Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 7
1.1. Влияние качества коньяков на развитие и состояние рынка алкогольной продукции 7
1.2. Технологические приемы, влияющие на качество и безопасность коньяков 17
1.2.1. Состав и способы водоподготовки и их влияние на органолептические показатели коньяка 17
1.2.1.1. Применение электрохимической активации (ЭХА) для очистки и обеззараживания воды 26
1.2.1.2. Некоторые особенности получения и применения ЭХА систем 32
1.2.2. Влияние колера на органолептические свойства коньяка 38
1.2.3. Влияние сахаристых веществ на органолептические свойства коньяка 43
1.2.4. Влияние дубового экстракта на органолептические свойства коньяка 46
1.3. Методология оценки мутагенной, комутагенной и
антимутагенной активности некоторых пищевых продуктов 48
1.4. Антимутагенная диетопрофилактика индуцированного мутагенеза 55
2. Экспериментальная часть 60
2.1. Объекты, материалы и методы исследования 60
2.2. Результаты и их обсуждения 73
2.2.1. Сравнительная характеристика образцов воды, полученных различными способами 73
2.2.2. Изучение влияния способа обработки воды на органолептические свойства коньяка 76
2.2.3. Зависимость органолептических свойств коньяка от времени хранения ЭХА воды 83
2.2.4. Изучение влияния колера на органолептические свойства коньяка...86
2.2.5. Исследование различных сахаросодержащих растворов на органолептические свойства коньяка 98
2.2.6. Влияние ЭХА воды на продолжительность послекупажного отдыха 111
2.2.7. Исследование влияния компонентов древесины дуба
(дубового экстракта) на органолептические свойства коньяка 122
2.2.8. Исследование антиоксидантной активности дубового экстракта различными методами 141
2.2.8.1. Исследование антиоксидантной активности дубового экстракта методом клеточной хемилюминесценции 143
2.2.8.2. Исследование антиоксидантной активности дубового экстракта кумоловым методом 145
2.2.8.3. Сравнительный анализ антиоксидантных свойств дубового экстракта 146
2.2.9. Исследование влияния дубового экстракта на уровень спонтанного мутирования 147
2.2.9.1. Влияние 14-дневного введения дубового экстракта на индуцированный диксидином и циклофосфамидом мутагенез 149
2.2.9.2. Влияние дубового экстракта на цитогенетичекие эффекты диокси-дина и циклофосфамида при однократном совместном применении 152
2.2.9.3. Влияние предобработки дубовым экстрактом на проявление цитогенетических эффектов диоксидина и циклофосфамида 154
2.2.9.4. Влияние дубового экстракта на цитогенетические эффекты диокси дина и циклофосфамида при их 5-ти дневном совместном введении 157
Экономическая часть 160
Выводы 163
Список литературы
- Технологические приемы, влияющие на качество и безопасность коньяков
- Влияние колера на органолептические свойства коньяка
- Зависимость органолептических свойств коньяка от времени хранения ЭХА воды
- Исследование влияния дубового экстракта на уровень спонтанного мутирования
Введение к работе
В настоящее время в России рынок винодельческой продукции является устойчивым и динамично развивающимся. Наметилась тенденция роста популярности коньяка. Для большинства потребителей решающую роль играет качество, а также ценовая доступность этих напитков.
В связи с этим, вопросы повышения качества и соответственно конкурентоспособности винодельческой продукции при относительно невысоких затратах в ее себестоимости имеют весьма важное значение, поскольку от этого зависит успех коньячной продукции на рынке, рост продаж и, следовательно финансовая и экономическая эффективность предприятия. Кроме того, сегодня первостепенное значение приобретают проблемы обеспечения экологической безопасности готовой продукции и повышения ее пищевой и биологической ценности, обусловленной антиоксидантными и/или антимутагенными свойствами отдельных компонентов.
Одним из способов насыщения потребительского рынка качественной, конкурентоспособной продукцией является внедрение прогрессивных и ресурсосберегающих технологий на основных операциях технологического процесса: водоподготовки, получения и применения различных марок колера и сахарного сиропа, купажирования и послекупажного отдыха.
В наибольшей степени осложнен процесс получения объективной оценки качества коньячной продукции, так как коньяк, являясь сложной многокомпонентной системой, представлен целым рядом веществ, в равной мере обуславливающих его качество. Это делает приоритетной квалифицированную дегустационную оценку напитка, которая нередко является доминирующей по сравнению с другими методами анализа.
Целью наших исследований являлось совершенствование технологии производства высококачественных и конкурентоспособных коньяков на основе использования дубового экстракта и электрохимически
активированной (ЭХА) воды; в том числе для приготовления сахарного сиропа.
Для реализации цели исследований были поставлены следующие задачи:
Провести сравнительную оценку физико-химических и микробиологических показателей воды, полученной существующими видами умягчения, и ЭХА воды, и определить влияние последней на качество коньяка.
Изучить состав различных типов колера и его влияние на качество коньяка.
Исследовать влияние сахаросодержащих растворов на качество коньяка и разработать технологию их приготовления с использованием ЭХА воды.
Изучить влияние ЭХА систем на продолжительность послекупажного отдыха коньяка.
Исследовать влияние дубового экстракта на качество коньяка.
Изучить антиоксидантную и антимутагенную активность дубового
экстракта.
Разработать усовершенствованную технологию и аппаратурно-
технологическую схему производства коньяка с использованием ЭХА
воды и дубового экстракта.
Научная новизна.
Теоретически обоснована и экспериментально доказана перспективность использования электрохимически активированной воды в производстве 3-5 летних коньяков.
Установлена взаимосвязь между изменением активной концентрации ионов кислорода, ОВ-потенциала, рН, прозрачности и продолжительностью послекупажного отдыха в коньяках, в состав которых входит ЭХА вода.
Показано увеличение устойчивости клеток in vivo к прооксидантным воздействиям дубового экстракта, даны количественные характеристики
содержания в нем антиоксидантов и впервые описаны его антимутагенные свойства.
Практическая ценность работы.
Разработана усовершенствованная технология и аппаратурно-технологическая схема приготовления купажей 3-5 летних коньяков, с использованием ЭХА воды и дубового экстракта, которая позволяет:
повысить качество и конкурентоспособность отечественных коньяков;
сократить послекупажный отдых коньяков на 30 - 45 дней;
снизить расход сахара на приготовление сахарного сиропа за счет его инверсии с помощью ЭХА воды;
повысить органолептические свойства получаемых коньяков в среднем на 0,1-0,3 балла;
установить оптимальную дозу внесения в коньяк 3-5 летней выдержки дубового экстракта в количестве 0,1-0,4 % от объема купажа.
повысить пищевую и биологическую ценность готового коньяка, за
счет применения дубового экстракта, отвечающего современным
требованиям по генетической безопасности пищевых веществ,
обладающего высокими антиоксидантными и антимутагенными
свойствами;
экономический эффект от внедрения составил 122,0 тыс. рублей на
1000 дал готовой продукции;
Технологические приемы, влияющие на качество и безопасность коньяков
Расширение потребительской аудитории и повышение конкурентоспособности продукции - одна из основных задач каждого производителя. Определяющее и основное средство достижения этого -качество продукции, которое на уровне предприятия становится главной производственной задачей.
В этой связи приоритетными исследованиями становятся разработки новых технологических приемов, оказывающих влияние на качество коньяка, его органолептические показатели. И решаются они на всех этапах создания продукции.
Одними из основных этапов в производстве коньяка являются этапы водоподготовки и купажирования.
Применение электрохимически активированной воды в производстве коньяка на стадии приготовления сахарного сиропа и купажирования, правильный выбор колера, дубового экстракта - являются определяющими качество коньяков.
В производстве коньяков вода относится к основному сырью, поскольку оказывает сильное влияние на органолептические свойства и стойкость готовой продукции.
Природная вода представляет собой сильно разбавленный раствор солей, содержащий суспендированные неорганические и органические вещества и микроорганизмы [23]. Иногда встречается вода с растворенными в ней газами. Вследствие низкой концентрации соли в воде находятся в виде ионов. Природная вода обычного состава содержит преимущественно следующие ионы [24]: катионы: ІҐ, Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ (реже Fe3+), Al3+. анионы: ОН", СГ, HCO3", N03 , S042 , N02", Si032", HP042
Многообразие природных вод по химическому составу также отражено в классификации Вернадского, согласно которой выделено 485 видов вод с учетом солесодержания, преобладающего иона или группы ионов, соотношение между определенными группами ионов, наличия специфических компонентов [25].
По солесодержанию (г/дм3) природные воды делятся на следующие воды: пресные (до 1); солоноватые (1 - 25); соленые (25 - 30); рассолы (более 50). Достаточно полной классификацией природных вод по химическому составу является классификация Алекина О.А., согласно которой природные воды по преобладающему аниону делятся на группы: 1 класс - карбонатный; 2 класс - сульфатный; 3 класс — хлоридный. По преобладающему катиону классы делятся на группы: 1 группа - кальциевая; 2 группа - магниевая; 3 группа - натриевая. Каждая группа подразделяется на четыре типа вод, определяемых следующими соотношениями между ионами: l.HC03 Ca2+ + Mg2+ 2. НСО3" Са2+ + Mg НСО3" + SO42" 3. НСО3" + SO42" Са2+ + Mg2+ или СГ Na+ 4.НСО3" = 0 [20]. Вкус используемой воды имеет важное значение для коньячного производства. Он зависит от растворенных в воде газов и солей. Установлено, что вкус улучшается с увеличением содержания кислорода, которое зависит от температуры воды. При парциальном давлении кислорода в атмосферном воздухе 0,021 МПа и температуре 20 С в 1 дм3 воды растворяется 9,09 мг кислорода. С понижением температуры растворимость кислорода возрастает [26].
Углекислый газ в зависимости от рН воды может находиться в свободном состоянии (при рН 4,5), полусвязанном виде (рН = 8,4) и связанном (рН 10,5). Углекислый газ, находящийся в так называемом углекислотном равновесии с ионами НСОз и СОз, химически неактивен. Свободный СОг положительно влияет на органолептику некоторых спиртных напитков.
Азот, как инертный газ, на вкус воды не влияет.
Аммиак и сероводород вызывает неприятные вкус и запах. В водах поверхностных источников сероводород, как правило, не присутствует, т.к. легко окисляется. Содержание его в подземных водах объясняется восстановлением и разложением гипса, серного колчедана.
Хлор при концентрации более 0,3 мг/дм3, хлорфенол в количестве 0,02 мг/дм вызывает аптечный запах, продукт жизнедеятельности актиномицетов при содержании 1x10" мг/дм - землистый запах [27].
В воде имеются также и органические вещества. Обычно органические соединения придают воде сладковатый привкус, а гуминовые вещества еще окрашивают ее в желтоватый цвет [28].
Особенно большое влияние на вкус воды оказывают минеральные вещества. Присутствие в значительных количествах хлористого натрия придает ей солоноватый вкус, сульфатов натрия и магния - горьковатый, сульфата кальция и солей цинка - вяжущий, квасцов - кисловатый, солей двухвалентного железа - железистый, солей меди - металлический и т.д. [27, 29].
Влияние колера на органолептические свойства коньяка
Известно, что колер, добавленный в купаж, не только усиливает окраску, но и влияет на букет, вкус и стабильность коньяка [50].
По химической структуре карамельные красители относят к меланинам - группе гетерополимерных коллоидных пигментов сложного строения.
Карамельные красители представляют собой густую сиропообразную жидкость или порошок от темно-коричневого до черного цвета со слабыми приятными вкусом и запахом. Карамельные красители полностью растворимы в воде [51, 52].
Существуют четыре типа промышленных карамельных красителей [53, 54]. Их производят из природного углеводного сырья (чаще это глюкозный сироп) путем тщательно контролируемого нагревания под избыточным или атмосферном давлением. Для ускорения карамелизации могут применятся пищевые кислоты, или соли в количествах предусматриваемых Good Manufacturing Practice. В зависимости от способов производства карамельные красители делят на четыре класса: 1 - карамель, полученная по простой технологии; 2 - карамель, полученная по сульфатной технологии; 3 - карамель, полученная по аммиачной технологии; 4 - карамель, полученная по аммиачно-сульфатной технологии.
Каждый из этих классов имеет свои характерные функциональные свойства, обеспечивающие совместимость с тем или иным конкретным видом пищевых продуктов.
Все четыре класса карамельных красителей после детальных многолетних клинических исследований [55], были признаны безвредными для здоровья человека и Объединенный экспертный комитет ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JECFA) присвоил им как безопасным пищевым ингредиентам следующие буквенно-цифровые индексы: I тип - Е 150а; II тип - Е 150Ь; III тип - Е 150с; IV тип - Е 150d.
На основе проведенных исследований Объединенный экспертный комитет ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JECFA) [55] установил приемлемые суточные дозы (ADI) для каждого из классов (табл. 9).
Традиционно производимый в России карамельный краситель -сахарный колер относят к первому классу (Е 150а).
Готовят его из рафинированного сахара-песка с добавлением 1-2 % воды при постоянном перемешивании. Нагрев проводят до температуры 180 - 190 С. При потемнении образовавшейся пены до темно-вишневого цвета нагрев массы прекращают и добавляют в нее после охлаждения до 60 - 70 С горячую воду при непрерывном перемешивании из расчета 0,055 дал на 1 кг сахара. Полученный колер должен иметь темно-вишневый цвет [56].
При нагревании выше 200 С начинается подгорание и обугливание колера. В этой стадии масса интенсивно вспенивается и образует большие количества гуминовых кислот и газов, которые обладают удушливым запахом и придают колеру горький привкус. Поэтому для получения колера хорошего качества карамелизацию прекращают на стадии карамелена [36, 57, 58].
Чем дольше протекает процесс карамелизации при высокой температуре, тем в большей степени образуются полимерные соединения, обладающие свойствами коллоидов, которые могут вызвать помутнения коньяков [59, 60]. По данным Личева В.И. высокополимерные соединения придают коньякам горький привкус [57].
При правильном приготовлении колера в нем, наряду с красящими веществами, образуются побочные продукты: оксиметилфурфурол, диоксиацетон, глицериновый альдегид, спирт, ацетали и органические кислоты, оказывающие влияние на формирование вкуса и букета коньяка, причем большую роль в этом играет оксиметилфурфурол, и с увеличением его содержания в колере вкус и букет коньяка заметно улучшается [59,61,62].
Согласно исследованиям Ю.Е. Фольковича, А.А. Мержаниана и Л.Т. Григорьяна, добавление колера к коньякам в количестве 1 % улучшает качество коньяков, большее содержание придает коньяку горечь и излишне интенсивную окраску [61].
В нашей стране колер принято добавлять в коньяки на последнем этапе -купажирования. Во Франции, США, Германии колер добавляют при закладке коньячных спиртов на выдержку в дубовых бочках [63].
С целью увеличения окрашивающей способности, стабильности красящих веществ и способности улучшать органолептические свойства алкогольных напитков разрабатываются новые методы приготовления колеров.
В.И. Личев предложил новую технологию колера, в соответствии с которой карамелизация сахарозы проводится при температуре 150 - 160 С с применением повышенного давления (0,4 - 6 кПа). Кроме того, к полученному колеру добавляют экстракт древесины дуба в количестве до 0,5 - 0,8 г/дм и выдерживают в стеклянном сосуде в течение 1,5 лет. По истечении этого срока в колере увеличивается содержание оксиметилфурфурола (от 92,3 до 146,3 мг/дм3), альдегидов (от 73,5 до 93,4 мг/дм3) и ацеталей (от 30 до 61 мг/дм3), что приводит к улучшению вкуса и аромата колера [57].
Зависимость органолептических свойств коньяка от времени хранения ЭХА воды
Как указывалось ранее, вода после электрохимической обработки переходит в метастабильное состояние, которое отличается от стабильного состояния аномальными значениями физико-химических параметров, в частности, аномальными значениями рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП, ф) [45].
При анодной электрохимической обработке кислотность воды увеличивается, ОВП возрастает за счет образования устойчивых и нестабильных кислот (серной, соляной, хлорноватистой), а также пероксида водорода, пероксосульфатов, пероксокарбонатов, кислородсодержащих соединений хлора. Также в результате анодной электрохимической обработки несколько уменьшается поверхностное натяжение, концентрация водорода, азота, увеличивается электропроводность, содержание растворенных хлора, кислорода, изменяется структура воды.
Количественной характеристикой кислотности воды является водородный показатель рН, который определяется активностью ионов водорода (ан+) или, иначе, соотношением концентрации ионов гидроксония НзО+ и гидроксила ОН .
Активность ионов водорода - это термодинамическая характеристика их химического потенциала в воде.
Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП, ф), является другим важнейшим параметром, поскольку характеризует активность электронов в водном растворе (воде).
Существует связь между ОВП и рН, которая практически выражается в том, что при изменении рН питьевой воды на 1 единицу ОВП соответственно изменяется приблизительно на 59 мВ - т.е ОВП увеличивается при снижении рН и уменьшается при его увеличении.
Эти параметры самопроизвольно изменяются во времени после окончания электрохимического воздействия, и достигает стабильных значений спустя длительное время, т.е. наблюдается процесс релаксации.
Релаксация, в соответствии с классическим определением термодинамики, - это постепенный переход системы (определенного объема воды или водного раствора электролита) из неравновесного состояния, вызванного внешним воздействием, в состояние термодинамического равновесия. Релаксация - необратимый процесс, его скорость определяется временем, за которое измеряемая характеристика системы изменяется в е раз по сравнению с начальными значениями [39].
Для определения времени релаксации ЭХА воды, исходную питьевую воду с параметрами рН = 7,1; ф = +280 мВ подвергали химическому и электрохимическому регулированию.
Значения рН и ОВП (ф) анолита питьевой воды измеряли сразу после получения. Затем в исходную воду вводили соляную кислоту, для получения аналога (по величине рН) анолита.
Производили измерения рН и ф химического аналога. Затем в течение 5-ти дней (каждый день), после электрохимической обработки, измеряли рН и ОВП, как основные характеристики воды.
Как видно из представленных данных, для анолита имеет место значительные релаксационные изменения ф, в то время как для его химической модели такие изменения отсутствуют.
Для определения зависимости органолептических свойств коньяка от времени релаксации ЭХА воды, были приготовлены кулажи коньяка с использованием ЭХА воды спустя один, два, три, четыре, пять дней после электрохимической обработки.
По окончании послекупажного периода в образцах определяли органолептические показатели. Как указывалось в обзоре литературы, в зависимости от способа производства существуют четыре типа промышленных карамельных красителей [51]. В настоящее время в производстве коньячных напитков используют два вида колера: первого (Е 150а) и четвертого (Е 150d) типов.
Технологические требования к колеру сводятся к следующему: повышенная окрашивающая способность, устойчивость к коагуляции в коньячной среде, способность повышать органолептические показатели коньяка. В исследуемых образцах колера определяли такие показатели, как внешний вид, цвет, вкус и аромат. Кроме этого исследовали физико-химический состав образцов колера. Результаты исследования качества колеров приведены в табл. 16, 17, из "которых следует, что образец колера Е 150а сильно отличается от колеров Е 150d по органолептическим и физико-химическим показателям.
Исследование влияния дубового экстракта на уровень спонтанного мутирования
В литературе накоплено достаточно сведений о явлении антимутагенеза. Особенное значение придается рассмотрению свободнорадикальных реакций, как одного из универсальных механизмов ответа на воздейсие факторов окружающей среды на человека.
Возможность использования антиоксидантов для профилактики и лечения широкого круга заболеваний впервые была обоснована Н.М. Эмануэлем более 30 лет назад [164]. Сформировавшиеся сегодня представления об этиологической и патогенетической роли окислительного стресса вызвало новую волну интереса к проблеме клинического и профилактического использования антиоксидантов, их поиску и изучению [125, 165].
Описан широкий круг методов, рекомендуемых для оценки антиоксидантной активности, накоплено большое количество сведений, характеризующих антиоксидантную активность природных и синтетических соединений [125, 149, 150, 165-172].
Однако, дискуссии об адекватности методов оценки антиоксидантной активности далеки от завершения, примером чему служит полемическая статья Rice-Evans (2000), посвященная критическому рассмотрению современных методов оценки антиоксидантной активности. Несмотря на то, что глубокий анализ этой проблемы не является задачей нашей работы, отметим, что, с нашей точки зрения, многие спорные вопросы возникают вследствие смешения двух значений одного и того же понятия "антиоксидантная активность". В одном случае - это чисто химическое свойство, в другом способность влиять на развитие свободнорадикального окисления в биологических системах.
С точки зрения оценки антиоксидантных свойств дубового экстракта было важно оценить обе указанные способности, что оказалось невозможным в рамках одного метода.
Сравнительный анализ сведений о методах оценки антиоксидантной активности позволил избрать для исследования метод клеточной хемилюминесценции и кумоловый метод определения антиоксидантности. Эти методы удачно дополняют друг друга, поскольку первый предполагает использование биологической, а второй химической системы.
Не менее важно так же то обстоятельство, что метод клеточной хемилюминесценции рекомендован Минздравом РФ как базовый для исследования антиоксидантной активности лекарств [173], а кумоловый метод является по существу единственным, позволяющим количественно измерить содержание антиоксидантов в сложной смеси биологически активных веществ, представленной в растительных экстрактах.
Кроме того, в лаборатории генетической безопасности пищевых технологий и продуктов ГУ ВНИИ ПБ и ВП имелся достаточный опыт использования этих методов. Это позволяло сравнить наши данные с результатами, уже полученными в более ранних исследованиях других растительных экстрактов. С нашей точки зрения, это важное обстоятельство, поскольку сравнение с данными литературы, практически невозможно из-за многообразия и разноплановости методов, применяемых в различных лабораториях для оценки антиоксидантной активности. Подобный подход к сравнительному анализу антиоксидантной активности, опирающийся на использование собственных оригинальных данных, принят во многих лабораториях [174].
1 Метод клеточной хемилюминесценции широко применяется для оценки антиоксидантной активности отдельных веществ и их смесей [149] и рекомендован для изучения моно- и поликомпонентных лекарственных средств [173].
Модификация метода, использованная в настоящей работе, подробно описана в разделе «Материалы и методы».
Первичные результаты экспериментов, посвященных оценке влияния дубового экстракта на образование активных форм кислорода в суспензии клеток крови человека, представлены в табл. 41.
Из данных, приведенных в табл. 41, следует, что в контрольных образцах уровень спонтанной хемилюминесценции суспензии клеток - 1сп. составлял 15,6 ± 0,3 mV.
После добавления к клеточной суспензии хризотил-асбеста, стимулирующего образование клетками активных форм кислорода и, опосредовано через люминол, обусловленное этим сверхслабое свечение, в измерительной кювете Імакс хемилюминесценции составлял 73,0 ±1,7 mV, что в 4,7 раз превышает спонтанный уровень свечения. Интегральный показатель хемилюминесценции составлял 19275,2 ± 238,6 mV, а время достижения максимального уровня хемилюминесценции - , - 152 ± 7 сек.
Добавление дубового экстракта в конечных концентрациях 720 мкг/мл; 72 мкг/мл полностью подавляло развитие хемилюминесцентной вспышки, в разведении 7,2 мкг/мл экстракт вызывал статистически достоверные изменения в кинетике хемилюминесцентного ответа клеток по сравнению с контрольными образцами и в разведении 0,72 мкг/мл в большинстве серий эксперимента был неактивен.
