CC BY
7ПРИМЕНЕНИЕ НАНОАДСОРБЕНТОВ В ПРОЦЕССАХ ПОЛУЧЕНИЯ И ОЧИСТКИ ОБЛЕПИХОВОГО БИОХИМИЧЕСКОГО УКСУСА
А.А. Ламберова, Ю.А. Кошелев, М.Э. Ламберова
В данной работе отработана технология и режимы использования наноадсорбентов на стадиях предварительной подготовки облепихового сока, получения биохимического уксуса с помощью уксуснокислых бактерий Acetobacter aceti и очистки готового облепихового уксуса.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время является актуальным расширение ассортимента элитных сортов биохимического уксуса с дополнительным комплексом биологически активных веществ вместо синтетических, разработка новых современных эффективных технологий их получения.
К элитным безусловно относится обле-пиховый уксус с полным комплексом уникальных свойств облепихи [1].
Одним из главных отличий современных технологий является использование в них наноматериалов.
В данной работе отработана технология и режимы использования наноадсорбентов на стадиях предварительной подготовки облепихового сока, получения биохимического уксуса с помощью уксуснокислых бактерий Асе№Ьас1ег асеИ и очистки готового облепихового уксуса.
В традиционной промышленной технологии получения натурального спиртового уксуса с использованием уксуснокислых бактерий Асе1оЬа^ег асеИ, иммобилизованных на буковых стружках, в состав среды входит ректификованный этиловый спирт, который может быть разного качества и иметь различное количество нежелательных примесей, способных ингибиро-вать рост бактерий и накопление ими уксусной кислоты.
Бактерии закрепляются на стружках, размножаются и окисляют спирт, поступающий в аппарат в составе питательной среды (таблица 1) [2].
Таблица 1
Состав питательной среды для культивирования Асе1оЬайег асеИ и образования уксусной кислоты
Таблица 2 Показатели облепихового сока
Показатель Величина
Физико-химические:
Массовая доля СВ, 8,00- -9,00
%, не менее
Титруемая кислотность в 1,50-2,50
пересчёте на яблочную
кислоту, %
Массовая доля 0,03
аскорбиновой кислоты,
%, не менее
Массовая доля
сорбиновой кислоты, %, не более 0,06
Активная кислотность, 4,40
рН, не более
Массовая доля спирта, %, 0,30-0,50
не более
Массовая доля осадка, %,
не более
в осветлённых соках 0,10-0,20
в неосветлённых соках 0,40-0,90
Содержание свободных аминокислот,
в мг на 100 г сока:
Лизин 0,46- -1,46
Гистидин 1,00- -4,41
Аргинин 0,88- -2,98
Аспарагиновая кислота 9,92-40,22
Треонин + серин + 42,84- -53,57
глутамин + аспарагин
Глутаминовая кислота 3,19- -5,83
Глицин 0,84-2,48
Аланин 7,18-20,32
Цистеин 0,81- -2,40
Валин 2,38- -6,40
Метионин 0,39- -0,95
Изолейцин 1,30- -3,07
Лейцин 1,04- -2,19
Тирозин 1,33- -3,59
Фенилаланин 6,56-31,88
Лизин 0,46- -1,46
Поэтому необходимо нормализовать состав даже традиционной среды за счет ее очистки. Готовый спиртовый уксус также
Компоненты Количество
этиловый спирт, % 9,3±0,2
уксусная кислота, % 0,7±0,2
(ЫН^НРО,. г/л спирта 1,0
КН2Р04, г/л спирта 1,0
MgS04, г/л спирта 0,5
обязательно подлежит окончательной очистке бентонитом.
Особенности технологии получения облепихового уксуса связаны с комплексом биологически активных веществ, вносимых в питательную среду с полуфабрикатами из облепихового сока (таблица 2) [1].
Компоненты сока могут сказываться на нормальном метаболизме Acetobacter aceti как положительно, так и отрицательно.
Это приводит к необходимости отработки стадии предварительной очистки облепихового сока от липидов, пектиновых веществ и всего комплекса взвешенных частиц, а затем стадии приготовления полуфабрикатов длительного хранения в виде соков, спиртованных или консервированных другими способами.
Таблица 3
Характеристики адсорбента бентонита марки ПЗТ-1
Традиционным адсорбентом для очистки уксуса является бентонит - глинистый минерал из группы монтмориллонитов. Общую формулу монтмориллонита предлагают выражать следующим образом: (Са,Мд)0хА1203 4-5 8Ю2,хН20. В зависимости от месторождения, элементы, стоящие в скобках, могут быть замещены на № или Н2, а иногда на Rb и Cs. Ион Si+4 может замещаться на Al3+, Mg2+, Fe3+, Zn2+, №2+, Ы1+ и так далее. Бентонит содержит около 69,0 % SiO2, 16,5% А12О3. По внешнему виду - белый порошок с серым или коричневым оттенком, без постороннего запаха и вкуса. Размеры частиц бентонита способствуют приданию им коллоидных свойств. Мицеллы бентонита, поглощая воду, увеличиваются в объёме и набу-
хают. Набухшие частицы образуют сетчатую структуру с тиксотропными свойствами. Частицы бентонита обладают адсорбирующей способностью. Адсорбирующие свойства бентонита связаны с отрицательным зарядом его частиц. Характеристики адсорбента бентонита марки ПЗТ-1 приведены в таблице 3.
В современной химической промышленности в качестве адсорбентов и катализаторов тонкого органического синтеза применяют алюмоадсорбенты с наноразмерами частиц и пор, которые появляются в связи с особыми режимами их обработки и определяют их особые свойства и функции. К таким относятся термоактивированный оксид алюминия Al 976, А-4М, Fresh F-24. Достоинства оксида алюминия (термическая стабильность, относительная легкость получения, а также доступность сырья и др.) обеспечивают возможность широкого применения его наряду с такими адсорбентами, как силикагели и цеолиты.
Активным ингредиентом в химической промышленности считается термоактивированный оксид алюминия Al 976. Основные характеристики Al 976 представлены в таблице 4.
Таблица 4
Характеристика активного ингредиента Al 976 (термоактивированного оксида алюминия)
Наименование показателей Норма по ТУ 2163 - 007 -05766557 - 2000
Массовая доля потерь при прокаливании, %, не более 15
Содержание Ре2О3, %, не более 0,08
Содержание №20, % не более 0,7
Удельная поверхность, м2/г, не менее 120
Картина рентгеновской дифракции аморфная
Химическая активность, %, не менее 50
Адсорбент А-4М применяется в нефтехимической промышленности для освобождения фракций от ароматических углеводородных соединений, нежелательных также и для уксуснокислых бактерий Acetobacter aceti.
Основные характеристики адсорбента А-4М приведены в таблице 5.
Основные характеристики наноадсорбен-та международного уровня Fresh F-24 приведены в таблице 6.
Наименование показателей Требования ОСТ 18-49-71
Внешний вид Порошок с сероватым желтоватым оттенком
Органолептическая проба Без вкуса и запаха
рН водной суспензии, не более 9
Щелочность в мл 0,1 Н И2804 на 100 г бентонита 30 - 40
Набухаемость, в % не менее 80
Содержание песка, в % не более 4
Физические свойства Относительная плотность (вода=1):2,5
Растворимость в воде Нерастворимо
Для осветления облепихового сока на ЗАО «Алтайвитамины» провели его сепарирование и фильтрование, полученный первичный сок облепиховый обработали адсорбентами бентонитом, А-4М, А-796 и Fresh F-24.
Таблица 5 Характеристика адсорбента А-4М
Наименование показателей Норма по ТУ 2163-00205766557-95
Насыпная плотность сухого продукта, г/см3 0,5 - 1,0
Фракционный состав, %:
массовая доля фракции в пределах 0,2 - 1,2 мм, не менее 95
массовая доля фракций в пределах 0,2 - 0,3 мм, не более 28
Удельная поверхность, м2/г, не менее 160
Удельное количество очищенного ароматического сырья, г/г, не менее 10
Массовая доля воды, %, 15
Таблица 6 Характеристика адсорбента Fresh F-24
Наименование показателей Величина
Насыпная плотность сухого продукта, г/см3 0,78
Удельная поверхность, м2/г, не менее 414,3
Фракционный состав, %:
массовая доля фракции в пределах 0,2 - 1,2 мм, не менее 81,1
массовая доля фракций в пределах 0,2 - 0,3 мм, не более 57,4
Содержание Fe2O3, % 6,8
Содержание % 0,6
Содержание Al2O3, % 14,4
Реакция на воду не реагирует
Насыпная плотность сухого продукта, г/см3 0,78
В зависимости от содержания сухих веществ первичного облепихового сока после обработки адсорбентами определили дозы, при которых достигается наибольшее освет-
ление. Наименьшее содержание сухих веществ при осветлении облепихового сока дозами бентонита - 5 г/л и А-4М - 40 г/л (рисунок 1).
'0. ПерипшыйоСшешкоьыйсок
- Перв1гшшо8шшховый сок, осветленный бентонитом ■ Первичный оолетковый сок, осветленный Fresh F-2 4
Первичный облептЕовый сок. осветленный А-4М
s Первичный ойлептЕовый сок, осветленный А-796
30,0 40,0 Доза адсорбента, в г л
Рисунок 1. Зависимость содержания сухих веществ первичного облепихового сока от дозы адсорбента в оптимальных образцах
Таблица 7
Зависимость контролируемых показателей полуфабрикатов облепихового сока от его методов осветления
Величина
Показатели и о « S Адсорбенты для осветления первичного облепихового сока Первичный спиртованный облепиховый сок
К нЧ Р я § § & S <D С С g ю о Бентонит А-4М А-796 Fresh F-24
pн 2,95 3,05 2,90 2,95 2,95 3,20
Общее кол-во 75,9 73,6 83,2 76,1 76,3 69,1
кислот, г/л
Пектиновые ве- 3,64 1,40 0,74 3,31 3,16 1,15
щества, %
Сахара, г/л 62,1 61,8 61,8 61,7 61,7 61,6
Сухие вещества, % 9,00 6,00 6,00 6,60 6,60 6,00
Кач.
реакции на вита-
мины:
А + + + + + +
В1 + + + + + +
В2 + + + + + +
В6 + + + + + +
С + + + + + +
В оптимальных образцах осветления облепихового сока по каждому адсорбенту определили ряд показателей и внесли их в таблицу 7. Наибольшее количество кислот, наименьшее содержание пектиновых и сухих веществ в соке, осветленном А-4М. Наименьшее количество кислот в спиртованном
соке. Наибольшее содержание пектиновых и сухих веществ в первичном облепиховом соке. Содержание сахаров в пределах ошибки опыта одинаково во всех видах облепихового сока. Качественные реакции показали присутствие всех перечисленных витаминов.
Для получения биохимического уксуса приготовили солевой раствор из воды дистиллированной и минеральных солей. Солевой раствор стерилизовали в течение 30 мин под давлением в 0,5 атм. Спирт этиловый ректификованный «Экстра», уксусную кислоту (ледяную) и полуфабрикат сока облепихового в соответствующих количествах (таблица 1) внесли после стерилизации в охлаждённую среду. Питательную среду контролировали по содержанию уксусной кислоты, сухих веществ и сахаров.
Засев произвели уксуснокислыми бактериями Acetobacter aceti Казанского уксусного завода в количестве 10-20 % от объема среды. Инокулят, прошедший ультразвуковую обработку, засевали в стандартную питательную среду, не содержащую облепиховый полуфабрикат. Культивирование проводили при 30 °С, в течение 7 суток, в аэробных условиях. Затем культуральную жидкость центрифугировали для отделения уксуснокислых бактерий Acetobacter aceti и определяли прирост их биомассы. Затем культуральную жидкость фильтровали и определяли содержание уксусной кислоты, сухих веществ и сахаров.
Рисунок 2 - Зависимость роста биомассы Acetobacter aceti и накопления ими уксусной кислоты от содержания полуфабрикатов облепихового сока в питательной среде
На следующем этапе дозировали различные количества облепиховых полуфабрикатов в питательную среду. Оценивали зави-
симость показателей роста биомассы Acetobacter aceti и накопления ими уксусной кислоты от содержания полуфабрикатов об-лепихового сока в питательной среде (рисунок 2).
Наибольший прирост 9,1 г/л в пределах ошибки опыта наблюдается при 50,0 % содержании первичного облепихового сока. Наибольший выход уксусной кислоты 37,2 г/л в пределах ошибки опыта наблюдается при 5,0 % содержание первичного облепихового сока в питательной среде. При добавлении полуфабрикатов минимальному приросту биомассы соответствует максимальное накопление уксусной кислоты, и наоборот.
Рисунок 3 - Зависимость содержания сухих веществ от культивирования Acetobacter aceti на питательной среде с полуфабрикатом облепихового сока
Рисунок 4 - Зависимость содержания сахаров от культивирования Acetobacter aceti на питательной среде с полуфабрикатом облепихового сока
На рисунках 3 и 4 представлены диаграммы по содержанию сухих веществ и Сахаров. Количественные изменения сухих веществ незначительны.
В процессе культивирования уксуснокислых бактерий Acetobacter aceti сахара не утилизируются, как и положено по их физиологии.
Таблица 8
Зависимость контролируемых показателей облепихового уксуса в оптимальных образцах от полуфабрикатов облепихового сока
В образцах облепихового уксуса, полученного с использование разных полуфабрикатов облепихового сока, определили основные контролируемые показатели и внесли их в таблицу 8.
Наибольшее содержание уксусной кислоты в образце, полученном из первичного облепихового сока. Во всех исследуемых образцах положительные качественные реакции на витамины.
По результатам данной работы можно сделать следующие выводы:
- изучено влияние наноадсорбентов на осветление первичного облепихового сока, подобраны оптимальные дозы адсорбентов. Для бентонита она составила 5 г/л, для А-4М - 40 г/л, для А-796 - 60 г/л, для Fresh F-24 -30 г/л.
- оптимизировано содержание полуфабрикатов облепихового сока в питательной среде Acetobacter aceti по накоплению ими уксусной кислоты и приросту биомассы. При накоплении уксусной кислоты оптимальное содержание первичного облепихового сока и первичного спиртованного сока - 5,0 %, а сока, осветленного бентонитом - 30,0 %. При накоплении биомассы оптимальное содержание полуфабрикатов облепихового сока в питательной среде - 50,0 %.
- изучено содержание сахаров, сухих веществ и витаминов до и после культивирования Acetobacter aceti на питательной среде, содержащей полуфабрикат облепихового сока. Содержание сухих веществ варьировалось незначительно, содержание сахаров варьировалось в пределах погрешности опыта. Присутствие витаминов подтверждено. Одинаковый витаминный состав, как в исходных полуфабрикатах, так и готовом уксусе.
Судя по органолептическим и другим показателям, лучшим можно считать первичный сок, но растворы получаются мутными и проведена дополнительная очистка адсорбентами бентонитом, А-4М, А-796 и Fresh F-24.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кошелев Ю.А., Агеева Л.Д. Облепиха: Монография.- Бийск: НИЦ БПГУ им. В.М.Шукшина, 2004. - 320 с.
2. Технологическая инструкция по производству пищевого натурального уксуса. Утв. ВНИИ пищевой биотехнологии 03.92. - М.: 1995. - 42 с.
Величина
Показатели Первичный обле пихо вый сок Пер-вич-ный обле-пихо-вый сок, осветленный бен-тони-том Пер-вич-ный обле-пихо-вый сок, осветленный А-4М Пер-вич-ный спиртован-ный обле-пихо-вый сок
Содержание 5 30 2 5
Содержание уксусной кислоты, г/л 37,2 33,6 26,9 33,9
Содержание сухих веществ, % 3,40 4,50 3,10 3,80
Количество сахаров, г/л 60,5 60,6 60,5 60,6
Качественные реакции на витамины:
А + + + +
В! + + + +
В2 + + + +
Вб + + + +
С + + + +
«+» - положительная реакция на содержание витамина в исследуемом образце.
