Научная статья на тему 'Природные сорбенты в технологических процессах'

Природные сорбенты в технологических процессах Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
265
53
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Природные сорбенты в технологических процессах»

могут (ему в ковой одной 1ению зязан-

содер-

ой и

1ЭЛ0Й

а, 6) при яется и под ' простой 1льде-1разо-эжда-тров, ирта, кть), юлях нтен-гвует отан-мате-

1ВН0-

эвого

бъяс-

азву-

:ржа-

пе от ение суль-

ейст-

юсти

объ-

[ине-

азву-

)ЖНО

свя-

гека-

ния глубоких процессов, которые приводят к ухудшению основных физико-химических и вкусовых качеств вина. Высокая скорость и малая энергоемкость десульфитации вин под действием ультразвуковых колебаний дают возможность применения этого метода в винодельческой промышленности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шольц Е.П., Пономарев В.Ф. Технология переработки винограда. — М.: Агропромиздат, 1980. — 447 с.

2. Валуико Г.Г. Виноградные пина. — М.: Пищевая пром-сть, 1978. — 255 с.

3. Бегунова Р.Д. Химия вина. — М.: Пищевая пром-сть, 1972. — 224 с.

4. Троост Г. Технология вина. — М.: Пищепромиздат, 1958. — 538 с.

5. Кишковский З.Н., Скурихин И.М. Химия вина. — М.: Агропромиздат, 1988. — 288 с.

6. Покровская Н.В., Каданер Я.Д. Биологическая и коллоидная стойкость пива. — М.: Пищевая пром-сть, 1978. — 272 с.

7. Самсонова А.Н., Ушева В.Б. Фруктовые и овощные соки. Техника и технология. — М.: Пищевая пром-сть, 1978. — 276 с.

8. Шобингер У. Плодово-ягодные и овощные соки. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. — 472 с.

9. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. — М.: ИЛ. 1979. — 400 с.

10. Мокрый Е.Н., Старчевский В.Л. Ультразвук в процессах окисления органических соединений. — Львов: Вища школа, 1987. — 120 с.

Кафедра аналитической химии

Поступила 25.05.94

663.257.3

ПРИРОДНЫЕ СОРБЕНТЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

А.II, ПОСТНАЯ, В.З. МДИВАНИ

Кубанский государственный технологический университет Акционерная компания "Кубаньвинпром"

Для осветления молодых виноматериалов широкое применение получили минеральные сорбенты, которые обеспечивают не только сорбцию мутящих частиц, но и удаление высокомолекулярных веществ. Эффективность использования разных бентонитов в виноделии зависит от степени их набухания в воде и вине, способа применения (в гранулированном или порошковом виде), степени осветления и фильтруемости напитков [1].

Таблица 1

Сорбент Удель- ная Сорб- цион- Обменный комплекс, мг-экв/г

поверхность, м~/г ный объ- ем, см3/г Ыа+ Са2+ мг’+ I

Аскангель (Грузия) 68 0,16 0,52 0,36 0.09 0,97

Монтмориллонит

проданештский (Молдавия) 55 0,13 0,00 0,81 0,17 ■ 0,98

баймакл-ийский (Молдавия) 160 0,18 0,03 0,18 0,52 0,73

чуфлештский (Молдавия) 184 0.2 0,07 0.48 0,25 0.80

Гидрослюда

леовская (Молдавия) 57 — — — —

черкасская (Украина) 125 0,25 — — — 0,27

Палыгорскит (Украина) 158 0,29 — — — 0,26

Генетическая смесь палыгорскита и монтмориллонита (Украина) 211 0,35 0,02 0,51 0,06 0.59

Изучали возможность использования минеральных слоистых и слоисто-ленточных силикатов местных месторождений в качестве дешевых природных сорбентов, осветляющих виноматериалы. Адсорбционную емкость сорбентов устанавливали по альбумину (табл. 1). Удельную поверхность и предельный сорбционный объем природных сорбентов определяли по адсорбции бензола (молекулярная площадка Ш = 0,4 нм") или гексана (УУ = 0,5 нм").

Макромолекулы белков адсорбируются на внешней поверхности (вторичные поры) исследуемых образцов сорбентов. Адсорбция высокомолекулярных веществ зависит от доступности внутриагре-гатных пор для растворенных молекул [2].

От соотношения количества крупных и мелких пор зависит реальная адсорбционная емкость того или иного дисперсного минерала по отношению к растворенному белку. Пористость природных дисперсных минералов определяется особенностью строения, количественно-минералогическим составом, условиями формирования месторождения, составом обменного комплекса.

Бентониты — смесь палыгорскита и монтмориллонита. Палыгорскит и гидрослюда Черкасского месторождения обладают высокой дисперсностью. Эти мелкие частицы в текстуре сорбентов контактируют друг с другом, образуя поры радиусом 3-7 нм, что делает их малодоступными для макромолекул альбумина, но более подходящими для низкомолекулярных веществ типа гликопротеидов сусла и виноматериала. В результате адсорбционная емкость эгих сорбентов по альбумину немного превышает кальциевый монтмориллонит, хотя удельные поверхности, определенные по адсорбции бензола и гексана, существенно различаются.

Удельная поверхность гидрослюды Леовского месторождения невелика, но адсорбционная емкость по белку превышает все исследуемые сорбенты. Натриевая форма монтмориллонита в пять раз превосходит по сорбционной емкости белка кальциевую форму. Натриймонтмориллонит обладает способностью набухать и частично диспергироваться в воде вплоть до элементарных пакетов. Каль-циймонтмориллони г не обладает этим свойством,

его межпакетные промежутки остаются недоступными для макромолекул, а адсорбция их возможна только нч внешней поверхности.

Адсорбционная емкость аскангеля, в обменных позициях которого находится катион натрия, по сравнению с Са-монтмориллонитом высока. Чуф-лештский и баймаклийский бентониты являются щелочно-земельными, поэтому адсорбция белков у них происходит на внешней поверхности. Эти бентониты обладают высокой дисперсностью, что определяет их развитую внешнюю поверхность. Адсорбционная емкость чуфлештского бентонита близка к аскангелю, что обусловлено достаточным количеством пор. доступных для макромолекул альбумина. Пористость чуфлештского бентонита определяется наличием в нем разнообразных сме-шанослойный монтмориллонито-гидрослюдистых минералов. Чуфлештский бентонит представляет собой смесь монтмориллонита и гидрослюды, причем содержание последней колеблется от 25 до 40%. Баймаклийский бентонит содержит не более 5-10% примеси гидрослюды, являясь практически чистым природным щелочно-земельным адсорбентом, его поры малодоступны для макромолекул альбумина, аналогично Са-форме монтмориллонита [3].

Таким образом, исследования адсорбционной емкости сорбентов, используемых для осветления виноматериалов, позволяют рекомендовать наиболее перспективные природные глинистые минералы — аскангель, чуфлештский монтмориллонит и леовскую гидрослюдистую глину.

Использование гидрослюдистой глины для осветления виноматериалов показало эффективность удаления коллоидных веществ и одновременно выявило обогащение обрабатываемого продукта ионами кальция. Эго связано, по-видимому, с повышенным содержанием кальцита в исходном природном образце глины (табл. 2).

Таблица 2

Компоненты

Минеральный состав %, активированных

гидрослюдистых глии, соляной кислотой. %

0 0,25 0,5 1,5 3,0 5,0

5Ю2 55,60 58,22 62,08 63,22 63,46 67,90

СаО 5,00 2,58 0.48 0.47 0,59 0,44

М^о 2,53 2,24 2,14 1,97 2,05 1,58

Г'е2°3 5,34 ■ 6,02 6,20 6,10 5,62 4,41

ЛЦ°з 13,86 15,46 14,74 14,83 14,93 14,06

тю2 0,64 0,61 0,76 0,71 0,72 0,60

Ыа^О 0,85 . 0,75 0.74 0,87 0,77 1,01

К,0 3,04 .3.33 3,34 3,23 3,35 2,99

Потери при прокаливании 10,80 12.00 9,00 8.10 7,60 7,60

Сумма 97,66 101.21 99,48 99,50 99.09 100,59

Для устранения кальцита гидрослюдистую глину обрабатывали различными концентрациями соляной кислоты в весовом соотношении 1:20. Содержание окиси кальция, входящего в состав кальцита, в гидрослюдистой глине значительно уменьшилось.

Отсутствие кальцита в образцах гидрослюды подтверждается рентгенографическим анализом (табл. 3). В природном образце гидрослюдистой глины кальцит диагностируется по основному рефлексу и. 0,302. В образцах глины, обработанных растворами соляной кислоты более 0,5%, эти рефлексы отсутствуют. В исходной и обработанной 0,25%-м раствором соляной кислоты глине наблюдаются эндотермические эффекты при 720 и 860°С, относящиеся соответственно к тонкодисперсному и зернистому кальциту [41.

С увеличением концентрации соляной кислоты, используемой для обработки гидрослюдистой глины, характерные для кальцита .ждогермические

Таблица 3

Меж- Иитен- Эндотермические эффекты Экзоэффекты Общая

Сорбент плос- кост- ность 2 4 потеря массы,

н ыс* расстоянии отра- жения У Р Т Р Т Р Т Р Т Р %

Гидрослюдистая глина природная 0,302 10 140 4,0 560 3.2 740 2.2 800 1,4 900 10,8

обработанная раствором ИС1, %: 0,25 0,302 10 130 7,0 560 3.6 740 1,2 850 0.2 910 12,0

0.5 — — 110 6,0 550 3,4 — — 870 0.2 910 — 9.6

1.5 — — 140 4,8 525 3,2 — -- 860 0.1 .895 — 8,1

3 — — 120 4.0 560 3,4 — — 870 0,2 900 — 7.6

5 — — 140 4,0 560 3,4 880 0,2 920 — 7,6

Т - температура, Р - масса образна.

эффект ся с да( анализ Изуч модиф] в сравь на. Фа сорбен риал-вином; брана после ( ности пользо ность ( белков В х< ровань рослю/

+0,01С + 0,01' Тест ковые ются у

у? = (

ОГООЭх 0,0218 Осв ное ас

у, =

0,0085 + 0,00 Тее ковые

ОПИСЫ1

П =<

0,0146 + 0,01 Козі найме; но оп? номат< Ура натура для

У і =

0,1961 0,0008 0,0120 для ных М

У2 =

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0,2340

0,0014

0,0210

для

п =

0,3594 0,0011 0,0416 для ных ас

П = 0,0822 0,00™

1-6,1995

\6яица 2

i глин, ой, %

5.0 67,90 0,44 1.58 4,41 14,06 0,60

1.01 2,99 7,60

100,59

то гли-1МИ со-

>0. Со-

в каль-умень-

1СЛЮДЫ

1ЛИЗОМ

цистой 1Му ре-■анных »ти ре--анной иаблю-860°С, >сному

слоты, 1Й гли-ческие

блица 3

Общая

потеря

массы,

%

10,8

12,0

9.6 8,1

7.6

7.6

эффекты при 720 и 860°С исчезают, что согласуется сданными химического и рентгенографического анализов.

Изучение процесса осветления виноматериалов модифицированной гидрослюдой МГС проводили в сравнении с аскангелем по плану Бокса—Бенки-на. Факторами служили: *, — доза минерального сорбента, г/дм3, *2 — время контакта виномате-риал—сорбент, ч и *, — pH обрабатываемого виноматериала. В качестве функции отклика выбрана мутность (осветляемость; виноматериалов I после обработки У, см"1. Для контроля эффектив-

ности обработки виноматериалов сорбентами использовали тест на белковую стабильность, мутность определяли после тестирования образцов на белковые помутнения — У2, см [5).

В ходе эксперимента получены модели в кодированном виде. Осветление виноматериалов гидрослюдой описывается уравнением:

У. = 0,059 - 0,0215-Г: - 0,0258*, - 0,0228*, +0,0106*,*о + 0,0179*.*, + 0,0075*.,*, + 0,0114*,* + 0,0103*/+ 0,003*,2. ‘ (1)

Тестированные образцы виноматериалов на белковые помутнения после обработки МГС описываются уравнением

У2 = 0,045 - 0,0196а-, - 0,0341*2 - 0,0205*, + 0,009* ,л:3 + 0,008*,*^ + 0,013*о*, + 0,0155*," + 0,0218*г-+ 0,00525*;-. *' (2)

Осветление этих же виноматериалов, проведенное аскангелем, описывается уравнением У, = 0,069 - 0,0164*. - 0,0189*,, - 0,0276*, + 0,0085*.*., + 0,00325*,*,+ 0.0106*о*, + 0,00431*.2 + 0,00894*22 + 0,0104*з‘. ' (3)

Тестированные образцы виноматериалов на белковые помутнения после обработки аскангелем описываются уравнением

= 0,0625 - 0,0184*. - 0,0291*о - 0,0159*, + 0,0146 *,*о + 0,00338*,*, + 0,0163*о*, + 0,006э*,2 + 0,0151*г - 0,000125*3-. ‘ (4)

Коэффициенты регрессии определены методом наименьших квадратов. Модели удовлетворительно описывают изучаемый процесс осветления виноматериалов при помощи МГС и аскангеля.

Уравнения регрессий (1)—(4) при переводе в натуральный масштаб принимают следующий вид: для осветления виноматериалов МГС К, = 0,695451 - 0,184393*, - 0,006509*2 -0,196100*, + 0,000589*,*, + 0,035800*.*, + 0,000833*2*, +0,011400*.- + 0,000032*г +

. 0,012000*,2; ‘ (5)

для белкового теста виноматериалов, обрабоган-! ных МГС

У2 = 0,744971 - 0,129300* - 0,010496*, -0,234067*, + 0,000500*,*, + 0,016000*.*," + 0,001444*;.*, + 0,015500*.2 + 0,000067*/ + 0,021 ООО*;2;' “ (6)

для осветления виноматериалов аскангелем У, = 0,885668 - 0,061463* - 0,006852*, -0,359457*, + 0,000472*,*о + 0,006500*,*! + 0,001178*;*, + 0.004310*2 + 0,000028*/ + 0,041600*;2; * (7)

для белкового теста виноматериалов, обработанных аскангелем

У4 = 0,467751 - 0,078999*. - 0,010866*, -0,082207*, + 0,006500*,2 + 0,000047*о2" + 0,000500*;2. * (8)

Полученные уравнения показывают, что идет процесс осветления виноматериалов обоими сорбентами в равных условиях эксперимента. Интерпретация математических уравнений довольно сложная задача, решение которой предпочитают выполнять при помощи приведения уравнений к канонической форме, определении поверхности отклика и получении сечений поверхности отклика по методу Гауса—Зейделя

Канонические преобразования уравнений (1) и (4) показали, что возникла поверхность отклика "двухполостной гиперболоид”, а уравнений (2) и (3) — "мнимый эллипсоид”.

Рассмотрим сечения этих поверхностей отклика при фиксированном значении pH в двух точках. При величине pH 3,2, наиболее часто встречающейся в виноматериалах всех типов, получен ряд сечений. Наилучший результат осветления киноматериала МГС наблюдается при *. 2 г/дм5 и *„ 42 ч, при этом величина У 0,041 см~ наименьшая. Наиболее благоприятное сочетание факторов в случае обработки виноматериалов аскангелем получилось в факторном пространстве, выходящем за рамки проведения эксперимента. Доза сорбента, необходимая для получения виноматериала с наибольшей степенью осветления аскангелем, по сравнению с МГС увеличивается до *, 3,25 мг/дм', а время осветления, напротив, уменьшается до 34 ч, в этом случае параметр отклика К, равен всего

0.053.см"1, что превышает мутность виноматериала, обработанного МГС, на 23%.

Тестирование на белковые помутнения виноматериалов, обработанных МГС и аскангелем, показывает, что МГС более полно удаляет термолабильные белки, при этом происходит наилучшее осветление виноматериалов, что позволяет снизить потери продукта при фильтрации.

Сравнительное изучение адсорбционных свойств монтмориллонитов и гидрослюд нескольких месторождений показало перспективность использования в виноделии слюды Леовского месторождения. Удельная поверхность гидрослюды невысока, но адсорбционная емкость по белку превышает все исследуемые сорбенты. При увеличении pH виноматериала осветляющие и сорбционные свойства модифицированной гидрослюды не меняются, а аскангеля — падают.

Производственные испытания модифицированной гидрослюды подтвердили возможность использования ее для осветления, снижения концентрации белковых компонентов и предупреждения кристаллических помутнений виноматериалов. Целенаправленная модификация бентонитовых глин дает сорбенты с заведомо задан ними свойствами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Христюк И.Т., Агабальмиц Э.Г., Мержаниан А.А. Синергетическое действие смесей природных материалов при обработке ииномагериалоп / / Изв. вузов. Цшцевая технология. — 1981. — К« 1. — С. 102.

2. Физико-химические оснош.1 применения природных сорбентов в технологических процессах, связанных с поглощением белка / В.Л. Юрасоиа, Ю.И. Тарасевич, Л.И. Монахова, А.И. Постная / Адсорбенты и адсорбционные процессы в решении гроблемы охраны природы. — Кишинев: Штиинца, 1986. -- С. 100.

4.

Стабилизация вин модифицированной гидрослюдой / В.А. Юрасова, А.М. Постная, О.А, Болотин и др. / Прогрессивные технологии в производстве продуктов переработки винограда. — Кишинев, 1987. — С. 107.

А.с. 1179653 СССР. С 12 II 1/02. Способ обработки виноматериалов и вин / А.II. Постная, В.А. Юрасова, А.Я. Гохберг и др. — Опубл. в Б.И. — 1985. — № 34.

5. Villettaz J.C., Amado R,, Neukom H. Investigation of colloid substances in must and wine // Recent Dev. Food Anal. Proc. I. Eur. Conf. Food Chem. Vionna, 17-20 febr., 1981; Weinheim c.a. — 1982. — P. 476.

Кафедра технологии виноделия

Поступила 07.05.95

663.258.24

ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ НОВЫМ БИОСОРБЕНТОМ НА СОСТАВ ФЕНОЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ВИНОГРАДНЫХ ВИН И СОКОВ

С.С. ЩЕРБАКОВ, B.C. ПОТИЙ, Е.Р. ДАВИДОВ

Московская государственная академия пищевых производств

Научно-исследовательский институт синтезбелка

Склонность белых столовых вин к побурению связана с большим содержанием лейкоантоциани-динов и катехинов, а к помутнению, обусловленному превращениями полифенолов, — с наличием в винах окисленных флавоноидных форм фенольных веществ ФВ [1~6].

Известно, что в процессе приготовления и выдержки вин содержание нефлавоноидных фенолов находится практически на одном уровне и они мало подвергаются превращениям, происходящим с другими фракциями ФВ [1,2, 5].

Таким образом, профилактика окислительного покоричневения может сводиться либо к созданию условий, исключающих действие кислорода, либо к освобождению вина от легко окисляемых фракций ФВ. Кроме того, удаление продуктов конденсации фенольных соединений может существенно улучшить цветовые характеристики вина. К числу препаратов, обладающих избирательным действием по отношению к ФВ, следует отнести поливи-нилпирролидон и поливинилполипирролидон, в основном сорбирующие полимерные формы и некоторую часть низкомолекулярных полифенолов. Недостатком применения синтетических препаратов является возможность попадания их мономеров в обрабатываемый продукт. Поэтому поиск новых сорбентов естественного происхождения с высокой сорбционной емкостью является актуальной задачей.

Нами исследовались характер сорбции фенольных соединений виноградных вин и соков и изменение их цветовых характеристик при обработке новым биосорбентом.

Для количественного определения отдельных фракций ФВ использовали методику [7], основанную на избирательном осаждении полимерных форм сульфатом хины и выделении мономеров флавоноидов с помощью формальдегида. Уровень фенольных соединений определяли согласно [8], цвет белых столовых вин, сусла и соков — по трихроматической системе XYZ методом 10 избранных ординат [9], цветовые характеристики красных виноматериалов и вин — с помощью методов МОВВ [10J.

Предварительно проведены сравнительные исследования эффективности различных модификаций биосорбента: ОК-2 получен в лабораторных условиях по технологии, разработанной в НИИ синтезбелка; ОК-2Э, ОК-2А — ОК-2, обработанный соответственно 96%-м этанолом и в автоклаве; ОК-2 — ОК-2 после двух лет хранения; ОК-УР приготовлен с помощью литических ферментов; OK-F — препарат фирмы Fould Springer (Франция).

Таблица 1

Препарат Показатель цветности Содержание общих фенолов, мг/дм3

яркость чистота доминирующая длина волны, нм

%

1 2 1 ! 2 і 1 2 1 2

Контроль 77,1 75,1 46 49 576 576 172 175

ОК-2 83,7 84,8 37 32 574 574 118 143

ОК-2Э 82,2 83,0 40 41 575 574 128 148

ОК-2А 80,2 80,6 43 42 575 576 156 168

ОК-2” 80,1 82,3 41 38 575 576 158 160

ОК-УР 84,5 84,8 33 35 574 575 122 150

OK-F 79,5 80,0 44 47 576 576 165 170

Таблица 2

Препарат

Показатель цветности

интен-

сивность

Содержание, мг/дм3

общие

фенолы

красящие

вещества

Контроль

ОК-2

ОК-2Э

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ОК-2А

ОК-2"

ОК-УР

OK-F .

0,995

0,838

0,820

0,<Ю0

0,87!

0,830

0,892

1,10і

1.096

1.123

1.119

1.119

1.097

1.124

963

731

695

812

960

754

906

52,5

39,8

74.7

78.4

60.4

24.7

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.