Влияние органических загрязнителей воды на компоненты фруктово-сывороточных напитков Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УдК 663.8 [547+543]

Влияние органических загрязнителей воды на компоненты фруктово-сывороточных напитков

И. В. Тимощук,

д-р техн. наук, доцент; Т. А. Краснова, д-р техн. наук, профессор; Ю. С. Шульженко,

аспирант

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (Университет)

Молочная сыворотка — вторичный продукт производства сыра, творога и казеина. Примерно 10-20% от массы используемого молока при производстве этих продуктов приходится на цельный продукт, а все остальное составляет сыворотка, которая находит применение в медицине, кулинарии, косметологии.

За последние несколько лет предприятия молочной и других отраслей пищевой промышленности стали чаще использовать восстановленную и цельную молочную сыворотку в новых или давно забытых продуктах питания. Так появились новые напитки, коктейли, десерты отечественного и импортного производства, где основной ингредиент — молочная сыворотка. Напитки насыщены ценными белками, поэтому прекрасно утоляют голод. Аминокислоты, входящие в состав сыворотки, жизненно необходимы организму и участвуют в белковом обмене и в кроветворении. При этом продукт практически не содержит жиров. В связи с этим, он служит основой различных диет и диетических продуктов. Из углеводов в сыворотке содержится легко усвояемая лактоза, не вызывающая образование жиров.

Сыворотка содержит более 200 питательных веществ и биологически активных элементов и витаминов: калий, кальций, магний, натрий, фосфор, железо, цинк, медь, витамины А, Е, РР, Н, С и группы В (В1, В2, В4, В5, В6, В9, В). Употребление молочной сыворотки благотворно влияет на пищеварительный тракт, очищает кишечник, нормализует флору, выводит токсины,

шлаки, стимулирует работу печени и почек. Также сыворотка влияет и на надпочечники, которые вырабатывают гормоны стресса. При употреблении сыворотки их работа улучшается. Сыворотка полезна людям, страдающим заболеваниями органов желудочно-кишечного тракта: гастритами, колитами, панкреатитами, энтероколитами, дисбактериозом, запорами. Польза молочной сыворотки для кровеносной системы также велика. Употребление сыворотки способствует профилактике атеросклероза, гипертонии, ишеми-ческой болезни сердца, нарушениях кровообращения в головном мозге.

Наиболее целесообразное и перспективное направление использования молочной сыворотки — производство фруктово-сывороточных напитков, имеющих приятный вкус и обладающих полезными свойствами [1].

Технология фруктово-сывороточ-ного напитка включает приемку и подготовку сырья, растворение и охлаждение сыворотки, внесение сахарного сиропа, лимонной кислоты и натуральных пищевых добавок (сокосодержащей основы), пастеризацию и охлаждение смеси, розлив, упаковку, маркировку.

Сухую молочную сыворотку просеивают, растворяют в небольшом количестве воды при температуре 41...45 °С, фильтруют и в раствор добавляют при перемешивании требуемое по рецептуре количество воды. Сахар-песок в основном вносят в виде сахарного сиропа. Для приготовления сахарного сиропа сахар-песок предварительно просеивают и, в количестве, предусмотренном рецептурой, смешивают с питьевой водой, затем нагревают до 90.95 °С.

ПИВО и НАПИТКИ

5^ 2015

Пищевую лимонную кислоту вносят в виде водного раствора с массовой долей 50%. Хранят напитки при температуре 4.. .8 °С. Сроки годности зависят от вида напитков и могут колебаться от 36 ч до 8 сут [2].

Основной компонент фруктово-сывороточных напитков — вода. Качество питьевой воды относится к одной из главных социальных проблем человечества, которая напрямую связана с состоянием здоровья населения

Таблица 1

Раствор сыворотки Компонент Продолжительность хранения, сут

0 1 4 7 12

В воде без органических примесей Белок 1,1 1,1 1,1 0,9 0,8

Лактоза 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2

СОМО 7,3 7,3 7,3 7,1 7,0

Белок 1,0 1,0 1,0 0,8 0,7

В воде, содержащей фенол Лактоза 5,9 5,9 5,9 5,9 5,9

СОМО 6,9 6,9 6,9 6,7 6,6

Белок 1,0 1,0 1,0 0,8 0,7

В воде, содержащей хлорфенол Лактоза 5,9 5,9 5,9 5,9 5,9

СОМО 6,9 6,9 6,9 6,7 6,6

Белок 1,1 1,1 1,1 0,9 0,8

В воде, содержащей хлороформ Лактоза 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2

СОМО 7,3 7,3 7,3 7,1 7,0

Рис. 1. Взаимодействие контаминантов с лейцином, лактозой

^_кСОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

и экологической чистотой продуктов питания.

В поверхностных источниках водоснабжения всегда содержатся фенол и гумусовые вещества. Традиционная система водоподготовки в России не обеспечивает качество питьевой воды, соответствующее требованиям действующего СанПиНа 2.14.1074-01 по содержанию органических компонентов. В процессе водоподготовки применение в качестве обеззараживающего агента хлора приводит к образованию таких побочных продуктов, как хлорфенол и хлороформ. Данные вещества обладают аллергенным, токсическим, мутагенным и канцерогенным действием на организм человека и, следовательно, снижают качество воды и продуктов на ее основе.

Именно вода из системы хозяйственно-питьевого водоснабжения, как правило, служит основой для производства фруктово-сывороточных напитков. В связи с этим исследования, направленные на изучение влияния фенола, хлорфенола, хлороформа на качество фруктово-сывороточных напитков актуальны и своевременны.

Цель данной работы — изучение влияния приоритетных органических контаминантов на стойкость основных компонентов фруктово-сывороточных напитков.

Учитывая химические свойства компонентов сыворотки и изучаемых органических контаминантов воды, существует вероятность их химического взаимодействия.

Объектами исследования были: сыворотка, приготовленная на воде без органических примесей, и раствор сыворотки в воде, содержащей фенол, хлорфенол, хлороформ. Концентрация органических контами-нантов в изучаемых системах составляла 10 ПДК, что соответствует максимально возможному повышению содержания загрязнителей в речной воде в различные сезоны года. Определение содержания белков и лактозы в образцах проводили методом рефрактометрии.

Установлено, что все органические контаминанты, кроме хлороформа, взаимодействуют с белками и лактозой сыворотки. Стойкость компонентов сыворотки (%) представлены в табл. 1. Химические реакции, протекающие между белками (на примере лейцина), лактозой и приоритетными загрязнителями воды, представлены на рис. 1.

5 • 2015 ПИВО и НАПИТКИ 47

контроль КАЧЕСТВА4

Таблица 2

Продукт

Содержание сахарозы, % Продолжительность хранения, сут

1 3 6 8 14 20

Сахарный сироп без органических примесей 100 100 100 100 100 100

Сахарный сироп, содержащий хлороформ 100 100 100 100 100 100

Сахарный сироп, содержащий фенол 100 85 82 71 66 65

Сахарный сироп, содержащий хлорфенол 100 90 85 83 70 69

Продолжительность хранения, сут

— Фенол — Хлорфенол — Хлороформ

Один из основных компонентов фруктово-сывороточных напитков — сахарный сироп. Учитывая химические свойства сахарного сиропа и изучаемых органических контаминан-тов, содержащихся в воде, существует вероятность их взаимодействия.

Объектами исследования служили: сахарные сиропы, приготовленные в воде без органических примесей и содержащей хлороформ, фенол, хлор-фенол. Концентрация сахара-песка — согласно рецептуре [2] — 50 г/кг. Определение содержания сахарозы в образцах проводили методом рефрактометрии, содержание органических контаминантов методом молекулярной абсорбционной спектроскопии [3]. Наблюдение за изменением всех показателей осуществляли до достижения постоянной концентрации исследуемых компонентов в растворах.

Установлено, что все органические контаминанты кроме хлороформа взаимодействуют с сахарозой, что экспериментально подтверждено изменением содержания сахарозы в присутствии органических веществ в процессе хранения (табл. 2). Более активно реакция взаимодействия сахарозы протекала с фенолом, менее активно — с хлорфе-нолом.

Рис. 2. Изменение содержания фенола, хлорфенола, хлороформа в образцах сахарного сиропа при хранении

Рис. 3. Химическое взаимодействие контаминантов с сахарозой

Таблица 3

Содержание лимонной кислоты, % Водный раствор кислоты Продолжительность хранения, сут

1 3 6 8 14 20

Без органических примесей 100 100 100 100 100 100

Содержащий хлороформ 100 100 100 100 100 100

Содержащий фенол 100 81 75 63 53 53

Содержащий хлорфенол 100 100 100 93 83 63

Химическое взаимодействие органических примесей с сахарозой подтверждено соответствующим уменьшением фенола, хлорфенола в присутствии сахарозы (рис. 2) и уравнениями химических реакций (рис. 3).

В качестве регулятора кислотности в производстве фруктово-сыво-роточных напитков чаще используется водный раствор лимонной кислоты [4]. Существует вероятность взаимодействия лимонной кислоты с органическими контаминантами. При этом может снижаться ее содержание и требуется дополнительное внесение компонента. Учитывая, что лимонная кислота — дорогостоящий компонент, то непроизводительный ее расход нежелателен. Поэтому целесообразно изучить влияние органических примесей (фенол, хлорфенол, хлороформ) на стойкость лимонной кислоты в воде, применяемой при производстве напитков.

Объектами исследования были: водные растворы лимонной кислоты без органических примесей и содержащие хлороформ, фенол, хлорфенол. Массовая доля лимонной кислоты в исследуемом образце была взята согласно [5] — 50%, в готовом продукте содержание лимонной кислоты составляет 2 г/кг. Наблюдение за изменением содержания лимонной кислоты в образцах проводили методом молекулярной абсорбционной спектроскопии.

Экспериментальные данные свидетельствуют, что содержание лимонной кислоты снижается в присутствии всех органических контаминантов кроме хлороформа (табл. 3). Химическое взаимодействие органических примесей с лимонной кислотой экспериментально подтверждено соответствующим уменьшением содержания фенола, хлорфенола в присутствии лимонной кислоты в воде во времени, представленном на рис. 4, и согласуется с данными табл. 3. Химические реакции, протекающие между лимонной кислотой и приоритетными загрязнителями воды, представлены на рис. 5.

Таким образом, установлено, что фенол и хлорфенол, присутствующие в воде, снижают стойкость белков, лактозы сыворотки и компонентов, используемых в производстве фруктово-сывороточных напитков (сахарозы, лимонной кислоты), ухудшая качество продуктов. Следовательно, воду, применяемую для производства фруктово-сывороточных напитков, не-

48 ПИВО и НАПИТКИ 5 • 2015

Продолжительность хранения, сут Фенол — Хлорфенол — Хлороформ

Рис. 4. Изменение содержания фенола, хлорфенола, хлороформа в водных растворах лимонной кислоты при хранении

обходимо предварительно подвергать

очистке от органических веществ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Михеева, В.А. Эффективный способ переработки молочной сыворотки/В. А Михеева

ЧОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА Г

OH

I

HOOC — CH — C — CH — COOH +

2 I 2

COOH Лимонная кислота

OH

OH

I

COOH

Г

Фенол Монофеноловый эфир лимонной кислоты (фенилцитрат)

O

HOOC — CH2 — C — CH2 — C — O

OH

HOOC — CH2 — C — CH2 — COOH + HO — Cl

COOH Лимонная кислота

Хлорфенол

OH O

I II

IOOC — CH2 — C — CH2 — C -

2 I 2

COOH

Парафеноловый эфир лимонной кислоты

Рис. 5. Взаимодействие контаминантов с лимонной кислотой

[и др.] // Молочная промышленность. — 2010. — № 7. — С. 70-72.

2. Храмцов, А Г. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Продукты из обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки/А. Г. Храмцов, С. В. Ва-силин. — СПб.: ГИОРД, 2004. — 576 с.

3. Шицкова, А П. Санитарно-химический контроль в области охраны водоемов/А. П. Шиц-

кова. — М.: МНИИГ им. Ф. Ф. Эрисмана, 1964.

4. Сарафанова, Л. А Применение пищевых добавок в индустрии напитков/Л. А. Сарафанова. — СПб.: Профессия, 2007. — 240 с.

5. Кузнецов, В. В. Использование сухих молочных компонентов в пищевой промышленности. Справочник/В. В. Кузнецов, Г. Г. Ши-лер. — СПб.: ГИОРД, 2006. — 480 с. &

Влияние органических загрязнителей воды на компоненты фруктово-сывороточных напитков

Ключевые слова

вода; фенол; фруктово-сывороточные напитки; хлорфенол. Реферат

Фруктово-сывороточные напитки — продукты на основе цельной или восстановленной молочной сыворотки, которые находят все более широкое применение в ежедневном рационе людей. Изучена стойкость основных компонентов, используемых в производстве фруктово-сывороточных напитков (сахарного сиропа, водного раствора лимонной кислоты, белков и лактозы сыворотки) при хранении в присутствии приоритетных органических контаминантов (фенола, хлорфенола и хлороформа), образующихся при хлорировании в процессе водоподготовки в воде, применяемой для производства напитков. Выявлено, что стойкость белков, лактозы, сахарозы, лимонной кислоты в фруктово-сывороточных напитках не изменяется в присутствии хлороформа. Установлено снижение концентрации основных компонентов фруктово-сывороточных напитков и приоритетных контаминантов (фенола, хлорфенола) при совместном присутствии. Теоретически обоснован механизм взаимодействия белков, лактозы, сахарозы и лимонной кислоты с фенолом и хлор-фенолом. В результате исследований выявлено, что содержание белков сыворотки, приготовленной на воде в присутствии фенола и хлорфенола, снизилось на 10%, лактозы — на 5%, концентрация сахарозы — на 35% в присутствии фенола и 31% в присутствии хлорфенола, лимонной кислоты — на 47 и 37% соответственно. Для предотвращения снижения качества фруктово-сывороточных напитков, воду, применяемую для их производства, необходимо предварительно подвергать дополнительной очистке от органических веществ.

Авторы

Тимощук Ирина Вадимовна, д-р техн. наук, доцент;

Краснова Тамара Андреевна, д-р техн. наук, профессор;

Шульженко Юлия Сергеевна, аспирант

Кемеровский технологический институт

пищевой промышленности (Университет),

650056, г. Кемерово, б-р Строителей, д. 47, ecolog1528@yandex.ru

The Influence of Organic Water Contaminants on the Main Components of Frut-wheyty Drinks

Key words

water; phenol; fruit-whey drinks; chlorophenol. Abstract

Fruit-whey drinks base on whole or restored whey. They are increasingly used in the daily diet of people. The stability of the main components of fruit-whey drinks (proteins, lactose, sugar syrup, citric acid) was studied during the storage in the presence of priority organic contaminants (phenol, chlorophenol and chloroform) which are formed in water ised for drinks during chlorination in water preparation. Estimated that stability of proteins, lactose, sucrose and citric acid in fruit-whey drinks does not change in the presence of chloroform. The reducing of the concentration of the basic components of fruit-whey drinks and priority contaminants (phenol, chlorophenol) has been established in case of joint presence. The mechanism of interaction of proteins, lactose, sucrose and citric acid with phenol and chlorophenol has been theoretically proved. The result of the study shows that the protein content of whey diluted by water in the presence of phenol and chlorophenol has decreased by 10%, lactose — by 5%, sucrose concentration — by 35% in the presence of phenol and 31% in the presence of chlorophenol, citric acid — 47 and 37% respectively. That is why it is necessary to subject water to the additional purification from organic substances before using for fruit-whey drinks.

Authors

Timoshсhuk Irina Vadimovna, Doctor of Technical Science, Associate Professor;

Кrasnovа Tamara Andreevna, Doctor of Technical Science, Professor;

Shulzhenko Yulia Sergeevna, Post-graduate Student

Kemerovo Institute of Food Technology (University),

47, Stroitelei blvd, Kemerovo, Russia, 650056, ecolog1528@yandex.ru

5 • 2015 ПИВО и НАПИТКИ 49