Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 10
1.1 Вода как пищевой продукт и ее влияние на здоровье человека 10
1.2 Качество питьевой воды в Республике Дагестан 14
1.3 Способы очистки воды 20
1.4 Значение воды в пищевой промышленности, влияние его качества на исходные продукты питания 25
1.5 Функциональные продукты питания 29
2 Объекты и методы исследований 38
2.1 Объекты исследований 38
2.2 Методы исследований 38
2.2.1 Методы определения химического состава плодово-ягодного сырья. 38
2.2.2 Методы определения качества воды 42
2.2.3 Методы определения органолептических, физико-химических и микробиологических показателей напитков 43
3 Результаты исследований 45
3.1 Обоснование выбора сырья для производства функциональных напитков 45
3.2 Производство компонентов для функциональных напитков, оценка их качества 71
3.3 Оценка качества и безопасности питьевой воды в РД, как основного сырья для производства напитков 85
3.4 Применение нового способа очистки воды 96
3.5 Разработка технологии производства напитков с использованием новой технологии подготовки воды 104
3.6 Результаты органолептических испытаний 118
3.7 Результаты физико-химических испытаний 118
3.8 Микробиологические показатели безопасности 119
3.9 Гигиенические показатели 120
3.10 Расчет потребности функциональных напитков для удовлетворения суточной потребности витаминов, микро-и макроэлементов 120
3.11 Энергетическая и пищевая ценность напитков 124
3.12 Определение сроков хранения напитков и оценка качества 127
3.13 Экономическая эффективность производства напитков 131
Заключение 137
Рекомендации производству 140
Перспективы дальнейшей разработки темы 141
Список использованной литературы 142
Приложения 160
- Способы очистки воды
- Обоснование выбора сырья для производства функциональных напитков
- Применение нового способа очистки воды
- Энергетическая и пищевая ценность напитков
Введение к работе
Актуальность темы исследований Здоровье человека на сегодняшний день - важнейший приоритет государства. Пищевые продукты должны не только удовлетворять физиологические потребности человека в пищевых веществах и энергии, но и выполнять профилактические и лечебные задачи. Это основные принципы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года (Распоряжение Правительства РФ от 30 июня 2012 г. № 1134-р. о плане мероприятий по реализации основ государственной политики РФ в области здорового питания населения на период до 2020 г.) и дополнение от 29.06.16 г. «Стратегия повышения качества пищевой продукции в РФ до 2030 г.» (Распоряжение Правительства РФ №1364-р от 29 июня 2016 г. №1364-р).
Недостаточное количество микро- и макронутриентов приводит к распространению таких заболеваний как сахарный диабет, болезни сердечно-сосудистой системы и в целом к понижению защитных сил организма.
Согласно Постановлению, Главного государственного санитарного врача РФ «Более 50% субъектов являются йоддефицитными, дефицит витамина С выявляется у 60-80% обследуемых людей, витаминов В1, В2, В6, фолиевой кислоты – у 40-80%, более 40% населения имеет недостаток каротина. Около 99% населения в той или иной степени испытывают дефицит белка».
В России газированные воды, соки, нектары, фруктовые напитки, минеральные воды, квас пользуются спросом белее чем у 130 млн. человек, или 90 % населения. Новые виды напитков, обладающие лечебными и функциональными свойствами, подразумевает применение высококачественной воды. Вода – самая необходимая составляющая рациона человека. По медицинским данным, взрослый человек должен потреблять 2.5 л жидкости в сутки. Появление жажды возникает, когда содержание воды в организме уменьшается всего на 1-1.5 л.
Развитие рынка пищевых добавок, привело к тому, что большинство производителей поставили на поток производство продукции с использованием синтетических красителей, ароматизаторов, эссенций, концентратов, красителей и т.д., которые пагубно влияют на организм человека в целом. Разработка новых рецептур и основ для безалкогольных напитков, сбалансированных и физиологически полноценных из натурального высокого качества сырья, безопасного и экологически чистого в настоящий период является весьма актуальной.
Актуальность научных исследований определяется выполнением их в соответствии с реализацией государственной программы «Стратегия здорового питания, повышения качества пищевой продукции в РФ до 2030 г.»
Степень разработанности темы. Теоретические и прикладные аспекты повышения качества безалкогольных напитков, плодово-ягодных экстрактов и оценки качества питьевой воды исследовали многие отечественные и зарубежные ученые: Причко Т.Г., Гугучки-на Т.И., Сосюра Е.А., Бурцев Б.В., Преснякова О.П., Домарецкий В.А., Давудова Т.И., Гусейнова Б.М., Дзюбенко В.Г., Дубяга В.П., Бирюков А.Л., Дуйсенбиева Г.М., Стальмакова В.П., Поздняковский В.М., Еремина О.Ф., Царахова Э.Н., Джабоева А.С., Исригова Т.А. (2011), Kjersti, A., Martirosyan D.M., Roberfroid, M.B. и др. Но вместе с тем рецептуры и технологии производства функциональных напитков на основе натурального сырья изучены не достаточно, в связи с этим разработка новых рецептур и основ для безалкогольных напитков, сбалансированных и физиологически полноценных из высококачественного и экологически безопасного сырья в настоящий период является весьма актуальной.
Целью исследований является разработка технологии производства функциональных плодово-ягодных напитков из натурального сырья на основе очищенной воды.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
Обосновать выбор сырья для производства функциональных напитков;
Разработать технологию производства и оценить качество сырьевых компонентов для функциональных напитков;
Исследовать новый способ очистки питьевой воды;
Провести оценку качества и безопасности питьевой и очищенной воды;
Разработать технологию производства концентрата из шелковицы;
Разработать технологии производства и рецептуры напитков функционального назначения с использованием разработанной технологии подготовки воды;
Провести оценку качества и безопасности функциональных напитков
Определить сроки хранения напитков;
Разработать и утвердить нормативно-техническую документацию (ТУ и ТИ) на новые функциональные напитки, на сырьевые компоненты и на воду питьевую бутилированную;
Рассчитать экономическую эффективность производства напитков;
Дать рекомендации производству.
Научная новизна. Впервые научно обоснована и экспериментально доказана целесообразность и эффективность использования для производства напитков и питьевой воды технологии очистки воды от мышьяка и других примесей, в основе которой лежит принцип окисления примесей, содержащихся в воде кислородом воздуха, природными окислителями и ультрафиолетом, генерируемых импульсным электрическим разрядом непосредственно в распылнном водо-воздушном потоке.
Изучен химический состав растительного и переработанного сырья (шелковица, шиповник, облепиха, курага, фейхоа), выращенного в условиях Республики Дагестан.
Выявлено и экспериментально доказаны функциональные свойства разработанных напитков.
Доказано, что предложенная технология производства напитков обеспечивает суточную потребность организма человека в витаминах (С, Е, А, -каротин, К) макро- и микроэлементах (К, Ca, Mg, Fe, Se) способствует их обогащению биологически активными веществами, в связи с чем, они могут быть использованы как функциональные.
Научная новизна подтверждена поданными заявками на изобретение на производство функционального напитка из шиповника (№ 20171112663/13от 12.04.2017 г., облепихи (№ 2017112661/13) и кураги (32017112665/13) от 12.04.2017 г. По способу производства функционального напитка из шиповника выдано решение о выдаче патента на изобретение № 2017112663/13 от 09.01.2018г.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в возможности теоретического и практического использования полученных результатов по созданию новых рецептур, технологии производства функциональных напитков на основе плодово-ягодного сырья, по оценке качества воды, по расчету норм суточного потребления разработанных напитков, в зависимости от содержания функциональных ингредиентов, о рекомендации сроков и условий хранения напитков.
Практическая значимость заключается в том, что предложены производству технология очистки воды от мышьяка и других примесей, которая способствует повышению качества воды, а соответственно напитков и может найти применение в регионах, где стоит проблема повышенного содержания мышьяка в воде.
Рекомендованы сорта шиповника «Майский», облепихи «Гильяр», фейхоа «Супер-ба», кураги «Краснощекий», шелковицы «Белая медовая» и «Черный принц» для произ-
водства напитков функционального назначения.
Предложена технология производства концентрата из шелковицы для использования ее в качестве основы для напитков
Разработана технология производства напитков на основе очищенной воды.
Разработаны рецептуры напитков функционального назначения из местного растительного сырья РД.
Рассчитана норма потребления напитков для удовлетворения суточной нормы необходимых биологически активных веществ.
Разработаны и утверждены технологические инструкции и технические условия на производство функциональных напитков (ТИ 9185-0017-00403436-15, ТУ 9185-0011-00493600-15), на производство концентрата из шелковицы (ТИ 9185-0018-00403436, ТУ 919031-0013-00493600-15) и технические условия на воду питьевую для производства напитков и воды бутилированной (ТУ 031000-0012-00493600-15).
Методология и методы исследований. Теоретическую и методологическую основу исследований составили труды отечественных и зарубежных ученых по оценке качества плодово-ягодного сырья, питьевой воды и напитков. При проведении исследований использовались как стандартные и общепринятые методики, так и современные методики.
Методики разработки рецептур, технологии производства и оценки качества безалкогольных напитков используются в учебном процессе Дагестанского ГАУ при подготовке бакалавров и магистров по специальности 19.03.04 и 19.04.04 «Технология продукции и организация общественного питания» и 38.03.07«Товароведение».
Основные положения, выносимые на защиту:
Системный подход к выбору плодово-ягодного сырья для производства функциональных напитков;
Новые технологические решения производства функциональных плодово-ягодных напитков с использованием технологии очистки воды;
Новые виды функциональных продуктов питания, обеспечивающие суточную потребность организма человека в витаминах, минеральных веществах.
Степень достоверности и апробация работы. Достоверность результатов подтверждена расчетными данными и статистической обработкой данных трехлетних исследований, а также результатами производственного испытания в ОАО «Махачкалинский винзавод», которая подтвердила возможность производства высококачественных функциональных плодово-ягодных напитков с экономической эффективностью от 27912,8 до 34606 рублей за 1000 л напитка, при уровне рентабельности 66,3 до 136,3 %.
Основные положения диссертации выполнены в соответствии с тематическим планом НИР «Влияние экологических условий, сырья и технологий на формирование потребительских свойств, продуктов повышенной пищевой ценности. Оценка их качества и безопасности» их результаты отражены в научных отчетах и ежегодно докладывались на Ученых советах, где были одобрены и утверждены. Результаты исследований были также доложены на: Региональной научно-практической конференции (Махачкала, 2009 г.); Международной научно-практической конференции (2010г.); 13 Международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед» (2010г., получена золотая медаль); 15-м Международном салоне изобретательства, исследований и трансфера технологий IN-VENTICA (Румыния, Яссы,2010г.); П-ом и Ш-ем туре Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ (Краснодар, 2011 г.); XII Межрегиональном специализированном агропромышленном форуме - выставке «Дагпродэкспо - 2014»; XIV Межрегионального специализированного агропромышленного форума-выставки «Дагпродэкспо-2016»; Международной выставке в Великобритании «Britisn Invanshion
Show» (2010 г., получены золотая и платиновая медали); участник конкурса содействия инновациям «У.М.Н.И.К.»-2010, 2012, 2013гг.. Выигран Грант Фонда Г. Махачева (2013г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 5 -в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и рекомендаций производству, списка использованной литературы и приложений. Содержание работы изложено на 161 страницах. Работа содержит 77 таблиц, 17 рисунков, 25 приложений. Библиографический список включает 202 наименования, в том числе 13 иностранных авторов и 4 электронных ресурса.
Способы очистки воды
Питьевая вода — это вода, пригодная к употреблению внутрь, отвечающая установленным санитарно-гигиеническим нормам. В основе гигиенических требований к качеству воды для питьевых и бытовых нужд лежит принцип безопасности в эпидемиологическом отношении, безвредности по химическому составу и благоприятности по органолептическим свойствам. В случае несоответствия воды стандартам, производится ее очистка.
Сегодня благодаря современным технологиям энергопотребление на единицу продукта уменьшается, но при этом растет водопотребление и ужесточаются требования к качеству используемой воды. Если в СССР в питьевой воде контролировали 28 показателей, то в 90-х гг. прошлого века Всемирная организация по воде узаконила определение до 100 параметров [50].
Загрязненная химическими веществами вода вызывает перегрузку печени, изменяет оптимальное соотношение минеральных элементов в организме и негативно влияет на состояние гомеостаза человека [90].
Большое разнообразие способов очистки воды обусловлено большим количеством загрязнителей. В зависимости от принципа действия все способы очистки воды можно разделить на группы: механические; химические; физико- химические; биологические.
Все способы очистки воды включают в себя множество вариантов для реализации поставленных задач. Нельзя забывать, что очистка воды требует использование различных методов для достижения максимального эффекта так как в качестве загрязнителей обычно выступает ряд веществ требующий разного подхода [183].
Принцип действия механических способов очистки воды основан на физических явлениях используемых для воздействия на загрязнителей. Механические способы очистки воды преимущественно применяются в предварительной стадии очистки и удаляют грубые частицы с целью облегчения дальнейшей стадии тонкой очистки. При проведении механической очистки воды используют: процеживание через решетки и сита; отстаивание проводится в резервуарах под действием гравитационных сил загрязнители опускаются на дно и образуют осадок в дальнейшем отделяемый; фильтрование пропускание воды через пористый слой фильтра.
Использование различных реагентов для удаления растворимых загрязнителей из вод применяются в химических методах. В результате применения различных реагентов образуются соединения в которые переходят загрязняющие вещества и образуют осадок. При проведения химических методов очистки воды меняются не только физические, но и химические свойства. Основными методами химической очистки являются нейтрализация, окисление и восстановление [184].
При осуществлении процесса нейтрализации происходит выравнивание кислотно-щелочного баланса. В результате взаимодействия щелочей и кислот образуются соли и вода. Проводят нейтрализацию путем введения реагентов создающих в воде определенные реакции или смешиванием воды с кислой или щелочной средой.
Для очистки воды от различных загрязнителей также используются окислительно-восстановительные процессы с использованием более сильных окислителей и восстановителей. Чаще всего применяют окисление вследствие которых происходит гибель микроорганизмов [183].
Хлор даже в незначительных концентрациях (доли мг/л) губительно действуют на многие микроорганизмы. Кроме него, значительным бактерицидным действием обладают недиссоциированные молекулы хлорноватистой кислоты, образующиеся при гидролизе хлора в воде. Губительно действуют на микроорганизмы и гипохлорит–ионы, образующиеся в результате диссоциации хлорноватистой кислоты. Бактерицидными свойствами обладает, также атомарный кислород, образующийся при реакции хлора с водой [74].
Очень важное и ценное качество метода хлорирования – его последействие. Если количество хлора взять с некоторым расчетным избытком, так чтобы после прохождения очистных сооружений в воде содержалось 0,3-0,5 мг/дм остаточного хлора, то вторичного роста микроорганизмов не происходит [122]. Недостатком метода хлорирование является что хлор и побочные соединения хлора очень токсичны, что требует четкого соблюдений условий дозирования [183].
В основном на стадии предварительной и более глубокой очистки воды применяются физико-химические методы. Пригодны эти методы для очистки воды от токсичных металлов, масел и т.д.
Некоторые воды, особенно речные в период паводка, загрязнены минеральными и органическими примесями в коллоидно-дисперсном состоянии, которые не задерживаются песчаными фильтрами на городских водоочистительных станциях. Поэтому при подготовке воды для технологических целей ее сначала осветляют коагуляцией и фильтруют через фильтры, затем умягчают [64].
Коагуляция относится к осадительным методам водоподготовки, которые характеризуются образованием твердой фазы, на поверхности или внутри которой задерживаются коллоидные и растворенные соединения.
Различают следующие разновидности осадительных способов: коагуляция, флокуляция (процесс агрегации частиц, при котором молекулы высокомолекулярного вещества – флокулянта адсорбционно удерживают частицы загрязнений) и химическое осаждение (образование в результате взаимодействия химических реагентов загрязнениями осадка). Последние два способа водоподготовки для производства напитков в настоящее время не применяются [63].
Коагуляция – это образование и осаждение в жидкой фазе гидроксидов железа или алюминия с одновременной адсорбцией на образующемся осадке коллоидов загрязнений.
Коагуляции подвергается вода, имеющая стабильную муть или опалесценцию, не удаленные фильтрацией на песочных фильтрах. В качестве коагулянта используют глинозем, железный купорос, оксихлорид алюминия и другие.
Достоинство осадительных методов: низкая стоимость, использование широко распространенного оборудования, доступные реагенты. Недостатки: не высокая степень очистки, образование вторичных отходов, невозможность удаления солей жесткости, увеличение общего солесодержания.
При пропускании через воду большого числа пузырьков газа, частицы загрязнителей закрепляются на поверхности раздела фаз пузырьков, поднимаясь образуют слой пены, который в дальнейшем удаляется это процесс флотация. Этот метод используют для очистки воды от масел и нефтепродуктов [183].
На возможности поглощения загрязняющих веществ в поверхностном слое сорбента (адсорбция) основаны сорбционные методы. Адсорбция носит физический характер с помощью молекулярного взаимодействия с загрязнителем и химический характер с помощью химических связей. Адсорбентом являются активированный уголь, силикагель, алюмогели и т.д. С помощью этого способа можно удалить пестициды, фенола, ПАВ и т.д. [183].
С целью разработки технологии очистки воды от органических соединений И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, А.Г.Семенова, Н.А. Сартина провели исследования адсорбции фенола, хлорфенола, хлороформа, формальдегида включая изучение равновесия кинетики, динамики адсорбции на активных углях АГ-3, отличающихся природой сырья, способом получения [159]. Процесса ионного обмена заключается в обмене ионами между водой и ионитом – высокомолекулярное вещество способных к ионообмену. Этот способ используют для умягчения воды (солей жесткости). Наибольшее распространение получили ионообменные смолы [183].
Комплексный метод сочетающий мембранный и электрический процессы представляет собой – электролиз. В электролизе ионоселективные мембраны пропускают ионы только определнного знака. В результате действия электрического поля ионы движутся на встречу ионоселективной мембране согласно своему заряду. В итоге в одних камерах происходит отток, а в других накопление ионов. С помощью электролиза возможно проводить обессоливание и удалить различные ионы в воде [183].
Для снижения солей жесткости и солесодержания в целом Сартина Н.А., Семенов А.Г. и др. применяют электродиализную очистку [159].
К мембранным процессам относится обратный осмос который проводится под осмотическим давлением Обратным осмосом можно отделить газы, соли, а также вирусы и бактерии [183]. Несмотря на свои достоинства системы обратного осмоса обладают существенными недостатками: расходует большое количество воды в виде отходов, в системе могут размножаться бактерии [185].
Одним из эффективных способов обеззараживания является озонирование с ультрафиолетовой обработкой воды. Ученые отмечают, что если использовать озонирование на ранних стадиях очистки это позволит снизить дозу коагулянта на последующих стадиях на 16-24%. Применение озонирования в комплексе с ультрафиолетом увеличивает скорость окисления нефтепродуктов, фенолов и т.д., но переходить на обработку воды озонированием отказавшись полностью от хлорирования не следует, т.к. в теплое время года этот способ не позволяет достигнуть соответствие требований по микробиологическим показателям качества воды [24].
Обоснование выбора сырья для производства функциональных напитков
Для удовлетворения потребности организма человека в физиологически активных веществах безалкогольные напитки на основе плодово-ягодного сырья рассматриваются как одна из оптимальных форм продуктов. Источником сотен органических соединений различного строения с разнообразными профилактическими и лечебными пищевыми свойствами служит плодово-ягодное сырье. Кроме того, безалкогольные напитки на основе натурального плодово-ягодного сырья пользуются большим покупательским спросом благодаря развернутой в нашей стране пропаганде здорового образа жизни.
Выбор сырья основан на анализе литературных данных о его химическом составе, возможности его заготовки и сочетаемости органолептических показателей вводимых функциональных ингредиентов. Большое внимание при выборе сырья уделялось наличию красящих и ароматических соединений, веществ обладающих антиоксидантным действием, а также отсутствию токсичных веществ.
Ягоды и плоды служат источниками различных микроэлементов и витаминов, без которых невозможна жизнь человека. Для производства напитков функционального назначения нами было выбрано растительное сырье, богатое биологически активными компонентами – шелковица, виноград, фейхоа, облепиха, шиповник, курага.
Шелковица (лат. Morus) – растение семейства тутовых, листопадное дерево с очередными, простыми, лопастными, зубчатыми по краю листьями. Цветочки сидячие, с колосьями в виде пазух, напоминают ягоды ежевики. Плод сложный, мясистый, имеет форму костянок 2-3 см, приятный, ароматный запах и сладкий вкус (рисунок 2). Шелковица в зависимости от сорта может по цвету варьироваться от красного до темно-фиолетового почти черного и от белого до розового. Шелковичное дерево плодоносит ежегодно и очень обильно. Урожай одного дерева может составлять более 200 кг. Первые плоды начинают зреть в середине июля. Основной период созревания приходит на конец июля начало августа.
Насчитывается около 16 видов шелковичного дерева, которые распространены на территориях субтропических и умеренных климатических зон. Хорошо растет шелковица в Азербайджане, России, Украине, Болгарии, Румынии, Армении и других странах Азии, Африки и Северной Америки.
Черная и белая шелковица самые распространенные. Считается, что распространение черной шелковицы произошло из Юго-Западной Азии, а белой -из Китая.
Белая медовая. Очень популярный в любительском садоводстве гибрид отечественной селекции, полученный путем свободного опыления лучших образцов белой шелковицы. Деревце среднего размера, крона густая, пирамидальная. Соплодия – удлиненные белые костянки длиной 3 см со сладким медовым вкусом. Плодоношение регулярное, урожайность высокая. Деревья морозостойкие (выдерживают до -30 С), после морозов быстро восстанавливаются.
Белая нежность. Морозостойкий сорт с высокой продуктивностью. Плодоношение начинается с начала июня и длится на протяжении 2-х месяцев. Соплодия чистого белого окраса, длинные, на вкус сладкие.
Белая шелковица может иметь не только белые, но также розовые, желтые и даже черные плоды. Дело в том, что свое название данная разновидность получила благодаря светлому (сероватому) цвету коры. У черной шелковицы кора темная.
Ягоды белой шелковицы считаются самыми сладкими – в них содержится от 12 до 23% сахаров. Присутствует в шелковице значительное количество полифенольных флавоноидов, которые называются антоцианами. Как показывают исследования, употребление ягод может быть профилактикой опухолей, неврологических заболеваний, воспалений, диабета, бактериальных инфекций.
Черный принц. Сорт с выраженными крупными лоснящимися черными ягодами, которые достигают размера в пять сантиметров. Шелковица этого сорта нетребовательна к условиям выращивания, она одинаково хорошо переносит как летний зной, так и зимнюю стужу.
Хартут. Идеальный сорт для изготовления вина – сок ягод этой шелковицы сладкий и густой, как качественный кагор. Плоды довольно крупные (4-5,5 см), черные, содержат 18-20% сахаров, рекомендуются для виноделия, варенья, в качестве десерта. Сорт самоплодный, плодоношение начинается с 3 года, урожайность стабильная и высокая.
Ягоды более чем на 80 процентов состоят из воды. Но основное соединение в них – ресвератрол, один из мощных антиоксидантов. Он способен защитить от инсульта, предупреждает сужение сосудов. Ресвератрол увеличивает производство оксида азота, который является сосудорасширяющим, вследствие чего происходит расслабление кровеносных сосудов и уменьшается вероятность образования сгустков крови и, соответственно, последствий в виде сердечных приступов и инсульта. Химический состав шелковицы представлен в таблица 1.
Наибольшее содержание сахаров обнаружено в шелковице белого сорта Белая медова – 20.7%, наименьшее в шелковице черного сорта Черный принц – 18.8%, в шелковице черного сорта Хартут его содержание составляет – 19.4 %, а в шелковице белого сорта Белая нежность – 18.9%. Самая низкая кислотность в шелковице белого сорта Белая нежность – 0.6%, в шелковице Белая медовая составляет – 0.8%, самое высокое содержание в шелковице черного сорта Хартут – 1.5%, а в сорте Черный принц – 1.2%. Содержание дубильных и красящих веществ в шелковице черных сортов превышает, так в сорте Хартут – 4.57% и является самым высоким, в сорте шелковицы Черный принц его содержание составляет 3.23%, в белых сортах шелковицы его содержание значительно ниже так в сорте Белая нежность – 1.72%, Белая медовая – 0.62%. Содержание пектиновых веществ в черных сортах шелковицы превышает, так в сорте Черный принц – 3.5%, в сорте Хартут – 3.0%, в белых сортах составляет в сорте Белая медовая – 2.5%, и в сорте Белая нежность - 3.3%.
Кроме этого, ягоды являются отличным источником витамина С. В 100 граммах ягод витамина С содержится почти 60% от рекомендуемой суточной нормы. Витамин С один из мощных антиоксидантов. Употребление продуктов, богатых этим витамином помогает организму вырабатывать устойчивость к инфекциям, воспалениям, бороться со свободными радикалами.
Самое высокое содержание витамина С (рисунок 3) обнаружено в шелковице черных сортов Хартут – 44.1 мг% и Черный принц – 43.2 мг%, в шелковице белых сортов в сорте Белая медовая его содержание составляет – 40.3 мг%, сорте Белая нежность – 38.6 мг%.
В дополнение к витамину С, в них содержится витамины А и Е которые также относятся к антиоксидантам. Содержание витамина А составляет от 0.3 мг% в сорте Белая медовая до 0.5 мг% в сорте шелковицы Хартут и витамина Е от 4.7 мг% в сорте шелковицы Черный принц до 5.8 мг% в сорте Белая медовая. В небольших количествах бета-каротин, но все равно важный для здоровья, в сорте шелковицы Белая медовая его содержание самое низкое и составляет – 0.2 мг%, самое высокое в сорте шелковицы Черный принц – 0.4 мг%, одинаковое количество в шелковицах сортов Белая медовая и Хартут – 0.3 мг%. Кроме того ягоды содержат достаточно редко встречающийся в других плодах, витамин К, которые также оказывают немалую роль в процессе кроветворения в организме. Именно поэтому, черная шелковица, в любом ее виде, усилит кроветворение, обеспечит нормальную свертываемость крови и принесет пользу при малокровии. Наибольшее содержание витамина К обнаружено в шелковице черных сортов Хартут – 8.5 мг%, Черный принц – 8.0 мг%, в шелковице белых сортов его чуть меньше Белая нежность – 7.6 мг% и самое низкое в сорте шелковицы Белая медовая – 6.5 мг%.
Все эти химические соединения помогают противостоять окислительному действию свободных радикалов, предупреждают преждевременное старение организма и различных болезней.
Шелковица является источником минеральных веществ (таблица 2).
Применение нового способа очистки воды
Исходя из вышеизложенного первоочередной для нас является разработать способ очистки воды от мышьяка. До настоящего времени нет методов, которые позволили бы очистить воду от мышьяка, встречающийся в природной воде в растворимой форме, так как его перевод в состояние, при котором возможно удаление путем фильтрации, является сложной задачей. ФГБОУ ВО Дагестанский государственный аграрный университет имени М.М.Джамбулатова совместно с Томским государственным техническим университетом разработала лабораторную установку, которая позволяет рассмотреть и исследовать различные технологические схемы очистки воды от мышьяка и других примесей. Процесс очистки воды базируется на современной экологически чистой окислительной технологии, в основе которой лежит принцип окисление примесей, содержащихся в воде кислородом воздуха, природными окислителями и ультрафиолетом, генерируемых импульсным электрическим разрядом непосредственно в распылнном водно-воздушном потоке. Схема очистки питьевой воды представлена на рисунке 13.
Модуль водоочистной представляет собой бак-реактор с установленной на нем реакционной колонной, в головной секции которой установлены эжекторы, а в комбинированной секции – гребенчатая электродная система, связанная высоковольтным коаксиальным кабелем с источником питания высоковольтных импульсов (рисунок 14).
Основными функциональными частями модуля являются аэратор противопоточный, состоящий из головной секции реакционной колонны, эжекторов и воздуходувки, и блок электроразрядный, состоящий из электродной системы, установленной в комбинированной секции колонны и источника питания. В основу данной обработки воды в водоочистном модуле положен новый метод окисления содержащихся в ней загрязнителей – воздействие на аэрированный струйно-капельный поток воды природными окислителями (озоном, перекисью водорода, атомарным кислородом, радикалами ОН) и ультрафиолетовым излучением, образующимися при электрическом разряде. Исходная вода подается на водяной (нагнетательный) вход эжектора, установленного на колонне. На воздушный (всасывающий) вход эжектора подается воздух из атмосферы. В зоне разряжения (на выходе из сопла эжектора) происходит удаление из воды растворенных газов, таких как углекислый газ и сероводород (которые препятствуют окислению кислородом воздуха содержащихся в воде ионов металлов и органики). В зоне диффузора эжектора происходит насыщение воды озоновоздушной смесью и диспергирование воды до капельного состояния.
С выхода эжектора распыленный поток воды падает на хордовую насадку колонны. Пленочно-капельный поток воды в аэраторе перемещается по насадке сверху вниз, а воздух через патрубок воздухозаборный нагнетается воздуходувкой в бак-реактор, откуда снизу-вверх через выходной вентиляционный патрубок выбрасывается наружу. При этом вода смешивается с воздухом в соотношении не менее 7 - 10 объмов воздуха на 1 объм воды.
В аэраторе происходит удаление растворнных в воде газов, окисление кислородом воздуха двухвалентного железа в трехвалентное и очистка от органолептических загрязнений. Там же частично окисляются и другие примеси.
Далее аэрированный поток воды в виде дождя проходит сквозь гребенчатую электродную систему блока электроразрядного, на стержневые электроды которой надеты кварцевые трубки – диэлектрические барьеры. При подаче на электродную систему высоковольтных импульсов специальной формы с частотой 1000 Гц от источника питания между электродами зажигается барьерный разряд, развивающийся на поверхности раздела вода-воздух, т.е. на поверхности капелек и струек воды. В результате этого производятся природные окислители: озон, перекись водорода, наиболее сильный из них - короткоживущий радикал OH и ультрафиолетовое излучение, воздействию которых и подвергается вода, проходя сквозь электродную систему.
В блоке электроразрядном происходит интенсивное окисление двухвалентного железа, марганца и органических веществ, а также обеззараживание воды озоном в присутствии ультрафиолетового излучения, вследствие чего эффективность такой обработки повышается многократно, благодаря синергетическому эффекту. Это способствует удалению оставшихся неприятных привкусов и запахов, обесцвечиванию, общему снижению токсичности воды. Устройство позволяет изменять количество производимого озона изменением частоты следования импульсов.
Из блока электроразрядного озонатора вода стекает в бак-реактор, где происходит дореагирование примесей, содержащихся в воде, с озоном и другими природными окислителями в течение 15 - 20 минут. Здесь образуется и коагулирует в виде хлопьев гидроксид железа Fe+3, на котором активно сорбируются остальные загрязнители. Технические характеристики модуля водоочистного приведены в таблице 42.
Коагулятор электроимпульсный представляет собой бак-накопитель с установленным на нем реактором электроразрядным и источником питания, связанным с реактором силовым подводящим кабелем (рисунок 15).
Бак-накопитель служит для сбора обработанной в реакторе электроразрядном воды. В качестве загрузки в электрокоагуляторе используется металлические гранулы.
Бак-накопитель выполнен из нержавеющей стали и снабжен краном-пробоотборником, водомерной трубкой и патрубками: выходным, переливным, сливным.
Корпус реактора электроразрядного изготовлен из диэлектрического материала и закреплен на металлической раме, установленной на баке-накопителе. На стенках реактора имеются патрубки: входной и выходной. На дне реактора расположены заземленный и потенциальный электроды, выполненные в виде стальных пластин. Пространство между электродами и над ними заполнено металлическими гранулами.
Исходная вода податся на вход реактора через входной патрубок, движется через слой металлической загрузки и отводится через выходной патрубок в верхней части корпуса реактора.
При подаче на электроды импульса напряжения амплитудой в несколько сотен вольт в слое металлической загрузки возникают многочисленные искровые разряды, температура в которых достигает нескольких тысяч градусов.
Под воздействием высокой температуры происходит расправление (эрозия) частиц загрузки и образование металлических частиц размером от десятков нанометров до десятков микрометров. При взаимодействии этих частиц с водой образуются оксиды и гидроксиды металлов. Искровые разряды также сопровождаются ультрафиолетовым излучением, кавитационными явлениями, происходит образование короткоживущих активных частиц (радикалов О, Н, ОН и др.).
Продукты эрозии металлической загрузки, высокая температура в каналах разряда и другие факторы, сопровождающие разряд, оказывают комплексное воздействие на обрабатываемую воду.
Металлические частицы, диспергируемые в водный раствор, могут восстанавливать ряд примесей до нерастворимых форм, легко удаляемых последующим отстаиванием. Кроме того, реагируя с водой, продукты эрозии образуют в воде нерастворимые соединения, которые обладают высокими адсорбционными свойствами, вызывают соосаждение растворенных примесей и способствуют коагуляции взвешенных веществ.
Химические реакции с участием продуктов эрозии металлической загрузки с наибольшей скоростью протекают непосредственно в реакторе электроимпульсного коагулятора, под действием высокой температуры разрядных каналов. При этом образующиеся в разряде металлические частицы изначально нагреты до высокой температуры.
Энергетическая и пищевая ценность напитков
Энергетическая ценность напитков обусловлена большей частью содержанием углеводов (сахаров) и представлена в таблице 63.
Наименьшая энергетическая ценность напитков со стевией в рецептуре №10 – 24,4 кКал и в рецептуре №11-27,2 кКал, наибольшая в рецептуре №4 -42,8 кКал и в рецептуре №5 - 41,2 кКал. Также невысокая энергетическая ценности в напитках по рецептурам №1 и №3 – 29,2 кКАл и рецептуре №2 – 30 кКал.
Согласно ТУ918510–011–00493600–15 мы рассчитали минимальное суточное потребление данных компонентов, учитывая суточное содержание их в напитках в сравнении с контрольным образцом сокосодержащего напитка «Виноград» ТМ «Гранд». (табл.64).
Нормы суточного потребления микронутриентов определяли по
Методической рекомендации 3.2.1.2432-08. Рациональное питание. Нормы физиологических веществ для различных групп населения РФ согласно которому суточная доза потребления витамина С - 70 мг/сутки, витамина Е -15 мг/сутки, витамина А- 900 мкг/сутки, -каратин – 5 мг/сутки, витамин К- 120 мкг/сутки, микроэлементов: Цинк-12 мг, йод- 150мкг, железо-15мг, селен- 70 мкг, макроэлементов: натрия – 1300 мг, калий – 2500 мг, магний – 400 мг, кальций – 1000 мг.
Больше всего повышается витамин С при потреблении напитков с сахаром -117.5% и со стевией - 115.2%. Самое высокое повышение витамина А отмечается в рецептурах напитков 1,2,3 – без сахара, и в напитках с сахаром 44.9%. Больше всего В-каротина обнаружено при производстве напитков без сахара-139.2% и с сахаром 137.5%.
Напитки, произведенные по рецептурам №1, №2, №3 – без сахара имеют повышенное содержание калия на 302.7% относительно напитка по ТИ. При производстве напитков без сахара по рецептурам №1, №2, №3 – магний увеличивается в 6 раз. Обогащение железом больше всего наблюдается в напитках без сахара на 66.7%.
Обогащение йодом возможно только в напитках произведенных по рецептурам №4 «Шелковичный с фейхоа и виноградом» и №10 «Шелковичный с фейхоа и виноградом со стевией» на 0.2 мкг.
Цинк возрастает в 7-8 раз в напитках без сахара, в напитках с сахаром 4.5 раза, в напитках со вкусо-аромат добавками в 7 раз, в напитках со стевией в 4 раза.
Содержание селена увеличивается в напитках приготовленных по рецептурам №1, №2, №3 без сахара на 10.9 мкг, в напитках с сахаром по рецептурам №4, №5, №6, №7 – 5.7 мкг, в напитках со вкусо-ароматической добавкой и со стевией на 3.7 мкг. Так как содержание витамина К в контрольном образце полностью отсутствует, то в производстве всех разработанных напитков отмечено многократное увеличение его содержания.