CC BY
52
ТЕМА НОМЕРА
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВА
и НАПИТКОВ
УДК 663.8:543.31
DOI: 10.24411/2072-9650-2020-10022
Стойкость аскорбиновой кислоты при производстве напитков
ТА. Краснова, д-р техн. наук, профессор; А.К. Горепкина, канд. хим. наук; ТА. Утробина, канд. техн. наук; И.В. Тимощук*, д-р техн. наук; ДА. Чернышев
Кемеровский государственный университет
Дата поступления в редакцию 25.05.2020 Дата принятия в печать 18.09.2020
Реферат
© Краснова ТА, Горелкина А.К, Утробина ТА, Тимощук И.В., Чернышев ДА, 2020
В настоящее время для приготовления безалкогольных газированных напитков в основном применяют воду из системы централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Классическая технология не всегда может обеспечить очистку воды от органических соединений. Кроме того, в процессе подготовки воды на стадии первичного хлорирования за счет взаимодействия хлора с природными органическими веществами образуются хлорсодержащие органические соединения (хлороформ, дихлорэтан и др.). Побочные продукты обработки природной воды хлорагентами, помимо токсического и канцерогенного действия, могут взаимодействовать с основными компонентами продуктов, снижая их качество. Такую воду без дополнительной доочистки нельзя использовать для питьевых целей и в производстве пищевых продуктов. В работе приведены результаты исследования влияния органических примесей, присутствующих в воде (хлороформ, трихлорэтилен, дихлорэтан, фенол, хлорфенол), на стойкость витамина С безалкогольных газированных напитков. В исследуемые образцы воды, без органических примесей и содержащей органические примеси, вносили 10 и 15 мг/100 см3 аскорбиновой кислоты. Исследования проводили с использованием методов газо-жидкостной хроматографии, молекулярной абсорбционной спектроскопии, капиллярного электрофореза. Установлено снижение исходной концентрации витамина С (10 мг/100 см3) в безалкогольных газированных напитках в присутствии трихлорэти-лена на 29%, дихлорэтана на 39, фенола на 41, хлорфенола на 31%; исходной концентрации витамина С (15 мг/100 см3) в присутствии трихлорэтилена на 16%, дихлорэтана на 20, фенола на 21, хлорфенола на 15%. Показано, что хлороформ не вступает в химическое взаимодействие с витамином С. Химическое взаимодействие органических примесей с аскорбиновой кислотой экспериментально подтверждено соответствующим уменьшением содержания трихлорэтилена и дихлорэтана в присутствии витамина С в воде во времени. Теоретически обоснован механизм взаимодействия аскорбиновой кислоты в безалкогольных газированных напитках с трихлорэтиленом, дихлорэтаном, фенолом и хлорфенолом.
Ключевые слова
витамин С; вода; газированные безалкогольные напитки; дихлорэтан; трихлорэтилен; фенол; хлороформ; хлорфенол. Цитирование
Краснова ТА, Горелкина А.К, Утробина Т.А, Тимощук И.В, Чернышев Д.А. (2020) Стойкость аскорбиновой кислоты при производстве напитков // Пиво и напитки. 2020. № 3. С. 17-20.
Currently, water from the centralized domestic drinking water supply system is mainly used to make non-alcoholic carbonated beverages. The classical technology does not always provide the purification of water from organic compounds. In addition, during water preparation, at the primary chlorination stage, chlorine-containing organic compounds (chloroform, dichloroethane et al.) are formed due to the interaction of chlorine with natural organic substances. The by-products of natural water treatment by chloragents, in addition to the toxic and carcinogenic effects, can interact with the main components of products reducing their quality. Such water cannot be used for drinking purposes and in food production without the additional post-treatment. The results of the study of the effect of organic impurities present in water (chloroform, trichloroethylene, dichloroethane, phenol, chlorophenol) on the stability of vitamin C have been provided 10 and 15 mg/100 cm3 of ascorbic acid were added to the test samples of water without organic impurities and containing organic impurities. The studies were carried out in the Kemerovo region using gas-liquid chromatography, molecular absorption spectroscopy, and capillary electrophoresis. The initial concentration of vitamin C (10 mg/100 cm3) in non-alcoholic carbonated beverages in the presence of trichloroethylene was found to decrease by 29%, dichloroethane by 39, phenol by 41, chlorophenol by 31%; initial concentration of vitamin C (15 mg/100 cm3) in the presence of trichloroethylene by 16%, dichloroethane by 20, phenol by 21, chlorophenol by 15%. It has been shown that
TA. Krasnova, Doctor of Technical Science, Professor; A.K. Gorelkina, Candidate of Chemical Science; TA. Utrobina, Candidate of Technical Science; I. V. Timoshchuk*, Doctor of Technical Science; DA. Chernyshev Kemerovo Institute of Food Technology (University)
Received: May 25,2020 Accepted: September 18,2020
Abstract
© Кrasnovа TA, Gorelkina А.К, Utrobina T.A, Timoshchuk I. V, Chernyshev DA, 2020
ISSN 2072=9650
3•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES 17
£ Ш
2
0
1
<
I ш Ь
современные технологии для производства пИВАи напитков
В
chloroform does not come into chemical interaction with the vitamin C of beverages. The chemical interaction of organic impurities with ascorbic acid has experimentally been confirmed by a corresponding decrease in the content of trichloroethylene, dichloroethane, phenol and chlorophenol in the presence of vitamin C in water over time. The mechanism of interaction of vitamin С in non-alcoholic carbonated beverages with trichloroethylene, dichloroethane, phenol and chlorophenol has been theoretically justified.
Key words
vitamin C; drinking water; carbonated non-alcoholic beverages; dichloroethane; trichloroethylene; phenol; сhloroform; chlorophenol. Citation
Krasnova T.A, Gorelkina A.K, Utrobina T.A, Timoshchuk I. V, Chernyshev D.A. (2020) Stability of Ascorbic Acid in the Production of Beverages //Beer and Beverages = Pivo i Napitki. 2020. No. 3. P. 17-20.
Безалкогольные напитки можно охарактеризовать как товары народного потребления, выраженные разнообразными вкусовыми эффектами, не содержащие алкоголь, используемые населением для утоления жажды. Эту группу подразделяют на газированные, не газированные и напитки брожения. Напитки могут производиться из различного сырья, преимущественно зернового, растительного и плодово-ягодного происхождения — в виде экстрактов, квасного сусла, различных морсов, настоев, концентрированных соков и др.
Газированный напиток «Тархун» относят к напиткам специального назначения, предназначенным для определенных категорий потребителей (спортсмены, дети, больные сахарным диабетом), он может не только утолять жажду, но и снимать утомление. Классическая технология напитка была зарегистрирована в 1971 г. В состав безалкогольного напитка «Тархун» входит сахар, лимонная кислота, ванилин, настой тархуна, индигокармин, тар-тразин, диоксид углерода. Основной компонент напитка — настой эстрагона (он же — тархун), он укрепляет стенки сосудов, повышает аппетит, улучшает пищеварение, может помочь людям страдающим бессонницей, обладает антисептическими свойствами [1]. Аромат настоя и необычный анисовый вкус обусловлены тем, что в нем содержится эфирное масло, состоящее в своей основе из таких элементов, как альдегиды нескольких видов, в том числе терпены и феландрин анисовый [2].
Важнейший компонент производимых напитков — вода. Ее получают из системы централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. В поверхностных источниках водоснабжения всегда содержатся гумусовые вещества и фенол. Применение хлорсодержа-
щих дезинфектантов в процессе подготовки воды приводит к образованию побочных продуктов (трихлорэтилен, хлороформ и др.).
Проведенные маркетинговые исследования выявили желание покупателей г. Кемерово приобретать витаминизированные напитки для поднятия иммунитета. Выбор потребителей в пользу напитков с витаминами (низкомолекулярными органическими соединениями с различными химическими свойствами) обусловлен улучшением обмена веществ организма и общего состояния здоровья людей. Длительное употребление пищи, лишенной витаминов, приводит к таким заболеваниям, как гипо- и авитаминоз. Наиболее необходимым для употребления респонденты обозначили витамин С.
Аскорбиновая кислота (С6Н8О6) относится к стабилизаторам, а также может использоваться в производстве безалкогольных напитков в качестве подкисляющего вещества. Так как многие компоненты в проведенных исследованиях подвергаются окислению, витамин С применяют для повышения стойкости вкусовых ингредиентов в течение срока годности. Аскорбиновая кислота влияет на различные функции организма: рост и развитие костной ткани, проницаемость капилляров, повышает иммунобиологическую сопротивляемость к неблагоприятным воздействиям. Отсутствие витамина С в пище приводит к низкой сопротивляемости к заболеваниям, вызывает цингу или скорбут (от ст.-голл. «язва во рту»). Суточная потребность аскорбиновой кислоты зависит от возраста: 0-6 мес. — 30 мг; от 6 мес. до 1 года — 35; 1-3 года — 40; 4-10 лет — 45; 11-14 лет — 50; для мужчин и женщин от 15 до 50 лет — 60; в период беременности — 70 мг [3].
Химические свойства органических примесей (хлороформа, фе-
нола, хлорфенола, трихлорэтилена и дихлорэтана) и витамина С позволяют предположить вероятность их химического взаимодействия в процессе производства газированного напитка, приводящего к разрушению аскорбиновой кислоты и потере биологической ценности готового продукта. Стойкость рецептурных компонентов напитка (настоя тархуна, лимонной кислоты, сахара, ванилина, индигокармина, тартразина) в присутствии приоритетных органических контаминан-тов исследована авторами ранее [4, 5]. Таким образом, в настоящее время актуальны исследования, направленные на изучение влияния органических контаминантов воды на стойкость аскорбиновой кислоты в напитках.
Напиток «Тархун» был приготовлен согласно рецептуре РЦ 10-5031536-141-90. Производство газированных безалкогольных напитков включает в себя несколько основных стадий: приготовление сахарного сиропа; колера; купаж-ного сиропа; насыщение воды или напитка диоксидом углерода; розлив по бутылкам; упаковка товара; маркировка; хранение. Обогащение витаминами происходит перед этапом сатурации.
Объектами исследования стали водные растворы аскорбиновой кислоты, приготовленные на воде без органических примесей и в присутствии фенола, хлорфено-ла, хлороформа, трихлорэтилена, дихлорэтана с концентрациями, соответствующими возможному реальному содержанию в питьевой воде. Определение содержания аскорбиновой кислоты проводили методом йодометрии; содержания хлороформа, трихлорэтилена, дихлорэтана — методом газожидкостной хроматографии; содержания фенола, хлорфенола — методом молекулярной адсорбционной спектроскопии в течение 14 сут [6].
18
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES 3 • 2020
ISSN 2072=9650
^СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВАи НАПИТКОВ
Таблица 1
Содержание витамина С в образцах с исходной концентрацией 10 мг/100 см3, %
Время, Образец
сут с хлороформом стрихлорэтиленом с дихлорэтаном с фенолом с хлорфенолом
1 100 74 63 60 73
4 100 72 61 59 72
7 100 71 61 59 69
11 100 71 61 59 69
14 100 71 61 59 69
Таблица 2
Содержание витамина С в образцах с исходной концентрацией 15 мг/100 см3, %
Время, Образец
сут с хлороформом с трихлорэтиленом с дихлорэтаном с фенолом с хлорфенолом
1 100 86 82 81 87
4 100 84 80 79 85
7 100 84 80 79 85
11 100 84 80 79 85
14 100 84 80 79 85
но, он
Хлорфенол
он I
1гс — НС ^
Аскорбиновая кислота
НО ОН но^^
XÄX, * о -—о
Hi
'■ — о-н,с — не' -О'
Аскорбиновая кислота
Фенол
Рис. 1. Взаимодействие аскорбиновой кислоты, содержащей спиртовую группу, и гидроксильной группы (-ОН) фенола и хлорфенола
CL
н
он ОН
н,с — НС' ^о
ОН
Аскорбиновая кислота
С1Ч р\
+ с = с и' Vi
Трихлорэтилен
НС — сн
ci' J
он ОН
Н,С—НС
ОН
Cl
он
но, он он
НгС-НС' ,0
Аскорбиновая кислота
+ I
/ Cl
Дихлорацетилхлорид
V О
^ II t ck-C'C-0H
Cl
Дихлоруксусная кислота
Cl
О II
С| н,с— нсг 'о
но,
□I
он
Рис. 2. Взаимодействие аскорбиновой кислоты с трихлорэтиленом и дихлорацетилхлоридом
В образцы воды, содержащие примеси фенола, хлорфенола, хлороформа, трихлорэтилена и дихлорэтана, вносили 10 и 15 мг/100 см3 аскорбиновой кислоты. Снижение содержания аскорбиновой кислоты в присутствии органических веществ представлено в табл. 1 и 2. В 1 сут остаточное содержание аскорбиновой кислоты с исходной концентрацией 10 мг/100 см3 в воде без предварительной очистки в присутствии фенола снизилось на 40 %, в присутствии хлорфенола — на 27, в присутствии трихлорэтилена — на 26, в присутствии дихлорэтана — на 37%. Остаточное содержание аскорбиновой кислоты с исходной концентрацией 15 мг/100 см3 в воде без предварительной очистки в 1 сут в присутствии фенола снизилось на 19 %, в присутствии хлорфенола — на 13, в присутствии трихлорэтилена — на 14, в присутствии дихлорэтана — на 18 %.
При взаимодействии аскорбиновой кислоты, содержащей спиртовую группу, и гидроксильной группы (-ОН) фенола и хлорфено-ла возможно образование сложных эфиров (рис. 1).
Аскорбиновая кислота также способна вступать в химическое взаимодействие с трихлорэтиленом и продуктом его окисления кислородом, растворенным в напитках, дихлорацетилхлоридом (рис. 2).
Для дихлорэтана, помимо образования водородной связи с водородом спиртовой группы аскорбиновой кислоты, также возможно образование водородной связи с кислородом ароматического кольца (рис. 3).
Химическое взаимодействие органических примесей с аскорбиновой кислотой экспериментально подтверждено соответствующим уменьшением содержания фенола, хлорфенола, трихлорэтилена и дихлорэтана в присутствии аскорбиновой кислоты с концентрацией 15 мг/100 см3 в воде во времени, представленном на рисунке 4.
Таким образом, проведенное исследование позволило установить, что хлороформ, присутствующий в воде, не вступает в химическое взаимодействие с аскорбиновой кислотой. Фенол, хлорфенол, трих-лорэтилен и дихлорэтан оказывают значительное влияние на сохранность витамина С, вступая с ним в
ä Ш
I 0
I
<
I ш Ь
ISSN 2072=9650
3•2020
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ для ПРОИЗВОДСТВА ПИВАи НАПИТКОВ
В
ноч_он
г гИ
HjC"НС О
Аскорбиновая кислота
Cl H
+ н <7 \
H Cl
Дихлорэтан
НО,_ о-H
-нРЦА^
Г HjC
•Cl
\ С-
H
Ab
Cl
ù-"C1
\ с-
H
¿н
Cl
Рис. 3. Взаимодействие аскорбиновой кислоты с дихлорэтаном
100 -90 -lit ' 80-| ' 70-1-1 60 -50 -" 4030 - -: 20--10 ---
к-----»------а-------------------•-------------тв
=•2
6 8 Время, сут
10
12
14
Рис. 4. Изменение содержания органических примесей в воде в присутствии аскорбиновой кислоты во времени:
1 - фенол; 2 - хлорфенол; 3 - хлороформ; 4 - трихлорэтилен; 5 - дихлорэтан; 6 - без органических примесей
химическое взаимодействие, разрушая его и нарушая процесс витаминизации напитка, а также приводя к потере биологической ценности газированного напитка «Тархун». Следовательно, воду, применяемую для производства витаминизированных безалкогольных газированных напитков, необходимо предварительно подвергать дополнительной очистке от органических контаминантов.
Исследование выполнено в рамках программы № 20-03-460-27 НИОКР Научного совета РАН по физической химии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стин, Д.П. Газированные безалкогольные напитки: рецептуры и производство / Д. П. Стин, Ф. Р. Эшхерст. — СПб.: Профессия, 2008. — 416 с.
2. Сарафанова, Л.А. Применение пищевых добавок в индустрии напитков / Л. А. Сарафанова. — СПб.: Профессия, 2007. — 240 с.
3. Березовский, В. М. Химия витаминов / В. М. Березовский. — Изд. 2-е. — М.: Пищевая промышленность, 1973. — 632 с.
4. Тимощук, И. В. Влияние загрязнителей на товароведные свойства напитка «Тархун» / И. В. Тимощук, Т. А. Крас-
нова, Т. А. Туманова, [и др.] // Пиво и напитки. - 2010. - № 5. - С. 46-48.
5. Krasnova, T.A. Effect of priority drinking water contaminants on the quality indicators of beverages during their production and storage / T. A. Krasnova, I. V. Timoshchuk, A. K. Gorelkina, [et al.] // Foods and Raw materials. — 2018. — Vol. 6. — № 1. — P. 230-241.
6. Краснова, Т. А. К вопросу формирования качества напитков / Т. А. Краснова, И. В. Тимощук, А. К. Горелкина, [и др.] // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. — 2015. — № 6. — С. 101-109.
REFERENCES
1. Stin DP, Jeshherst FR. Gazirovannye bezalkogol'nye napitki: receptury i proizvodstvo [Carbonated soft drinks: formulations and production]. Saint-Petersburg: Professija; 2008. 416 p. (In Russ.)
2. Sarafanova LA. Primenenie pishhevyh dobavok v industrii napitkov [The use of food additives in the beverage industry]. Saint-Petersburg: Professija; 2007. 240 р. (In Russ.)
3. Berezovskij VM. Himija vitaminov [Vitamin Chemistry]. Moscow: Pishheva-ja promyshlennost'; 1973. 632 р. (In Russ.)
4. Timosh^uk IV, Krasnova TA, Tumanova TA, [i dr.]. Vlijanie zagrjaznitelej na to-varovednye svojstva napitka «Tarhun» [The effect of pollutants on the merchandising properties of the «Tarkhun» drink]. Pivo i napitki [Beer and beverages]. 2010;5:46-48. (In Russ.)
5. Krasnova TA, Timosh^ukIV, GorelkinaAK, [et al.]. Effect of priority drinking water contaminants. Foods and Raw materials. 2018;6 (1):230-241. (In Eng.)
6. Krasnova TA, Timosh^uk IV, Gorelkina AK, [et al.]. K voprosu formirovanija kachest-va napitkov [On the issue of forming the quality of beverages]. Tehnologija i to-varovedenie innovacionnyh pishhevyh produktov [Technology and commodity science of innovative food products]. 2015;6:101-109. (In Russ.) &
0
0
2
4
Авторы Authors
Краснова Тамара Андреевна, д-р техн. наук, профессор; Tamara A. Krasnova, Doctor of Technical Science, Professor;
Горелкина Алена Константиновна, канд. хим. наук; Alena K. Gorelkina, Candidate of Chemical Science;
Утробина Тамара Александровна, канд. техн. наук; Tamara A. Utrobina, Candidate of Technical Science;
Тимощук Ирина Вадимовна, д-р техн. наук; Irina V. Timoshchuk, Doctor of Technical Science;
Чернышев Даниил Андреевич Daniil A. Chernyshev
Кемеровский государственный университет, Kemerovo Institute of Food Technology (University),
650056, Россия, г. Кемерово, б-р Строителей, 47, 47 Stroiteley boulevard, Kemerovo, 650056, Russia,
eс[email protected], [email protected],
[email protected] [email protected]
ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES
3•2020
ISSN 2072=9650
