автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка технологических приемов удаления остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы из виноградных столовых вин с целью повышения их потребительской безопасности

На правах рукописи

КОСЕН КО Михаил Михайлович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ УДАЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ КОЛИЧЕСТВ ФУНГИЦИДОВ БЕНЗИМИДАЗОЛЬНОЙ ПРИРОДЫ ИЗ ВИНОГРАДНЫХ СТОЛОВЫХ ВИН С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ПОТРЕБИТЕЛЬСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 МАР 2011

Краснодар-2011

4840437

Работа выполнена в государственном научном учреждении «Северо-Кавказский зональный НИИ садоводства и виноградарства Россельхозакадемии» (СКЗНИИСиВ РАСХН)

Научный руководитель:

доктор технических наук, Агеева Наталья Михайловна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Соболев Эдуард Михайлович кандидат технических наук, Аванесьянц Рафаил Вартанович Автономная некоммерческая организация НПО «Сады Кубани» (г. Краснодар)

Ведущая организация:

Защита диссертации состоится 24 марта 2011 года в 15.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус «А», ауд. Г-251

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета

Автореферат разослан 22 февраля 2011 г.

Ученый секретарь

канд. техн. наук

диссертационного совета,

В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1.1 Актуальность работы. Реальная угроза для окружающей среды от применения фунгицидов в виноградарстве заключается в том, что они превратились в постоянно действующий экологический фактор, создающий как положительные (повышение урожайности, эффективная борьба с болезнями) так и отрицательные последствия. К отрицательным последствиям относится накопление остаточных количеств фунгицидов в почве, миграция фунгицидов и их метаболитов в виноградную лозу, в ягоды и далее в сусло и вино, что приводит к нарушению процесса брожения, образованию недобродов, появлению пороков вин. В связи с этим использование эффективных методов деконтами-нации продуктов переработки винограда позволит решить задачу повышения экологической безопасности винодельческой продукции, а разработка объективных методов контроля наличия фунгицидов в винограде и продуктах его переработки создает возможность их своевременного удаления.

Наиболее эффективными из применяемых в виноградарстве системных фунгицидов против заболеваний винограда грибной природы (мильдью, оидиум, серая гниль) являются препараты бензимидазольной природы - беномил, фундазол, колфуго и его аналоги. При их гидролизе в виноградных виномате-риалах образуется карбендазим - системный фунгицид, обладающий канцерогенными, мутагенными и эмбриотоксическими свойствами. Отечественные и зарубежные ученые (Мельников H.H., Шевченко М.А., Гугучкина Т.И., Агеева Н.М., Гаина Б.С., Chiba М., Watkins D.A., Dhoot J.S. и др.) большое внимание уделяли разработке способов деконтаминации винодельческой продукции от остаточных количеств пестицидов хлор- и фосфорорганической природы. Между тем, процессы метаболизма фунгицидов бензимидазольной группы и способы их удаления из винодельческой продукции практически не изучены.

В связи с этим исследования, направленные на установление влияния препаратов бензимидазольной группы на химический состав вина, разработку современных способов деконтаминации и методик контроля остаточных количеств бензимидазолов является актуальной задачей отрасли.

Актуальность работы подтверждена ее включением в тематику ГНУ СКЗНИИСиВ РАСХН 04.16.04.06 «Разработать современные инструментальные методы оценки подлинности и безопасности винодельческой продукции на основе селективного анализа химических компонентов с выявлением закономерностей их превращений» (№ гос.рег. 1.2.006.07530).

1.2 Цель работы - разработка технологических приемов удаления остаточных количеств фунгицидов бензимидазолъной природы из виноградных столовых вин с целью повышения их потребительской безопасности.

1.3 Задачи исследований. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- дать количественную характеристику остаточных количеств фунгицидов бензимидазольного ряда, обнаруживаемых в красных и белых виноградных столовых виноматериалах;

- выявить влияние остаточных количеств бензимидазолов на физико-химические показатели виноградных столовых вин;

- выявить влияние остаточных количеств бензимидазолов на процесс брожения виноградного сусла;

- научно обосновать трактовку механизма устойчивости карбендазима в красных и белых виноградных столовых виноматериалах;

- исследовать влияние сорбентов различной природы на содержание бензимидазолов в красных и белых столовых виноматериалах;

- разработать высокоэффективный экспресс-метод определения остаточных количеств бензимидазолов в винодельческой продукции;

- разработать технологические приемы деконтаминации остаточных количеств бензимидазолов из виноградного сусла красных и белых столовых сортов винограда, провести их производственную апробацию;

- оценить экономическую эффективность применения новых технологических приёмов деконтаминации сусел и столовых виноматериалов;

- оценить экономическую эффективность новой методики определения остаточных количеств бензимидазолов.

1.4 Научная новизна. Научно обоснованы технологические приемы де-контаминации остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы (бензимидазолов) из продуктов переработки винограда (сусло, белые и красные столовые виноматериапы). Получены новые сведения о содержании остаточных количеств бензимидазолов в винограде и продуктах его переработки в зависимости от сорта винограда и места его произрастания.

Установлены закономерности изменения концентрации фунгицидов бензимидазольной природы в столовых виноматериалах в зависимости от продолжительности их хранения и величины рН. Получены новые сведения об изменении физико-химических и органолептических показателей столовых винома-териалов в условиях взаимного влияния бензимидазолов и компонентов красных и белых столовых виноматериалов.

Установлены закономерности сорбции фунгицидов бензимидазольной природы в зависимости от физико-химических свойств сорбентов. Научно обоснован и экспериментально подтвержден механизм сорбции фунгицидов бензимидазольной природы сорбентами различной природы, в том числе белковой (соевое молоко и соевый шрот). Новизна технологических решений подтверждена патентом РФ на изобретение №2406755 «Способ удаления пестицидов из винодельческой продукции», приоритет от 2.09.2009.

1.5 Практическая значимость. Разработаны технологические приемы де-контаминации остаточных количеств фунгицидов бензимидазольного ряда из сусла и виноградных столовых вин с помощью соевого шрота и соевого молока. Разработка апробирована и внедрена на винзаводах АПК «Геленджик» и ООО «Долина». Впервые разработан новый метод определения бензимидазолов с помощью высокоэффективного капиллярного электрофореза. Проведены сличительные испытания с методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в НИИ прикладной и экспериментальной экологии КубГАУ. Разработан проект ГОСТ Р «Определение карбендазима методом высокоэффективного зонного капиллярного электрофореза».

1.6 Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на Всероссийской научно-практической конференции «Здоровое питание — основа жизнедеятельности человека» (г. Красноярск, 2008 г.); конференции «Пища. Экология. Качество» (г. Новосибирск, 2008 г.); международных научно-практических конференциях «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (г. Одесса,

2007 г.); «Качество продукции, технологий и образования» (г. Магнитогорск,

2008 г.); «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития» (г. Одесса, 2009 г.); «Управление торговлей: теория, практика, инновации» (г. Москва 2009 г.) и «Высокоточные технологии производства, хранения и переработки винограда» (г. Краснодар, 2010 г.).

1.7 Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ на изобретение №2406755 «Способ удаления пестицидов из винодельческой продукции», приоритет от 2.09.2009.

1.8 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора научно-технической и патентной литературы, списка использованной литературы и приложения. Основная часть работы изложена на 120 страницах компьютерного текста, содержит 22 таблицы и 27 рисунков. Список литературы включает 100 источников, в том числе 40 - зарубежных авторов.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований использовали сусло и столовые виноматериалы полученные из белых и красных сортов винограда, произведенные различными хозяйствами Краснодарского края (АПК «Геленджик», ООО «Долина», ЗАО «Запорожское», ЗАО «Юбилейное», АФ «Фанагория» и СПК им. Ленина). В ряде экспериментов использовали модельные растворы - виноматериалы, в которые вносили водно-спиртовые растворы фунгицидов бензимидазольной природы (беномила, карбендазима, кол-фуго супер или фундазола). Для удаления бензимидазолов из продуктов переработки винограда использованы сорбенты: белковые (желатин, казеин, соевое

молоко, соевый шрот); природный полисахарид хитозан; танины; активированные угли; глинистые минералы (бентонит); силикагель, флокулянты.

2.2 Методы исследований. Для определения основных показателей химического состава вин применяли методики ГОСТ и ГОСТ Р. Массовую концентрацию ароматобразующих компонентов оценивали методом газожидкостной хроматографии («Кристалл-2000М»), Массовые концентрации органических кислот, биологически активных веществ определяли методом высокоэффективного капиллярного электрофореза (ВЭКЭ, «Капель 105 Р») по методикам, разработанным специалистами ГНУ СКЗНИИСиВ Россельхозакадемии. Определение pH проводили на pH метре («рН-150 МИ»).

Остаточные количества фунгицидов бензимидазольной природы в продуктах переработки винограда определяли в пересчете на карбендазим по разработанной нами методике на основе ВЭКЭ («Капель 105 Р»), а так же методами инверсионной вольтамперометрии (ИВА, полярограф универсальный ПУ-1), высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ хроматограф жидкостный изократический «Стайер»), тонкослойной хроматографии ТСХ.

Статистическую обработку результатов исследований проводили методами регрессионного и корреляционного анализов с использованием компьютерных программ Statistika и Excel. Достоверность полученных данных подтверждается 6-и кратными повторностями проведения опытов. Уровень вероятности 0,95.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЗЛ Количественная характеристика остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы, обнаруживаемых в красных и белых столовых киноматериалах. В результате исследования сусла и виноматериалов, выработанных различными винодельческими хозяйствами Краснодарского края, выявлены остаточные количества фунгицидов (ОКБ) бензимидазольной природы в пересчете на карбендазим - конечный метаболит их распада (рисунок 2). Установлено, что концентрация ОКБ варьирует от 0,05 до 0,12 мг/дм3 в зависимости от сорта винограда и места его произрастания при одинаковых нормах расхода препаратов при опрыскивании. Отмечено, что в виноматериа-

лах хозяйств Темрюкского района концентрация карбендазима выше, чем в продуктах переработки винограда, произведенных в Анапском районе, Геленджике или Новороссийске. Очевидно, это вызвано более высокими количествами бензимидазолов в почве виноградников Темрюкского района, что согласуется с данными Макеевой А.Н. (2004 г.).

Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема исследований

Выявлена устойчивость карбендазима (рисунок 3) в процессе технологических обработок и последующего хранения виноматериалов: его массовая

концентрация в течение длительного периода времени (наблюдение проводили 160 суток) изменялась незначительно. Это можно объяснить стабильностью молекулы карбендазима в кислой среде виноматериалов (рН<3,4) и, возможно, наличием компонентов химического состава вино материала, препятствующих гидролизу фунгицида.

Совиным

-*■ Карбепдазш в красном вине Каберне-Совшьсн Bpeiuspanem • •* - Карбидоим в белом вяне Шардше

Рисунок 2 — Остаточные количества карбендазима в виноградном сусле

Рисунок 3 — Изменение массовой концентрации карбендазима в процессе хранения красного (-•-) и белого (- А-) виноматериала

В результате проведенных исследований выявлено (рисунок 4), что остаточная концентрация препаратов бензимидазольной группы в красных столовых виноматериалах несколько выше, чем в белых. Возможно, это объясняется образованием устойчивых комплексов между водородными связями фе-нольных веществ и бензимидазольных кольца фунгицида. Установлена наибольшая сохранность карбендазима в течение всего периода наблюдений (150 суток) в виноматериале Саперави, характеризовавшемся самой высокой концентрацией фенольных веществ (3180 иг/дм"1 против 2600 мг/дм3 - в Каберне-Совиньон и 2120 мг/дм3 — в Мерло и менее 200 мг/дм"5 - в белых столовых ви-

номатериалах). Это позволяет считать фенольные соединения главными ком-

понентами, препятствующими трансформации бензимидазолов при хранении виноматериалов.

Мерло Каберне- Салергш.ч Молдова Соаиньоа

С, карбендазима, мг/'дм

Шардоне Алиготе Совиньоп Мусхат Риели вг

С, кярдчщазнма, мг/дм1

а) б)

Рисунок 4 - Зависимость концентрации карбендазима от концентрации фе-

нольных веществ: а - красные виноматериалы, б - белые винома-

териалы

3.2 Влияние остаточных количеств бензимидазолов на физико-химические показатели виноградных столовых вин. Для выявления влияния ОКБ на физико-химические и органолептические показатели виноградных вин были проведены эксперименты на модельных растворах с внесением кол-фуго и фундазола в концентрациях 0,1 - 0,5 мг/дм3 в пересчете на карбендазим в белые и красные виноматериалы. Установлено, что в процессе наблюдения (в течение 40 суток) основные физико-химические показатели - массовая концентрация кислот, Сахаров, объемная доля спирта - не претерпевали существенных изменений, как в контрольных, так и в опытных образцах виноматериалов, содержащих ОКБ. Между тем, в присутствии колфуго супер или фундазола увеличивалась концентрация летучих кислот, в основном за счет уксусной кислоты, что приводило к ухудшению аромата виноматериалов. Наибольшее влияние оказало присутствие ОКБ на такие компоненты виноматериала, как этилацетат, ацетальдегид, количество которых увеличилось на 20-25% и 30-32% соответственно.

На рисунке 5 представлено изменение концентрации органических кислот в процессе хранения белого столового виноматериала в присутствии фундазола (0,1 мг/дм'1). Установлено, что массовая концентрация органических кислот в контрольном образце белого виноматериала при выдержке в течение 40 суток практически не изменилась (рисунок 5), в то время как в экспериментальном образце наблюдалось небольшое снижение концентрации винной и янтарной кислот и увеличение количества уксусной. Аналогичные данные получены для красных столовых виноматериалов с внесением колфуго супер и фундазола.

Н молочная Иуксусная ■лимонная ¡¡¡¡янтарная

□ яблочна?

□ винная

Сут.

а) б)

Рисунок 5 - Изменение массовой концентрации органических кислот в белом столовом виноматериале в присутствии карбендазима: а — контроль, без карбендазима, б - проба, концентрация карбендазима. 0,1 мг/дм"5

Показано, что внесённые в красный виноматериал бензимидазолы в количестве ОД - 0,5 мг/дм3 влияют на концентрацию фенольных веществ, в том числе антоцианов, снижая на 5 - 10 % их массовую концентрацию ( рисунок 6). При этом окраска виноматериала, содержащего ОКБ, становилась менее устойчивой, цвет красных виноматериалов через 6 недель приобретал гранатовые или луковичные оттенки, ухудшая внешний вид продукта. Выявлена следующая закономерность: с увеличением концентрации ОКБ появление гранатовых оттенков в цвете виноматериала и окисленных тонов во вкусе возрастало. Аналогичные результаты получены для белых виноматериалов.

1800 1600 } 14001 1200 [ 1000 I''

800 Г 600 \ 400 I 200 О

Контрол^,

/I

зразец Образец с фундазолом

Сутки

Рисунок 6 - Влияние фундазола на фенольные вещества красных виноматериа-лов в процессе хранения Внесение ОКБ в виноматериалы приводило к активации окислительных процессов, вызывающих уменьшение концентрации биологически активных веществ (БАВ), в том числе витаминов, антиоксидантной активности (АОА), а также дегустационной оценки вин (таблица 1), причем в белых виноматериалах изменение указанных показателей было более значительным, чем в красных. Таблица 1 - Изменение показателей красных киноматериалов в зависимости от наличия карбендазима

Номер варианта Фенольные вещества, мг/дм"' АОА, мг/дм3 Сумма БАВ, мг/дм3 Дегустационная оценка, балл

1 без бензимидазолов, контроль 2870 684 670 8,2

2 колфуго супер, 0,1 мг/'дм3 2610 626 540 7,9

3 колфуго супер, 0,5 мг/дм3 2580 580 490 7,5

4 фундазол , 0,1 мг/дм3 2550 590 500 7,7

5 фундазол, 0,5 мг/дм3 2340 530 450 7,4

3.3 Влияние остаточных количеств карбендазима на процесс брожения виноградного сусла. Присутствие ОКБ оказало влияние на метаболизм винных дрожжей. Установлено, что по мере брожения и последующего хранения как контрольного, так и экспериментального образцов, количество физио-

логически активных жизнеспособных дрожжевых клеток уменьшалось (рисунок 7). Это объясняется попаданием ОКБ через поры дрожжевой оболочки внутрь клетки, нарушением репликации ДНК, увеличением количества мутирующих клеток, последующими процессами деформации оболочки и ингиби-рованием роста дрожжевых клеток (рисунок 8).

1-4 сут. 5-6 сут. 7-10 сут. 30-е сут.

Рисунок 7 - Изменение количества жизнедеятельных клеток дрожжей в процессе брожения и хранения виноматериала, содержащего карбен-дазим 0,1 мг/дм3

а б в

Рисунок 8 - Физиологическое состояние винных дрожжей в присутствии кар-бендазима: а - контроль, без карбендазима, клетка не деформирована; б и в - клетка находится в среде с карбендазимом — 0,1 мг/дм3 и 0,5 мг/дм3 соответственно

При брожении белых сусел и мезги красных сортов винограда в присутствии карбендазима возросла концентрация ацетальдегида, метилацетата и изо-амилового спирта. При сбраживания сусел из белых сортов винограда, содержавших карбендазим, выявлено образование недобродов в связи, с чем необходимо создание дополнительных условий для активации клеток дрожжей, например, внесение подкормок. Аналогичные результаты получены для красных столовых виноматериалов.

При внесении карбендазима в среду уменьшалась активность молочнокислых бактерий, в результате чего количество яблочной кислоты в виномате-риалах сохранялось достаточно высоким. Наблюдалась инактивация клеток, замедление и остановка процесса яблочномолочного брожения, появлялись посторонние тона во вкусе виноматериала. Этим можно объяснить изменение концентрации вторичных продуктов брожения (уксусной, яблочной кислот, ацетальдегида, метилацетата и изоамилового спирта) в виноградных винах по сравнению с контрольными вариантами, как в количественном, так и качественном отношении.

3.4 Обоснование механизма устойчивости карбендазима в красных и белых виноградных столовых вино материалах на основании анализа его молекулярной структуры. Материалы исследований, приведенные в разделах 3.1 - 3.3, показали, что присутствие ОКБ в виноматериалах приводило к изменению их химического состава. При этом массовая концентрация самих ОКБ менялась несущественно. В связи с этим сформулирована гипотеза устойчивости ОКБ на примере карбендазима в кислой среде виноматериалов. Химические свойства карбендазима, механизм его взаимодействия с физико-химическими компонентами столовых виноматериалов в процессе их хранения можно представить, рассмотрев электронную модель молекулы, построенную методом молекулярной динамики (рисунок 9). Представленная модель показывает, что молекула карбендазима обладает довольно сложной структурой, состоящей из сопряженной л-ё системы бензольного и имидазольного колец, кольцевые структуры которых создают высокий диполькый момент, влияю-

щий на структуру среды, в частности виноградного вина. Известно (Воюцкий С.С., 1975), что л-ё системы стабильны и обладают нуклеофильными свойствами, поэтому карбендазим является центром нуклеофильных реакций в вино-продукции и катализирует реакции нуклеофильного замещения (в основном по карбоксильной группе). При этом характерно, что за счет нестабильности переходного комплекса сам карбендазим в реакции не участвует, чем объясняется его длительная сохранность.

- ч : I % - н

шт""т % -с

% ■ °

а б

Рисунок 9 - Модель молекулы карбендазима: а - структурная; б - электронная

В соответствии с современными представлениями физической химии можно считать, что механизм взаимодействия карбендазима с компонентами вина будет носить характер кулоновского взаимодействия (Ван-дер-Ваальсовы силы, водородная связь, образование хелатных комплексов).

3-5 Исследование влияния сорбентов различной природы на содержание бензимидазолов в красных и белых столовых виноматериалах. Для обработки виноматериалов с целью удаления остаточных количеств бензимидазолов (карбендазим) использовали сорбенты различных природы (соепро-дукты, желатин, казеин; активированные угли (эркарбон, грануколь ФА), танин, хитозан, бентонит, силикагель (СИЛ ЗОД), синтетические флокулянты) или комплекснуЕО обработку несколькими сорбентами одновременно.

Установлено, что используемые в виноделии сорбенты, такие как лоли-винилполипироллидон (ПВПП), полиакриламид (ПАА), желатин, казеин, хитозан не обеспечивают эффективного удаления остаточных количеств карбенда-

зима. Это объясняется малым числом активных центров приходящихся на молекулу карбендазима в полости сорбента. Полученные результаты (рисунок 10) показали, что сорбция карбендазима наиболее эффективно проходит сорбентами минеральной природы - бентонитом, активированными углями (грануколь) и соевым молоком, обеспечивая удаление до 98 - 99%.

Сорбент

СИЛ 30 Д 4 соевое молоко

желатин + танин бентонит +

бентонит + желатин бентонит + ПАА бентонит казеин хитозан эркарбон грануколь ФА

% удаления

Рисунок 10 - Эффективность удаления бензимидазолов из виноматериалов сорбентами различной природы Полученные данные, а так же анализ электронной структуры молекулы карбендазима, позволяют предположить следующий механизм взаимодействия молекулы карбендазима с молекулами сорбентов в зависимости от их природы. Согласно современным взглядам, сорбция карбендазима наиболее эффективно должна происходить на молекулах сорбентов, имеющих распределенный заряд, каркасную структуру и молекулярные полости, способные переориентировать и зафиксировать молекулу карбендазима и образовать множественные связи слабого характера (Ван-дер-Ваальсовые, водородные). К числу таких сорбентов относятся бентониты - глинистые минералы с расширяющейся кристаллической решеткой. Они вступают в реакцию катионного обмена. Активные центры бентонита представлены гидроксильными группами поверхности и избыточным отрицательным зарядом, обусловленным изоморфизмом, связанным с различными структурными особенностями кристаллической решетки минерала и ненасыщенными связями на границе структурных слоев, а также с

обменными катионами, компенсирующими избыточный заряд кристаллической решетки. В связи с этим возможен следующий механизм сорбции карбен-дазима бентонитом: водород атомов азота и углерода сопряженных систем карбендазима через Ван-дер-Ваальсовы силы взаимодействует с развитой поверхностью микрокристаллов бентонита; заряженные и поляризованные молекулы сорбата (сопряженные л-ё системы бензольного и имидазольного колец) через электростатическое взаимодействие реагируют с положительно заряженными участками поверхности сорбента, содержащими активные центры Н+ и А13+.

Процесс сорбции происходит через образование катион-хелатных комплексов. При этом метоксикарбоновая группа располагается в сторону ОН" и БЮз2" групп, а молекулы фунгицида удерживаются многочисленными центрами положительного заряда внутри этого жесткого каркаса.

Аналогичные процессы протекали при взаимодействии силикагеля с молекулами карбендазима: сорбция происходила на активных центрах - гидро-ксильных и силанольных группах, а также в полости капилляров. При этом молекула карбендазима может образовывать несколько водородных связей с си-ланольными группами, благодаря чему достигается удаление силикагелем 90 -95 % ОКБ.

Эффективность активированных углей обусловлена развитой структурой их пор и большой площадью внутренний эффективной поверхности. По нашему мнению, адсорбция молекул карбендазима активированными углями происходит преимущественно на специфических центрах сорбции - внутренней поверхности мезапор, представляющих собой структуру из сопряженных к-Ъ систем бензольных колец. При этом образуется адсорбционные слои (полимолекулярная адсорбция, которая завершается заполнением пор по механизму капиллярной конденсации) через Ван-дер-Ваальсовые взаимодействия.

Активность белковых сорбентов обусловлена их структурой и молекулярной массой. Наиболее активными являются белковые сорбенты с молекулярной массой до 40 тыс. дальтон. К их числу относятся дисперсные системы со-

евого молока и соевого шрота. Процесс сорбции карбендазима белками соеп-родуктов имеет сложный комплексный механизм: сорбция происходит преимущественно на специфических центрах - функциональных полярных группах. и, предположительно, проходит следующие этапы: поверхностная адсорбция молекулы карбендазима; образование катион-хелатных комплексов за счет сложной сопряженной л-ё системы бензольного и имидазольного колец; формирование несколько водородных связей с функциональными группами (первичными центрами сорбции) и соседними молекулами белков. Проведена органолептическая оценка виноматериалов, содержащих карбендазим, до и после их обработки сорбентами различной природы (таблица 2).

Таблица 2 - Органолептическая оценка виноматериалов

Наименование винома-териала Необработанный виномате-риал Дегустационная оценка, балл, при использовании в качестве сорбента

бентонита активированного угля соевого молока

Виноматериалы без бензимидазолов

1.Белый столовый 7,4 7,6 7,5 7,6

2. Красный столовый 7,5 7,7 7,4 7,6

Виноматериалы, содержавшие фундазол 0,1 мг/дм3

1. Белый столовый 7,3 7,4 7,5 7,5

2. Красный столовый 7,3 7,5 7,4 7,5

Виноматериалы, содержавшие колфуго 0,1 мг/дм3

1. Белый столовый 7,4 7,4 7,5 7,6

2. Красный столовый 7,4 7,5 7,4 7,5

Установлено, что применение в качестве сорбентов активированного угля приводило к улучшению качества белых столовых виноматериалов. Однако в красных виноматериалах снижалась интенсивность окраски вследствие сорбции части красящих веществ. Обработка виноматериалов бентонитом также обеспечила улучшение их качества, однако вкус виноматериалов был недостаточно гармоничным.

Предложенный нами соевый сорбент (соевое молоко и соевый шрот) не оказал отрицательного влияния на качество виноматериалов, отмечено появление мягкости во вкусе, достижение гармонии аромата виноградных вин.

3.6 Разработка способа деконтаминации остаточных количеств бен-знмидазолов из виноградного сусла. На основе применения соевого сорбента разработан способ деконтаминации продуктов переработки винограда. Технологическая схема производства виноматериалов (рисунок 11) включает обработку сусла или виноматериалов, предусматривающую внесение соевого сорбента на стадиях отстаивания сусла белых сортов винограда (соевый шрот) или виноматериалов (соевое молоко) на стадии технологических обработок, перемешивание среды, фильтрацию. Дозировки сорбентов составляют: для виноградного сусла 0,100-0,150 г/дм3 соевого шрота, для виноматериалов (и даже соков) - от 0,05 до 0,100 г/дм3 соевого молока.

Рисунок 11 - Технологическая схема производства красных и белых столовых вин без остаточных количеств карбендазима

Обработку соевым сорбентом сусла белых сортов винограда при обнаружении бензимидазолов проводят на стадии осветления (отстаивания) сусла (рисунок 11). При получении вин «по-красному» способу целесообразно вносить соевый сорбент на стадии осветления виноматериала.

Разработанный способ удаления из виноматериалов остаточных количеств бензимидазолов с помощью соевого сорбента позволяет повысить потребительскую безопасность и качество винодельческой продукции. Апробация способа удаления остаточных количеств бензимидазолов из продуктов переработки винограда проведена на АПК «Геленджик» и ООО «Долина».

3.7 Разработка высокоэффективного экспресс-метода определения остаточных количеств бензимидазолов в винодельческой продукции. Проведено сравнительное определение остаточных количеств ОКБ методами тонкослойной хроматографии (ТСХ), инверсионной вольтамперометрии (ИВА), газожидкостной хроматографии (ГЖХ), высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и высокоэффективного капиллярного электрофореза (ВЭКЭ). Доказана целесообразность использования капиллярного электрофореза, обладающего следующими достоинствами: простота аппаратного оформления; сокращение времени анализа и пробоподготовки образца в 2,9 раза по сравнению с ВЭЖХ; экономичность и повышение безопасности аналитика за счет уменьшения расхода высокочистых токсичных растворителей; высокая эффективность и воспроизводимость результатов. Полученные результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Сравнительные испытания различными инструментальными мето-

дами

Метод анализа Чувствительность, мг/дм3 Внесено кар-бендазима, мг/дм3 Определено карбендазима, мг/дм3 СКО

ТСХ 0,200 0,300 0,200 0,09

ИВА 0,050 0,300 0,280 0,04

ГЖХ 0,0001 0,300 0,281 0,07

ВЭЖХ 0,0002 0,300 0,301 0,01

ВЭКЭ 0,001 0,300 0,285 0,01

На рисунке 12 приведены электрофореграммы стандартного раствора кар-бендазима и образца винодельческой продукции, содержащей остаточные количества фунгицида.

Воспроизводимость и погрешность разработанной методики определения карбендазима методом КЭ, при доверительной вероятности 0,95, составила 14, 13,03% и 22,32% соответственно. Уравнение регрессии у = 0,4438х + 0,0501.

Сравнительные испытания и техническая апробация разработанной методики проведены в НИИ прикладной и экспериментальной экологии КубГАУ. Отмечена достаточно высокая сходимость и воспроизводимость.

3.8 Оценка экономической эффективности применения технологических приёмов декоитаминации винопродукции и использования новой методики определения остаточных количеств бензимидазолов. Экономический эффект при использовании новой методики определения остаточных количеств бензимидазолов в сравнении с методом ВЭЖХ составил 5,9 тыс. руб. на 160 образцов виноматериапов.

■к

кг

СареП

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 мин *~1 2 3 4 5 6 7 8

а) б)

Рисунок 12 - Фрагмент электрофореграмм стандартного раствора карбендазима (а) и образца винодельческой продукции (б) Внедрение соевого сорбента (шрота или соевого молока) на АПК «Геленджик» обеспечило получение реального экономического эффекта в размере 5,9 тыс. руб. на 1000 дал обработанного сусла и 10,6 тыс. руб. на 1000 дал обработанного виноматериала и на ООО «Долина» 9,6 тыс. руб. на 1000 дал обработанного сусла и 11,4 тыс. руб. на 1000 дал обработанного виноматериала. Экономический эффект применения технологических приёмов деконтамина-

ции виноматериалов заключается в замене дорогостоящих сорбционных препаратов на более дешевые.

ВЫВОДЫ

1. Научно обоснованы и разработаны технологические приемы удаления остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы из белых и красных столовых виноматериалов, основанные на использовании белковых сорбентов - соевого молока и соевого шрота.

2. В винограде и продуктах его переработки выявлены остаточные количества фунгицидов бензимидазольной природы. Их остаточные концентрации зависят от сорта винограда, места его произрастания, при одинаковых нормах расхода фунгицидов, и колеблется в пределах от 0,01 - до 0,20 мг/дм3 - для белых столовых виноматериалов и от 0,04 - до 0,25 мг/дм3 - для красных столовых виноматериалов в пересчете на карбендазим.

3. Установлено изменение физико-химических показателей виноградных столовых виноматериалов - содержание органических кислот, концентрации фенольных и биологически активных веществ, при хранении в присутствии бен-зимидазолов и их метаболита - карбендазима. Установлено, что в присутствии бензимидазолов и их метаболита - карбендазима набольшие изменения претерпевают ароматобразующие компоненты: концентрации ацетальдегида, ме-тилацетата и изоамилового спирта возрастала на 10% в красных и на 13-17% в белых столовых виноматериалах, концентрация фенольных веществ уменьшалась на 15% в белых и на 13% в красных столовых виноматериалах. Выявлено незначительное увеличение концентрации летучих органических кислот на 3 -5 % по сравнению с контрольными образцами. Что приводит к ухудшению качества и органолептических показателей, снижению потребительской ценности виноградных столовых виноматериалов.

4. Выявлена стабильность и длительная сохранность карбендазима в белых и красных виноградных столовых виноматериалах: в течение 8 месяцев на-

блюдений концентрация карбендазима в виноматериалах не претерпевала существенных изменений.

5. Предложена трактовка механизма устойчивости карбендазима в виноградных виноматериалах, основанная на образовании комплексов с фенольны-ми веществами вина: механизм комплексообразования имеет характер куло-новского взаимодействия (Ван-дер-Ваальсовы силы, водородная связь, образование хелатных комплексов).

6. Предложены трактовки механизмов взаимодействия карбендазима с сорбентами различных химической природы - глинистыми минералами, полисахаридами, активированными углями, белками, основанные на образовании водородных связей и хелатных комплексов.

7. Разработан способ удаления остаточных количеств фунгицидов бензи-мидазольной природы из белых и красных столовых виноматериалов и сусел, основанный на использовании соевого сорбента - соевого молока и соевого шрота соответственно (патент РФ №2406755, приоритет от 2.09.2009).

8. Внедрение разработанного способа на винзаводе АПК «Геленджик» обеспечило получение реального экономического эффекта в размере 5,9 тыс. рублей на 1000 дал обработанного сусла и 10,6 тыс. рублей на 1000 дал обработанного виноматериала, а на винзаводе ООО «Долина» - 9,6 тыс. рублей на 1000 дал обработанного сусла и 11,4 тыс. рублей на 1000 дал обработанного виноматериала.

9. Разработана методика определения бензимидазолов с помощью капиллярного зонного электрофореза, позволяющая количественно анализировать остатки бензимидазолов в винограде и продуктах его переработки. Экономический эффект от внедрения новой методики определения остаточных количеств бензимидазолов в виноградных столовых виноматериалах составил 5716 руб. на 160 образцов виноматериалов. Разработан проект ГОСТ Р «Определение карбендазима методом высокоэффективного зонного капиллярного электрофореза».

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Косенко, М.М. Вольтамперометрический метод определения бензимидазолов [Текст] / М.М. Косенко, Н.М. Агеева // Современные направления теоретических и прикладных исследований: Сб. науч. трудов. - Одесса. - 2007. - С.21-22.

2. Косенко, М.М. Исследование бензимидазолов в винодельческой продукции [Текст] / М.М. Косенко, М.В. Антоненко, Н.М. Агеева, Е.Г. Глоба // Качество продукции, технологий и образования: Сб. матер. Ш науч.-практич. конф. - Магнитогорск: Изд-во МГТУ им. Г.И. Носова, 2008.-С. 90-91.

3. Косенко, М.М. Исследование триазолов в винодельческой продукции [Текст] / М.М. Косенко, Н.МАгеева, Е.Г.Глоба // Здоровое питание - основа жизнедеятельности человека: Сб. матер. Всерос. науч.-практич. конф. - Красноярск: Изд-во Краснояр. гос. торг.-экон. инт, 2008. - С. 408-410

4. Косенко, М.М. Эколого-токсикологическая оценка винограда и продуктов его переработки [Текст] / М.М. Косенко, Н.М.Агеева, Г.Ф.Музыченко, С.Д.Бурлака // Пиша. Экология. Качество: V Межд. юб. науч.-практич. конф. - Новосибирск, 2008. - С. 286 -287.

5. Косенко, М.М. Перспективный метод определения остаточных количеств бензимидазолов в виноградных винах [Текст] / М.М. Косенко, Н.М. Агеева // Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития: Сб. мат. межд. науч.-практич. конф. - Одесса, 2009. - С. 24 - 25.

6. Косенко, М.М. Исследование показателей безопасности виноградных вин Краснодарского края [Текст] / М.М. Косенко, Н.М Агеева, Е.Г. Глоба // Управление торговлей: теория, практика, инновации: Сб. мат. И межд. науч.-практич. конф. - Москва, 2009. С. 2226.

7. Косенко, М.М. Разработка путей седиментацинного удаления пестицидов [Текст] / М.М. Косенко, Н.М. Агеева // Управление торговлей: теория, практика, инновации: Сб. матер. II науч.-практич. конф. - М.: 2009. - С. 104 - 108.

8. Косенко, М.М. Пути седиментационного удаления пестицидов бензимидазольного ряда из продуктов переработки винограда [Текст] / М.М. Косенко, Н.М. Агеева, М.Г. Марковский// Виноделие и виноградарство. 2010. №1. - С. 20-21.

9. Косенко, М.М., Определение остатков бензимидазолов в пищевой продукции методом капиллярного электрофореза/ М.М. Косенко, Н.М. Агеева, М.Г. Марковский// Известия вузов. Пищевая технология. Краснодар. 2010. 7 с. Рук. деп. в ВИНИТИ 12.04.10, Лг» 204-В2010

10. Косенко, М.М., Современные методы определения остатков бензимидазолов в пищевой продукции методом ВЭЖХ / М.М. Косенко, Н.М. Агеева, М.Г. Марковский /У Из-

вестия вузов. Пищевая технология. Краснодар. 2010. 8 с. Рус. деп. в ВИНИТИ 12.04.10, JY» 205-В2010

11. Косеико, М.М., Современные технологии повышения потребительской безопасности винодельческой продукции [Текст] / М.М. Косеико, Н.М. Лгеева // Высокоточные технологии производства, хранения и переработки винограда: Сб. матер, межд. ггауч,-практич. конф. - Краснодар. 2010. -С. 66-71.

12. Патент > 2406755 от 2.09.2009 // Косеико М.М., Агеева Н.М., Гугучкина Т.И., Марковский М.Г.

Подписано в печать 21.02.2011 г. Гарнитура Тайме. Печать ризография. Бумага офсетная. Заказ № 2077. Усл. печ. лист. 1,7. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии ООО «Копи-Принт». Краснодар, ул. Красная, 176, оф.З. т/ф 279-10-40. E-mail: copyprint@mail.ru ТК «Центр города»

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР "

1.1 Применение препаратов бензимидазольной группы для борьбы с вредителями, болезнями и эпифитной микрофлорой

1.2 Трансформация бензимидазолов в процессе производства и хранения вина

1.3 Методы определения остаточных количеств препаратов бензимидазольного ряда

1.4 Способы удаления остаточных количеств бензимидазолов

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Характеристика объектов исследований

2.2 Характеристика сорбентов

2.3 Методы исследований

2.3.1 Методы исследований сусел и вин

2.3.2 Методы исследований остаточных колличеств бензимидазолов

2.3.2.1 Тонкослойная хроматография

2.3.2.2 Высокоэффективная жидкостная хроматография

2.3.2.3 Инверсионная вольтамперометрия

2.3.3 Разработка методики анализа методом высокоэффективного капиллярного электрофореза

2.3.3.1 Метрологическая оценка показателей качества разработанной методики определения остаточных количеств бензимидазолов с помощью ВЭКЭ

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Определение остаточных количеств фунгицидов бензимидазольного ряда в белых и красных столовых виноматериалах

3.2 Изменение остаточных количеств бензимидазолов в процессе хранения виноматериалов

3.3 Обоснование механизма устойчивости карбендазима в белых и красных столовых виноматериалах

3.4 Влияние остаточных количеств бензимидазолов в виноградном сусле на физико-химические показатели столовых виноградных

3.4.1 Влияние остаточных количеств бензимидазолов на динамику брожения виноградного сусла

3.4.2 Влияние остаточных количеств карбендазима на яблочно-молочное брожение

3.4.3 Влияние остаточных количеств бензимидазолов на концентрацию органических кислот в столовых виноградных виноматериалах

3.4.4 Влияние остаточных количеств бензимидазолов на изменение концентраций фенольных веществ в столовых виноматериалах

3.4.5 Влияние остаточных количеств бензимидазолов на биологически активные вещества виноматериалов

3.4.6 Изменение ароматобразующих компонентов виноматериалов в зависимости от концентрации бензимидазолов

3.4.6.1 Влияние концентрации бензимидазолов на синтез ароматобразующих веществ при сбраживании сусла

3.4.6.2 Изменение концентрации ароматобразующих веществ при хранении виноматериалов, содержащих карбендазим

3.5 Влияние остаточных количеств бензимидазолов на органолептические показатели

3.6 Исследование влияния сорбентов различной природы на концентрацию бензимидазолов 3.6.1 Исследование влияния природных сорбентов на концентрацию бензимидазолов

3.6.2 Исследование влияния активированных углей на концентрацию бензимидазолов

3.6.3 Исследование влияния флокулянтов на концентрацию бензимидазолов

3.6.4 Исследование влияния сорбентов белковой природы на концентрацию бензимидазолов

3.6.4.1 Исследование влияния соепродуктов на концентрацию бензимидазолов

3.6.5 Сравнительный анализ сорбционного действия сорбентов различной природы 3.7 Разработка способа деконтаминации остаточных количеств бензимидазолов из виноградного сусла ВЫВОДЫ

Согласно Федеральному закону «О техническому регулировании» (декабрь 2003год) глобальной задачей государства является защита граждан от техногенных и антропогенных факторов, представляющих угрозу здоровью и жизнедеятельности человеку [57].

К числу веществ - контаминантов почвы и растений - относятся пестициды, в том числе фунгициды, применяемые для борьбы с грибковыми заболеваниями. На сегодняшний момент эти препараты обеспечивают эффективную защиту винограда от болезней, их применение как химических средств защиты с экономической точки зрения, несомненно, оправдано. Однако возможный вред, который ядохимикаты способны нанести флоре и фауне, ставит под сомнение экономическую выгоду от их использования.

Реальная угроза от применения фунгицидов в виноградарстве для окружающей среды заключается в том, что они превратились в постоянно действующий экологический фактор, создающий как положительные (повышение урожайности, эффективная борьба с болезнями), так и отрицательные последствия. К отрицательным последствиям относится накопление остаточных количеств фунгицидов в почве, миграция фунгицидов и их метаболитов в ягоды и далее в сусло и вино, что приводит к нарушению интенсивности протекания процесса алкогольного брожения, образованию недобродов, формированию пороков вин и постороннего вкуса.

К числу применяемых и широко применявшихся ранее фунгицидов бензимидазольного ряда относятся производные 2-аминобензимидазолил-карбаминовой кислоты: метилбензимидазол-2-илкарбамат (БМК, карбендазим), метил (1-бутилкарбамоил) бензимидазол-2-илкарбамат (беномил, фундазол) [42].

В 1987 году в связи с обнаружением канцерогенных, мутагенных, и эмбриотоксических свойств строго ограничено применение данных препаратов на виноградной лозе, а применение некоторых из них запрещено (фундазол). Было ограничено применение комплексных фунгицидов, содержащих в составе БМК, и препаратов, образующих при гидролизе БМК [42,43,60].

Результаты мониторинга остаточных количеств фунгицидов, выполненные зарубежными и российскими учеными, в частности, учеными ГНУ СКЗНИИСиВ Воробьевой Т.Н., Макеевой А.Н. [7,13,14,59,72] и др., показали наличие остаточных количеств карбендазима и беномила винограде и продуктах его переработки. Бензимидазолы были обнаружены в виноматериалах различных предприятий Краснодарского края: АФП «Фанагория», ЗАО «Запорожское», ОАО «Юбилейное», СПК им. Ленина и др., расположенных в различных виноградо-винодельческих зонах Кубани. Наличие бензимидазолов в почве, в виноградной лозе, виноматериале и в виноградных винах позволяет говорить о фунгицидом загрязнении верхних слоев почв виноградников.

Фунгициды бензимидазольной группы были внедрены в агрохимию в 80-х годах прошлого столетия, как наиболее эффективные препараты против грибных заболеваний виноградной лозы [21,35,42,43]. Устойчивость этих препаратов к разлагающему воздействию внешних факторов, способность длительное время сохраняться в почве, усвоение виноградной лозой бензимидазолов не позволяет получить экологически и биологически чистое вино [12Д5„74,96] без применения способов детоксикации виноградного сусла и вин.

Исследования отечественных и зарубежных ученых показали, что препараты бензимидазольной группы способны длительно сохраняться в почве на разных почвенных горизонтах практически в неизменном виде [21,

30,35,74], они не трансформируются под действием почвенных бактерий, более того часть бактерий под действием самих препаратов и, особенно, их метаболитов, погибает [35,63,81,88] в результате проникновения молекул бензимидазолов в клетку и подавлению ими репродуктивной функции микроорганизмов [30,63,81]. Таким образом, создаются предпосылки для миграции бензимидазолов и их метаболитов в виноградное растение -корень, листья, стебли, ягоды [1,4,6,8,74] и далее - в винодельческую продукцию.

При дистилляции виноградных вин по исследованиям итальянских ученых [77], так же отмечен перенос карбендазима в дистиллят, в связи, с чем производные БМК идентифицируются не только в коньячных виноматериалах, но и в коньячных дистиллятах (спиртах).

В винодельческой отрасли разрабатывались методики выявления и способы удаления остаточных количеств пестицидов, в том числе бензимидазольной природы. Вопросы экологии виноделия стали особенно обсуждаться в конце 80-х начале 90-х годов прошлого века. Исследования Гугучкиной Т.И. [24,25], Агеевой Н.М. [3,4,5,24,25], Гаины Б.С. [19,82], Панасюка A.B. [48], Мельникова H.H. [42] позволили разработать и предложить производству различные технологические приемы удаления фунгицидов хлор- и фосфорорганической природы из виноградных соков и вин, питьевой воды, сточных вод промышленных, в том числе пищевых предприятий. Эти приемы основаны на использовании сорбционных свойств винных дрожжей или продуктов их переработки - биосорбентов, различных сорбентов (природные и активированные глинистые минералы, растительное масло, флокулянты и т.п.) и методов физико-химических воздействий, в том числе волновых (ультразвуковое, ультрафиолетовое, лазерное излучение) [3,19,24,26,28].

Для обработки сточных вод рекомендовано использование широкого спектра глинистых минералов, производных кремнезема, силикагеля и алюмогеля, обработки питьевой воды химическими агентами (озон, хлор) и физические методы (ультрафиолетовое излучение, барботирование озоном или диоксидом углерода, фильтрация через слои цеолитовых, кизельгуровых или угольных сорбентов) позволяет обезвредить воду [3,19,24,26,28].

Однако все проведенные исследования были направлены на трансформацию и удаление остаточных количеств пестицидов хлор- и фосфорорганической природы [3,24,26,28], в тоже время .производным бензимидазолов уделялось недостаточное внимание.

Специфика препаратов бензимидазольной группы заключается в том, что конечным стабильным метаболитом является карбендазим, представляющий собой метилбензимидазол-2-илкарбамат, который по уровню токсичности идентичен исходными пестицидам. Кроме того, карбендазим, в отличие от исходных препаратов (например, беномил, фундазол, колфуго) обладает мутагенными свойствами [63].

Для своевременной корректировки сроков и режимов обработки виноградников необходимо проводить мониторинг остаточных* количеств карбендазима и беномила, что позволит уменьшить степень пестицидного загрязнения. Постепенное снижение содержания остаточных количеств токсичных веществ в почвах, переход от классических схем защиты виноградников к специализированным, разработанным с учетом всех погодно-климатических факторов, переход к более эффективным методам защиты направленными специализированными биоразлагаемыми препаратами, использование сортов винограда, устойчивых к заболеваниям, характерным для данного региона, позволит постепенно перейти к системе экологизированной защиты растений [12,16].

Между тем, препараты бензимидазольной природы и их метаболиты, присутствующие в почвенном слое, создают опасность контаминации ими продуктов переработки винограда, в том числе сусел и вин. По прежнему остаются невыясненными многие вопросы, связанные с влиянием бензимидазолов и их метаболитов, на химический состав сусел и виноматериалов, потребительскую безопасность винодельческой продукции, ее органолептические свойства. Не изучены вопросы сохранности или трансформации препаратов бензимидазольной природы в процессе жизненного цикла винодельческой продукции различного типа.

В связи с этим исследования, направленные на установление влияния препаратов бензимидазольной группы на химический ростав вина, разработку современных способов деконтаминации и методик контроля остаточных количеств бензимидазолов является актуальной задачей отрасли.

Немаловажное значение при разработке эффективных методов удаления остаточных количеств бензимидазолов имеет наличие объективной, воспроизводимой, но в то же время экспрессной методики определения остаточных количеств бензимидазолов в обрабатываемой среде. Современные методики, как правило, основаны на применении тонкослойной или высокоэффективной жидкостной хроматографии, предполагающие экстракцию фунгицида из продукта органическими растворителями, концентрирование и очистку экстракта, последующее качественное или количественное определение препарата. Такие методы продолжительны во времени и требуют современного аналитического оборудования.

На данный момент возможность создания экспрессной и недорогой методики контроля, а так же метода удаления карбендазима из конечных продуктов виноделия наряду с эффективной защитой винограда от болезней, представляет интерес, как с экологической точки зрения, так и с экономической, и является актуальной задачей отрасли [5,25]. При этом к числу перспективных и экспрессных методов определения микроколичеств фунгицидов следует отнести высокоэффективный капиллярный зонный электрофорез, получивший широкое применение в аналитических исследованиях винодельческой продукции [5].

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

ВЫВОДЫ

1. Научно обоснованы и разработаны технологические приемы удаления остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы из белых и красных столовых виноматериалов, основанные на использовании белковых сорбентов - соевого молока и соевого шрота.

2. В винограде и продуктах его переработки выявлены остаточные количества фунгицидов бензимидазольной природы. Их остаточные концентрации зависят от сорта винограда, места его произрастания, при одинаковых нормах расхода фунгицидов, и колеблется в пределах от 0,01 —

•2 до 0,20 мг/дм - для белых столовых виноматериалов и от 0,04 - до 0,25 л мг/дм - для красных столовых виноматериалов в пересчете на карбендазим.

3. Установлено изменение физико-химических показателей виноградных столовых виноматериалов - содержание органических кислот, концентрации фенольных и биологически активных веществ, при хранении в присутствии бензимидазолов и их метаболита — карбендазима. Установлено, что в присутствии бензимидазолов и их метаболита - карбендазима набольшие изменения претерпевают ароматобразующие компоненты: концентрации ацетальдегида, метилацетата и изоамилового спирта возрастала на 10% в красных и на 13-17% в белых столовых виноматериалах, концентрация фенольных веществ уменьшалась на 15% в белых и на 13% в красных столовых виноматериалах. Выявлено незначительное увеличение концентрации летучих органических кислот на 3 - 5 % по, сравнению с контрольными образцами. Что приводит к ухудшению качества и органолептических показателей, снижению потребительской ценности виноградных столовых виноматериалов.

4. Выявлена стабильность и длительная сохранность карбендазима в белых и красных виноградных столовых виноматериалах: в течение 8 месяцев наблюдений концентрация карбендазима в виноматериалах не претерпевала существенных изменений.

5. Предложена трактовка механизма устойчивости карбендазима в виноградных виноматериалах, основанная на образовании комплексов с фенольными веществами вина: механизм комплексообразования имеет характер кулоновского взаимодействия (Ван-дер-Ваальсовы силы, водородная связь, образование хелатных комплексов).

6. Предложены трактовки механизмов взаимодействия карбендазима с сорбентами различных химической природы — глинистыми минералами, полисахаридами, активированными углями, белками, основанные на образовании водородных связей и хелатных комплексов.

7. Разработан способ удаления остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы из белых и красных столовых виноматериалов и сусел, основанный на использовании соевого сорбента - соевого молока и соевого шрота соответственно (патент РФ №2406755, приоритет от 2.09.2009).

8. Внедрение разработанного способа на винзаводе АПК «Геленджик» обеспечило получение реального экономического эффекта в размере 5,9 тыс. рублей на 1000 дал обработанного сусла и 10,6 тыс. рублей на 1000 дал обработанного виноматериала, а на винзаводе ООО «Долина» - 9,6 тыс. рублей на 1000 дал обработанного сусла и 11,4 тыс. рублей на 1000 дал обработанного виноматериала.

9. Разработана методика определения бензимидазолов с помощью капиллярного зонного электрофореза, позволяющая количественно анализировать остатки бензимидазолов в винограде и продуктах его переработки. Экономический эффект от внедрения новой методики определения остаточных количеств бензимидазолов в виноградных столовых виноматериалах составил 5716 руб. на 160 образцов виноматериалов. Разработан проект ГОСТ Р «Определение карбендазима методом высокоэффективного зонного капиллярного электрофореза».

1. Абдуллаева, Б.А. Воздействие пестицидов на виноград и вино Текст./

2. Б.А. Абдуллаева, З.Ш. Сапаева, С.Т. Туйчиева //Виноделие и виноградарство. 2003. - № 3. - С.24.

3. Агабальянц, Г.Г. Химико-технологический контроль виноделия Текст. /

4. Г.Г. Агабальянц. -М.: Пищепромиздат., 1969. С.186.

5. Агеева Н.М., Гугучкина, Т.И. Сорбционные методы удаленияпестицидов из продуктов переработки винограда / Н.М. Агеева, Т.И. Гугучкина // Виноделие и виноградарство. 1993. - № 1-2. - С.43 - 47.

6. Агеева, Н.М. Влияние остаточных количеств пестицидов на качествовинограда, химический состав и стабильность виноматериалов Текст./ Н.М. Агеева, Т.И. Гугучкина // Виноделие и виноградарство СССР. -1991.-№ 1.- С. 65-70.

7. Агеева, Н.М. Применение капиллярного электрофореза в виноделии

8. Текст. / Н.М. Агеева, Т.И. Гугучкина, Ю.Ф. Якуба // Садоводство и виноградарство 21 века: Сб. матер, науч.-практич. конф.- Краснодар, 1999. Т.5 - С.148-150.

9. Антоненко, М.В. Удаление остаточных количеств триазолов из виноматериалов сорбентами на основе дрожжевых клеток / М.В. Антоненко // Виноделие и виноградарство. 2009. - №6. - С. 18 - 20.

10. Новочеркасск: Изд-во ГНУ ВНИИВиВ им. Я.И. Потапенко, 2009. С. 260 - 264.

11. Бурьян, Н.И. Практическая микробиология виноделия Текст./ Н.И.

12. Бурьян. Симферополь: Таврида., 2003. - С. 560.

13. Бутырин, Г. М. Высокопористые углеродные материалы Текст./ Г. М.

14. Бутырин/ М., 1976.- С. 150.

15. Валуйко, Г.Г. Технология виноградных вин Текст./ Г.Г. 'Валуйко.

16. Симферополь: Таврида., 2001. С.624.

17. Валуйко, Г.Г., Арпентин, Г.Н. Биологически или экологически чистоевино Текст. / Г.Г. Валуйко, Г.Н. Арпентин // Виноделие и виноградарство СССР 1991. - № 2. - С. 36-40.

18. Воробьева, Т.Н. Влияние БМК и беномила на качество винограда и вина/

19. Т.Н. Воробьева //Виноград и вино России. 1993. - №8.- С.8-10.

20. Воробьева, Т.Н., Ломакина, Г.А. Оценка экологического рискаприменения пестицидов в виноградарстве Текст. / Т.Н. Воробьева, Г.А. Ломакина/ Краснодар, 2006. — С. 194.

21. Воробьева, Т.Н., Малахов, О.Н. Эколого-токсикологическоесовершенствование производства и хранения столового винограда Текст. / Т.Н. Воробьева, О.Н. Малахов/- Краснодар, 2004. С. 219.

22. Воюцкий, С.С. Курс коллоидной химии/ С.С. Воюцкий/ — Ленинград:1. Химия, 1975.-С.513

23. Гаина, Б. С. Новое в технологии виноградных вин /Б.С. Гаина /1. Кишинев, 2002.

24. Гаина, Б.С. Энология и биотехнология продуктов переработкивинограда Текст. / Б.С. Гаина / Кишинев: Штиинца, 1990. - С. 160.

25. Галкина, Е.С., Волынкин, В.А., Странишевская, Е.П. Вредность серойгнили винограда в годы эпифитотий Текст. / Е.С. Галкина, В.А. Волынкин, Е.П. Странишевская //Виноделие и виноградарство. 2003. - №2. - С.44-46.

26. Гар, К.А. Химические средства защиты сельско-хозяйственных культур

27. Текст./ К.А. Гар / М.: Россельхозиздат, 1978. - С.143.

28. Гержикова, В.Г. Методы технохимического контроля в виноделии

29. Текст./ В.Г. Гержикова. — Симферополь: Таврида], 2002. — С.258.

30. Грин, М.Б., Хартли, Г.С., Вест, Т.Ф. Пестициды и защита растений

31. Текст./ М.Б. Грин, Г.С. Хартли, Т.Ф./ М.: Колос, 1979. - С.384.

32. Гугучкина, Т.И., Агеева, Н.М. Технологическая эффективностьприменения биосорбента в виноделии / Т.Н. Гугучкина, Н.М. Агеева // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдовы. — 1991. №7. -С.22-23.

33. Гугучкина, Т.И., Агеева, Н.М., Музыченко, Г.Ф., Якуба, Ю.Ф.

34. Экологические аспекты производства виноградных вин/ Т.И. Гугучкина, Н.М. Агеева, Г.Ф. Музыченко, Ю.Ф. Якуба /ГНУ СКЗНИИСиВ РАСХН КубГТУ: Краснодар, 2009 С.79.

35. Джапаридзе, М.Ш., Стуруа, З.А., Кураташвили, З.А., Церетели, Б.С.

36. Зависимость содержания продуктов превращения карбендазима от технологической обработки виноматериалов Текст./ М.Ш. Джапаридзе, З.А. Стуруа, З.А. Кураташвили, Б.С. Церетели //Виноградарство и виноделие. 2009- №1. -С.34 - 35

37. Дистанов У. Г., Михайлов A.C., Конюхова Т.П. Природные сорбенты

38. СССР Текст./ У. Г. Дистанов, A.C. Михайлов, Т.П. Конюхова // М.: Недра, - 1990. - С.208.

39. Донченко, JI.B. Основы виноделия / JI.B. Донченко, В.Д. Нядыкта./ М.:1. ДеЛи принт, 2004. С.440

40. Забазнов, В.Н. Проблемы оценки качества винопродукцииотечественными и зарубежными методами анализа Текст./ В.Н. Забазнов, Н.М. Агеева, Т.И. Гугучкина // Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции. — Пущино, 1999. — С.32.

41. Зефиров, Н.С., Кулов, H.H. Химическая энциклопедия/ Н.С. Зефиров,

42. H.H. Кулов и др. /— М.: Научное издательство «Большая российская энциклопедия», 1995. Т. 4. - С. 493- 494.

43. Карагеоргиев, Д. Спектрофотометрично определяне остатъчниколичества от веномил / Д. Карагеоргиев //Градин, и лозарска наука. -1976. V.13. - №6. - С.50-54

44. Кишковский, З.Н. Изменение химического состава вина при различныхтехнологических обработках Текст./ З.Н. Кишковский, Т.А.Сахарова и др.// Виноделие и виноградарство СССР. 1979. - № 5. - С. 15-17.

45. Кишковский, З.Н. Технология вина Текст./ З.Н. Кишковский, A.A.

46. Мержаниан./-М.: Легк. и пищ. пром-сть, 1984. С.504.

47. Кишковский, З.Н. Химия вина Текст./ З.Н. Кишковский, И.М.

48. Скурихин. -М.: Пищ. пром-сть., 1976. — С.312.

49. Клинцаре, A.A. Пестициды и микрофлора растений Текст./ A.A.

50. Клинцаре /- Рига: Знание, 1983. С. 168.

51. Колышкин, Д. А., Михайлова, К. К. Активные угли. Справочник Текст.

52. Д. А. Колышкин, К. К. Михайлова / Л., 1972. - С.380

53. Кузнецов, А.И. Адсорбенты, их получение, свойства и применение

54. Текст./А.И. Кузнецов/- Л: Наука, 1985.- С.256.

55. Кузубова, Л.И. Токсиканты в пищевых продуктах Текст./ Л.И. Кузубова

56. Новосибирск, 1990. С. 115.

57. Кузьмина, Е.И. Миграция пестицидов из почвы в виноград Текст./ Е.И.

58. Кузьмина//Виноград и вино России. 2000. - №6 — С.14-15.

59. Макеева, А.Н., Воробьева, Т.Н. Токсикологическая оценка фунгицидовбензимидазольной группы, применяемых на виноградниках Текст./ А.Н.Макеева, Т.Н. Воробьева // Научное обеспечение АПК: Сб. мат. IV науч.-практич. конф. Краснодар, 2002. - С. 89-91.

60. Марковский, М.Г. Совершенствование технологии и методов оценкикачества виноградных вин на основе анализа и регулирования их кислотного состава: Автореф. дис. . канд. техн. наук. // М.Г. Марковский. - Краснодар, 2006. - С.25.

61. Мельников, H.H. Пестициды. Химия, технология и применение Текст./

62. H.H. Мельников/ М.: Химия, 1987. - С. 712.

63. Методы определения микроколичеств пестицидов в продуктах питания,кормах и внешней среде Текст. — М., 1992, т. 2.

64. МУК 4.1.1161-02 Измерение массовой концентрации карбендазима ввоздухе рабочей зоны методами газожидкостной и высокоэффективной жидкостной хроматографии.

65. МУК 2856-83. Хроматографическое и хроматоспектрофотометрическоеизмерение концентрации беномила и БМК в воздухе рабочей зоны.

66. Павлюшин, В.А. Антропогенная трансформация агроэкосистем и ее фитосанитарные последствия Текст. / В.А. Павлюшин, С-.Р. Фасулати, H.A. Вилкова, Г.И. Сухорученко, Л.И. Нефедова / СПб. - 2008. - С. 120

67. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) иориентировочно допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве (УТВ. МИНЗДРАВОМ СССР 19.11.1991 N 6229-91). По состоянию на 12 октября 2006 года

68. Рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 61-2003

69. Показатели точности, правильности, прецизионность методик количественного химического анализа. Методы оценки

70. Риберо-Гайон, Ж. Виноделие. Преобразование вина и способы егообработки / Ж. Риберо-Гайон. М.: Пищепромиздат., 1956. - С.584.

71. Риберо-Гайон, Ж. Теория и практика виноделия Т.2. / Ж. Риберо-Гайон,

72. Э. Пейно, П. Риберо-Гайон, и др. М.: [Пищевая пром-сть], - 1979. -С.353.

73. Саришвили, Н.Г., Панасюк, А.Л., Кузьмина, Е.И., Белова, Л.Н.,

74. Персианов, В.И. Трансформация пестицидов в почве виноградников Текст./ Н.Г. Саришвили, А.Л. Панасюк, Е.И. Кузьмина, Л.Н. Белова,

75. B.И. Персианов//Виноград и вино России. 2000. - № 5. - С. 17-20.

76. Сидельковская, Ф.П. Химия М-винилпирролидона и его полимеров

77. Текст./ Сидельковская, Ф.П. / М.: Наука, 1970. - С. 150

78. Системные фунгициды. Под. ред. Мельникова Н.Н. М.: Мир, 1975 —1. C.340.

79. Соболев, Э.М. Технология натуральных и специальных вин Текст./

80. Э.М. Соболев. Майкоп: ГУРИПП «Адыгея»., 2004. - С.398. 5п. Федеральный Закон «О техрегулировании», 12.12.2003 г.

81. Церетели, Б., Стуруа, 3., Угрехелидзе, Ш., Кураташвили, 3.

82. Микробиологическая трансформация этилен-бис-дитиокарбаматных фунгицидных препаратов Текст./ Б. Церетели, 3. Стуруа, Ш. Угрехелидзе, 3. Кураташвили// Виноград и вино России. — 2001. — № 3. -С.47-48.

83. Чалков, Иван, Маленин, Иван. Влияние на някои препарата върхуферментацията, качеството на гроздето и вивото при малкообемнопръскане на лозята против мана и оидиум / Иван Чалков, Иван Маленин // Лозар. и винар. 1996. - Т.44. - № 4. - С.8-12.

84. Чмиль, В. Д. Современные тенденции развития методов анализаостатков пестицидов Текст. / В. Д. Чмиль // Современные проблемы токсикологии. 2004. - №1. - С. 27-36.

85. Aharonson, N. Supercritical fluid extraction and HPLC analysis ofbenzimidazole fungicides in potato, apple, and banana/N. Aharonson, S.J. Lehotay, M.A. Ibrahim//J. Agric. Food Chem. 1994. - V.42. -P.2817-2823.

86. Akbarsha, M.A., Kadalmani, В., Girija, R., Faridha, A., Hamid, K. Shanul.

87. Spermatotoxic effect of carbendazim / M.A. Akbarsha, B. Kadalmani, R. Girija, A. Faridha, K. Shanul Hamid // Indian J. Exp. Biol. 2001. - V. 39. - №9. - P. 921-924.

88. Baker, E.A., Hayes, A.L., Butler, R.C. Physicochemical properties ofagrochemicals: Their effects on foliar penetration/ E.A. Baker, A.L. Hayes, R.C. Butler// Pestic. Sci. 1992. - V.34. - P.167-182.

89. Baude, F.J., Gardiner, J.A., Han, J.C.Y. Characterization of residues on plantsfollowing foliar spray application of benomil / F.J. Baude, J.A. Gardiner, J.C.Y. Han // J. Agric. Food. Chem. 1973. - V.21. - P.1084-1090.

90. Blasco, C., Font, G., Pico, Y. Comparison of microextraction procedures todetermine pesticides in oranges by liquid chromatography-massspectrometry/ C. Blasco, G. Font, Y. Pico //J. Chromatogr. A. 2002. -V.970. — № 1-2.-P.1-3.

91. Bushway, R.J. Determination of carbendazim in blueberries by reversed-phasehigh-perfomance liquid chromatography/R.J. Bushway, H.L. Hurst, J.Kugabalasooriar, L.B. Perkins//Journal of Chromatography. 1991. -V.581. - P.321-324.

92. Cabrac, P., Meloni, M., Pirisi, F.M. The effect of clarifying substances of thecontent of some insecticides and fungicides in white wine / P. Cabrac, M. Meloni, F.M. Pirisi // Am. J. Enol. Vitic. 1983. - V.34. - № 2. -P.15-17.

93. Cabrera, H.A. Evaluation of residual levels of benomyl, methyl parathion,diuron and vamidothion in pineapple pulp and bagasse/H.A. Cabrera, H.C. Menezes, J.V. Oliveira, R.F.S. Batista//! Agric. Food Chem. 2000. -V.48. - P.5750-5753

94. Casneliing, R., Duffy, M. J. Multielement analysis of pesticides using GCsystems Stuipped with multiple selective GC detcctors / R. Casneliing, M. J. Duffy, // Pittsburgh Conf. Anal. Chem. and Appl. Spectrosc. 1999. - V.9. — P.1731.

95. Chiba, M., Northover, J. Efficacy of new benzimidazole fungicides againstsensitive and benomil-resistant Botrytis cinerea / M. Chiba, J. Northover // Phytopathology 1998. - V.78 - P.613 - 618.

96. Chiba, M., Singh, R.P. High performance liquid chromatographic method forsimultaneous determination of benomil and carbendazim in aqueous media/ M. Chiba, R.P. Singh // J. Agric. Food Chem. 1986. - V.34. - P.108-112.

97. Crawford, Lesly, Bown, Alan W., Chibo, Mikio. Systemic movement inherbaceous plants of benomil and its methyl isocyanate homologue/ Lesly Crawford, Alan W. Bown, Mikio Chibo // J. Agr. and Food Chem. 1998. -V. 46. - № 12. - P. 5328-5331.

98. Dhoot, J.S. Determination and confirmation of benomyl and carbendazim inwater using high-perfomance liquid chromatography and diode-array detection/J.S. Dhoot, A.R. Rosario//Journal of Chromatography. 1993. -V.645. - P.178-181.

99. Floii, P., Cesari, A. Pesticide decay modeles in the wine-making process andwine storage/ Flori P., Cesari A.// Ital J. Food Sci. 2000. - V.12. - №3. -P.279-289.

100. Ghauch, A. Degradation of benomil, picloram and dicamba in a conicalapparatus by zero-valent iron powder/ A. Ghauch //Chemosphere. — 2001. — V.43. № 8. - P.1109-1117.

101. Giry, G., Ayele, J., Gauthier, C. Elimination du carbendazime contenu dansdes eaux de conditionnement de fruits par adsorptionsur différents matériaux / G. Giry, J. Ayele, C. Gauthier // Enviromental Technology. 2001. - . -V.22. - P.803-811.

102. Hernandez, P., Ballesteros, Y., Galan, F., Hernandez, L. Determination ofcarbendazim with a graphite modified withsilicone OV-17/ P. Hernandez, Y. Ballesteros, F. Galan, L. Hernandez//Electroanalysis. 1996. - V.8. - № 10.- P.941-946.

103. Indu, J., John, A. P. E. Uptake of benomyl by the cultivated mushroom,

104. Agaricus bisporus./ J. Indu, A. P. E. John // J. Agr. And Food Chem. 1976.- № 2. — P. 431-432.

105. Jose, M. Determination of carbendazim in soil samples by anodic strippingvoltammetry using a carbon fiber ultramicroelectrode/M. Jose, P. Hernandez, O. Nieto, Y. Ballesteros, L. Hernandez//J. Anal. Chem. 2000.- V.367. F.474-478.

106. Kaltsonoudis, C.K. Analysis of carbendazim and thiabendazole in lemons by

107. CE-DAD/C.K. Kaltsonoudis, F.N. Lamari, K.P. Prousalis, N.K. Karamanos, T.Tsegenidis//J. Chromatographia. 2003. - V.57. - P.181-184.

108. Kirkland, J.J. Method for High-Speed Liquid chromatographic Analysis of

109. Benomyl and/or Metabolite Residues in Cow Milk, Urine, Feces, and Tissues / J.J. Kirkland // Journal Agriculture Food Chemistry. 1973. - V. 21.-P.171.

110. Kvalvag, J. A new colorimetric procedure for the determination ofbenomil. / J. Kvalvag //Bull. Environ. Contam. and Toxicol. 1973. -V.10. -№3.- P.137-139

111. Liu, C. Determination of benomyl by high-perfomance liquidchromatography/mass spectrometry/ selected ion monitoring/C. Liu, G.C. Mattern, X. Yu, J.D. Rosen//J. Agrie. Food Chem. 1990. - V.38. - P.167-171.

112. Moller, William J., Kasamatis, Amand N. Fungicide protects grapevines from

113. Eutypa / William J. Moller, Amand N. Kasamatis //. Calif. Agr. 1981. - V. 35.-№ 1-2. - P.8

114. Monika, M., Buszewski, B. HPLC determination of pesticide residue isolatedfrom food matrices / Michel Monika, Buszewski Boguslaw // J. Liq. Chromatogr. and Relat. Technol. 2002. - V.25. - № 13-15. - P.2293-2306.

115. Pawlowski, T.M. Extraction of thiabendazole and carbendazim from foodsusing pressurized hot (subcritical) water for extraction: a feasibility study/T.M. Pawlowski, C.F. Poole//J. Agric. Food Chem. 1998. - V.46. -P. 3124-3132.

116. Sharma, R.C. Vir, D. Efficacy of fungicides XXXVII. Evaluation of somechemicals and antibiotics for the control of post-harvest spoilage of grapes caused by Aspergiius niger/ R.C. Sharma, D. Vir // Indian Phytopathology. -1986.-V.39.-P.587-588.

117. Sogias, I.A., Williams, A.C., Khutoryanskiy, V.V. Why is chitosanmucoadhesive?/ I.A. Sogias, A.C. Williams, V.V. Khutoryanskiy// Biomacromolecules. 2008. - №.9. - P.l837—1842.

118. Tere, M., Calwert, R. Adsorption of several herbicides by montmorillonite,haolinite and illite clays/ M. Tere, R. Calwert // Chemosphere. 1978. -V.7. - № 4. - P.365 - 370.

119. Watkins, David A. Benzimidazole pesticides: analysis and transformation/

120. David A. Watkins // Pestic. Sei. 1976. - V.7. - № 2. P. 184-192.