碳酸化是在一定的壓力和溫度下，在一定時間內(nèi)，水吸收二氧化碳形成碳酸的過程，也稱為二氧化碳飽和作用或碳酸化作用(carbonation)。碳酸化的程度會直接影響碳酸飲料的質(zhì)量和口味，也是碳酸飲料生產(chǎn)的重要工藝之一。
化學(xué)原理
水吸收二氧化碳的過程實際上是一個化學(xué)反應(yīng)過程。
該反應(yīng)服從亨利定律和道爾頓定律。
(1)亨利定律
氣體溶解在液體中時，在一定的溫度條件下，一定量液體中溶解氣體量與液體保持平衡時的氣體壓力成正比，即：
式中：V——溶解氣體的量；
H——亨利常數(shù)，與溶質(zhì)、溶劑及溫度有關(guān)；
P——平衡壓力。
(2)道爾頓定律
混合氣體的總壓力等于各組成氣體的分壓力之和，即：
式中p——各組分氣體在溫度不變時，單獨占據(jù)混合氣體所占的全部體積時對器壁施加的壓力。
溶解度
在一定溫度和壓力下，二氧化碳在水中的最大溶解量即為二氧化碳在水中的溶解度。這時氣體從液面逸出的速度和氣體進入液體的速度達到平衡，即為達到飽和，該溶液稱為飽和溶液。未達到最大溶解量的溶液叫不飽和溶液。
關(guān)于氣體溶解度的表示方法，我國一般用溶于液體中的氣體容積來表示，對于二氧化碳來說，在時，1體積水可以溶解1體積的二氧化碳，也就是說時，二氧化碳的溶解度近似為1。歐洲則用每升溶液中所溶解的二氧化碳的質(zhì)量()作為溶解度的單位。在不同溫度下，二氧化碳的溶解度見圖1 ? 。
影響因素
影響碳酸化作用的幾個主要因素有幾下幾個方面。
二氧化碳
當(dāng)溫度不變時，混合氣體中二氧化碳的分壓增高，二氧化碳在水中的溶解度就會增大。在以下的壓力時，二氧化碳的分壓與其在水中的溶解度成線性正比關(guān)系。
液體溫度
壓力較低時，在壓力不變的情況下，水溫降低，二氧化碳在水中的溶解度會增加，反之，溫度升高，溶解度減少。溫度影響的常數(shù)稱為亨利常數(shù)，以H表示。從圖2中可以看出，H隨溫度變化而變化。這僅指的是壓力較低時，壓力較高時會有偏離，因為H還是壓力的函數(shù)。
接觸因素
溶解不足瞬間完成的，需要一定的時間，但時間太長將會影響設(shè)備的生產(chǎn)能力。一般采用增大接觸面積的方法，如將溶液噴霧成液滴狀或薄膜狀。
空氣含量
(水中空氣含量)
根據(jù)道爾頓定律和亨利定律，各種氣體的溶解量不僅決定于各氣體在液體中的溶解度，而且決定于氣體在混合氣體中的分壓。在時，1體積空氣溶解于水中可以排走50倍體移的二氧化碳，因此要盡量排除氣液體系中的空氣。常用有如下兩種方法。
①真空脫氧
迫使液體形成霧滴或液膜，并造成負壓，借助于液體內(nèi)部壓力大于外部壓力的壓差，使溶解于液體中的空氣逸出。
②二氧化碳脫氧
利用水中二氧化碳的溶解度大于空氣的特點，將水或未碳酸化的飲料進行預(yù)碳酸化。該法要求二氧化碳氣體的純度極高，較少采用。
③液體的種類及存在于液體中的溶質(zhì)
不同種類的液體以及液體中存住的不同溶質(zhì)對二氧化碳溶解度影響很大，在標(biāo)準狀態(tài)下，二氧化碳在水中的溶解度是1.713，二氧化碳在灑精中的溶解度則為4.329。另外，當(dāng)液體中溶解的膠體、鹽類等類似的溶質(zhì)時，有利于二氧化碳的溶解，而當(dāng)液體中含有懸浮類雜質(zhì)時，不利于二氧化碳的溶解。
參考資料 >