定的压力外,还需配备一套冷却设备---冷冻机等。一般饮料碳酸化温度采用 3~5℃;C02 的压力在 29.4~39.2kPa范围。
2.空气的影响
空气在水中也可稍微溶解。实验证明:溶解 2%空气所产生的压力相当于溶解100%C02所产生的压力。故溶解少量的空气会排斥大量的C02。则完善的碳酸化工艺过程，只有在水中不含空气，且 C02不含空气杂质时才能做到。水中的空气可以用脱气机处理。在制备糖浆时应避免过量、过激的搅拌，以防止混入空气。且可以通过静置除去糖浆中的气泡。
3.各种液体对碳酸气体的吸收不同
液体对某种气体的吸收能力是有区别的。C02 在 0℃水中的溶解度为1.713;而同样的温度，溶解在酒精中则是 4.23g。要制作含一定碳酸气的成品需严格控制水温和乐力。一般来讲，碳酸气的损失仅是灌装时在瓶口处有逸出。因此，要节约碳酸气，提高混合效果，应采取下列措施:
①降低水温。
②排净水中的及CO2容器中的空气。
③提高 CO2的纯度。
④选用优良的混合设备，并配有冷却水及排气装置。
⑤保持 CO2供气过程中的压力稳定平衡。
⑥进入混合机与 CO2的比例适当。
1.5 碳酸饮料灌装工艺
碳酸饮料生产工艺可分为一次灌装法和二次灌装法。
(1)一次灌装法
又称为预调式灌装法，成品灌装法或前混合法（Premix）。
优点：先进，糖浆和水比例准确，灌装容量容易控制，产品含气量稳定，适合大型饮料厂。
缺点：不适合带果肉碳酸饮料，设备复杂。
(2)二次灌装法
又称为现调式灌装法、预加糖浆法或后混合法(Postmix)。
优点：设备简单，投资少，容易保证产品卫生，适合中小型饮料厂。
缺点：由于糖浆未经碳酸化，与碳酸水混合后使含气量降低。
Armfield FT102XA 小型碳酸化/灌装/封盖系统
随着低糖/0糖/0脂轻气泡水等新概率和产品的出现，碳酸饮料的市场近年来依旧活跃。对于碳酸饮料从业者来说，如何在实验条件下制作满足灌装质量要求的碳酸饮料样品来用于研发，应用，和工艺测试是一项挑战。不少企业采用高含气量碳酸水+糖浆手动混合，以及直接往糖浆水中注入二氧化碳手动方式来制作碳酸饮料样品。这些手动的方式制作的样品含气量不稳定，也很难制作更高含气量（如4体积，5体积）的碳酸饮料。而含气量的不稳定会直接影响饮料的口感和风味，无法保持产品的稳定性。
碳酸饮料灌装的质量要求
1. 达到预期的碳酸化水平-CO2含气量
2. 保证糖浆和水的准确比例-含糖量
3. 保证合理的和一致的灌装高度-灌装液位
4. 容器顶隙应保持最低的空气量-含氧量
5. 密封严密有效-容器（PET，易拉罐，玻璃瓶）
6. 保持产品的稳定性(过度碳酸化、存在杂质、存在空气、灌装温度过高或温差较大等导致不稳定)-稳定的碳酸化/灌装/封盖系统
Armfield FT102XA 碳酸化/灌装/封盖系统是一个高度自动化的系统，可复刻碳酸饮料大规模工业生产的加工工艺，如自动脱气，碳酸化，预混合灌装和后混合灌装，自动封盖。灌装过程精确控制各项参数（如二氧化碳置换瓶内空气，瓶内加压实现等压灌装，液体灌装时间，糖浆进料时间，灌装液位控制等）。可适用于PET瓶-螺旋盖，易拉罐-易拉盖，玻璃瓶-皇冠盖的自动灌装和自动封盖。用户可以使用该系统在实验室条件下制作含气量稳定，灌装液位一致，符合碳酸饮料灌装质量要求的样品来用于研发，应用，和工艺测试。