Введение к работе
Актуальность. Важное значение среди продуктов питания имеют продукты массового потребления, в том числе напитки. Заслуженной популярностью у значительной части населения пользуются нектары, отличающиеся ценовой доступностью в сравнении с соками. Имея разнообразную вкусовую гамму, они не только освежают и приятно утоляют жажду, но и обладают целебными свойствами, являясь источником витаминов и других незаменимых нутриентов. При изготовлении ряда ликеро-водочных изделий используют спиртованные морсы, получаемые путем настаивания водно-спиртового раствора с добавлением сушеного или свежего плодово-ягодного сырья. Для приготовления нектаров и спиртованных морсов применяется вода из системы централизованного водоснабжения. Качество воды определяет потребительские свойства готовых напитков: запах, вкус, стойкость окраски и др.
Кемеровская область является крупным территориально-
производственным комплексом РФ. Большое количество металлургических, химических предприятий, шахт, карьеров, расположенных на ее территории, служит источником загрязнения главной водной артерии области - реки Томи. Поэтому в Кузбассе для водоподготовки дополнительно используют подземные воды. Водоподготовительные станции в отношении органических ингредиентов выполняют барьерные функции в незначительной степени, более того в процессе водоподготовки образуются более опасные токсиканты, чем исходные. Например, в поверхностных и подземных источниках содержатся фенол и гумусовые вещества. В процессе водоподготовки применение в качестве обеззараживающего агента хлора приводит к образованию таких побочных продуктов, как хлорфенол и хлороформ; использование озона - формальдегида и ацетальдеги-да. Находясь в воде в концентрациях, превышающих ПДК, контаминанты оказывают токсическое, аллергенное, мутагенное и канцерогенное действие на организм человека. Органические примеси, содержащиеся в воде, помимо токсического действия могут взаимодействовать с основными компонентами напитков, снижая их качество.
В связи с этим исследования, направленные на изучение влияния фенола, хлорфенола, формальдегида, ацетальдегида, хлороформа на качество нектаров и спиртованных морсов и разработку технологии доочистки воды, используемой для их производства, являются актуальными и своевременными. К наиболее целесообразному варианту решения проблемы удаления органических компонентов можно отнести применение активных углей (АУ). Работы в этом направлении практически не проводятся и требуют своего практического решения.
Целью настоящей работы является изучение влияния приоритетных органических контаминантов, периодически присутствующих в воде (фенол, хлорфенол, формальдегид, ацетальдегид, хлороформ), на качественные характеристики нектаров и разработка технологии доочистки воды, обеспечивающей качество готовой продукции.
В соответствии с целью поставлены следующие задачи:
- исследовать влияние приоритетных загрязнителей, содержащихся в воде
(фенол, хлорфенол, формальдегид, ацетальдегид, хлороформ), на качественные
характеристики нектаров из ягод: малины, смородины, клюквы, яблок, черно
плодной рябины, вишни, облепихи (стойкость окраски, содержание сахарозы,
витаминов группы В и С, ванилина, лимонной кислоты, бензоата натрия);
- изучить влияние природы, структуры, удельной поверхности сорбентов
на процесс адсорбции формальдегида и ацетальдегида из индивидуальных рас
творов и их смеси в статических условиях для получения основных параметров,
необходимых для инженерных расчетов;
- исследовать кинетику процесса адсорбции формальдегида и ацетальдеги
да из водных растворов при совместном присутствии на сорбентах различных
марок, определить лимитирующую стадию массопереноса, коэффициенты
внешнего массопереноса, необходимые для инженерных расчетов;
- провести оптимизацию параметров и режимов сорбционного фильтра с
использованием статических и кинетических данных на основе фундаменталь
ного уравнения внешнедиффузионной динамики адсорбции и эксперименталь
но подтвердить адекватность предлагаемого метода расчета;
разработать технологию адсорбционной доочистки воды от приоритетных загрязнителей при совместном присутствии. Предложить способ регенерации отработанных сорбентов;
исследовать качественные характеристики нектаров, приготовленных на воде по предлагаемой технологии.
Научная новизна:
Установлено влияние приоритетных загрязнителей воды (ацетальдегида, формальдегида, фенола, хлорфенола и хлороформа), служащей основой производства нектаров, на их качественные характеристики (вкус, запах, стойкость окраски, содержание витаминов). Показано, что компоненты напитков вступают в химическое взаимодействие с ацетальдегид ом, формальдегидом, хлорфенолом, фенолом и хлороформом, снижая показатели качества.
Установлен механизм взаимодействия ацетальдегида и формальдегида с АУ. Показано, что адсорбция смеси ацетальдегида и формальдегида для всех изученных марок углей протекает в основном в микро- и мезопорах адсорбентов по объемному механизму заполнения пор, определяется физической природой, обусловленной неспецифическим взаимодействием ацетальдегида и формальдегида с поверхностью угля за счет Ван-дер-ваальсовых сил и специфическим взаимодействием с кислородсодержащими функциональными группами углеродных сорбентов.
Определен механизм и коэффициенты массопереноса при адсорбции ацетальдегида и формальдегида.
Предложен метод расчета динамики адсорбции на основе фундаментального уравнения внешнедиффузионной динамики адсорбции с
использованием адсорбционных констант уравнения Дубинина - Радушкевича и кинетических зависимостей.
Проведена сравнительная оценка качественных показателей нектаров. Показано, что доочистка питьевой воды от приоритетных контаминантов повышает качественные показатели и увеличивает длительность хранения напитков.
Практическая значимость. Состоит в разработке технологии адсорбционной доочистки воды, используемой для производства напитков, от формальдегида и ацетальдегида. Технология внедрена на МУП ЖКХ п.г.т. Белогорск Кемеровской области.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались на конференциях различного уровня: «Молодежь и глобальные проблемы современности» (Караганды, 2010), «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2010), «Инженерные системы - 2010» (Москва, 2010), «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах» (Кемерово, 2010), «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (Кемеро-во,2010,2011), «Наука. Образование. Молодежь» (Алматы, 2011), «Найновите постижения на европейската наука - 2011» (София, 2011), «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (Кемерово, 2011) «Актуальные достижения европейской науки» (Болгария, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе 10 в рекомендованных ВАК РФ журналах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных литературных источников и приложений. Основной текст изложен на 183 страницах. Диссертация содержит 24 таблицы, 66 рисунков. Список использованных источников включает 131 наименование отечественных и зарубежных авторов.
