炭酸水

炭酸が天然または人工的に生成された炭酸水
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オーディオアイコン「炭酸水」、蒸留ポッドキャスト第217話、科学史研究所

炭酸水[ a ]は、二酸化炭素ガスを溶解した水です。人工的に圧力をかけて注入したもの、あるいは自然の地質学的プロセスによって生じたものなどがあります。炭酸化によって小さな泡が発生し、水に発泡性を与えます。一般的な形態としては、スパークリングナチュラルミネラルウォーター、クラブソーダ、市販のスパークリングウォーターなどがあります。 [ 1 ]

クラブソーダ、スパークリングミネラルウォーター、その他のスパークリングウォーターには、重炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、硫酸カリウムなどのミネラルが添加または溶解されています。これらのミネラルは一部のミネラルウォーターに自然に含まれていますが、天然の風味を模倣し、炭酸ガスの酸味を相殺してシュワシュワ感を与えるために、製造された水に人工的に添加されることもよくあります。様々な炭酸水がボトルや缶で販売されており、バーやレストランの業務用炭酸化システムでオンデマンドで製造されるものや、二酸化炭素カートリッジを使用して自宅で作られるものもあります。[ 2 ]

水に二酸化炭素を含浸させた最初の人物は、1740年代のウィリアム・ブラウンリッグだと考えられています。 [ 3 ] [ 4 ]ジョセフ・プリーストリーは1767年、ヨークシャー州リーズの醸造所でビール樽の上に水を入れたボウルを吊るした後、偶然に水に二酸化炭素を注入する方法を発見し、独自に炭酸水を発明しました。[ 5 ]彼は炭酸水を飲んだ際に「独特の満足感」を感じたと記し、1772年には「固定空気による水への含浸」と題する論文を発表しました。[ 6 ] [ 7 ]プリーストリーの装置は、5年前にヘンリー・キャベンディッシュが使用した装置とほぼ同じで、発生装置と吸収タンクの間に二酸化炭素の流れを調節するための袋を備えていました。すぐに様々な装置が開発されましたが、人工ミネラルウォーターの製造を専門とする企業が設立され、炭酸水の大量生産が開始されたのは1781年になってからでした。最初の工場は、イギリスのマンチェスター出身のトーマス・ヘンリーによって建設されました。ヘンリーはプリーストリーのシステムのブラダーを大型のふいごに置き換えました。

プリーストリーの発見は、最終的にソフトドリンク産業の創設につながりました。この産業は1783年にヨハン・ヤコブ・シュウェップがシュウェップス社を設立し、ボトル入りのソーダ水を販売したことに始まります[ 8 ]が、彼はこの発明によって金銭的な利益を得ることはありませんでした[ 5 ] 。プリーストリーは、1773年11月30日に開催された王立協会の記念総会で、王立協会評議会が「発見者にコプリーメダルを授与する」ことに感動したことで、科学的に認められました[ 5 ] [ 9 ] 。

構成

天然炭酸水および製造された炭酸水には、製品に応じて、少量の塩化ナトリウム、クエン酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、クエン酸カリウム、硫酸カリウム、またはリン酸二ナトリウムが含まれている場合があります。これらの成分はミネラルウォーターには天然に含まれていますが、市販の水には、天然の風味を模倣し、炭酸ガス（水に溶解するとpH5～6の低炭酸水溶液を生成する）の酸性度を相殺するために人工的に添加されています。[ 10 ]

ブルガリアのロドピ山脈のミハルコヴォ、北マケドニアのメジトリヤ、そして最も有名なのはドイツのタウヌス山脈のゼルターズなどの自噴井戸では、天然の発泡性ミネラルウォーターが生産されています。[ 11 ]

健康への影響

炭酸水自体は健康にほとんど影響を与えないようです。[ 12 ]

クラブソーダやスパークリングウォーターなどの炭酸水は、ミネラル、ビタミン、人工甘味料が添加されている場合でも、米国の法律では栄養価が最小限の食品と定義されています。 [ 13 ]

炭酸水は胃食道逆流症には効果がないようです。[ 14 ]炭酸水が脳卒中患者の便秘に効果があるかもしれないという暫定的な証拠があります。[ 15 ]

酸蝕症

炭酸水はやや酸性ですが、この酸性は唾液によって部分的に中和されます。[ 16 ]ある研究によると、炭酸ミネラルウォーターは非炭酸水よりも歯をわずかに侵食しますが、ソフトドリンクの約1％の腐食性があります。[ 17 ]

化学と物理的性質

炭酸の結合は高温で切断されやすくなり、水と二酸化炭素ガスが発生します。そのため、低温（右端）の炭酸水は高温（左端）の炭酸水よりも炭酸含有量が多くなります。[ 18 ]

水に溶けた二酸化炭素ガスは少量の炭酸( H 2 CO 3 ) を生成します。

H 2 O(l) + CO 2 (g) ⇌ H 2 CO 3 (aq)

炭酸の濃度は二酸化炭素の約0.17%である。 [ 19 ]炭酸 は炭酸水にわずかに酸味を与える。そのpH値は5から6の間[ 10 ]で、リンゴジュースとオレンジジュースの中間の酸味だが、胃酸よりはるかに弱い。正常で健康な人体は酸塩基恒常性によってpH平衡を保っており、普通の炭酸水を飲んでも実質的に悪影響を受けることはない。[ 20 ]血液中の二酸化炭素は肺から排出される。炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、クエン酸カリウムなどのアルカリ塩はpHを上昇させる。

水に溶解できる気体の量はヘンリーの法則によって記述されます。この係数は温度に依存します。[ 19 ]炭化プロセスでは、水は氷点よりわずかに高い温度まで冷却され、二酸化炭素の溶解量を最大化します。ガス圧が高く温度が低いほど、より多くのガスが液体に溶解します。温度が上昇するか圧力が低下すると（炭酸水の容器を開けたときのように）、二酸化炭素は発泡し、溶液から逃げ出します。

炭酸水の密度は純水よりもわずかに大きい。炭酸水の体積は、水の体積にCO21グラムあたり0.8立方センチメートルを加えることで計算できる。[ 21 ] [ 22 ]

歴史

ジョセフ・プリーストリーは 18 世紀に炭酸化の方法を開発しました。

ビール、シャンパン、サイダー、スプリッツァーなど、多くのアルコール飲料は発酵過程によって自然に炭酸化しています。1662年、クリストファー・メレットは「スパークリングワイン」を開発しました。[ 23 ]ウィリアム・ブラウンリッグは1740年代初頭、鉱山から採取した二酸化炭素を用いて初めて人工炭酸水を製造したようです。[ 24 ] 1750年、フランス人のガブリエル・フランソワ・ヴェネルも人工炭酸水を製造しましたが、炭酸化を引き起こすガスの性質を誤解していました。[ 25 ] 1764年、アイルランドの化学者マクブライド博士は発酵と腐敗に関する一連の実験の一環として、水に二酸化炭素を注入しました。[ 26 ] [ 27 ] 1766年、ヘンリー・キャベンディッシュは曝気装置を考案し、ジョセフ・プリーストリーは炭酸水に関する独自の実験を行うきっかけとなった。[ 28 ]キャベンディッシュもこの頃ブラウンリッグの観察を知っており、翌年の1月初めに近くの鉱泉水を使った独自の実験に関する論文を発表した。[ 29 ]

空気圧トラフなどの様々な科学機器の彫刻。ガラス容器の下に死んだネズミが横たわっている。
プリーストリーがガスと水の炭酸化に関する実験に使用した装置

1767年、プリーストリーはイギリス、リーズの地元醸造所で、ビール樽の上に水を注ぎ入れることで水に二酸化炭素を注入する方法を発見しました。[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]発酵中のビールを覆う空気（「固定空気」と呼ばれる）は、そこに浮かぶネズミを殺すことが知られていました。プリーストリーはこのように処理された水が心地よい味であることに気づき、冷たく爽やかな飲み物として友人たちに提供しました。1772年、プリーストリーは「固定空気による水の浸透」と題する論文を発表し、その中で「硫酸」をチョークに滴下して二酸化炭素ガスを発生させ、そのガスを攪拌したボウルの水に溶解させる方法について説明しています。[ 6 ]プリーストリーはこの処理水の発明を「最も幸せな」発見と呼んでいます。[ 31 ]

10年も経たないうちに、イギリスとヨーロッパの発明家たちはプリーストリーの基本的なアイデア、つまり「固定空気」を水と混ぜて振るというアイデアを採用し、より速く、より大量に炭酸水を作る装置を発明しました。その発明家の一人、ヨハン・ヤコブ・シュウェッペはボトル入りの炭酸水を販売し、彼の事業は今も続いています。

—ソーダウォーター大混乱、アトランティック誌、2014年10月。[ 33 ]

プリーストリーの装置は、5年前にヘンリー・キャベンディッシュが発明したものと非常によく似ており、発生装置と吸収タンクの間に二酸化炭素の流れを調節するブラダーを備えていました。すぐに多くの企業がこれに追随しましたが、人工ミネラルウォーターの製造を専門とする企業が設立され、炭酸水の大量生産が開始されたのは1781年になってからでした。最初の工場は、イギリス、マンチェスターのトーマス・ヘンリーによって建設されました。ヘンリーはプリーストリーのシステムのブラダーを大型のふいごに置き換えました。[ 5 ] JJシュウェップはプリーストリーの発見に基づいてボトル入り炭酸ミネラルウォーターの製造プロセスを開発し、 1783年にジュネーブにシュウェップス社を設立しました。シュウェップスはプリーストリーを「業界の父」と称しました。[ 34 ] 1792年、シュウェップは事業拡大のためロンドンに移りました。1799年、オーガスティン・スウェイツはダブリンでスウェイツ・ソーダ・ウォーター社を設立しました。ロンドン・グローブ紙の記事によると、この会社が「ソーダウォーター」の特許を取得し、その名称で初めて販売したとのことです。記事によると、1777年の暑い夏、ロンドンでは「エアレーションドウォーター」（炭酸入りの水）がよく売れていましたが、「ソーダウォーター」という名称はまだ存在していませんでした。しかし、最初の発泡性飲料は、おそらく重炭酸ソーダと酒石酸を含む「ソーダパウダー」を用いて作られたものと思われます。[ 35 ]ソーダウォーターという名称は、味やpH値を調整するためにソーダ（炭酸ナトリウムまたは重炭酸ナトリウム）が頻繁に添加されていたことに由来しています。

現代の炭酸水は、加圧された二酸化炭素を水に注入することによって作られます。 [ 36 ]圧力によって溶解度が高まり、標準大気圧下よりも多くの二酸化炭素が溶解します。ボトルを開けると圧力が解放され、溶液からガスが抜けて、特徴的な泡が形成されます。

現代のCO2の発生源は、発電所での石炭やメタンなどの化石燃料の燃焼や、水素製造のためのメタンの水蒸気改質などの工業プロセスです。

語源

ベルファスト・イブニング・ポスト、ベルファスト、アイルランド、1786年8月7日

アメリカ合衆国では、炭酸水は、ナトリウム塩が含まれていることからソーダ水、または鉱泉で有名なドイツの町セルターズに由来するセルツァーウォーターとして一般的に知られていました。[ 37 ]

ナトリウム塩は、風味料（天然発泡性のセルターズ、ヴィシーウォーター、サラトガウォーターなどの有名なミネラルウォーターを模倣するため）と酸度調整剤（二酸化炭素が水に溶解したときに生成される酸性の5-6 pH炭酸を相殺するため）の両方として普通の水に添加されました。[ 10 ]

炭酸水用製品

家

ソーダサイフォン

ソーダサイフォン、 1922年頃

ソーダサイフォン、またはセルツァーボトルは、圧力をかけたソーダ水を出すためのリリースバルブと注ぎ口が付いたガラスまたは金属製の圧力容器で、 20 世紀初頭から中頃にかけてバーや家庭でよく見られ、中流階級の豊かさの象徴となりました。

サイフォンの上部にあるバルブレバーを押すと、ガス圧によってソーダ水がサイフォン内のチューブを通って上昇します。市販のソーダサイフォンは水とガスがあらかじめ充填されており、空になったら販売店に返却して交換してもらいました。デポジット制度によって、廃棄されることがないよう配慮されていました。

家庭用ソーダサイフォンは、二酸化炭素を含んだ小さな使い捨ての鋼球を使って、静水に炭酸ガスを注入することができます。この炭酸球をサイフォン上部のバルブアセンブリに押し込み、ガスを注入した後、炭酸球を引き抜きます。

ガソゲン

英国サイフォン社製、ビクトリア朝後期のセルツォゲン

ガソゲン（またはガゾゲン、あるいはセルツォゲン）は、ビクトリア朝後期に炭酸水を製造する装置です。2つの連結したガラス球で構成されており、下部には炭酸水にする水などの飲料が入れられ、上部には酒石酸と重炭酸ナトリウムの混合物が入れられ、これが反応して二酸化炭素を生成します。発生したガスは下部容器の液体を管を通って装置外に押し出します。球は爆発しやすいため、籐または金網で覆われています。 [ 38 ]

コッドネックボトル

コッドネックボトルは、炭酸を閉じ込めるビ​​ー玉を入れるように設計されています。

1872年、ロンドンのカンバーウェルに住んでいた清涼飲料水製造業者ハイラム・コッドは、炭酸飲料専用のコッドネックボトルを設計し、特許を取得しました。コッドネックボトルは、ボトルの首部分にビー玉とゴム製のワッシャー/ガスケットを内蔵しています。ボトルを逆さまに充填すると、ボトル内のガス圧によってビー玉がワッシャーに押し付けられ、炭酸が閉じ込められます。ボトルは特殊な形状に押し込まれ、ビー玉を押し込むことでボトルを開ける空間が作られました。これにより、飲み物を注ぐ際にビー玉がボトルの首を塞ぐのを防ぎました。

このボトルは導入後すぐに、主にイギリスおよびヨーロッパ、アジア、オーストラリアのソフトドリンク業界や醸造業界で大人気となったが、アルコール愛飲家の中にはこのボトルの使用を嫌う人もいた。ボトル導入当時、ロンドンおよびイングランド南東部で最大のソフトドリンク会社であったR・ホワイト社は、コッド社のガラス瓶で飲料を販売していた会社の一つだった。 [ 39 ]コッドスワロップという語源の1つは、コッド社の瓶で販売されていたビールに由来するという説だが、一般的には俗語として否定されている。[ 40 ]

このボトルは何十年も生産されていましたが、徐々に使用頻度が減少しました。子供たちがビー玉を取り出すためにボトルを割っていたため、ヴィンテージボトルは比較的希少で、特にイギリスではコレクターズアイテムとなっています。破片による爆発や怪我の危険性があるため、このタイプのボトルの使用はほとんどの国で推奨されていません。加圧ボトルを密封する他の方法では、危険な圧力が漏れてしまう可能性が高くなるためです。コッドネックのデザインは、日本の清涼飲料水ラムネやインドの飲料バンタに今でも使用されています。

ソーダメーカー

スーパーマーケットで販売されている、家庭用のオールインワンソーダメーカー。詰め替え可能な炭酸ガスボンベと高圧ボトルが付属していることが多い。

ソーダメーカーまたはソーダカーボネーターは、再利用可能な二酸化炭素ボンベを使用して水を炭酸化する器具です。メーカーや愛好家によって様々なシステムが製造されています。[ 41 ] [ 42 ]市販の機器には、フレーバーソフトドリンクを作るための濃縮シロップが付属している場合もあります。

炭酸ソーダメーカーの大手メーカーの一つにSodaStreamがあります。同社の製品は1970年代から1980年代にかけてイギリスで人気を博し、当時のノスタルジアと結び付けられ、2000年代に復活を遂げました。[ 43 ] [ 44 ]

コマーシャル

現代のバーソーダガン

二酸化炭素を水に溶かすプロセスは炭酸化と呼ばれている。サイフォンに入った市販のソーダ水は、濾過した普通の水を8℃（46℉）以下に冷却し、必要に応じて重炭酸ナトリウムなどのナトリウムまたはカリウムベースのアルカリ化合物を加えて、二酸化炭素で水を加圧した際に発生した酸を中和することによって作られる（水に溶解するとpH8～10の高炭酸-重炭酸緩衝溶液が生成される）。[ 45 ]ガスは水に溶解し、二酸化炭素を補充してサイフォンを約120ポンド/平方インチ（830 kPa）に加圧する。これは発酵中のシャンパンボトル内の圧力よりも約30～40 psi（210～280 kPa）高い。

多くの現代的なレストランやバーでは、カーボネーターと呼ばれる装置を用いて、その場でソーダ水が製造されています。カーボネーターは機械式ポンプを用いて水を加圧室に送り込み、加圧タンクからの二酸化炭素と約100psi（690kPa）で混合します。加圧された炭酸水は、蛇口またはミキシングヘッドに直接流れ込み、そこでフレーバーが加えられてから提供されます。

用途

Wikibooks Cookbookにはレシピ/モジュールがあります

炭酸飲料

炭酸水はソフトドリンクの主要成分です。ソフトドリンクは通常、炭酸水、甘味料、コーラ、ショウガ、柑橘類などの香料から構成されています。

プレーンな炭酸水やスパークリングミネラルウォーターは、ソフトドリンクやアルコール飲料の代替としてよく消費されます。クラブソーダは、炭酸水に重炭酸ナトリウムや硫酸カリウムなどの化合物が添加されたものです。[ 46 ]多くのメーカーが、エッセンシャルオイルなどの芳香成分を加えて軽く風味付けした無糖のスパークリングウォーター製品を製造しています。[ 47 ] [ 48 ]炭酸水は、フルーツジュースと混ぜて、アルコール入りまたはノンアルコールのスパークリングパンチを作ることがよくあります。[ 49 ]

アルコール飲料

炭酸水はアルコール飲料に混ぜて希釈するもので、飲み物を満たし、ある程度の「発泡性」を与えるために使用されます。

スピリッツなどの「ショート」ドリンクにソーダ水を加えると、薄まって「ロング」になります（ベルモットを使ったロングドリンクとは混同しないでください）。炭酸水は、ウイスキー、ブランデー、カンパリを使ったショートドリンクにもよく合います。オレンジスカッシュなどのコーディアルをベースにしたドリンクを薄めるのにもソーダ水が使えます。ウイスキーソーダやカンパリソーダなど、多くのカクテルにはソーダ水が欠かせない材料です。

料理

炭酸水は、西洋料理において、揚げ物の衣に水の代わりに使用されることが多くなっています。揚げ物の衣に炭酸水を加えることで、天ぷらのような軽い食感が得られます。イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の食品科学者であるケビン・ライアン氏は、生地に泡を混ぜると、天ぷらのような軽い食感が得られ、通常の揚げ物衣よりもカロリーが低いように見えると述べています。この軽い食感は、衣に二酸化炭素ガスが入り込み（このプロセスはイーストを使った自然発酵によっても引き起こされます）、調理中にさらに膨張することで実現されます。[ 50 ]

染み抜き剤

炭酸水に溶解したガスは一時的な界面活性剤として作用するため、特に赤ワインのシミを除去するための家庭用治療薬として推奨されている。[ 51 ]

参照

注記

  1. ^ソーダ水、泡水、スパークリングウォーター、炭酸水、ガス入り水、無香料ソーダとも呼ばれ、多くの場所ではミネラルウォーター、特に米国ではセルツァーまたはセルツァーウォーターとも呼ば。

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ウィキメディア コモンズには、ミネラル ウォーターと炭酸水に関連するメディアがあります。
ウィキソースには、 1911 年のブリタニカ百科事典の記事「Aerated Waters 」のテキストがあります。
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