автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии очистки от эндогенных загрязнителей воды и пищевых продуктов

 ' к • -< .4 е.ч с. л, лч ,ч чЧ ,ч Л.Ч' ГЧЧЛЧЛЧЛЧ;\'

ч \ V с чу. ^»у 'С "у' ч* л' Ч ' í* у. Ч' ' Ч' ЧЧ,' У с у Ч" ч Ч'4 УЧ' у у* Ч ЧЧ1 чу чч* Ч'С чу* ЧЧ

У >-У у V* ч у * у у' ч4-? г ч у 'Чч ci ■ Гч' л' yv у/о^о^ч'Учл:

чЧ' > * ! чу V * •у' с ч V« • Ч' 4* ч Ч' ■'У. у'с ч' 4f V Ч' " у, у ч у чу V•>.' ЧЧ" у*'С ЧЧ

% У У у4 Ч." у Чг у' У/ У ч ч* у Ч' У,' Ч У. У ч* Ч' Ч," 'У f Л. У ' ■ч УГ у' У4' уЧ;. ч ^ уГ ЧЧ; У У / чч; ч ^ #

'у Ч" * \ VI-' vé V с ч; у с ЧЧ" Ч' ■f с чч/ с ч; ■•У ч' УЧ' Ч' Ч' у ч/ ч ' ■/ у ' с ч ' с ч ' е ч ' с ч ' v

учу ' ' V У ч4 у; Ус у* Ч'л! Ч' у,' У" >ч Ч у' Ч/ • у ■ с ч у;; С У/ ч ч* Ci >у;у с. чл^; <

чГУ ЧЧ' Ч/-* 4*w* 'с Ч/ ч ч* V J Ч.; .У Ч; уЧ' у ' с ч_ У Ч'ч ч у ( у ,4¡é чу ч;сччууечч

:Уч ч с ч, А "у ' С ЧЧ' V 'ч ч: 'С ve ч; Ч' ч ч* ЧЧ/ ч\* ч' -, ;Ч - у'С с. ч tí ч* vy 'у; у ЧЧ- v.--На.: права

л. ч, -чЧ" Ч*УЧ* У.Ч Ч' у, ч1 У У ' с У Л, чУ" /Г Ч' у,- Ч" •Ч :у уу , f\чу; у у ; чч

чЧ'1 ч ' с VC У Ч' ч ■'/ Ч' v' Ч'С ЧЧ' чЧ' ч у'С ч 'с ч 'С чч^* уу чч-' чу ЧЧ/ чч

уч,- Ус ' У' у 'У 'У > V * 'У '"i У У.' лУ У' /Г/ '.у- У Ч' У; У У У.'."*1 '^ЧУ'У '

'у' / ' чЧ' ч У'4-1 ч' ' V* у Ч'С Ч' с V Ч'С Ч ' ч^ Ч' -у УЧ/ у Ч.' v» 'С ЧЧ' v-' с ч с ч v' чу Ч 5

/•У; у У; *у ч ГС у, Ч,' >у Ч' V У УЧ ЧЧ' у,' Г%" у у; у уТ чч;

Vv' ' чЧ' у / с У' 'С ЧЧ" Ч-' 'С V Ч' С Ч* ч* у у Ч' у1 «ч* Ч' 'С Ч' С чч* чу ; УС чучч* чч

>V4 yv У' '' г *у у. с, У Ч*"Г У-' У/ '4" • \ч у ' -J г ", У; У! у; с»! у у; у у* у у; у, у. -

ЧЧ' ' Ч''* Ч ' ЧЧ' Ч' У "у' Ч' Ч'-s"' Ч' V Ч" ЧЧ" у. у у уЧ/ Ч' Ч' Ч' 'С чу/ Ч'С чЧ' чч* чч* чч

ЧЧ! 'У ч У у Г у Ч' У; у sV уу; \ Ч,' ч* 'Ч У' ч* У .ЧЛ.Ч'Л/^'Л.Ч^/Гу4»'

УЧ' ' .4* чу у с V V с 44' Ч' с V с Ч'С vy4.' ч V 'У" У ч' Ч' Ч' 'С чЧ/ ч с чч'чч* '.* еу «

\ 'л -"'У 'Уч У.Ч У У у. ч4 1УЧ >! 'ч у, У у. У ч; У ч у Г 's 'у Ч( у.' >!ч

Ч'С 4 V Чу уу 44* \ >?. f i . fi У Ч ^. Ч . Ч , чУ' Ч'С ЧЧ' ЧЧ* ЧЧ' 'иЧч Ч 'С \

С ЧЧ4 ЧЧ* ЧЧ/ ^ Vi' Ч^С Ч

учучу * s _ г; уч; N у;ч ч* Vw' Ч'С Ч'С Ч'С ЧЧ' Ч*С '4

'A ¿y У V У -к i V > J

ЧЧ У Ч У Ч У fiX

'У. УУ. УУ. уу. УУ .'■'У* у>*. у

»У Чу У<»;Ч У У 'i

>y y y V»' чу ye УУ. УУ, Г' ' 'i.4* i? ¿"¿Чу y » »4 * y С чу У'У. чу Ч; V* 4 ' % У^УчУ ^У гУ^^УУ*4 ' ' чу.'Уv' ' *** .У-* X*1' У4-*

4"». ^ЧГЧЧ.'У СЧЧ'4 44 ,4 r','\

Ч^УУУУУУгУУНйколае^

Ч'чУ .У '.У, УУ *y ' / чч ' '-'УЧУ*" ч с Уу / *yy чу- > 4* 4'eУУ. УУ.У1***

Ч .* *./ V /ЧС»',4 У ЧЧ' ЧЧ' J' С 44' % ,.' Ч-Ч' VC ЧС 44/ 44 ' Чу 44* 44* VC4* С 4 С 44* Ч'С 44*44* 44* 4

сУ чГч У! ч y* f'i * ■y Учу / y y; '**,*'I С\ч У ч С\ч' y i1 ",* У y; */>У У*l УУ УчУч' 'Уч'Уч л!'«" Уу.*У ч У!чУ!ч уГч лТчУ ч у ^ чу ;чеуууучу/у;уууууучуч>4ууу 44'уч* чу/ '^У ."'У .Vjy .УчУУ.У чУ^*У**'.У4' *-4*'.v-»'V^'v'^

;/<>;.:>:.?:еАЗРАБОТКАТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ

á к. »у. 1

»'Z', Л.'сЛ.'*» '¡^/V^.'Í Л/-''^/л >v.'x

' »^ч* *"j> ' 'w' V^í* V\' ^ ' ¿ V.f- '>4' «-* ^'ч' v<* ^ vJ»

^V'A' ''i"-*? **"*"*. у*"** ^ v" j y . * j*-* ,wv'„v* '' y*' **

> 4У %*r'i4**''*r'í e'í'\ ''I?'*'; I*' '(

' 4 /У*'' ~~ У V'v* '^v ' X» V* ] «V Vf '*> ' ^i»'>.* V*

' /ч' • * ' ' «*- * Vi.' J 4 v<4' V*'./ V>'w'-^'ч.'

* ■*t.K' "•*' ' ''/ »' 'ж' v? V VC V;/ v>

l'Xl'XSio:^

''rУ' У "'У 'У'- у'v'УУ-*j ' V'.' уЧ" V»' уУ я~ >Ч'.УУ V

У*. ^У.4.*"У.."^"^.*.*•*У', - »у *'»уу^y<^y^;4y'>V4V:yv4V4 J«,'y*^ч_чу*чv

■> - ^ .-* » J у . é v У <» л» У Л .'У ^

;чч;у.. »^чу уу>у-."у Ч"'»^'У У У У чУ^^Т^У

v у Ч' У 'у Ч"* ЧЧ' *УЧ' ^ >4" Ч-»Ч' у ЧЧ' 'у'*.-*1 у ч/ у с Ч'

' ^Ч* 'уЧ" "•'У * " чу ЧЧУ^'У^1 уЧ* ЧЧ' Чуv / v' V -ь* vy vy'

у У'¿У'i у

а у v v' v v *> v vy ч' 'у ч" '.«ч' Vi' *>ч' чч* чу V

: :: АВТОРЕФЕРАТ:': ' Ъ С4:'::'":':

у4 Д Г/ . V * У Ч "у- . ч г у. Ус.

Ч* чч* у Ч" Ч'С ч* / Ч'./ ч Ч' 'J

ч; у ч; у1 чу у ч; Ч У! Ч' у- Ч' у;'

Ч' ** с V у чу ■У У. чу у 'С

у; у:ч ч Ч; -ЧЧ; у у ч ,ч >; у;

Ч' чЧ* V У * ^ ч ' с ч Ч/ ч Ч'

У 4' * У. у; yi Ч г' '•%' у' Уу.' ;ч у.-!

Ч' V Чд; ЧЧ,' ЧЧ/ ч V 'С '

.4 Ч »Г' у /ЧЧ У .У /Ч' у •У'

чу ч '•С Ч ч' ЧЧ* ">4/ ч 'С ч с

>.ч у У ■'.'-у' "4 ч; уу у у.' у у г

Ч' ЧЧ' ч; с Ч'-С ЧЧ" Г-'У! Ч" Ч' 'С'

у; чЧ;' у лУ* Ts уГ У. ГС Ч' Ч1 чу

Ч' с 'С '«Ч' чч* ч :с ч:

у; Ч уГ Ч' у ч у у чч* Ч" ч* ч;'

' с ЧЧ" V с чу* ч: Ч' :с'

ч; 4*4 у^ У Чл" ч у чч

ЧЧ' ч' v' ч с Ч'С чЧ* у; у Ч' 'С '

ч: Уч у yi ГчЧ' ЧЧ! Г %Ч у; У'

чЧ' ' Ч' .С чч* Ч'С ЧЧ' ч 'С Ч' Ч' '

'ч у #•;.' ч ' 4V" у; ул" У.

с у С ' ч; ч* VC У ч4 ЧЧ' Ч' 'С у С'

ч; 'У»; ' ч с уч; '.'чч* у.; у; ч

'С V • * ' Ч' ч' чЧ/ у ' с ч* ч* ч Ч' ч

ч; У*.' у] ч; Ч Ч 'Г у у У-' ч; у' у;

У* ЧЧ' ч; с ЧЧ1 ч'с v»*c ч' ч* Ч' Ч'

' Ч ^ S. Í V _ У » V *4V У v

ччл.^>У>У>У> *'-"'ч'Л.ч!**'' у у j/-*y ЧГчЧУУУччУ'^-'.У'У ч чУ" чУ' .'Ч'"! * ч

".'.;/\ЧУУ y41-, '.'У .',"УУ*УЧ1'У< 4 чу^ уч,* 4^*4^4 У. ^Тч^.ч'^.

- Ч' • ' у у у ч v' y у уу> уч^уу v>4" уу уу >уЧ* уу учу ууууу

; Ч* у у ч' -1 уЧ * *у г ' ' -у

Чу/ -.yyyyv у v* У V^'.'Ч^..* *у * Ч ' v" Ч^ч* Vv ЧЧ'чу Ч ч/ у ч«^' 'У'уу'чч^чу'у^'чу/'учу .'."УУ Ч^'Л.^^УУГЧ У*Ч у.'^чч^у

у* уу >уЧ;у-.' чу чу чу yjv* чч^ ' у^* ч1 с чу чу чч* чу* чч* чч' чу ve '

у.'учч'чч* у'4 -*у -/ "у4 е y* v' уу/ yyv yi\yi чч'»е уу чч* у«..* чу уу v».' чу ч"у [ уч * чч^ у.^ ¡у ч i » * ч .у у ^ ч ^ у уЧ; у. ч 'у.4, ч' 1*4,'ч . Ч Л У. Ч *4, Ч* У*

у Ч* 'у'..' УУ "ул-' уу * * чу ЧЧ* У Ч' чуЧ/уЧу Ч'ъ.* ЧЧ'ЧЧ"* ЧЧ* ЧЧ* ЧЧУ Vv' чч* ч*

У J уч'чучучч^чуч у^у^ЧЧ^^Ч ^у^'д/'л

'У чч/ ч^чч * уЧ' у у чу у у чу чу чч/ч'ч/ ^y.^yw уучууу.' чучучу Ч' ■. чУ. Ч уч; у У / ч* ' * ^/чч^ч^ у^уу ! '^У * *. ч ч. ччх- у 4 чУ У, ч 1

У* чу V-/ ЧЧ" Чу Ve V'/ 44'ЧЧ* У'-/ Чу/ ЧЧ* У*/ 44* 44*44" 44" VC ЧУ 4'С V'

с чу чучусчу*чу.чу-чу чу г»ч* чч* ч!с чч^чч

*

У <

/ W

Работа выполнена на кафедре технологии бродильных производств Кемеровского технологического института пищевой промышленности и е Испытательном центре государственного центра агрохимслужбь "Кемеровский"

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Хорунжина С. И. кандидат технических наук, доцент Помозова В. А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Краснова Т. А. кандидат технических наук Уманский М. С.

Ведущая организация - Кемеровская Государственная

медицинская Академия

Защита диссертации состоится " ЛО " мая 1998 г. в Ю часов не

заседании диссертационного совета Д 064.67.01 в Кемеровскол

технологическом институте пищевой промышленности по адресу: 650060 г.Кемерово, бульвар Строителей, 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кемеровской технологического института пищевой промышленности.

Автореферат разослан "/У" апреля 1998г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета /?

кандидат технических наук ^ФШИ^-у Потипаева H.H.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема обеспечения человека полноценными и безопасными продуктами питания является важнейшей в ряду других экологических проблем. В связи с все возрастающей степенью загрязнения окружающей среды в готовую продукцию с сырьем, а также в процессе различных технологических обработок, могут поступать вещества, вредные для здоровья людей.

Наибольшую опасность для здоровья человека представляют поступающие из окружающей среды контаминанты пищевых продуктов, как естественного, так и антропогенного происхождения. К ним относятся токсические метаболиты микроскопических грибов (микотоксины), образующиеся из-за несоблюдения санитарных требований к технологии получения и хранения продуктов. Наиболее часто встречаются и контролируются афлатоксин В1 и патулин.

Почти во всех пищевых продуктах присутствуют остатки тех или иных сельскохозяйственных ядохимикатов. Уровень загрязнения ими пищевых продуктов зависит от количества применяемых химических веществ и от нарушений в технологии их внесения при выращивании плодов, овощей и зерновых культур.

По группам пестицидов наибольшее количество приходится на препараты ГХЦГ и фосфорорганические соединения. Областными аккредитованными лабораториями (Госветнадзора, Санэпидемстанции, Центра Агрохимслужбы) обнаружены сезонные появления в молоке у - ГХЦГ. Попадающие в животное и растительное сырье пестициды при его переработке, как правило, не подвергаются значительным изменениям как по составу, так и по количеству.

Анализ данных по загрязнению наиболее употребляемых пищевых продуктов вредными для здоровья людей компонентами показал, что уровень содержания их постоянно повышается. Молоко, молочные продукты, алкогольные и безалкогольные напитки являются объектами, в которые с наибольшей вероятностью могут попадать пестициды и микотоксины. Вместе с тем, методы, предотвращающие или исключающие попадание в продукты питания таких токсичных соединений, как пестициды и микотоксины, достаточно ограничены. В связи с этим разработка способов удаления из сырья пестицидов и микоток-синов является важной гигиенической задачей.

Регулирование количественного и качественного состава пестицидов в почве известно достаточно давно. Последние работы указывают на перспективность использования природных цеолитов, как в естественном виде, так и содержащих пестициды в качестве добавок в почву при выращивании различных сельскохозяйственных культур. Поэтому представлялось целесообразным использовать природные цеолиты для извлечения из воды, как сырья для получения пищевых продуктов, и других жидких пищевых сред пестицидов и ми-котоксинов. Теоретические и практические основы применения природных це-

олитов для водоподготовки, а также в технологии производства алкогольных и безалкогольных напитков разработаны д.т.н. профессором Хорунжиной С.И.

Цель и задачи исследования. Целью данной диссертационной работы являлась разработка технологии применения природных цеолитов для извлечения пестицидов и микотоксинов в производства молока и напитков.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

- изучить свойства пегасина и разработать способы его модификации;

- произвести оценку ионообменных и адсорбционных свойств разработанных модификаций пегасина по отношению к компонентам воды, молока и полупродуктов пивоваренного производства;

- исследовать условия извлечения линдана из воды, сусла, молока с применением природного и модифицированных форм пегасина;

- изучить возможности сорбции микотоксинов из пищевых жидкостей с использованием природного и модифицированных форм пегасина;

- разработать способы регенерации отработанных цеолитов;

- разработать технологические инструкции по извлечению пестицидов и микотоксинов из воды с применением природных цеолитов;

- провести производственные испытания разработанных технологий.

Работа проводилась в рамках выполнения НИР по научно - техническим программам: "Социально - экономические проблемы научно - технического прогресса Кузбасса" (1990 - 1995 г.); "Разработка новых, совершенствование существующих технологических процессов пищевых, химических и других ведущих отраслей промышленности" (1990 - 1995 г.); в рамках хоз. темы "Разработать способы обеспечения гигиенической безопасности алкогольных и безалкогольных напитков применением природных цеолитов России" (1995-1997 г.).

Научная новизна. Сформулированы теоретические предпосылки для сорбции пестицидов и микотоксинов природными цеолитами. Впервые рассмотрены механизмы сорбции пестицидов природными цеолитами из жидких пищевых сред, таких как молоко, вода и напитки. Разработана технология извлечения пестицида линдана из воды, молока и полуфабрикатов напитков природным цеолитом Пегасского месторождения Кемеровской области - пега-сином.

Изучены свойства пегасина и предложены способы его модификации, позволяющие существенно увеличить ионообменную емкость минерала по отношению к ионам жесткости, отрицательно влияющим на качество восстановленного молока, напитков, а также сорбционную способность пегасина по отношению к органическим молекулам пестицидов и микотоксинов. Установлены закономерности и условия извлечения пегасином и его модифицированными формами линдана из воды, молока и пивного сусла.

Впервые показана возможность сорбции пегасином микотоксинов на примере афлатоксмна Вь Предложен механизм извлечения цеолитами афлаток-

сина В1 из пищевых жидких сред. Исследованы закономерности взаимодействия афлатоксина с пегасином в зависимости от модификации минерала, размера фракций, способа обработки.

Изучены направления регенерации отработанных в процессах сорбции пестицидов и микотоксинов цеолитов. Установлены способы регенерации, позволяющие проводить одновременную модификацию пегасина.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Закономерности, выявленные в процессе исследования, реализованы в виде рациональных схем и режимов для технологии подготовки воды в производстве по получению восстановленного молока, алкогольных и безалкогольных напитков, позволяющие получить качественные продукты, безопасные для здоровья. Технология использования пегасина для извлечения пестицидов и микотоксинов, может быть реализована на существующем в отраслях оборудовании в традиционной схеме водоподготовки и водоочистки, взамен других типов сорбентов.

Основная практическая значимость работы заключается в выполнении важнейшей социальной задачи обеспечения населения безопасными высококачественными пищевыми продуктами, не содержащими вредных и канцерогенных загрязнителей типа пестицидов и микотоксинов, часто попадающих в растительное сырье при современной технологии его выращивания или в процессах переработки.

Разработанная технология позволяет получить также экономический эффект, заключающийся в замене дорогостоящих сорбентоз достаточно дешевыми и доступными природными цеолитами, возможности полного использования молока для переработки в отличие от его утилизации при содержании в нем пестицидов и микотоксинов, а также повышенной стойкости напитков, полученных ка обработанной цеолитами воде. Ориентировочно экономический эффект составил: при приготовления напитков, полученных на обработанной цеолитами воде 90000 руб. в год, при замене искусственного ионита цеолитами 38 640 рублей в год.

Разработана технологическая схема применения природного цеолита для сорбции пестицидов и микотоксинов из воды. Схема внедрена с 31.01.96 г. в стадии водоподготовки АООТ "Новокемеровский пивобезалкогольный завод". Разработана технологическая инструкция по подготовке технологической воды в производстве безалкогольных напитков и водки с использованием природного цеолита пегасина на АООТ "Новокемеровский пивобезалкогольный завод".

Апробация работы. Результаты исследований, представленных в диссертации доложены и обсуждены на Российской научно-практической конференции "Образование в условиях реформ: опыт, проблемы, научные исследования" (Кемерово, 1997}, V Международном симпозиуме "Экология человека: пищевые технологии и продукты на пороге XXI века" (Пятигорск, 1997), Международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и обо-

рудование для пищевой промышленности" (Воронеж, 1997), Международной научно-технической конференции "Техника и технология пищевых производств" (Могилев, 1998).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в семи научных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на /ЛВ страницах машинописного текста, включающих 13 таблиц, 15 рисунков, она состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, содержащего источников и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы и сформулированы цель и задачи исследования.

В обзоре литературы проанализированы и обобщены литературные данные о составе и свойствах эндогенных веществ, которые могут попасть в различные пищевые продукты, в особенности воду, молоко, алкогольные и безалкогольные напитки. Особое внимание уделено путям загрязнения пище-еых продуктов тяжелыми металлами, нитратами и нитритами, нитрозаминами и полициклическими ароматическими углеводородами. Подробно охарактеризованы виды и свойства пестицидов, факторы, определяющие загрязнение ими продуктов растительного и животного происхождения, рассмотрено влияние технологической переработки молока на уровень содержания пестицидов, а также изменение их количества при переработке продуктов растительного происхождения. Представлена характеристика микотоксинов, возможности изменения их в процессе технологической переработки продуктов растительного и животного происхождения, влияние на здоровье людей. Показано, что в настоящее время технологические схемы переработки молока и получения напитков не имеют способов извлечения пестицидов и микотоксинов. В качестве сорбентов этих загрязнителей из жидких пищевых сред предложены природные цеолиты. Охарактеризованы структура и свойства цеолитов, пути их применения в промышленности и народном хозяйстве.

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Общая схема проведения эксперимента приведена на рисунке 1.

На первом этапе произведен подбор видов сырья, полупродуктов и готовых продуктов пищевых производств с целью выявления наиболее рационального объекта для извлечения токсичных компонентов.

Вода

кхЛ Ч 4 ч 4 4

Сы^ьр полупродукты пищевых ПГ)Гизвод

Пивное сусло

Определение общей жесткости, щелочности

Оценка гигиенической безопасности

Концентрация

Продолжительность

Температура

Модуль обработки

Величина частиц

Оценка эффективности модификации

Цветность, кислотность, содержание аминного азота, сухих веществ

Кислотность, жир, массовая доля сухих веществ

П; , е

ПДК

Содержание в сырье . и пищевых продуктах Состав и свойства

Модифицирующий реагент

Модификация цеолитов

_Состав и свойства

Механизм взаимодействия

Температура

Продолжительность

Концентрация

Модуль обработки

Метод обработки ■

Величина частиц

Технология ескау стадия в , производстве пива и молока

Многократность использования.

Регенерация цеолитов

Утилизация

: Способ модификации -

Регенерирующий -у" раствор ;

Температура ;

Продолжительность

Способ регенерации

Рис. 1. Схема проведения эксперимента

В качестве таких объектов были выбраны: вода - как основное сырье, применяемое в производстве восстановленного молока, безалкогольных и алкогольных напитков, молоко - как исходное сырье для производства разнообразных молочных продуктов и самостоятельный ценный продукт питания, пивное сусло - как промежуточный продукт производства пива. На этом этапе оценены основные органолептические и физико - химические показатели качества этих объектов, а также произведена оценка их гигиенической безопасности. Выбраны наиболее часто попадающие в пищевые продукты пестициды и микотоксины, а именно у - ГХЦГ (линдан) и афлатоксин Bi.

В качестве сорбента токсичных соединений выбран природный цеолит одного из наиболее крупных месторождений России - пегасин. Произведена оценка его состава и свойств.

На втором этапе экспериментально разработаны технологии модификации природных цеолитов. Эффективность модификации оценивали по их способности взаимодействовать с ионами жесткости и щелочности воды, у - ГХЦГ и афлатоксином Вь Режим модификации позволил подобрать основные способы регенерации исходных цеолитов и их модифицированных форм.

На третьем этапе эксперимента разработана технология применения природных и модифицированных форм пегасина для извлечения из воды, пивного сусла и молока афлатоксина Bi и у - ГХЦГ. Предложен механизм взаимодействия пегасина и этих токсичных компонентов.

На последнем этапе проведена апробация технологии в лабораторных и производственных условиях. Экспериментальные данные обрабатывались методом математической статистики с использованием стандартного пакета "Eureka" на персональном компьютере IBM Pentium -133.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

Разработка способов модификации пегасина.

Природный цеолит пегасин в составе своего обменного комплекса содержит преимущественно Са2+ и Mg2* (соответственно 0,58 и 0,114 моль/г воздушно - сухого вещества). Содержание активного к ионному обмену иона натрия составляет всего 0,03 моль/г сухого вещества. Поэтому пегасин в натив-ном виде не пригоден для умягчения воды.

Нами получены натриевая, алюминиевая, водородная формы пегасина по спедующим режимам.

Для модифицирования щелочью пегасин помещали в 0,1 моль/дм3 раствор NaOH при гидромодуле 1:10, температуре 20 °С и выдерживали 1 час.

Модифицирование пегасина поваренной солью проводили в растворе NaC! 0,5 М/дм3 4 часа при температуре 20 °С, 6 - 8 раз.

Лпя попучйния пегасина. модифицированного алюминием, его предва-

рительно модифицировали поваренной солью для получения натриевой формы, а затем помещали в раствор АУБО^з с концентрацией 0,5 моль/дм3 при температуре 20 °С на 4 часа, 4-6 раз.

Модификацию пегасина соляной кислотой осуществляли обработкой пе-гасина 0,1 моль/дм3 НС) в соотношении 1:10, в течение 4 часов при периодическом перемешивании.

Оценка свойств модифицированных форм пегасина.

Для оценки технологических свойств модифицированных форм пегасина проведено исследование степени извлечения ими ионов кальция и щелочности из модельных растворов.

Факторами, влияющими на процесс извлечения ионов кальция и щелочности, служили величина частиц цеолита, условно названная фракцией пегасина, и удельный расход модельного раствора при фильтровании воды через колонку, заполненную модифицированными формами пегасина.

Результаты показали, что наиболее эффективно извлекает из воды ионы кальция мелкая фракция пегасина при более низких скоростях фильтрования. Для работы с исходной и модифицированной формами пегасина выбраны размер фракции минерала 1 мм и удельный расход воды 3 см3/мин. Эти факторы обеспечивают наиболее благоприятные условия для процесса сорбции модифицированным пегасином исследуемых компонентов из растворов (таблица 1).

Таблица 1

Влияние модификации пегасина на остаточное содержание _солей жесткости в воде._

Модификация пегасина Остаточное содержание солей жесткости, мг-экв/дм3 % извлечения

NaOH 0,69 ± 0,041 41 ± 4,1

NaCI 0,45 ± 0,031 55 ± 3,1

AI2(S04)3 0,20 ± 0,010 80 ± 1,0

HCI 0,72 ± 0,050 28 + 5,0

Сорбционная способность по ионам кальция для модификации пегасина ЫаОН увеличивается по сравнению с исходной (22 %) почти в 2 раза, для модификации №С1 - в 2,5 раза, для АЬ^О^з почти в 4 раза. Таким образом, результаты модификации минерала в реакциях ионного обмена наиболее выразительны в варианте обработки пегасина сернокислым алюминием.

Емкости обмена модификаций пегасина по ионам кальция составляют для пегасина модифицированного ЫаОН 403,8 мг-экв/г; №С1 461,5 мг-экв/г, А12(304)з480,8 мг-экв/г.

Способность модификации NaCI и NaOH извлекать ионы щелочности незначительна. Обменный комплекс пегасина в модифицированных формах становится более однородным. В минерале увеличивается содержание основной фракции на 9 - 15 %, термостабильность, улучшаются кинетические параметры ионного обмена и других сорбционных процессов.

Разработка технологии извлечения линдана из жидких пищевых сред

Исследования проведены методом фильтрования растворов линдана через колонку с пегасином. Способность минерала поглощать из жидкости различные компоненты значительно зависит от гранулометрических характеристик используемого цеолита. Наиболее эффективной к сорбции пестицидов фракцией пегасина является 0,3 -1 мм. Разработанные модификации пегасина эффективнее извлекают из воды линдан, чем исходный цеолит (рисунок 2). Как для крупной так и для мелкой фракции пегасина наибольшей адсорбционной способностью к линдану характеризуется модификация минерала А1г (S04)3 и NaOH (степень сорбции составляет соответственно 84 % и 80 %). Гораздо в меньшей степени извлекает у - ГХЦГ из воды пегасин, обработанный NaCI - 58 %, и меньше всего кислотная модификация пегасина - 42 %, которая по этому показателю близка к исходному минералу.

Размер фракций, мм

Рис. 2. Влияние способа модификации пегасина на степень извлечения у-ГХЦГ из воды Дальнейшие исследования выполнены для пегасина модифицированного №ОН. Эффективность работы этой модификации пегасина в циклах сорбции линдана и регенерации отработанного минерала представлены на рисунке 3.

Максимально возможное количество линдана, которое может быть извлечено натриевой формой пегасина, составляет 1,8 мкг/г, после регенерации

Л 7 »игр/г

Рис. 3. Изменение сорбционной емкости пегасина по линдану в циклах сорбции - регенерации

Математическая обработка данных позволила спрогнозировать, что исследуемая модификация пегасина может быть использована с достаточной эффективностью в пяти циклах сорбции регенерации линдана из воды.

Регенерацию цеолита проводили модифицирующим агентом NaOH 0,1 моль/дм3, при гидромодуле 1:10 и температуре 20 °С методом фильтрования. Регенерированный цеолит достаточно эффективно, как и до регенерации, извлекает из воды у - ГХЦГ. На протяжении почти половины фильтрационного цикла степень сорбции линдана составляет 100 %, затем количество сорбированного из воды пестицида уменьшается на 30 %, потом на 45 % и в целом фильтроцикл завершается раньше по сравнению с исходным.

Проведена сравнительная оценка эффективности методов регенерации пегасина и его модификаций. Предварительно цеолит насыщали у - ГХЦГ в условиях настаивания, а затем регенерировали растворами: NaOH 0,1 моль/дм3, HCl - 0,1 моль/дм3, NaCI - 0,5 моль/дм3 и горячей водой при температуре 85 -90 °С.

Анализ регенерационных растворов на содержание линдана показал высокую эффективность регенерации цеолитов всеми выбранными реагентами. Во всех вариантах с относительно небольшими различиями степень десорбции приближалась к 100 %.

При сравнении эффективности извлечения из молока линдана разработанными модификациями пегасина отмечено, что как и при обработке воды, максимальной эффективностью отличаются алюминиевая и щелочная форма минерала (рисунок 4). Дальнейшие исследования были проведены только для пегасина, модифицированного щелочью.

Молоко является достаточно сложным по составу объектом для взаимодействия с адсорбентами. Поэтому для молока наряду с выяснением эффективности сорбции цеолитами у - ГХЦГ оценивали изменение основных харак-

терйых для качества молока физико - химических показателей - кислотности, массовой доли обезжиренных сухих веществ, содержания жира, как при обработке молока при настаивании, так и при фильтровании.

Вид модификации

Рис. 4. Эффективность сорбции линдана из молока различными формами пегасина

При использовании для обработки цеолитами метода фильтрования в молоке уже с первых периодов пропускания происходило значительное снижение жира на 21 %, а в условиях настаивания потеря жира молоком была в два раза меньше. Другие физико - химические показатели изменились не значительно.

Таким образом, использование для извлечения пестицида из молока пегасина модифицированного щелочью, методом настаивания в отличие от фильтрования позволяет полностью сорбировать у - ГХЦГ с меньшей потерей жира и сохранить важные для качества молока показатели.

Вместе с тем известно, что молоко, загрязненное пестицидами, не подлежит переработке, а уничтожается. Поэтому альтернативой потери жира при обработке молока, содержащего пестициды, природными цеолитами является сохранение продукта, как сырья для переработки, с пониженным содержанием жира, пригодным для получения нежирных видов питьевого молока, диетических кисломолочных продуктов, нежирного творога, творожных изделий, напитков и прочих продуктов. Это приводит к получению значительного экономического эффекта, связанного с сохранением продукта и обеспечением его гигиенических показателей безопасности для здоровья людей.

При сорбции линдана из пивного сусла пегасином, модифицированным щелочью, установлено, что по мере пропускания новых объемов сусла происходит равномерное уменьшение степени сорбции линдана до полного насыщения им минерала. В конечном итоге содержание пестицида на цеолите со-

ставляет 1,5 мкг/г, что на 17 % меньше, чем при сорбции у - ГХЦГ из воды.

При удалении из пивного сусла пестицидов цеолитами очень важно проследить степень сохранения основных физико - химических показателей, которые определяют соответствие пива стандарту. Применение алюминиевой формы пегасина в наиболее значительной степени влияет на физико - химические показатели пивного сусла, при этом происходит снижение содержания сухих веществ, аминного азота, цветности. Использование для обработки сусла модификаций пегасина щелочью, поваренной солью исследованные физико -химические показатели сохраняются в пивном сусле наиболее полно.

Проведенные исследования позволяют рекомендовать применение модифицированных форм пегасина для детоксикации воды, молока, пивного сусла от пестицидов. Приготовленная таким способом вода может быть использована для приготовления восстановленного молока и алкогольных и безалкогольных напитков.

Исследование возможности очистки пищевых жидких сред от афлатоксина Вь

Обработку минерала афлатоксином Вь проводили так же как и для лин-дана в условиях фильтрования. Из двух исследованных фракций пегасина более активно, как и следовало ожидать, в виду большей общей площади поверхности, сорбирует афлатоксин Вь более мелкая по размеру фракция, равная 1 мм, при более низких скоростях фильтрования (рисунок 5). При прочих равных условиях постановки эксперимента для афлатоксина В1 и пестицида следует отметить, что пегасин в два раза более эффективно извлекает из воды афлатоксин Вь чем у - ГХЦГ.

1,5 мм 0 мч

Размер фракций, мм

Рис. 5. Влияние способа модификации пегасина на степень извлечения афлатоксина В1 из воды Использование для модификации пегасина щелочью и сернокислым алюминием позволяют практически полностью извлечь токсин из воды, водо-

родная форма пегасина занимает в этом плане среднее положение, сравнимое с данными по исходному пегасину. Достаточно близко к ним по степени сорбции афлатоксина В( из воды приближается натриевая форма пегасина.

Таким образом, модификации пегасина ОДБОдЬ и №ОН наиболее эффективно из разработанных форм поглощают как афлатоксин В,, так и у - ГХЦГ из воды.

Исследован характер насыщения пегасина модифицированного №ОН, афлатоксином В), возможность регенерации отработанного минерала, а также повторного его использования для сорбции афлатоксина (рисунок 6).

100

80

к 60

X

ф 40

■у

а>

с

т 20

о

0

о4

-20

-40

1 § 1 !\§ §\|

-ЦТ после регенерации

-ЦТ до регенерации

Объем пропускания, см"

Рис. 6. Изменение сорбционной емкости натриевой формы пегасина по

афлатоксину В1 в циклах сорбции - регенерации Емкость натриевой формы пегасина по афлатоксину В1 составляла 1,7 мкг/г. Отработанный цеолит регенерировали щелочью концентрации 0,1 моль/дм3 путем фильтрования, и вновь использовали для обработки водного раствора афлатоксина Вь

После регенерации минерал менее эффективно сорбирует афлатоксин, . чем исходный модифицированный пегасин. Продолжительность, в течение которой цеолит полностью освобождает воду от афлатоксина В), в 2,5 раза больше до регенерации, чем после нее. Если в экспериментах с линданом емкость цеолита до и после регенерации была приблизительно равной, то в случае сорбции афлатоксина В1 она уменьшается на 24 %, в результате после регенерации она равна 1,3 мкг/г.

Результаты анализа различных методов регенерации отработанных после сорбции цеолитов показали, что все используемые модифицирующие агенты позволяют практически полностью разрушить связь афлатоксина В1 с минералом и одновременно провести дополнительную его модификацию.

Возможность извлечения афлатоксина В, природными цеолитами была проверена на выбранных продуктах молочной промышленности и пивоварения - молоке и пивном сусле. Афлатоксины достаточно эффективно извлекаются

из молока натриевой формой пегасина. При этом его жирность падает на 21 %. Как уже указывалось, это молоко может быть использовано для получения молочных продуктов.

Степень сорбции афлатоксина В* цеолитом из пивного сусла на первых этапах эксперимента носит характер, аналогичный для экспериментов на воде. Однако, для последующих порций пивного сусла, в отличие от водных растворов не наблюдается резких ухудшений сорбциокной способности цеолита по афлатоксину В1.

Сравнительный анализ результатов экспериментов по сорбции афлатоксина В1 и линдана пегасином и его модифицированными формами позволил заключить, что:

- эффективность сорбции пегасином афлатоксина В, в два раза выше чем у - ГХЦГ;

- влияние величины частиц цеолита на его сорбционную способность к афлатоксину В1 в исследуемом диапазоне фракция не столь существенно, как для аналогичного процесса с линданом;

- для обработки молока в небольших объемах, также как и для линдана, рекомендуется обрабатывать молоко цеолитами иетодом настаивания при постоянном перемешивании. Для больших объемов этого продукта метод может быть использован для обработки воды с целью получения восстановленного молока.

Разработка промышленного способа водоподготовки на предприятиях пищевой прои/ышленности

Разработанный способ модификации пегасина поваренной солью и технологии детоксикации воды модифицированной фзрмой пегасина от линдана и афлатоксина был использован для получения восстановленного молока и безалкогольных напитков.

Установка водоподготовки для того и другого варианта включала в себя (рисунок 7) типовые катионитовые фильтры: ХВ -122, ХВ • 040 -16, В - 7086/Б, К - 185883, запопненные модифицированным пегасином 1, №-катионитовый фильтр 2, пробоотборники 3, воздушники 4, солерастворитедь 7.

Объем цеолита дополняют 2 - 3 раза в год в количеств» 5-10 %, полная замена цеолита рекомендуется через 1-2 года. После пропускания через цеолит 5 - 7 тыс. дал воды в зимний и 12 -16 тыс. дал в весенне - 1етний периоды его регенерируют путем выдержки в 5 %-ном растворе повар^ной соли. После регенерации фильтр промывают водой до полного исчезновыия соленого вкуса.

На подготовленной воде получали восстановленное молоко. Дл> сравнения было приготовлено восстановленное молоко на воде, загрязненной линданом (контроль) и молоко, прошедшее очистку на установке водоподготовки (опыт). Данные по качеству молока представлены в таблице 2. Предусмотри-

ные ТИ 49 - 2 - 9 - 80 показатели, в обоих случаях находились на уровне требуемых, однако по содержанию линдана молоко восстановленное на неочищенной воде было непригодно для употребления и переработки.

Таблица 2

Оценка основных показателей восстановленного молока_

Вид молока Показатели и нормы

Массовая доля жира, % Кислотность 0 Т, не более Содержание у - ГХЦГ, мг/дм3

контроль опыт контроль опыт контроль опыт

Пастеризованное 2,5 % жирности 2,5 2,5 21 21 0,07 0

Пастеризованное 3,2 % жирности 3,2 3,2 21 21 0,07 0

Пастеризованное 3,5 % жирности 3,5 3,5 20 20 0,07 0

На АООТ «Новокемеровский пивобезалкогольный завод» проведено внедрение способа подготовки воды для производства пива и безалкогольных напитков с применением пегасина, модифицированного хлористым натрием в соответствии со схемой на рисунке 7. В ходе эксплуатации технологии водо-подготовки с 31.01.96 г. происходила очистка воды от хлора, аммиака, железа, свинца, кадмия, фенола и .других компонентов.

В ходе длительного использования модифицированного пегасина его обменная емкость постепенно истощилась. Через год была проведена регенерация цеолита. Анализ качества воды показал, что в процессе эксплуатации регенерированного минерала происходит улучшение физико - химических и ор-ганолептических показателей воды. На основании результатов испытаний разработана 'Технологическая инструкция по подготовке технологической воды в производстве безалкогольных напитков и водки с использованием природного цеолита пегасина на АООТ "Новокемеровский пивобезалкогольный завод".

Настоящая технологическая инструкция распространяется на производство безалкогольных напитков и водки Новокемеровского пивобезалкогольного завода, включающая стадию водоподготовки с использованием в качестве фильтрующего материала природных цеолитов, и является дополнением к "Технологическим инструкциям по производству безалкогольных напитков и кваса" (ТИ 10-04-06-144-87) и "Производственному технологическому регламенту на производство водок и ликероводочных изделий" (ТР 10-04-03-09-88).

Установка водоподготовки (рисунок 7) эффективно работает до настоящего времени в течение двух лет без замены цеолита. Отработанные при во-доподготовке минералы, не подлежащие регенерации, могут быть использованы в растениеводстве для разрыхления почвы, как пролонгаторы пестицидов,

а ташке va\e иэпппимтапм пачпииииу типтшшпыиыу мятрпмапгт

1. Цеолитовый фильтр

2. Ыа-катионовый фильтр

3. Пробоотборники

4. Воздушники

5. Слив в канализацию

6. Люки для загрузки и выгрузки

7. Солерастворитель *

Условные обозначения: 30_30_-

солевой раствор

Хпо у^лапиыку

обратного осмоса

Рис. 7. Схема установки для водоподготовки

По результатам испытаний был произведен ориентационный расчет экономической эффективности от использования водоподготовки на основе пега-сина для производства безалкогольных напитков. Годовой экономический эффект составил 90 тыс руб.

ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ наиболее опасных загрязнителей пищевых продуктов на основе растительного и животного сырья и показано, что при возрастающем содержании в сырье и пищевых продуктах пестицидов и микотоксинов отсутствуют способы интоксикации их от этих контаминантов. Произведен подбор видов сырья, полупродуктов и готовых продуктов пищевых производств с целью определения наиболее рационального объекта для извлечения токсичных компонентов. Проведен сравнительный анализ различных способов очистки воды, молока и других продуктов от токсичных компонентов.

2. Показаны преимущества и перспективы использования адсорбционных способов извлечения из воды, молока и налитков пестицидов и микотоксинов, с использованием природных цеолитов.

3. Изучены свойства пегасина и разработаны пути увеличения его сорб-ционной способности путем модификации. Предложены способы его модификации едким натром, поваренной солью, сернокислым алюминием и соляной кислотой.

4. Произведена оценка ионообменных свойств пегасина и его модификаций по отношению к ионам жесткости, имеющим значение для качества воды, молока и напитков. Предложен механизм взаимодействия цеолитов с органическими молекулами типа пестицидов и микотоксинов.

5. Исследованы условия и разработана технология сорбции линдана из молока, воды и сусла с применением природного и модифицированных форм пегасина. Наибольшей адсорбционной способностью к у - ГХЦГ обладает алюминиевая форма пегасина для воды, натриевая форма для молока и пивного сусла. Степень извлечения линдана составляет 100 % при сохранении физико - химических показателей пивного сусла и улучшении органолептических показателей воды и сусла.

6. Изучены условия извлечения афлатоксина В( из воды, молока и пивного сусла адсорбцией природными и модифицированными формами пегасина. Разработанная технология позволяет практически полностью освободить эти объекты от афлатоксина В1 не изменяя для пивного сусла и воды других показателей качества.

7. Разработаны способы регенерации отработанных цеолитов. Сорбци-онная способность минерала после регенерации снижается, однако число циклов сорбции - регенерации может достигать пяти.

8. Проведены производственные испытания и внедрен способ водопод-

готовки с применением натриевой формы пегасина на АООТ "Новокемеровский пивобезалкогольный завод" в производстве пивобезалко-гольных, ликеро - водочных напитков и пива. На основании результатов испытаний разработана "Технологическая инструкция по подготовке технологической воды в производстве безалкогольных напитков и водки с использованием природного цеолита пегасина на АООТ "Новокемеровский пивобезалкогольный завод".

Перечень публикаций по теме диссертации.

1. Помозова В.А., Хорунжина С.И., Пермякова Л.В., Николаенко Е.А. Возможность применения цеолитов для извлечения микотоксинов из воды и напитков // Образование в условиях реформ: опыт, проблемы, научные исследования: Тез. докл. / Российская науч. - практ. конф., Юрга, апр. 1997 - Кемерово, 1997,- 4.1 - С. 106.

2. Помозова В.А., Хорунжина С.И., Пермякова Л.В., Николаенко Е.А: Пути повышения гигиенической безопасности напитков II Образование в условиях реформ: опыт, проблемы, научные исследования: Тез. докл. / Российская науч. - практ. конф., Юрга, апр. 1997, - Кемерово, 1997. - 4.1 - С. 107.

3. Помозова В.А., Хорунжина С.И., Пермякова Л.В., Николаенко Е.А. Сорбционная технология повышения гигиенической безопасности напитков II Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности: Тез. докл. / Междунар. науч. - техн. конф., Воронеж, сент. 1997. - Воронеж, 1997.-С. 20.

4. Помозова В. А., Николаенко Е.А., Хорунжина С.И., Пермякова Л.В. Разработка способов регенерации отработанных цеолитов // Нетрадиционные технологии и способы производства пищевых продуктов. Тез. науч. раб.., - Кемерово: КемТИПП, 1997. - С. 43.

5. Николаенко Е.А., Помозова В. А., Хорунжина С.И., Пермякова Л.В. Промышленные испытания способа обработки воды цеолитами на АООТ "Новокемеровский пивобезалкогольный завод" II Нетрадиционные технологии и способы производства пищевых продуктов. Тез. науч. раб.., - Кемерово: КемТИПП, 1997. - С. 44.

6. Николаенко Е.А., Помозова В.А., Хорунжина С.И. Обработка пивного сусла цеолитами с целью повышения его гигиенической чистоты II Техника и технология пищевых производств: Тез. докл. / Междунар. науч. - техн. конф., Могилев, март. 1998. - Могилев, 1998. - С. 10.

7. Помозова В.А., Хорунжина С.И., Пермякова Л.В., Николаенко Е.А. Пути повышения качества и гигиенической безопасности напитков // Техника и технология пищевых производств: Тез. докл. / Междунар. науч. - техн. конф., Могилев, март. 1998. - Могилев, 1998. - С. 11. $ у ^

Лицензия № 020524 от 2.06.97. Обьем 1,3 уч.-изд. л. Формат 60 х 84/16. Тираж 100 экз. Отпечатано в ЛМТ КемТИППа. Зак. 44. г. Кемерово, ул. Красноармейская 52.