Основни суровини и материали

СО₂ е основен компонент за газираните напитки. На него се дължи тяхната пенливост, игривост, ряз и свежест, катализира процесите на съзряване на напитката. В химично отношение СО₂ е неактивен, може да реагира само при високи температури от порядъка на 240 - 250°С. Обаче във водни разтвори и в среди с киселинни свойства много реакции на СО₂ протичат самопроизволно, в резултат на което може да се срещне в свободно състояние или свързан. Във водна среда е установено следното равновесие:

СО₂ ^газ ↔ СО₂ ^{разтвор} + Н₂О ↔ Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО₃^- ↔ Н⁺ + СО₃^2-

Концентрацията на Н₂СО₃ зависи от концентрацията на разтворения СО₂ която от своя страна, се намира в пряка зависимост от равновесното налягане на СО₂ и газовата фаза. Концентрацията на въглеродната киселина, както на дисоциираната, така и на недисоциираната в наситени разтвори е около 1 - 2% от общото съдържание на СО₂. Въглеродната киселина, която се намира в равновесие с бикарбонатния анион, се нарича равновесна. Тя е неактивна и не влиза в химични реакции с други съставки. Свободната въглеродна киселина, която не участва в установената дисоциация, е химически активна и лесно встъпва във взаимодействие с други съставки. Тази свободна киселина се нарича още агресивна или активна.

Регистрирайте се и научете много повече по темата! Направете своята регистрация ТУК

Равновесието на отделните елементи на разтвореният във водата и напитките СО₂ зависи до голяма степен от съдържащата се в тях бикарбонатна твърдост, както и от наличието на други соли.
Свободната въглеродна киселина заедно с останалите съставки на безалкохолните напитки и минералните води създава своеобразните органолептични показатели - вкус, аромат, пенливост и други на напитките.

Механизъм на разтваряне на СО₂ във вода

Насищането на водата с СО₂ е известно като сатурация, карбонизация или импрегнация. Характерно за този процес е, че СО₂ доведен в съприкосновение с водата в затворено пространство, се разтваря в нея. Механизмът на разтваряне на газа се характеризира с факта, че СО₂ дифундира през граничен газообразен и течен слой, отделящ течността от газа и се абсорбира от течността, тоест разтваря се в нея.
Процесът на дифузия - естествено разтваряне е бавен, около 5 - 6 часа.

Количеството CO2 дифундирал през граничната повърхност в течността, и неговата скорост са равно пропорционални на контактната повърхност между фазите, на разликата в концентрациите и на парциалното налягане на газа и са обратно пропорционални на температурата на течността. За интензификация на процеса е необходимо да се осигуряват най-малко две условия – голяма контактна повърхност и максимална разлика в концентрациите на газа в двете фази.

Фактори влияещи върху разтворимостта на CO₂

Този масообменен процес зависи от редица фактори, част от които влияят върху количеството на CO₂ а други влияят качествено за по-бързо достигане на равновесие.

Влияние на температурата

Абсорбцията на CO₂ преминава през бавно протичащия процес на хидрация. Процесът е екзотермичен, т.е. протича с отделяне на, макар и малко количество топлина. За да се осъществява процесът в посока разтваряне на CO₂ трябва да се отвежда топлина тоест зависимостта между температурата и разтворимостта на CO₂ е обратно пропорционална. Колкото по-ниска е температурата на водата, толкова по-голямо количество газ ще се разтвори в нея.

Влияние на налягането

Повишаването на налягането води до увеличаване на налягането в газовата фаза и концентрацията в нея. Това довежда до повишаване разликата в концентрациите на CO₂ в двете фази, т.е. до ускоряване на процеса. Зависимостта между разтовримостта на CO₂ и налягането е право пропорционална.

Влияние на разтворените вещества

Наличието на разтворени в течността вещества води до създаване на определено осмотично налягане, което има негативно влияние върху разтворимостта на CO₂. Част от разтворените вещества реагират с агресивната въглеродна киселина, което води до нежелан разход на CO₂.

По принцип всякакъв вид соли пречат на насищането с CO₂. Сама някои колоиди във водата могат да допринесат за повишаване на разтворимостта му, ако осигуряват адсорбция на CO₂ и неговите съединения.

Влияние на наличието на други газове

Водата, както всяка течност, има определена абсорбционна способност по отношение на газове при определена температура и налягане, тоест сумата от парциалните налягания на разтворените газове е константа. Наличието на едни газове в течността намалява разтворимостта на други. Съдържанието на въздух във водата намалява разтворимостта на СО₂ в нея.
Във всички съвременни технологични линии насищането на водата с СО₂ се предшества от нейното деаериране.