Совершенствование технологии подготовки воды и ее влияние на качество безалкогольных напитков: на примере напитка "Тархун" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.15, кандидат технических наук Туманова, Тамара Александровна

• Туманова, Тамара Александровна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Туманова, Тамара Александровна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Газированные безалкогольные напитки 9 1.1.1 Газированный напиток «Тархун» 12*

1.2 Товароведная оценка напитков

1.3 Технология производства безалкогольных газированных напитков

1.4 Гигиенические требования к питьевой воде, методы контроля, показатели качества. Характеристика водоснабжения Кузбасса. Традиционная схема очистки воды 28 1.5'Приоритетные загрязнители, содержащиеся в воде, используемой для производства напитков 50«

1.5.1 Фенол, его свойства и токсическое действие

1.5.2 Методы очистки воды от фенола

1.5.3 Формальдегид, его свойства и токсическое действие

1.5.4 Методы очистки воды от формальдегида 59 1.6 Адсорбция органических веществ

1.6.1 Характеристика углеродных сорбентов

1.6.2 Механизм адсорбции

ГЛАВА 2 ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Структура и объекты исследования

2.2 Методы исследования

2.2.1 Методика проведения социологического опроса

2.2.2 Методы товароведной оценки питьевой воды и напитков

2.2.3 Методика определения витамина С воде

2.2.4 Методика определения лимонной кислоты и сахарозы в воде

2.2.5 Фотоколориметрическое определение формальдегида в воде

2.2.6 Фотоколориметрическое определение фенола в воде

2.2.7 Исследование адсорбционного равновесия формальдегида и фенола в системе водный раствор - активный уголь

2.2.8 Исследование кинетики адсорбции формальдегида и фенола из водных растворов активными углями

2.2.9 Исследование динамики адсорбции формальдегида и фенола из водных растворов активными углями

2.2.10 ИК-спектроскопическое исследование активных углей

2.2.11 Термографическое исследование активных углей

ГЛАВА 3 РЕРЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ АНАЛИЗ

3.1.1 Анализ результатов социологического опроса

3.1.2 Исследование химического состава речной и питьевой воды в г. Кемерово

3.1.3 Исследование влияния фенола и формальдегида, присутствующих в воде, на компоненты напитка «Тархун» 121 3.2 Разработка технологии адсорбционной доочистки воды от смеси фенола и формальдегида

3.2.1 Исследование адсорбционного равновесия формальдегида и фенола из водных растворов активными углями

3.2.1.1 Избирательность адсорбции компонентов смеси формальдегид - фенол - вода из водных растворов на различных адсорбентах

3:2.1.2 Влияние предварительной подготовки активных углей на равновесие адсорбции формальдегида и фенола при их совместном присутствии из водных растворов

3.2.2 Результаты исследования кинетики адсорбции фенола и формальдегида при их совместном присутствии из их водных растворов углеродными адсорбентами

3.2.3 Исследование и моделирование динамики адсорбции формальдегида и фенола из водных растворов углеродными сорбентами

3.2.4 Изучение возможности регенерации активных углей после адсорбции-формальдегида и фенола

3.2.5 Аппаратурное оформление адсорбционной доочистки водопроводной воды 179 3.3.Оценка товароведных свойств напитка «Тархун» приготовленного на воде доочищенной по предлагаемой технологии

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии подготовки воды и ее влияние на качество безалкогольных напитков: на примере напитка "Тархун"»

В настоящее время проблема обеспечения населения безопасными и полноценными продуктами питания приобретает социальную значимость. Вода - один из самых распространенных продуктов питания. Она широко используется в пищевой промышленности, является одним из основных компонентов в производстве молочных,, мясных, алкогольных и безалкогольных напитков, хлеба, хлебобулочных изделий и т.д. В этой связи качество воды может оказывать существенное влияние на потребительские свойства и безопасность пищевой продукции, например напитков.

Именно вода в значительной степени определяет многие достоинства напитка — вкус, цвет, прозрачность, экологическую безопасность. Кроме хороших вкусовых качеств, безалкогольные напитки- должны быть сбалансированными по своему составу. Современные производители выпускают целый ряд витаминизированных напитков, которые помогут восполнить недостаток полезных веществ в организме. Следует очень тщательно подходить к выбору напитков для своего стола, так как от этого во многом зависит здоровье человека.

• «Тархун» - тонизирующий прохладительный напиток известный с давних времен, который не только утоляет жажду, но и снимает утомление. Основным компонентом, входящим в состав напитка, является настой эстрагона (он же - тархун), который повышает аппетит, улучшает пищеварение, укрепляет стенки сосудов и даже помогает при бессоннице.

В производстве напитка «Тархун» используют воду из системы хозяйственно-питьевого водоснабжения. Питьевая вода во многих населенных пунктах не соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01. Длительное использование некондиционированной питьевой воды и напитков на ее основе с нарушением гигиенических требований по химическому составу обуславливает развитие различных патологий у населения. Неблагоприятное биологическое воздействие при избыточном поступлении в организм ряда химических веществ, проявляется не только в повышении общей или специфической заболеваемости, но и в изменении отдельных показателей здоровья, свидетельствующих о начальных патологических или предпатологических сдвигах в организме.

Во многих промышленных регионах поверхностные воды интенсивно загрязняются токсичными соединениями неорганического и органического характера, в том числе фенолом и формальдегидом. Кроме того, формальдегид образуется как побочный продукт при обеззараживании-воды озоном в процессе водоподготовки. Находясь в воде в концентрациях, превышающих ПДК, он оказывает раздражающее действие на' верхние дыхательные пути, слизистые носа, глаза, обладает токсичными, мутагенными и канцерогенными свойствами. Фенолы, содержатся в.водах практически всех источников в результате естественных процессов метаболизма водных организмов,- при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих как в водной толще, так и в донных отложениях. Кроме того, фенолы встречаются практически во всех подземных водах Кузбасса, вымываясь из угольных пластов. Присутствие фенола в воде также негативно сказывается на здоровье человека: приводит к нарушению работы желудочно-кишечного тракта, центральной нервной системы, болезням печени, почек, поджелудочной железы, селезенки.

Для очистки воды от органических веществ, в практике используют озонирование, хлорирование, экстракцию, перегонку, пенную флотацию, адсорбцию, обратный осмос, ультрафильтрацию и другие методы. Анализ литературных данных показал, что к ведущему и наиболее перспективному направлению в технологии извлечения небольших количеств органических веществ из водных растворов относится сорбционный способ с использованием активных углей (АУ) [1,15,32,33,59,113]. К достоинствам данного метода относятся: отсутствие вторичных загрязнений, неограниченность по производительности и возможность неоднократного использования адсорбентов.

Целью настоящей работы является совершенствование технологии подготовки воды и оценка ее влияния на потребительские показатели качества безалкогольных напитков на примере напитка «Тархун».

В соответствии с целью поставлены следующие задачи: провести маркетинговые исследования по изучению потребительских предпочтений жителей г. Кемерово в отношении безалкогольных газированных напитков в т.ч. напитка «Тархун»;

- исследовать влияние приоритетных загрязнителей (фенол, формальдегид), содержащихся в воде, на рецептурные компоненты напитка «Тархун»;

- изучить влияние состава, структуры, пористости, удельной поверхности сорбентов на процесс адсорбции формальдегида и фенола из индивидуальных растворов и их смеси в статических условиях для получения основных параметров необходимых для инженерных расчетов;

- исследовать кинетику процесса адсорбции формальдегида и фенола из водных растворов при совместном присутствии на сорбентах различных марок, определить лимитирующую стадию массопереноса, коэффициенты внешнего массопереноса, необходимые для инженерных расчетов;

- провести оптимизацию параметров и режимов сорбционного фильтра на основе фундаментального уравнения внешнедиффузионной динамики адсорбции и экспериментально подтвердить адекватность предлагаемого метода расчета;

- разработать технологию до адсорбционной очистки воды от формальдегида и фенола при их совместном присутствии;

- провести сравнительные комплексные исследования товароведных свойств безалкогольного напитка «Тархун», произведенного по предлагаемой и традиционной технологии водоподготовки.

Научная новизна: • Впервые установлено влияние приоритетных загрязнителей воды (фенола и формальдегида), служащей основой напитка «Тархун» на его органолептические свойства (вкус, запах, внешний вид, стойкость цвета). Показано, что рецептурные компоненты напитка «Тархун» вступают в химическое взаимодействие с фенолом и формальдегидом, снижая качество напитка.

• Установлен механизм взаимодействия фенола и формальдегида с АУ. Показано, что адсорбция смеси фенола и формальдегида, для всех изученных марок углей протекает в основном в микро- и мезопорах адсорбентов по объемному механизму заполнения пор, определяется физической природой, обусловленной неспецифическим взаимодействием фенола и формальдегида с поверхностью угля за счет Ван-дер-ваальсовых сил и специфическим взаимодействием с кислородсодержащими функциональными группами углеродных сорбентов.

• Определен механизм и коэффициенты массопереноса при адсорбции фенола и формальдегида.

• Предложен новый метод расчета динамики адсорбции на основе фундаментального уравнения внешнедиффузионной динамики адсорбции с использованием адсорбционных констант уравнения Дубинина-Радушкевича и кинетических зависимостей.

• Проведена сравнительная товароведная оценка потребительских свойств напитка «Тархун», полученного на основе водопроводной и очищенной воды. Показано, что доочистка питьевой воды от приоритетных контаминантов повышает качество и увеличивает длительность хранения напитка «Тархун».

Практическая значимость. Значимость состоит в разработке технологии адсорбционной доочистки воды, используемой для производства напитков от фенола и формальдегида. Данная технология внедрена на ООО «Хрустальное» (г. Кемерово) в производстве питьевой воды, на основе которой производится газированный напиток «Тархун». Результаты работы используются при изучении дисциплины «Экология», а так же в научных исследованиях и спецкурсах при подготовке студентов специальностей

260204 «Технология бродильных производств и виноделие» и 260501 "Технология продуктов общественного • питания" Кемеровского технологического института пищевой промышленности.

Апробация работы. Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались на V Международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2008); XI Международной научно-практической конференции «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (Кемерово, 2008); «Международном форуме по проблемам науки, техники и образования» (Москва, 2008); Международной научно-практической конференции «Безопасность пищевых продуктов и товаров народного потребления» (Алматы, 2008, 2009); Международной научно-практической конференции «Инженерные системы — 2009» (Москва, 2009); Международной научно-практической конференции «Чистая вода 2009» (Кемерово, 2009); Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой и легкой промышленности» (Алматы, 2009); Международной научно-практической конференции «Наука и ее роль в современном мире» (Караганды, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, отражающих ее основное содержание, в том числе 5 — в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК: «Пиво и напитки», «Известия ВУЗов. Пищевая технология», «Экология и промышленность России».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов, а также списка литературы (128 библиографических ссылок) и приложения. Работа изложена на 194страницах машинописного текста, 38 таблиц и 59 рисунков.