CC BY
405
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ДЕСУЛЬФИТАЦИИ ЖИДКИХ ПИЩЕВЫХ
ПРОДУКТОВ
Исламов М.Н., Абдуллатипов И.Г., Абдуллатипова Д.М., Кишковский З.Н.
Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала
*
Московский государственный университет пищевых производств, г. Москва
В технологии производства жидких пищевых продуктов широкое применение находит процесс сульфитации - введение определенного количества диоксида серы с целью угнетения в них жизнедеятельности микроорганизмов, подавления действия окислительных ферментов и предотвращения тем самым продуктов от микробиологической порчи и окисления.
В продуктах SO2 находится в следующем виде [1]:
SÜ2 + H2O ^ H2SO3 ^ HSO3 ^ SO32'
Сернистая кислота H2SO3 в продукте содержится в свободной и связанной формах. Антимикробным действием обладает только свободная H2SO3 , называемая активной. Диффундируя в клетки микроорганизмов, сернистая кислота блокирует ферменты, нарушает обмен веществ, и в результате микробиальные клетки прекращают свою жизнедеятельность, т.е. отмирают. Таким образом сернистая кислота подавляет жизнедеятельность дрожжей, бактерий и плесеней. Ионы сернистой кислоты, окисляясь кислородом воздуха до SO4 -, снижают ОВ-потенциал.
Благодаря указанным свойствам в виноделии диоксид серы применяют на всех этапах технологического процесса: при отстое сусла, при термической обработке мезги, при переливках и т.д. Дозы SO2 зависят от качества винограда, назначения сусла, его химического и микробиологического состава, режима проведения операций. В винах, поступающих в реализацию, общее содержание SO2 должно быть не более 200 мг/дм3,
3 3
в т.ч. свободной - не более 20 мг/дм , в винах с остаточным сахаром - 300 и 30 мг/дм соответственно [2].
В некоторых случаях для интенсификации экстракционных процессов используют повышенные дозы SO2 - от 500 до 1000 мг/дм3, а при консервировании виноградного сусла - 500-800 мг/дм . При высоких дозах сернистого ангидрида в сусле при брожении накапливается H2S и в вине появляются неприятный запах и специфический сероводородный привкус. Кроме того, повышенное количество SO2 может оказать нежелательное физиологическое действие на организм человека. С такими же проблемами сталкиваются и в консервном производстве при приготовлении плодово-ягодных соков.
В связи с этим на практике часто возникает необходимость проведения десульфитации жидких пищевых продуктов. Для снижения концентрации сернистой кислоты в высокосульфитированных напитках до установленных кондиций в настоящее время применяют химический, термический и биологический способы десульфитации. Все указанные способы имеют определенные недостатки, связанные с необходимостью введения в пищевой продукт посторонних химических реагентов, нагревания до высоких температур с проветриванием, их малой производительностью и технологичностью.
Нами была изучена возможность применения для десульфитации жидких пищевых продуктов одного из самых перспективных мембранных методов разделения - электродиализа. Сущность метода, как известно, состоит в направленном переносе ионов через мембрану под действием постоянного электрического тока [3].
Экспериментальные исследования проводили на лабораторном многокамерном электродиализном аппарате камерного типа, описанном ранее [4]. Обработке подвергали растворы сернистой кислоты, модельные системы, содержащие сернистую кислоту, а также сульфитированное виноградное сусло. Электродиализ растворов и продукта осуществляли при значениях плотности тока ниже предельных - до 60-80 А/м2. В качестве регулирующего фактора использовали удельную производительность
3 2
электродиализного аппарата Q (дм /м •ч) и количество электричества, прошедшее через обрабатываемый продукт к (А/ч-дм3) .
Физико-химический состав (объемная доля этилового спирта, содержание сахара, массовая концентрация титруемых и летучих кислот, диоксида серы) в растворах и напитках определяли по действующим гостированным методикам, применяемым в отрасли.
На первом этапе исследований электродиализу подвергали водный раствор сернистой кислоты с исходной концентрацией 210 мг/дм3. Обработку осуществляли в аппарате с ионселективными мембранами МК40 и МА-40 при постоянной плотности тока 60 А/м2.
Как видно из полученных данных (рис. 1), с помощью электродиализа удается практически полностью удалить из раствора ионы сернистой кислоты.
к*10-3, А*ч/л
Рис.1 Деионизация водного раствора H2SOз с помощью электродиализа
Результаты исследований подтвердили предположение, что бисульфитные ИБО3 сульфитные БО3 анионы, образующиеся при диссоциации сернистой кислоты, легко переходят через анионселективные мембраны при электродиализной обработке.
На следующем этапе с целью определения влияния основных компонентов вина на эффективность удаления сернистой кислоты при электродиализе в аппарат подавали модельную систему, представляющую собой водный раствор следующих компонентов: этилового спирта - 9,0 % об., сахара - 5 г/100 см3, титруемых кислот (винной кислоты) -
3 3 3
8,4 г/дм , летучих кислот (уксусной кислоты) - 1,8 г/дм и БО2 общ. - 384 мг/дм . Обработку проводили также при плотности тока 60 А/м2.
Установлено, что электродиализ оказывает существенное влияние не только на содержание сернистой кислоты в модельной системе, но и на концентрации диссоциируемых титруемых и летучих кислот. В то же время на концентрации спирта и сахара в растворе электродиализ, как и следовало ожидать, не влияет.
Изменение содержания сернистой кислоты при электродиализе модельной системы (рис. 2) происходит в несколько меньшей степени (в %), по сравнению с электродиализной обработкой однокомпонентного водного раствора H2SO3. Это связано, очевидно, с тем, что определенная часть сернистой кислоты находится в модельной системе в недиссоциированном состоянии или в связанной с другими компонентами форме.
к*10-3, А*ч/л
Рис 2. Изменение содержания Н$0з в модельной системе при электродиализе. При тех же условиях обработки удалось удалить 64 % сернистой кислоты и довести его содержание с 384 до 176 мг/дм3, т.е. до значения ниже предельно допустимой для виноградных вин.
Содержание титруемых кислот в модельной системе уменьшилось с 8,4 до 6,1
3 3
г/дм или на 27 % (рис. 3), а летучих кислот - с 1,8 до 1,1 г/дм или на 39 % (рис.4).
Математическая обработка установленных зависимостей (рис. 2-4), позволила определить следующие уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс удаления ионов сернистой кислоты, а также титруемых и летучих кислот из модельной системы с помощью электродиализа:
[802] = [ЗДисх. - 4 к;
[ТК] = [ТК]исх. - 0,04 к;
[ЛК] = [ЛК]исх. - 1,8 к + 1,17 к2
0
"1-1-г
10 20
30
40 50
60
70
к*10 , А*ч/л
Рис. 3. Влияние электродиализа на содержание титруемых кислот в модельной системе.
1,8->
с 1,7-
.о н 1,6-
о
н 1,5-
о
о 1,4-
к
(И т 1,3-
^
Ой 1,2-
1,1-
0
10
"20"
—I-1-1—
30 40
к*10-3, А*ч/л
"50"
60
—1
70
Рис. 4. Влияние электродиализа на содержание летучих кислот в модельной системе.
Для обоснования возможности использования новой технологии десульфитации в производстве жидких пищевых продуктов было изучено влияние электродиализа на изменение качественных показателей сульфитированного виноградного сока и белого полусладкого вина. Электродиализную обработку осуществляли при плотности тока 60 А/м2 и удельной производительности аппарата 125 - 150 дм3/м2-ч.
Результаты проведенных исследований, представленные в таблице, показывают, что метод электродиализа позволяет эффективно регулировать ионный состав напитков. Содержание спирта и сахара в продуктах осталось неизменным. Заметно
уменьшилось содержание титруемых и летучих кислот - на 20 - 25 %. Концентрация диоксида серы (сернистой кислоты) снизилось почти на 60 %.
Можно отметить также, что при электродиализе из вина и сока удаляются и ионы железа, часть азотистых веществ, что способствует их стабилизации против коллоидных помутнений. Содержание остальных компонентов изменилось незначительно. Дегустационная оценка виноградного сока и полусладкого вина, прошедших электродиализную обработку, выше контрольных образцов на 0,3 - 0,4 балла в основном благодаря улучшению их ароматических и вкусовых свойств.
Разработанная технология десульфитации жидких пищевых продуктов, основанная на использовании метода электродиализа, отличается экологической безопасностью и высокой производительностью. Внедрение новой технологии позволит снизить производственную себестоимость, продлить сроки хранения полуфабрикатов и получить готовую продукцию без посторонних тонов во вкусе и аромате.
Таблица
Изменение качественных характеристик напитков при электродиализной _обработке_
Показатели Виноградный сок Полусладкое вино
до обработки после обработки до обработки после обработки
Спирт, % об. - - 9,2 9,2
Сахар, г/100 см3 16,0 16,0 5,0 5,0
Титруемая кислотность, г/дм3 7,7 6,2 7,4 6,0
Летучие кислоты, г/дм3 1,3 0,9 1,7 1,2
Диоксид серы, мг/дм3
-общий 580 220 275 116
- свободный 62 19 24 15
Фенольные 480 432 388 357
вещества, г/дм3
Общий азот, г/дм3 337 252 258 194
Железо, мг/дм3 6,9 4,1 7,5 4,8
Альдегиды, мг/дм3 50,2 48,2 66,4 62,5
Дегустационная оценка, балл 7,3 7,6 7,7 8,1
Библиографический список:
1. Кишковский З.Н., Скурихин И.М. Химия вина. - М.: Агропромиздат, 1988, 254 с.
2. Справочник по виноделию./Под ред. Г.Г.Валуйко. - Симферополь: Таврия, 2005, 586 с.
3. Пилат Б.В. Электродиализ. - М.: Аввалон, 2004, 456 с.
4. Исламов М.Н. Исследование процесса деметаллизации виноградного вина в электродиализаторах различных конструкций.// Вестник ДГТУ. Технические науки, 2005, № 7, с. 86-90.
