Як запобігти втраті газації в газованих напоях між розливною машиною та кришкою
Газовані напої — узбецький термін для газованих напоїв, що охоплює газовану воду, соду, енергетичні напої та газовані безалкогольні напої — втрачають свою визначальну рису в ту мить, коли CO₂ виходить із рідини. Споживач відкриває пляшку, очікуючи гострого, дзижчучого відчуття розчиненого вуглекислого газу, а замість цього отримує плоску, солодку рідину, смак якої зовсім не нагадує продукт, за який він заплатив. Втрата газації відбувається не за столом споживача, а протягом 0,8–1,5 секунди між моментом закриття наповнювального клапана й моментом накручування кришки — проміжку настільки короткого, що більшість операторів розливних заводів навіть не замислюються про нього, але достатнього для втрати 10–15 % розчиненого CO₂ в разі неправильного налаштування системи розливу.
Фізика утримання CO₂ у газованих напоях підкоряється закону Генрі: кількість газу, розчиненого в рідині, пропорційна парціальному тиску цього газу над рідиною й обернено пропорційна температурі. За температури 4 °C та 3,5 об’ємів CO₂ (типова ступінь газації для коли) рівноважний тиск у запечатаній пляшці становить приблизно 2,8 бар. Якщо система розливу дозволяє тиску в пляшці знизитися нижче 2,8 бар у будь-який момент між розливом і закриттям — навіть на частку секунди — CO₂ утворює бульбашки, рідина піниться, а рівень наповнення опускається нижче заданого, оскільки піна займає більший об’єм, ніж рідина. Пляшка, що надходить до машини для закриття, виявляється недонаповненою й недогазованою, а датчик відбракування лінії запускає цикл утилізації. Компанія Zhangjiagang Xinmao Drink Machinery (Xinmao Machinery) вирішує цю проблему за допомогою технології ізобаричного розливу на своїх машинах для розливу газованих напоїв серії DCGF: перед відкриттям клапана розливу пляшку попередньо нагнітають CO₂ до тиску, що відповідає тиску в розливному баці; рідина переливається за умов постійного тиску (без його падіння й без виділення CO₂); після розливу спеціальний клапан «snift» плавно знижує тиск у надрідинному просторі, щоб запобігти раптовому розрідженню, яке викликає пінення. Увесь процес розливу й закриття забезпечує збереження рівноваги CO₂ від відкриття клапана до герметизації кришки.
Три змінні, що визначають утримання карбонізації
Температура: чому 4 °C — це «магічне» число
Розчинність CO₂ у воді подвоюється при охолодженні від 20 °C до 4 °C — тобто продукт газованих напоїв, охолоджений до 2–4 °C перед розливом, може утримувати вдвічі більше розчиненого CO₂ за тих самих тисків, ніж продукт, розлитий за кімнатної температури. Саме тому на лініях виробництва газованих напоїв перед розливним агрегатом розташований охолоджувач напоїв (зазвичай пластинчастий теплообмінник із гліколем як хладагентом) — продукт надходить у розливну чашу при температурі 2–4 °C, ізобарична система розливу підтримує постійний тиск і температуру протягом усього циклу розливу, а пляшка потім надходить на етап закриття кришками з мінімальними втратами CO₂. Лінії виробництва газованих напоїв компанії Xinmao Machinery мають такий охолоджувач у стандартній комплектації; потужність охолоджувача підібрана відповідно до швидкості лінії, щоб розливний агрегат ніколи не отримував теплий продукт, який би неконтрольовано пінився.
Застосування у реальних умовах: проблема з CO₂ у центральноазійського виробника газованої води
Виробник газованої води в Узбекистані, який розливає gazlangan ichimliklar у пляшки PET об’ємом 500 мл, використовував неізобаричну розливальну машину — по суті, гравітаційний розливник із пресованою ємністю, але без етапу попереднього підтиснення пляшок. Як наслідок, виділення CO₂ під час розливу викликало утворення піни, яка переливалася через край у 8 % пляшок до закупорювання; це вимагало втручання оператора вручну для протирання кожної пляшки та відбракування недолитих. Виробник втрачав приблизно 12 000 л продукту щомісяця через втрати у вигляді піни та орієнтовно 15 % розчиненого CO₂ у кожній пляшці (смак продукту був помітно менш насиченим порівняно з брендами конкурентів у сліпих дегустаціях).
Перехід на ізобаричну лінію розливу газованих напоїв серії Xinmao DCGF із вбудованою системою охолодження напоїв повністю усунув втрати через піну — ізобаричний розлив із попереднім підвищенням тиску в пляшці зберігає CO₂ у розчині від моменту відкриття клапана до герметизації кришкою. У сліпих дегустаційних тестах, що порівнювали продукт, розлитий на обладнанні Xinmao, із зразками, розлитими вручну, споживачі віддали перевагу машинному розливу у співвідношенні 8:2 за критеріями «інтенсивності газації та свіжості». Щомісячні втрати продукції виробника зменшилися з 12 000 л до менше ніж 500 л (звичайні втрати під час запуску лінії та зміни асортименту), що забезпечило економію близько 18 000 дол. США на рік за рахунок відновленого продукту.
Поширені запитання
Які об’єми CO₂ потрібні для різних газованих напоїв?
Кола: 3,5–4,0 об'ємів. Лимонно-лаймовий газований напій: 3,0–3,5 об'ємів. Газована вода: 2,5–3,0 об'ємів. Енергетичні напої: 2,0–2,5 об'ємів. Фруктові газовані напої: 2,0–3,0 об'ємів. Один «об'єм» CO₂ означає один літр газу CO₂, розчиненого в одному літрі рідини за стандартних температури й тиску. Системи карбонізації Xinmao можна калібрувати під будь-який заданий об'єм CO₂.
Як ізобаричне розливання запобігає втраті CO₂?
Пляшку попередньо збільшують тиском CO₂ до рівня тиску в розливальному баку (зазвичай 2,5–4,0 бар), перш ніж відкрити клапан розливання. Рідина надходить у пляшку за умови рівноваги тиску — тиск не знижується, тому CO₂ не виділяється у вигляді бульбашок. Після розливання клапан для вентиляції головного простору поступово знижує тиск у ньому до атмосферного протягом 0,3–0,5 секунди — достатньо повільно, щоб розчинений CO₂ залишився в розчині.
Які матеріали пляшок найкраще підходять для газованих напоїв?
Пляшки з ПЕТ із покриттям, що перешкоджає втраті СО₂, або багатошарові. Скляні пляшки із корковими кришками або кришками, що відкриваються зусиллям. Алюмінієві банки з діаметром кришки 202/206. Кожен формат потребує спеціальних конфігурацій клапанів розливу та головок закривання. Серія DCGF компанії Xinmao підтримує формати ПЕТ, скла та банок для газованих напоїв.
Як перевірити рівень газації у готовій продукції?
Використовуйте вимірювач об’єму СО₂ Zahm & Nagel або Anton Paar CarboQC. Проколіть запечатану пляшку, виміряйте рівноважний тиск і температуру, а потім зчитайте об’єм СО₂ за таблицею перетворення приладу. Перевіряйте одну пляшку на кожен клапан розливу кожні 2 години під час виробництва, щоб виявити зміщення рівня газації, специфічне для окремих клапанів.
Що спричиняє непостійну газацію між пляшками?
Зміна температури продукту, що надходить у розливну машину (несправність охолоджувача), коливання тиску в чаші розливної машини (зсув регулятора подачі CO₂), знос ущільнення розливного клапана (клапанна протечка, що призводить до падіння тиску під час розливу) або коливання моменту затягування кришок (недостатнє ущільнення кришки, що дозволяє витікання CO₂ після розливу). Системи керування Xinmao на основі ПЛК відстежують і реєструють ці параметри для аналізу трендів.
Чи можна карбонізувати соки?
Так — карбонізовані сокові напої (шипучий яблучний сік, газований апельсиновий напій) є встановленою категорією продуктів. Для карбонізації соків потрібно менше CO₂ (1,5–2,5 об’ємів), ніж для коли, оскільки розчинені у соку речовини сприяють утворенню бульбашок CO₂ ефективніше, ніж вода. Перед карбонізацією сік має бути дегазованим, щоб видалити розчинений повітряний газ, який викликає піну. Виробничі лінії Xinmao для газованих напоїв включають модулі дегазації для сокових газованих напоїв.