Совершенствование технологии подготовки воды и ее влияние на качество безалкогольных напитков

В настоящее время проблема обеспечения населения безопасными и полноценными продуктами питания приобретает социальную значимость. Вода — один из самых распространенных продуктов питания. Она широко используется в пищевой промышленности, является одним из основных компонентов в производстве молочных, мясных, алкогольных и безалкогольных напитков, хлеба, хлебобулочных изделий и т. д. В этой связи качество воды может оказывать существенное влияние на потребительские свойства и безопасность пищевой продукции, например напитков.

Именно вода в значительной степени определяет многие достоинства напитка — вкус, цвет, прозрачность, экологическую безопасность. Кроме хороших вкусовых качеств, безалкогольные напиткидолжны быть сбалансированными по своему составу. Современные производители выпускают целый ряд витаминизированных напитков, которые помогут восполнить недостаток полезных веществ в организме. Следует очень тщательно подходить к выбору напитков для своего стола, так как от этого во многом зависит здоровье человека.

• «Тархун» — тонизирующий прохладительный напиток известный с давних времен, который не только утоляет жажду, но и снимает утомление. Основным компонентом, входящим в состав напитка, является настой эстрагона (он же — тархун), который повышает аппетит, улучшает пищеварение, укрепляет стенки сосудов и даже помогает при бессоннице.

В производстве напитка «Тархун» используют воду из системы хозяйственно-питьевого водоснабжения. Питьевая вода во многих населенных пунктах не соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074−01. Длительное использование некондиционированной питьевой воды и напитков на ее основе с нарушением гигиенических требований по химическому составу обуславливает развитие различных патологий у населения. Неблагоприятное биологическое воздействие при избыточном поступлении в организм ряда химических веществ, проявляется не только в повышении общей или специфической заболеваемости, но и в изменении отдельных показателей здоровья, свидетельствующих о начальных патологических или предпатологических сдвигах в организме.

Во многих промышленных регионах поверхностные воды интенсивно загрязняются токсичными соединениями неорганического и органического характера, в том числе фенолом и формальдегидом. Кроме того, формальдегид образуется как побочный продукт при обеззараживании-воды озоном в процессе водоподготовки. Находясь в воде в концентрациях, превышающих ПДК, он оказывает раздражающее действие на' верхние дыхательные пути, слизистые носа, глаза, обладает токсичными, мутагенными и канцерогенными свойствами. Фенолы, содержатся в. водах практически всех источников в результате естественных процессов метаболизма водных организмов, — при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих как в водной толще, так и в донных отложениях. Кроме того, фенолы встречаются практически во всех подземных водах Кузбасса, вымываясь из угольных пластов. Присутствие фенола в воде также негативно сказывается на здоровье человека: приводит к нарушению работы желудочно-кишечного тракта, центральной нервной системы, болезням печени, почек, поджелудочной железы, селезенки.

Для очистки воды от органических веществ, в практике используют озонирование, хлорирование, экстракцию, перегонку, пенную флотацию, адсорбцию, обратный осмос, ультрафильтрацию и другие методы. Анализ литературных данных показал, что к ведущему и наиболее перспективному направлению в технологии извлечения небольших количеств органических веществ из водных растворов относится сорбционный способ с использованием активных углей (АУ) [1,15,32,33,59,113]. К достоинствам данного метода относятся: отсутствие вторичных загрязнений, неограниченность по производительности и возможность неоднократного использования адсорбентов.

Целью настоящей работы является совершенствование технологии подготовки воды и оценка ее влияния на потребительские показатели качества безалкогольных напитков на примере напитка «Тархун».

В соответствии с целью поставлены следующие задачи: провести маркетинговые исследования по изучению потребительских предпочтений жителей г. Кемерово в отношении безалкогольных газированных напитков в т. ч. напитка «Тархун»;

— исследовать влияние приоритетных загрязнителей (фенол, формальдегид), содержащихся в воде, на рецептурные компоненты напитка «Тархун»;

— изучить влияние состава, структуры, пористости, удельной поверхности сорбентов на процесс адсорбции формальдегида и фенола из индивидуальных растворов и их смеси в статических условиях для получения основных параметров необходимых для инженерных расчетов;

— исследовать кинетику процесса адсорбции формальдегида и фенола из водных растворов при совместном присутствии на сорбентах различных марок, определить лимитирующую стадию массопереноса, коэффициенты внешнего массопереноса, необходимые для инженерных расчетов;

— провести оптимизацию параметров и режимов сорбционного фильтра на основе фундаментального уравнения внешнедиффузионной динамики адсорбции и экспериментально подтвердить адекватность предлагаемого метода расчета;

— разработать технологию до адсорбционной очистки воды от формальдегида и фенола при их совместном присутствии;

— провести сравнительные комплексные исследования товароведных свойств безалкогольного напитка «Тархун», произведенного по предлагаемой и традиционной технологии водоподготовки.

Научная новизна: • Впервые установлено влияние приоритетных загрязнителей воды (фенола и формальдегида), служащей основой напитка «Тархун» на его органолептические свойства (вкус, запах, внешний вид, стойкость цвета). Показано, что рецептурные компоненты напитка «Тархун» вступают в химическое взаимодействие с фенолом и формальдегидом, снижая качество напитка.

• Установлен механизм взаимодействия фенола и формальдегида с АУ. Показано, что адсорбция смеси фенола и формальдегида, для всех изученных марок углей протекает в основном в микрои мезопорах адсорбентов по объемному механизму заполнения пор, определяется физической природой, обусловленной неспецифическим взаимодействием фенола и формальдегида с поверхностью угля за счет Ван-дер-ваальсовых сил и специфическим взаимодействием с кислородсодержащими функциональными группами углеродных сорбентов.

• Определен механизм и коэффициенты массопереноса при адсорбции фенола и формальдегида.

• Предложен новый метод расчета динамики адсорбции на основе фундаментального уравнения внешнедиффузионной динамики адсорбции с использованием адсорбционных констант уравнения Дубинина-Радушкевича и кинетических зависимостей.

• Проведена сравнительная товароведная оценка потребительских свойств напитка «Тархун», полученного на основе водопроводной и очищенной воды. Показано, что доочистка питьевой воды от приоритетных контаминантов повышает качество и увеличивает длительность хранения напитка «Тархун».

Практическая значимость. Значимость состоит в разработке технологии адсорбционной доочистки воды, используемой для производства напитков от фенола и формальдегида. Данная технология внедрена на ООО «Хрустальное» (г. Кемерово) в производстве питьевой воды, на основе которой производится газированный напиток «Тархун». Результаты работы используются при изучении дисциплины «Экология», а так же в научных исследованиях и спецкурсах при подготовке студентов специальностей.

260 204 «Технология бродильных производств и виноделие» и 260 501 «Технология продуктов общественного • питания» Кемеровского технологического института пищевой промышленности.

Апробация работы. Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались на V Международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2008) — XI Международной научно-практической конференции «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (Кемерово, 2008) — «Международном форуме по проблемам науки, техники и образования» (Москва, 2008) — Международной научно-практической конференции «Безопасность пищевых продуктов и товаров народного потребления» (Алматы, 2008, 2009) — Международной научно-практической конференции «Инженерные системы — 2009» (Москва, 2009) — Международной научно-практической конференции «Чистая вода 2009» (Кемерово, 2009) — Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой и легкой промышленности» (Алматы, 2009) — Международной научно-практической конференции «Наука и ее роль в современном мире» (Караганды, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, отражающих ее основное содержание, в том числе 5 — в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК: «Пиво и напитки», «Известия ВУЗов. Пищевая технология», «Экология и промышленность России».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов, а также списка литературы (128 библиографических ссылок) и приложения. Работа изложена на 194страницах машинописного текста, 38 таблиц и 59 рисунков.