CC BY
37
УДК 663.631.8
Использование цеолитов Сибири в производстве напитков
И. Н. Пушмина, канд. техн. наук, проф.; С. И. Хорунжина, д-р техн. наук, проф.
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности Л. В. Пермякова, канд. техн. наук, доц.
Красноярский государственный торгово-экономический институт
Обеспечение населения доброкачественными продуктами питания — важнейшая народнохозяйственная и социальная проблема страны.
Ведущая роль в ее реализации принадлежит производству безалкогольных и алкогольных напитков. Основная проблема качества готовой продукции пивоваренной, винодельческой, безалкогольной промышленности связана с низкой биологической и коллоидной стойкостью при хранении, с загрязнением токсичными и канцерогенными соединениями: тяжелыми металлами, радионуклидами, хлор- и фенолоргани-ческими и соединениями, нитратами и другими веществами.
Источником вредных и потенциально опасных веществ в напитках прежде всего служит основное сырье — вода, зерновые, плодово-ягодные компоненты и полуфабрикаты на их основе [1, 4, 5].
Способы подготовки сырья, полуфабрикатов (в частности, адсорбционные), существующие в настоящее время, практически не приводят к должной очистке их от опасных веществ. Многолетними исследованиями на кафедре «Технология бродильных производств» под руководством профессора С. И. Хо-рунжиной и производственной практикой показано, что перспективным сорбентом для повышения качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции в производстве напитков являются природные цеолитсодержащие туфы (ЦТ) [6, 7, 8].
Создана многоуровневая эффективная технология применения ЦТ в производстве напитков. Использование ЦТ по сравнению с другими сорбентами имеет ряд преимуществ: дешевизна, доступность добычи и обработки, природное происхождение, значительные запасы в России (в том числе крупнейшие в Сибири), уникальный комплекс
Ключевые слова:
напитки, природные цеолиты, фитокомпозиции, технология
технологических свойств — сорбци-онных, молекулярно-ситовых, а также возможность модификаций в различных направлениях регенерации, утилизации [2, 3, 9, 10].
Основные результаты получены по следующим направлениям [7]:
применение ЦТ для обработки воды как одного из основных видов сырья для получения ликероводочных, безалкогольных напитков, пива с целью исправления ее технологических, микробиологических и гигиенических показателей;
использование туфов на различных стадиях производства вина, пива, безалкогольных напитков с целью интенсификации производства, осветления и стабилизации химического состава, а также улучшения органолептических свойств, повышения биологической и коллоидной стойкости;
применение ЦТ для обеспечения гигиенической безопасности сырья, полуфабрикатов и готовых алкогольных и безалкогольных напитков.
Основные материалы для исследований: цеолиты Пегасского месторождения — пегасин (Кемеровская обл.), Хонгуруу — хонгурин [Республика Саха (Якутия)], Шивыртуйского — ши-выртуин и Холинского месторождений (Читинская обл.). Материалы использовали как в природной, так и модифицированной форме.
На большинстве предприятий по производству пива и безалкогольных напитков используется вода, прошедшая первичную обработку в системе городского водоснабжения, и, как правило, ее качество не соответствует требованиям отрасли.
Поэтому необходимой частью производства напитков должна стать во-доподготовка независимо от объема производимой продукции. В настоящее время эта важнейшая технологическая стадия проводится только на крупных предприятиях страны, а на заводах Кузбасса до использования цеолитов практически отсутствовала, хотя проблема качества питьевой воды для нашей области стоит особенно остро.
Результаты исследований и практики показали, что изучаемые материалы соответствуют требованиям, предъявляемым к фильтрующим материалам по механической прочности, химической стойкости, а также технологическим и фильтрационным характеристикам, и даже превосходят таковые для кварцевого песка.
Использование ЦТ вместо кварцевого песка позволяет увеличить фильтро-цикл и скорость фильтрования, более полно удалить загрязнения. Минералы разных месторождений снижали общую жесткость в среднем на 20-50 %, щелочность — на 15-20 содержание ионов кальция — на 10-30, окисляе-мость — до 50 %.
Кроме этого происходит заметная очистка воды от производных фенола, хлорорганических соединений, аминов, металлов, коллоидных веществ, микроорганизмов. Причем ЦТ в модифицированной форме ^Н4+, Н+) в большей степени извлекали из воды вышеназванные вещества, чем исходные природные минералы.
Приготовленные на обработанной ЦТ воде безалкогольные напитки обладают повышенной биологической стойкостью при хранении, сравнимой с применением консервантов.
Способ водоподготовки с использованием ЦТ внедрен на ряде предприятий Кузбасса: Кемеровском пивзаводе, Яшкинском и Топкинском пищекомби-натах, Новокемеровском пивобезалко-гольном заводе, Мариинском ликерово-дочном заводе и др.
Мы разработали технологии применения сибирских ЦТ для повышения коллоидной стойкости пива, вин, коньяков. В производстве пива их целесообразно использовать на стадии получения пивного сусла и обработки готового напитка.
Фильтрованием охлажденного охмеленного сусла и осветленного пива через постоянный слой ЦТ из этих сред частично удаляются вещества, отрицательно влияющие на стойкость готово-
го напитка, в частности, полифенолы и высокомолекулярные белки.
При этом основные физико-химические показатели сусла и пива (содержание углеводов, азотистых веществ, спирта, рН, кислотность, цветность) практически не изменяются.
Обработка сусла ЦТ в определенных условиях приводит к интенсификации его сбраживания за счет снижения концентрации полифенолов, отрицательно влияющих на жизнедеятельность дрожжей. Продолжительность главного брожения сокращается на 0,5-1 сут. Пиво при этом обладает более мягким, гармоничным вкусом, слегка приглушенной хмелевой горечью, аромат чистый, без посторонних оттенков.
Цеолиты можно использовать не только как сорбенты коллоидных компонентов пива, вина, соков, но и микроорганизмов с целью увеличения биологической чистоты.
В виноделии проблема обеспечения высоких товарных свойств готовой продукции, а также ее гигиенической безопасности стоит не менее остро, чем в производстве пива.
Используемые для осветления и стабилизации вин традиционные вещества (желатин, бентонит, трилон Б, желтая кровяная соль) не всегда приводят к желаемому эффекту, а применение химических средств нецелесообразно с гигиенической точки зрения.
В связи с этим использование таких перспективных адсорбентов, как цеолит, позволяет решить не только проблему обеспечения новыми стабилизирующими веществами заводов вторичного виноделия, но и повысить качество винопродукции за счет извлечения нежелательных с технологической и гигиенической точек зрения компонентов вина.
Проведенные исследования показали, что наиболее существенные изменения при обработке вин ЦТ происходят в содержании общих феноль-ных веществ, ионов железа. Сорбци-онная способность туфов близка, а в некоторых случаях даже превышает таковую для традиционных стабилизаторов — бентонита, желатина, ЖКС. Использование для обработки вин смесей минералов более эффективно, чем отдельных ЦТ. Выделяется действие смесей шивыртуин — пе-гасин и шивыртуин — хонгурин по сорбции как фенольных веществ, так и ионов железа. Совместная обработка ЦТ и желатином, бентонитом либо теплом, холодом способствует уве-
личению эффективности осветления и стабилизации вина.
Актуально изыскание способов детоксикации сырья, полуфабрикатов от таких чужеродных элементов, как пестициды и микотоксины.
Технология изготовления напитков включает ряд операций, способствующих удалению или разрушению остаточных количеств пестицидов. К ним относят мойку и механическую очистку сырья, его дробление, прессование, фильтрацию, осветление, брожение, пастеризацию. Использование для осветления соко- и виноматериалов бентонитовых глин, являющихся природными алюмосиликатами, приводит к значительному снижению концентрации пестицидов по отношению к их исходной величине.
Известно применение адсорбционной очистки растительных масел от остаточных количеств пестицидов на таких сорбентах, как активированный уголь, кизельгур, цеолиты и др. Однако эффективность этого способа в данном случае оказалась незначительной, что, очевидно, связано с низким сродством большинства пестицидов, обладающих гидрофобностью, к гидрофильной поверхности адсорбентов.
В работе показана возможность частичного удаления фосфороргани-ческого пестицида бутифоса цеолитом клиноптилолитом путем его внесения в почву под хлопчатник.
Один из наиболее эффективных способов обезвреживания некоторых видов пищевого сырья и готовых продуктов от микотоксинов — их предварительная сортировка с целью удаления, например, зерна с видимыми местами порчи, в которых, как известно, и накапливаются токсины.
Разрушению афлатоксинов способствуют термическая обработка (метод наиболее простой, но малоэффективный), обработка ультрафиолетовым излучением. Более эффективны и перспективны химические методы деградации афлатоксинов водными растворами сильных кислот и щелочей. При воздействии кислот афлатоксины В1 и G1 превращаются в менее токсичные афла-токсины В2а и G2a. Однако эти реакции проходят в условиях, неприемлемых для обработки пищевых продуктов.
Наиболее приемлемы способы обработки сырья и продуктов органическими и неорганическими щелочами [№ОН, Са(ОН)2; N^0^ метиламином, газообразным аммиаком]. Активно разрушают афлатоксины групп
В и G некоторые окислители — №0С1, КМп04, №В03; Н202, озон, а также гидросульфиты.
Имеются работы, показывающие перспективность использования адсорбционного способа удаления афла-токсинов из жидких продуктов. Показано, что многие сорта глины (18 из 19 изученных) способны адсорбировать, причем в большинстве случаев необратимо, 70-100 % афлатаксина В1 из пива, молока. Степень адсорбции зависит от вида глины, ее предварительной термической обработки, рН среды.
Такой опасный микотоксин, как па-тулин, теряет свою активность в щелочной среде, разрушается при нагревании, а также при добавлении аскорбиновой кислоты. Цитрусовые и некоторые овощные культуры (картофель, лук, редис, редька, баклажаны, цветная капуста, тыква и хрен) обладают естественной резистентностью к заражению продуцентами патулина.
Как уже было сказано, для удаления ряда чужеродных веществ предлагается использовать адсорбционные способы. В качестве сорбентов могут выступать активированный уголь, различные глины, например бентонит, кизельгур и др. К перспективным адсорбентам относят цеолитсодержащие туфы (ЦТ).
В ранее проведенных нами исследованиях показаны способность природных цеолитов сорбировать различные чужеродные вещества и микроорганизмы и возможность использования данных сорбентов для повышения гигиенической безопасности сырья, полуфабрикатов и готовых напитков.
По нашим данным, хонгурин и пега-син извлекают из воды, соков тяжелые металлы — цинк, свинец, кадмий, никель в ионной и комплексной форме, радионуклиды (на примере цезия).
Из воды и соков ЦТ в различной степени удаляют канцерогенные азотистые вещества. Наиболее эффективно этот процесс протекает для аминов, нитрозаминов, в меньшей степени для нитратов.
Принимая во внимание структуру ЦТ, их химический состав, обусловливающие свойства минералов, а также химическое строение токсичных веществ, можно предположить следующий механизм взаимодействия ЦТ с чужеродными компонентами сырья и полуфабрикатов.
Как известно, пестициды и мико-токсины представляют собой крупные по размеру органические молекулы, содержащие различные функциональ-
ные группировки. Из-за своих больших размеров эти молекулы не могут проникать во внутренние поры ЦТ, и поэтому адсорбция идет только на внешней поверхности за счет образования водородных связей, например, между гидроксилом поверхности и кислородом или хлором молекулы адсорбтива. Адсорбция веществ, содержащих ами-но- или карбоксильную группы, обеспечивается благодаря водородным связям между кислородом каркаса ЦТ и аминогруппами или между азотом аминогруппы и атомом водорода, с одной стороны, а с другой стороны, между кислородом или водородом карбоксильной группы и кислородом каркаса минерала.
Фиксация ионов фосфора может происходить путем прикрепления их к краям слоев кремнекислородных тетраэдров или в результате замещения наружного гидроксила.
Модификации ЦТ растворами кислот, щелочей сопровождаются «расчисткой» каналов и улучшением адсорбционных свойств. Происходит развитие вторичной пористости, увеличиваются радиусы макро- и переходных пор. В связи с этим исчезают стерео-препятствия для адсорбции крупных молекул извлекаемых веществ. Кроме
этого функциональные группы адсорб-тива могут в большей степени начать взаимодействовать с обменными катионами.
Таким образом, использование природных цеолитов в производстве напитков остается перспективным и актуальным. В первую очередь это связано со всевозрастающей загрязненностью окружающей среды, а значит, и сырья для производства пищевых продуктов, особенно воды; во-вторых, — со стойкой необходимостью в выпуске качественных, гигиенически безопасных напитков с увеличенным сроком хранения и возможностью транспортировки на дальние расстояния. Эффективный путь обеспечения этих свойств напитков — применение уникальных природных адсорбентов — цеолитов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. — М.: Агропромиздат, 1987.
2. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита. — М.: Мир, 1976.
3. Минеев В. Г., Кочегавкин А. В., Нгуен Ван Бо. Исследование природных цеолитов для предотвращения загрязнения почвы и растений тяжелыми металлами//Агрохимия. 1989. №8. С. 89-95.
4. Мур Дж. В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах (контроль и оценка влияния). — М.: Мир, 1987.
5. Проблемы сорбционной детоксикации внутренней среды организма/Материалы между-нар. симпозиума. — Новосибирск, 1995.
6. Пушмина И. Н., Донова М. А., Хорунжина С. И. Возможность использования цеолитов для обеспечения гигиенической безопасности молока и молочных продуктов в школьном питании//Сб. мат. науч.-практ. конф. «Молодежь и наука: проблемы, поиски, решения. Проблема питания и экологии: перспективы и инновационные решения». — Омск, 2008. С. 49-54.
7. Хорунжина С. И., Позняковский В.М. Природные цеолиты в производстве напитков. — Кемерово: АО «КузбассВУЗиздат», 1994.
8. Хорунжина С. И., Пермякова Л. В., Карда-шова М. В., Пушмина И. Н. Использование цеолитсодержащих туфов Сибири для производства гигиенически безопасных и функциональных пищевых продуктов//Сб. статей Всероссийской науч.-практ. конф. «Здоровое питание — основа жизнедеятельности человека». — Красноярск, 2008. С. 313-321.
9. Челищев Н. Ф, Володин В. Ф, Крюков В. Л. Ионообменные свойства природных высококремнистых цеолитов. — М.: Наука, 1988.
10. Цицишвили Г. В., Андроникашвили Т. Г. и др. Природные цеолиты. — М.: Химия, 1985. <&
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
КАЛЕНДАРЬ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ НА НОЯБРЬ - ДЕКАБРЬ 2009 г.
10-11 ноября 2009 года (вт-ср)
18-19 ноября 2009 года (ср-чт)
10 декабря 2009 года (чт)
Первая научно-практическая конференция с международным участием «ТАРА И УПАКОВКА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ. КОММУНИКАТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»
VII международная научно-практическая конференция и выставка «АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ПРИБОРЫ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ЭКСПЕРТИЗА, ОЦЕНКА КАЧЕСТВА, ПОДЛИННОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ» Презентация книги
«РУКОВОДСТВО ПО ПРИМЕНЕНИЮ АНАЛИТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»
Первая всероссийская научно-практическая конференция « РОЛЬ ВУЗОВ В СОЗДАНИИ КАДРОВОГО РЕЗЕРВА ИННОВАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА РОССИИ»
Информационная поддержка: Официальная поддержка:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ АССОЦИАЦИЯ МОСКОВСКИХ ВУЗОВ
Аналитический информационный центр «МГУПП-Медиа»
125080, Россия, г. Москва, ул. Врубеля, д. 12, В-9-7 [email protected] (499) 158-70-22
[email protected] (499) 158-72-35
