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炭酸水[ a ]は、二酸化炭素ガスが溶解した水で、人工的に加圧注入されたものか、自然の地質学的プロセスによって生成されたものです。炭酸化によって小さな泡ができ、水に発泡性があります。一般的な形態としては、天然の炭酸ミネラルウォーター、クラブソーダ、市販の炭酸水などがあります。[ 1 ]
クラブソーダ、炭酸ミネラルウォーター、その他の炭酸水には、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、クエン酸ナトリウム、硫酸カリウムなどの添加または溶解されたミネラルが含まれています。これらは一部のミネラルウォーターに天然に存在しますが、天然の風味プロファイルを模倣し、二酸化炭素ガスを導入することによる酸性を相殺してシュワシュワとした感覚を与えるために、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。さまざま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システムで注文に応じて製造されるものや、二酸化炭素カートリッジを使用して家庭で製造されるものもあります。[ 2 ]
二酸化炭素で水を曝気した最初の人物は、1740年代のウィリアム・ブラウンリッグだと考えられている。 [ 3 ] [ 4 ]ジョセフ・プリーストリーは、1767年にヨークシャー州リーズの醸造所でビール樽の上に水の入ったボウルを吊るした後、水に二酸化炭素を注入する方法を発見し、偶然にも炭酸水を発明した。[ 5 ]彼はそれを飲んだときに感じた「独特の満足感」について書き、1772年に「固定空気で水を曝気する」というタイトルの論文を発表した。[ 6 ] [ 7 ]発生器と吸収タンクの間に二酸化炭素の流れを調整するためのブラダーを備えた、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プリーストリーの装置に、すぐにさまざまな他の装置が加わった。しかし、人工ミネラルウォーターの製造を専門とする会社が設立され、炭酸水を大規模に生産し始めたのは1781年になってからだった。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た。ヘンリーは、プリーストリーのシステムにあったブラダーを大型のふいごに置き換えた。
プリーストリーの発見は最終的に清涼飲料産業の創設につながったが（清涼飲料産業は1783年にヨハン・ヤコブ・シュウェッペが瓶詰めのソーダ水を販売するためにシュウェッペ社を設立したことから始まった[ 8 ]）、彼はその発明から金銭的な利益を得ることはなかった[ 5 ] 。プリーストリーは、1773年11月30日の王立協会の記念会議で、王立協会の評議会が「発見者にコプリー・メダルを授与することを決定した」ことで科学的評価を受けた[ 5 ] [ 9 ]。
天然および人工の炭酸水には、製品によっ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。これらはミネラルウォーターに自然に存在するものですが、天然の風味プロファイルを模倣し、二酸化炭素ガスの導入による酸性を相殺するために、市販の水に人工的に添加されています（二酸化炭素ガスは水に溶けるとpH5～6の低い炭酸溶液を生成します）。[ 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、そして特にドイツのタウヌス山脈のセルタースなどの場所にある自噴井戸からは、天然の発泡性鉱泉水が湧き出ている。[ 11 ]
炭酸水自体は、健康にほとんど、あるいは全く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ても、米国法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影響がないようです。[ 14 ]炭酸水は脳卒中を起こした人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 ]
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 ]ある研究では、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、清涼飲料水の約1%の腐食性であることがわかりました。[ 17 ]
水に溶けた二酸化炭素ガスは、少量の炭酸（H₂CO₃ ）を生成する。
炭酸の濃度はCO 2の約 0.17% である。[ 19 ] 酸によって炭酸水はわずかに酸っぱい味になる。pH 値は5～ 6 であり[ 10 ] 、酸性度はリンゴジュースとオレンジジュースの中間くらいだが、胃酸よりははるかに酸性度が低い。正常な健康な人体は酸塩基平衡によって pH バランスを維持しており、普通の炭酸水を飲んでも実質的に悪影響はない。[ 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で表されます。係数は温度に依存します。[ 19 ]炭酸化プロセスでは、水に溶解できる二酸化炭素の量を最大化するために、水は最適には氷点直上まで冷却されます。ガス圧が高く、温度が低いほど、液体に溶解するガスの量が多くなります。温度が上昇したり、圧力が低下したりすると（炭酸水の容器を開けたときのように）、二酸化炭素が発泡し、溶液から放出されます。
炭酸水の密度は純水よりわずかに大きい。炭酸水の体積は、水の体積にCO2 1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 ]
ビール、シャンパン、サイダー、スプリッツァーなどの多くのアルコール飲料は、発酵過程を通じて自然に炭酸化されます。1662年にクリストファー・メレットは「スパークリングワイン」を作りました。[ 23 ]ウィリアム・ブラウンリッグは、1740年代初頭に鉱山から採取した二酸化炭素を使用して、人工炭酸水を初めて製造したようです。[ 24 ] 1750年には、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、炭酸化の原因となる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炭酸水に関する実験を行うきっかけとなる曝気装置を考案した。 [ 28 ]キャベンディッシュはこの頃ブラウンリッグの観察結果も知っており、翌年の1月初めに近くの鉱泉に関する自身の実験についての論文を発表した。[ 29 ]
1767年、プリーストリーは、イングランドのリーズにある地元の醸造所で、ビール樽の上で水を往復させることで水に二酸化炭素を注入する方法を発見した。 [ 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、その中に浮遊するネズミを殺すことが知られていた。プリーストリーは、このように処理された水がおいしいことに気づき、それを冷たく爽やかな飲み物として友人に提供した。1772年、プリーストリーは「固定空気による水の浸透」というタイトルの論文を発表し、その中で、炭酸カルシウム（硫酸）をチョークに滴下して二酸化炭素ガスを発生させ、そのガスをかき混ぜた水の入ったボウルに溶かすようにしたと述べている。[ 6 ]プリーストリーは、この処理水の発明を自身の「最も幸せな」発見と呼んだ。[ 31 ]
「10年以内に、イギリスや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――固定空気を用意し、水と混ぜて振る――を基に、より速く、より大量に炭酸水を作れる装置を作り出した。その発明家の一人がヨハン・ヤコブ・シュヴェッペという人物で、彼は瓶詰めのソーダ水を販売し、その事業は今日でも続いている。」
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、二酸化炭素の流れを調整するために発生器と吸収タンクの間にブラダーを備えており、すぐに他のさまざまな装置が加わりましたが、人工ミネラルウォーターの製造を専門とする会社が設立され、炭酸水を大規模に生産し始めたのは1781年になってからのことでした。最初の工場は、イギリスの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きな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を製造するプロセスを開発し、 1783年にジュネーブで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「この業界の父」とみなしていました。[ 34 ] 1792年、シュウェップはロンドンに移り、そこで事業を展開しました。1799年、オーガスティン・スウェイトはダブリンでスウェイト・ソーダウォーターを設立しました。ロンドン・グローブ紙の記事によると、この会社が「ソーダ水」の特許を取得し、その名前で販売した最初の会社だったという。記事によると、1777年の暑い夏、ロンドンでは「炭酸飲料」（つまり炭酸入り飲料）がよく売れていたが、「ソーダ水」という言葉はまだなかった。ただし、最初の発泡性飲料は、おそらく重曹と酒石酸を含む「ソーダ粉末」を使用して作られたと思われる。[ 35 ]ソーダ水という名前は、味とpH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）がよく加えられていたという事実から生まれた。
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、標準大気圧下では不可能な量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、ガスが溶液から出て特徴的な泡が形成されます。
現代の二酸化炭素の発生源は、発電所での石炭やメタンなどの化石燃料の燃焼、あるいは水素製造のためのメタンの水蒸気改質といった工業プロセスである。
アメリカでは、炭酸水は一般的に、含まれるナトリウム塩のためにソーダ水、または鉱泉で有名なドイツの町セルタースに由来するセルツァー水として知られていた。[ 37 ]
ナトリウム塩は、風味付け（天然発泡性のセルター、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）と酸性度調整剤（二酸化炭素が水に溶けたときに生成される酸性の5～6 pHの炭酸を中和するため）の両方として、普通の水に添加された。[ 10 ]
ソーダサイフォン、または炭酸水ボトルは、加圧された炭酸水を注ぐためのバルブと注ぎ口が付いたガラス製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のバーや家庭でよく見かけられ、中流階級の豊かさの象徴となった。
サイフォンの上部にあるバルブレバーを押すと、内部のガス圧によってソーダ水が管を通って上昇する仕組みになっている。市販のソーダサイフォンは水とガスが充填された状態で販売され、空になると販売店に返却して交換してもらう仕組みだった。デポジット制度のおかげで、廃棄されることなく再利用されていた。
家庭用ソーダサイフォンは、二酸化炭素を封入した小型の使い捨てスチール製バルブを使用することで、普通の水を炭酸水に変えることができます。バルブをサイフォン上部のバルブ部分に押し込み、ガスを注入した後、バルブを引き抜きます。
ガスジェン（またはガゾジェン、セルツォジェン）は、炭酸水を作るための後期ビクトリア朝時代の装置です。これは連結された2つのガラス球で構成されており、下側の球には炭酸水にする水またはその他の飲み物が、上側の球には酒石酸と重曹の混合物が入っており、これが反応して二酸化炭素を生成します。生成されたガスが下側の容器内の液体をチューブを通して装置から押し上げます。球は爆発する傾向があるため、籐またはワイヤーの保護メッシュで囲まれています。[ 38 ]
1872年、ロンドンのキャンバーウェルに拠点を置く清涼飲料メーカー、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、首の部分にビー玉とゴム製のワッシャー／ガスケットが内蔵されています。ボトルを逆さまにして中身を注ぐと、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、炭酸ガスが閉じ込められます。ボトルは特殊な形状に成形されており、ビー玉を押し込むことでボトルを開けることができます。これにより、飲み物を注ぐ際にビー玉がボトルの首を塞いでしまうのを防ぎます。
導入後まもなく、このボトルは主に英国とヨーロッパ、アジア、オーストララシアのその他の地域の清涼飲料業界と醸造業界で非常に人気を博したが、一部のアルコール愛飲者はこのボトルの使用を嫌悪した。ボトルが導入された当時、ロンドンとイングランド南東部で最大の清涼飲料会社であったR.ホワイト社は、コッドガラスボトルで飲料を販売していた企業の1つであった。 [ 39 ] codswallopという用語の語源の1つは、コッドボトルで販売されていたビールに由来するというものだが、これは一般的に民間語源として却下されている。[ 40 ]
このボトルは何十年にもわたって製造されていましたが、徐々に使用頻度が減っていきました。子供たちがビー玉を取り出すためにボトルを割ってしまうため、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、加圧ボトルを密封する他の方法の方が危険な圧力の解放を容易に行えることから、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。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み物バンタに今でも使用されています。
ソーダメーカーまたはソーダ炭酸製造機は、複数回使用可能な二酸化炭素ボンベを使用して水を炭酸化する装置です。さまざまなシステムがメーカーや愛好家によって製造されています。[ 41 ] [ 42 ]市販のユニットには、フレーバー付き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があります。
炭酸水メーカーの大手メーカーの1つはSodaStreamです。同社の製品は1970年代と1980年代にイギリスで人気があり、その時代のノスタルジーと結びついており、2000年代に復活を遂げました。[ 43 ] [ 44 ]
二酸化炭素を水に溶かすプロセスは炭酸化と呼ばれます。サイフォンで作られる市販のソーダ水は、ろ過した普通の水を8 ℃（46 °F）以下に冷やし、必要に応じて炭酸水素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ときに生成される酸を中和します（水に溶かすと、pH 8～10の炭酸-炭酸水素緩衝溶液が生成されます）。[ 45 ]ガスが水に溶け、二酸化炭素が補充されてサイフォンが約120ポンド/平方インチ（830 kPa）まで加圧されます。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）高い圧力です。
多くの現代的なレストランやバーでは、炭酸水は炭酸発生器と呼ばれる装置を使って店内で製造されています。炭酸発生器は機械式ポンプで水を加圧室に送り込み、そこで加圧タンクから供給される二酸化炭素と約100psi （690kPa ）の圧力で混合します。加圧された炭酸水は、直接蛇口に流れるか、または混合ヘッドでフレーバーが加えられてから提供されます。
炭酸水はソフトドリンクの主要成分であり、ソフトドリンクは通常、炭酸水、甘味料、そしてコーラ、生姜、柑橘類などの香料から構成されています。
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飲まれています。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 ]多くのメーカーは、精油などの芳香成分を添加し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、スパークリングアルコール入りやノンアルコールのパンチを作るために、フルーツジュースと混ぜられることがよくあります。[ 49 ]
炭酸水はアルコール飲料に混ぜて希釈剤として使用され、飲み物の量を足したり、適度な「シュワシュワ感」を与えるために用いられます。
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」ドリンクになります（ベルモットなどのロングドリンクと混同しないように）。ウイスキー、ブランデー、カンパリで作ったドリンクに炭酸水を加えると、ハイボールやそのバリエーションが作られます。[ 50 ]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ためにソーダ水が使われることもあります。ソーダ水は、ウイスキーソーダやカンパリソーダなど、多くのカクテルに欠かせない材料です。
炭酸水は、天ぷらのように生地を軽くするために、揚げ物の衣に普通の水の代わりに使うものとして、西洋料理でますます人気が高まっています。イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の食品科学者ケビン・ライアン氏は、生地に混ぜられた発泡性の泡が天ぷらのような軽い食感を生み出し、通常の揚げ衣よりも低カロリーであるという錯覚を与えると述べています。この軽さは、生地に二酸化炭素ガスのポケットが導入され（酵母を使った自然発酵でも同様のプロセスが起こります）、調理中にさらに膨張することによって生じます。[ 51 ]
炭酸水に溶け込んだガスは一時的な界面活性剤として作用するため、特に赤ワインの染みを落とすための家庭療法として推奨されている。[ 52 ]
シュウェップスは1783年に設立され、世界初のソフトドリンクであるシュウェップス・ソーダウォーターが誕生しました。
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