Совершенствование технологических приемов обработки винодельческой продукции с использованием биосорбентов из гриба pleurotus ostreatus
| Вид материала | Автореферат |
- Технический регламент "О безопасности винодельческой продукции", 960.77kb.
- Совершенствование технологического процесса переработки сои с использованием различных, 53.51kb.
- Разработка технологических решений сохранности качества макаронных изделий с обогатительными, 665.14kb.
- Совершенствование технологии и методов оценки качества виноградных вин на основе анализа, 353.75kb.
- Образовательная программа направление подготовки 150200 «Машиностроительные технологии, 801.48kb.
- Качество сырья и продукции химико-технологических процессов и общие сведения о методах, 203.84kb.
- Положение о дегустационной комиссии по алкогольной продукции Общие положения, 338.98kb.
- Проектирование технологических процессов механической обработки, 24.07kb.
- Формирование Основных Требований к обработке материальных и информационных потоков., 12.48kb.
- Лекция 12. Возможности машинной графики cad/cals, 196.91kb.
На правах рукописи
ГИРЯВЕНКО АЛЕКСАНДР ВЯЧЕСЛАВОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ ОБРАБОТКИ ВИНОДЕЛЬЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОСОРБЕНТОВ ИЗ ГРИБА PLEUROTUS OSTREATUS
Специальность 05.18.07 – Биотехнология пищевых продуктов
(пивобезалкогольная, спиртовая и винодельческая промышленности)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва – 2009
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств» на кафедре «Технология виноделия».
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Щербаков Сергей Сергеевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Карпенко Дмитрий Валерьевич
кандидат технических наук
Точилина Регина Петровна
Ведущая организация: ГОУВПО «Московский государственный
университет технологий и управления»
Защита состоится «23» декабря 2009 года в ______ часов в ауд. _____ на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.04 при ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское ш., д. 11.
Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 125080, Москва, Волоколамское ш., д. 11, МГУПП, ученому секретарю Совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО МГУПП.
Автореферат разослан «____» ________ 2009г.
Ученый секретарь
Совета Д 212.148.04
доктор технических наук, профессор Крюкова Е.В.
Общая характеристика работы
Актуальность работы: В настоящее время все больше внимания уделяется качеству продукции. Одними из показателей качества являются ее стабильность и безопасность. Стабильность винодельческой продукции зависит от многих факторов, в частности от состояния фенольного комплекса, полноты деметаллизации, инактивации окислительных ферментов. Вопрос безопасности продукции обостряется с каждым годом из-за ухудшения экологической обстановки в регионах промышленного виноградарства и использования средств защиты растений, которые могут накапливаться в почве и ягодах и затем переходить в продукты переработки винограда. Особенно остро эти проблемы стоят при получении виноградного сока. Еще одним фактором, который может негативно сказаться на качестве готовой продукции является свободный контакт сусла с кислородом воздуха, активно проходящий в процессе машинной уборки и при жестких режимах переработки, приводящий в дальнейшем к появлению тонов окислительного покоричневения, что особенно не желательно для белых столовых вин и шампанских виноматериалов.
Для исправления возникающих пороков и недостатков в виноделии используются сорбенты органической и минеральной природы. Однако, в большинстве своем, они имеют низкую избирательную способность, либо малую сорбционную емкость. К тому же при использовании синтетических полимерных сорбентов существует возможность попадания их мономеров в обрабатываемый продукт. Поэтому поиск простых и эффективных способов обработки и стабилизации винодельческой продукции с помощью препаратов естественного происхождения, не вносящих в вино при обработке посторонних веществ, является актуальной задачей. В последнее время наметилась тенденция исследования сорбентов, полученных из биологических источников. Примерами таких сорбентов могут служить клеточные оболочки дрожжей [Щербаков, 1996; Карпенко, 2003; Гугучкина, Агеева, 2006] и хитинсодержащие сорбенты [Маметнабиев, Няникова, 2003].
Цель и задачи исследования. Диссертационная работа посвящена изучению сорбционных свойств препаратов из гриба Pleurotus ostreatus по отношению к различным компонентам соков, вин и коньяков с целью их применения для устранения последствий окислительного покоричневения винодельческой продукции и повышения ее стабильности и безопасности путем удаления из нее ионов тяжелых металлов и остатков пестицидов.
В работе были поставлены и решены следующие задачи:
- провести сравнительные испытания препаратов из гриба Pleurotus ostreatus для выявления их сорбционной способности по отношению к компонентам вина и влияния на органолептические свойства обрабатываемого продукта;
- проанализировать полученные результаты и выбрать биосорбенты для проведения дальнейших исследований;
- изучить влияние режимов обработки на сорбционную активность препаратов и подобрать оптимальные режимы обработки сусла, соков, вин и коньяков;
- проследить влияние обработки выбранными биосорбентами на качество и гигиенические характеристики различных видов винодельческой продукции;
- дать практические рекомендации по использованию выбранных биосорбентов на винодельческих предприятиях.
Научная новизна работы. В рамках данной диссертационной работы впервые проведены исследования по применению пищевых биосорбентов из мицелия гриба Pleurotus ostreatus для обработки винодельческой продукции с целью повышения ее стабильности и безопасности, по результатам которых выбраны наиболее эффективные сорбенты.
Впервые экспериментально установлена способность биосорбентов из мицелия гриба Pleurotus ostreatus устранять последствия окислительного покоричневения вин путем удаления полимерной фракции фенольных соединений.
Обосновано применение исследуемых биосорбентов для удаления из винодельческой продукции катионов меди и железа, снижения концентрации кальция и белка, являющихся причиной возникновения физико-химических помутнений.
Изучено влияние на сорбционную активность выбранных препаратов условий обработки, в частности: температуры, дозировки и способа внесения биосорбента, продолжительности обработки, перемешивания, а также исходной концентрации металла и спиртуозности среды. По результатам данного исследования, подобраны оптимальные условия обработки винодельческой продукции исследуемыми биосорбентами.
Показана динамика изменения антиоксидантной емкости вин при воздействии на них биосорбента.
Выявлена способность препаратов из гриба Pleurotus ostreatus удалять из винодельческой продукции токсичные металлы и остатки пестицидов, что, несомненно, повышает ее безопасность.
Практическая значимость. Работа развивает исследования, проводимые в нашей стране с целью создания новых технологий обработки и стабилизации напитков, направленных в конечном итоге на выработку высококачественной продукции.
На основе проведенных исследований разработан и научно обоснован способ обработки вин с целью устранения их окислительного покоричневения, в основе которого лежит использование пищевого биосорбента, представляющего собой биомассу гриба Pleurotus ostreatus (Патент РФ № 2349639).
Предложен способ деметаллизации сусла (сока), вин и коньяков на основе использования биосорбентов.
Разработан способ удаления из соков, и вин остатков пестицидов.
Разработана Технологическая инструкция по обработке винодельческой продукции с использованием препарата «Вешевит».
Результаты диссертационной работы подтверждены актами производственных испытаний и актами экспериментальной проверки в производственных условиях эффективности использования препарата «Вешевит» для деметаллизации и устранения покоричневения белых столовых вин на заводе ООО «Вина и Воды Абхазии».
Ожидаемый экономический эффект от использования биосорбентов Вешевит-2 и Плодовое тело составит 2085 руб. и 1910 руб. на 100 дал обрабатываемой продукции соответственно.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены на пятой юбилейной школе-конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации, 12-19 ноября 2007 года, Москва, МГУПП; Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (НТТМ-2008), 25-28 июня 2008 года, Москва, ВВЦ, по итогам которой был получен диплом; Окружной межрегиональной выставке «Инновационные технологии и научные разработки предприятий малого и среднего бизнеса», 29 октября 2008 года, ФГУП "ЦНИИАТОМИНФОРМ"; шестой школе-конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства их реализации, 18-19 ноября 2008 года, Москва, МГУПП.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 патент на изобретение.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, включающего 129 источников, и 5 приложений. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, включая 47 таблиц и 20 рисунков.
Краткое содержание работы
1 Введение
Во введение отражена актуальность выбранной темы, определены цель и задачи научного исследования, изложена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.
2 Обзор литературы
В обзоре литературы приведены сведения о негативном влиянии на качество и стабильность продуктов переработки винограда таких факторов как избыточное содержание катионов тяжелых металлов, остатков средств защиты растения и контакт сусла с кислородом и, как следствие, необходимости их устранения. Рассмотрены способы их устранения. Проанализированы преимущества и недостатки использования рекомендуемых для проведения деметаллизации, удаления остатков пестицидов и устранения последствий окислительного покоричневения веществ. Обосновано направление исследований данной работы.
3 Экспериментальная часть
3.1 Материалы и методы
В работе использовали вина, полученные с винодельческих предприятий и сок, вина и коньяк из торговой сети, а также осветленное сусло, полученное в лаборатории путем отжима винограда технических сортов. Катионы металлов и пестициды вводились искусственно до достижения концентрации в несколько раз превышающей ПДК. В качестве сорбентов использовались препараты, полученные путем высушивания различными способами глубинного мицелия и плодового тела гриба P. ostreatus, штамма ВКПМ F-697, выращенных в стерильных условиях. Для сравнения были взяты сорбенты, которые по литературным данным уже применялись для решения подобных задач: Хитозан (полученный из панцирей ракообразных), Хефацель (препарат из оболочек дрожжей) и поливинилполипирролидон (ПВПП).
Для выполнения аналитических исследований применяли общеизвестные физико-химические методы анализа, описанные в специальной научно-технической и отраслевой литературе. Физико-химические показатели вин определяли следующими методами: определения массовой концентрации приведенного экстракта, летучих и титруемых кислот, диоксида серы, объемной доли этилового спирта проводили по соответствующим методикам ГОСТ; определение всех форм железа – по реакции комплексообразования железа (II) с ортофенантролином; концентрация тяжелых металлов – методом инверсионной вольтамперометрии (ГОСТ Р 51823-2001); суммы фенольных веществ – по индексу Фолина-Чокальтеу; фракций фенольных соединений – по медоду Пери и Помпеи с осаждением нетаниновых фракций солью хинина и нефлавоноидных фенолов формальдегидом; цветовых характеристик – по арбитражному методу МОВВ; определение пестицидов – по ГОСТ 30349-96; ароматических компонентов – хроматографическим способом после предварительной экстракции фреоном; кальция – колориметрическим методом с арсеназо (III); антиоксидантной емкости – с использованием катион-радикала ABTS; лакказной активности – по сирингалдазину.
Все определения проводились в 3-х повторностях. В диссертации представлены средние арифметические данных 3-х повторностей. Статистическую обработку данных проводили с применением стандартного пакета программ.
3.2. Результаты исследований и их обсуждение
В настоящей работе оценивалась эффективность использования биосорбентов из гриба P. ostreatus, штамма ВКПМ F-697, для устранения последствий окислительного покоричневения вин, улучшения их стабильности и гигиенических свойств путем удаления катионов металлов и остатков средств защиты растений. Выбранный штамм характеризуется высокой скоростью роста и продуктивностью. Что позволяет достигать относительно низкой себестоимости производства данных биосорбентов. Продукт исследован в институте питания РАМН и сертифицирован Госсанэпиднадзором России как пищевой сорбент.
3.2.1 Изучение влияния обработки биосорбентами вин на их физико-химические и органолептические показатели.
На первом этапе работы проводили серию экспериментов для выявления влияния биосорбентов на основные физико-химические и органолептические показатели обрабатываемых вин. Для чего в колбы с образцами вносили навески биосорбентов из расчета 2 г/дм3, выдерживали в течение 1 часа, затем сорбент отделяли при помощи фильтрования и полученные образцы подвергали анализу. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1. Физико-химические показатели вина до и после обработки биосорбентами из гриба Pleurotus ostreatus.
| Показатель | Вариант обработки | ||||
| Без обработки | Вешевит-1 | Вешевит-2 | Вешевит-3 | Плодовое тело | |
| Крепость % об., | 10,8 | 10,7 | 10,8 | 10,6 | 10,8 |
| Содержание сахара, г/дм3 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 3,2 |
| Титруемые кислоты, г/дм3 | 3,8 | 3,7 | 3,7 | 3,8 | 3,8 |
| Летучие кислоты, г/дм3 | 0,70 | 0,76 | 0,72 | 0,70 | 0,68 |
| Приведенный экстракт, г/дм3 | 17,6 | 17,7 | 17,4 | 17,5 | 17,3 |
| Содержание Fe общ., мг/ дм3 | 19,8 | 10,3 | 7,7 | 9,8 | 7,2 |
| Содержание Ca2+, мг/ дм3 | 133 | 123 | 107 | 127 | 118 |
| Содержание фенольных веществ, мг/дм3 | 560 | 512 | 498 | 508 | 492 |
| pH | 3,53 | 3,56 | 3,51 | 3,49 | 3,48 |
| SO2 общ., г/дм3 | 98 | 96 | 98 | 97 | 96 |
| N аминный, мг/дм3 | 190 | 186 | 196 | 193 | 177 |
| N аммиачный, мг/дм3 | 6,4 | 6,4 | 6,4 | 6,4 | 6,4 |
| Эфиры, мг/дм3 | 264 | 263 | 258 | 263 | 259 |
| Альдегиды, мг/дм3 | 53 | 50 | 52 | 51 | 52 |
| Белок, мг/дм3 | 268 | 263 | 257 | 264 | 249 |
| Антиоксидантная емкость, ммоль/дм3 | 0,617 | 0,605 | 0,569 | 0,587 | 0,545 |
Известно, что P. ostreatus являются грибами продуцентами лакказ, что потенциально могло повлиять на протекание окислительных процессов в обработанном вине. В связи с этим, необходимо было проверить наличие лакказной активности в образцах виноматериала после его обработки биосорбентами. Для этого использовали методику определения лакказной активности по сирингалдазину. При проведении эксперимента ни в одном из образцов лакказная активность не была выявлена. Это может свидетельствовать о том, что в условиях получения данных биосорбентов происходит инактивация лакказы.
В результате проведенных предварительных испытаний исследуемых биосорбентов по их влиянию на физико-химические и органолептические показатели было установлено, что:
– обработка исследуемыми биосорбентами образцов вина не влияет существенно на основные физико-химические показатели последних, за исключением содержания катионов кальция и железа и общего количества фенольных соединений, что в свою очередь может положительно сказаться на стабильности данного вина к физико-химическим помутнениям;
– биосорбенты не оказывают негативного влияния на органолептические свойства обрабатываемых образцов (Рис. 1).
В связи с этим был сделан вывод о целесообразности проведение дальнейших исследований по обработке вин данными биосорбентами.
1-3 = от очень слабого до слабого/ 4-6 = типичный, стандартный
/ 7-9 = от доминирующего до подавляющего
Рис. 1 Профиль сравнительной органолептической оценки белого столового сухого вина до обработки и после обработки биосорбентом Вешевит-2
3.2.2 Разработка способов предотвращения и устранения последствий окислительного покоричневения виноматериалов и вин
Как известно, окисляющее действие кислорода воздуха ведет к появлению у вин тонов покоричневения, при этом полифенолы переходят в хиноновую форму, способную к конденсации, вследствие чего появляются красно-коричневые продукты, которые вызывают появление осадка. Степень побурения зависит от природы и количества фенольных веществ, находящихся в вине и активности окислительных ферментов винограда.
Являясь основным фактором окислительного покоричневения, фенольные вещества влияют также на стабильность вин к помутнениям физико-химической и биохимической природы.
1-3 = от очень слабого до слабого/ 4-6 = типичный, стандартный
/ 7-9 = от доминирующего до подавляющего
Рис. 2 Профиль сравнительной органолептической оценки белого столового сухого вина, имеющего ярко выраженные тона окислительного покоричневения, до и после обработки биосорбентом Вешевит-2
Появляющийся в случае окисления коричневый оттенок, для белых столовых вин является дефектом, и такие вина требуют дополнительной обработки для его устранения. На предприятиях рекомендовано применять для этих целей синтетический полимер ПВПП, сорбирующий фенольные вещества. Нами было решено использовать для этих целей препараты из гриба P. ostreatus. Эффективность действия биосорбентов оценивали по изменению цветовых характеристик обработанных вин. Сравнительные исследования имеющихся в нашем распоряжении биосорбентов на белых винах и образце окисленного шампанского, имеющих явные признаки окислительного покоричневения показали, что наиболее эффективными являются сорбенты Плодовое тело, Вешевит-2 и Хефацель (Таблица 2). После обработки биосорбентами у вина исчез коричневый оттенок и несколько уменьшился тон окисленности, вкус и аромат стали более гармоничными (рис. 2).
Вино приобрело светло-соломенную окраску, кристальную прозрачность, что коррелирует с улучшением показателей цветности и, вероятно, является следствием удаления темноокрашенных конденсированных форм фенольных соединений.
Таблица 2 Изменение содержания фенольных веществ и цветовых характеристик при обработке белого столового полусладкого вина «Совиньон» различными биосорбентами
| Биосорбент | Показатели цветности | Общее количество фенольных соединений, мг/дм3 / % сорбции | ||
| Яркость,% | Чистота,% | λ домин, нм | ||
| Без обработки | 45,7 | 42,3 | 580 | 330 / 0 |
| Плодовое тело | 67,9 | 25,6 | 576 | 235 / 28 |
| Вешевит-2 | 73,3 | 26,8 | 576 | 235 / 28 |
| ХХК | 54,8 | 32,6 | 578 | 210 / 36 |
| Хефацель | 78,2 | 28,2 | 574 | 200 / 39 |
| ПВПП | 65,8 | 24,2 | 575 | 222 / 33 |
В последующих опытах путем поочередного варьирования параметров обработки, таких как: температура, продолжительность, дозировка биосорбента были подобраны оптимальные режимы обработки вин с целью устранения последствий окислительного покоричневения. Эти опыты показали, что увеличение количества внесенного препарата соответствующим образом сказывается на количестве удаленных фенольных соединений, при этом улучшаются цветовые характеристики, однако увеличение дозировки препаратов выше 2 г/дм3 не приводят к значительному увеличению этих показателей. То же самое можно сказать и о продолжительности обработки. Увеличение температуры обработки повышает ее эффективность, как, впрочем, и перемешивание. После анализа и сопоставления полученных данных, были определены условия проведения обработки винодельческой продукции с целью устранения последствий окислительного покоричневения, которые, по нашему мнению являются следующими:
– Концентрация биосорбента 1-2 г/дм3;
– Продолжительность обработки 1-2 часа;
– Температура 20-45°С
– При постоянном перемешивании
Поскольку изменение общего количества фенольных соединений при обработке биосорбентами не дает представления о характере сорбции соединений фенольной природы, в дальнейшем было решено проследить количественные изменения различных фракций фенольных веществ. Для опытов брали белое столовое вино с ярко выраженными тонами покоричневения. Опыты проводили по методу Пери и Помпеи.
Проведенные эксперименты подтвердили высказанное ранее предположение о том, что биосорбенты удаляют из вин темноокрашенные полимеры фенольных соединений, практически не затрагивая при этом фенольные соединения нефлавоноидной природы. К тому же происходит уменьшение флавоноидной фракции, которая является наиболее лабильной и легко вступает в реакцию полимеризации с образованием темноокрашенных продуктов (Таблица 3, 4).
Таблица 3. Влияние биосорбентов на сорбцию различных фракций фенольных веществ в белом столовом сухом вине
| Вариант обработки сорбентом | Фенольные вещества, мг/дм3 | |||
| Общее количество | Полимеры | Мономеры | ||
| Флавоноиды | Нефлавоноидные фенолы | |||
| Без обработки | 360 | 128 | 80 | 152 |
| Плодовое тело | 240 | 29 | 68 | 143 |
| Вешевит-2 | 257 | 36 | 69 | 152 |
| Хефацель | 240 | 28 | 64 | 148 |
| ПВПП | 218 | 13 | 55 | 150 |
Таблица 4. Влияние биосорбентов на сорбцию различных фракций фенольных веществ красного столового невыдержанного вина
| Вариант обработки сорбентом | Фенольные вещества, мг/дм3 | |||
| Общее количество | Полимеры | Мономеры | ||
| Флавоноиды | Нефлавоноидные фенолы | |||
| Контроль | 1520 | 290 | 918 | 312 |
| Вешевит-2 | 1337 | 125 | 900 | 312 |
| ПВПП | 1205 | 105 | 850 | 250 |
Таким образом, можно предположить, что биосорбенты связывают ту часть мономерных форм фенольных веществ, которая наиболее подвержена окислению. Что касается цветовых характеристик красных вин, то следует отметить, что при обработке вин биосорбентом Вешевит-2 происходит небольшое изменение интенсивности окраски с внешним усилением фиолетового оттенка. При анализе состава фенольных кислот красного вина до и после его обработки биосорбентом Вешевит-2 были получены данные, свидетельствующие о том, что количество фенольных кислот в вине после обработки осталось практически на прежнем уровне. Обработка красного столового вина ПВПП приводит к уменьшению интенсивности его окраски, что связано с частичным удалением вина красящих веществ. Это косвенно подтверждается снижением содержания в обработанном вине количества фенольных соединений флавоноидной природы, к которым относятся и антоцианы. Можно сказать, что препараты из гриба P. ostreatus действуют на фенольный комплекс вин более мягко и избирательно, в отличие от ПВПП, который воздействует на все фракции фенольных соединений.
Изменения содержания и спектра фенольных соединений в вине, несомненно, отражается на его биологической активности, в частности антиоксидантной емкости (АОЕ). Как следует из данных табл.1 обработка вина биосорбентом несколько снижала его АОЕ. Поэтому представляло интерес выяснить, как изменяется АОЕ во времени при контакте с биосорбентом. Для установления динамики антиоксидантной емкости вина в процессе обработки его биосорбентом был использован метод измерения общей антиоксидантной емкости с использованием катион-радикала ABTS (Таблица 5).
Динамика антиоксидантной емкости вина, обрабатываемого биосорбентами, характеризуется наличием фаз снижения, подъема и стабилизации. Отсутствие значимых отличий стационарных значений АОЕ по сравнению с исходным уровнем свидетельствует, что анализируемые биосорбенты при исследуемых режимах обработки не оказывают отрицательного влияния на биологическую ценность стабилизируемого вина.
На основании экспериментальных данных был разработан способ обработки виноматериалов и вин, на который получен патент РФ №2349639 от 20.03.2009.
Таблица 5 Изменение антиоксидантной емкости вина при обработке биосорбентами
| Время, ч. | Вино необработанное (контроль) | Вешевит-2 | Плодовое тело |
| 0 | 0,631±0,022 | 0,631±0,022 | 0,631±0,022 |
| 1 | 0,618±0,024 | 0,570±0,014 | 0,585±0,012 |
| 2 | 0,610±0,002 | 0,593±0,011 | 0,560±0,029 |
| 3 | 0,610±0,002 | 0,605±0,013 | 0,583±0,012 |
| 5 | 0,600±0,012 | 0,615±0,013 | 0,596±0,033 |
| 7 | 0,593±0,013 | 0,621±0,012 | 0,607±0,011 |
| 9 | 0,601±0,012 | 0,629±0,012 | 0,611±0,002 |
| 24 | 0,597±0,012 | 0,618±0,012 | 0,605±0,007 |
3.2.3 Изучение сорбционной способности биосорбентов с целью их возможного использования для деметаллизации винодельческой продукции
Присутствие в сусле и вине катионов металлов, таких как Fe, Cu, Ca и т.д., в избыточном количестве может негативно сказаться на вкусе и стабильности готовой продукции. Поэтому, при наличии такого факта, необходимо проводить деметаллизацию. Снизить концентрацию катионов металлов в среде возможно при помощи обработки ее биосорбентами.
Способности различных биосорбентов из гриба P. ostreatus удалять катионы металлов для начала проверялась на модельных растворах, имитирующих вино по содержанию винной кислоты и спирта. Опыт наглядно продемонстрировал, что все исследованные препараты на основе гриба P. ostreatus обладают сорбционными свойствами по отношению к железу. Однако наиболее подходящими для последующих исследований являются препараты Вешевит-2 и Плодовое тело, удалившие 63,7 и 83,4 % исходного железа соответственно, что немного уступает действию такого сорбента как Хитозан и сравнимо с сорбционной способностью препарата Хефацель, представляющего собой клеточные оболочки дрожжей.
Обработка с целью деметаллизации виноградных вин, также подтвердила хорошую способность данных биосорбентов удалять катионы железа, хотя и наблюдалось некоторое падение сорбционной способности препаратов по отношению к опытам на модельных растворах. (Рисунок 3).
Р
ис.3 Изменение содержания железа в белом столовом сухом вине Шардоне при обработке его различными препаратами
Далее, как и в случае с устранением последствий окислительного покоричневения, проводились опыты для выявления оптимальных условий деметаллизации. В ходе их проведения было отмечено, что увеличение дозы препарата способствует росту процента сорбции общего железа, однако при внесении 3 и 5 г/дм3 сорбентов этот рост не велик по отношению к увеличению количества вносимых препаратов. Вероятно, это происходит вследствие взаимодействия ионов железа с органическими кислотами вина с образованием прочных растворимых комплексов, что делает данные ионы недоступными для сорбентов. Связывание основной массы железа происходит в первые часы обработки. В последствии доля удаленного железа растет незначительно, а в случае препаратов Вешевит-2 и Хитозан к 24 часам наблюдается эффект частичной десорбции. Стоит отметить, что в отличие от Хитозана у препаратов из гриба P. ostreatus не наблюдается падение сорбционной способности при увеличении концентрации этилового спирта в обрабатываемой среде, что позволяет рекомендовать использовать их для обработки крепких алкогольных напитков, в частности коньяка. Еще одним немаловажным фактом, влияющим на процесс сорбции, была температура, с ростом которой количество связанного железа для всех сорбентов уменьшается, из чего можно сделать вывод, что увеличение температуры сдвигает равновесие в сторону десорбции. Низкая температура способствует более полному удалению железа из вина.
Исходная концентрация железа в обрабатываемом вине имеет значительное влияние на процесс сорбции его из вина препаратами. Причем, чем меньше исходная концентрация общего железа в вине, тем хуже оно удаляется исследуемыми биосорбентами. По нашему мнению причинами данного явления могут служить связывание железа в прочные растворимые комплексы с органическими кислотами вина. Перемешивание положительно влияет на протекание процесса сорбции. Это может объясняться интенсификацией контакта частиц сорбента с ионами железа. В случае дробного внесения исследуемых биосорбентов наблюдалось некоторое увеличение количества удаляемого железа. Однако, при этом дробная обработка занимает в 2 раза больше времени, что делает ее проведение нецелесообразным. Поэтому во всех последующих экспериментах было решено вносить сорбенты в один прием.
В результате проведенных опытов был сделан вывод, что оптимальными условиями для обработки соков, вин и коньяков с целью их деметаллизации можно считать следующие:
- дозировка сорбентов 1-2 г/дм3;
- продолжительность 1-2 часа
- температура 0 – 25ºС
- при постоянном или периодическом перемешивании
Как известно, железо, присутствующее в растворах, может находиться в различных формах. Это и ионное: Fe2+ и Fe3+, и находящееся в виде растворимых комплексов с различными соединениями (комплексное). Степень воздействия на различные формы железа в вине оценивалась в рамках следующего эксперимента (Рис. 4). Полученные данные свидетельствуют о том, что в процессе обработки в основном сорбируется ионное железо. Комплексное железо практически не удаляется. Причиной незначительных изменений этого показателя может служить погрешность измерений или частичный переход одних форм железа в другие при введении в равновесную систему посторонних химических соединений (в виде сорбента). В связи с этим, можно полагать, что именно наличием трудноудаляемого железа, связанного в комплексы, объясняется падение сорбционной способности препаратов при увеличении дозировки и соответственно затруднительное проведение полной деметаллизации вина.
Рис. 4 Действие сорбентов на различные формы железа
В ходе изучения способности биосорбентов из гриба P. ostreatus к деметаллизации соков, вин и коньяков было проанализировано влияние проведения обработки данными препаратами на изменение в образцах концентрации других металлов, способных оказывать негативное воздействие на их стойкость, в частности, кальция и меди. Обработка вина выбранными препаратами позволила снизить содержание кальция и меди соответственно на 19,4% и 63,0% в случае обработки Вешевит-2 и на 10,4% и 67,4% в случае обработки Плодовым телом, что превзошло по аналогичным показателям сорбционную способность, продемонстрированную Хитозаном (таблица 6).
Таблица 6 Изменение содержания меди в вине при обработке его биосорбентами
| Дозировка препарата, г/дм3 | Содержание Cu2+, мг/дм3 / % сорбции | ||
| Вешевит-2 | Плодовое тело | Хитозан | |
| 0 | 4,6 / 0 | 4,6 / 0 | 4,6 / 0 |
| 1 | 2,0 / 56,5 | 2,0 / 60,1 | 2,7 / 41,3 |
| 2 | 1,7 / 63,0 | 1,5 / 67,4 | 2,5 / 45,7 |
3.2.4 Исследование изменения сорбционной активности препарата Вешевит-2 в процессе хранения
Н
емаловажным аспектом, влияющим на оценку качества того или иного сорбента и на возможность его использования в производственных условиях, является его способность сохранять свою сорбционную активность на определенном уровне в процессе хранения. Поэтому нами был проведен эксперимент для оценки возможности препарата Вешевит-2 сохранять свою сорбционную способность с течением времени. Из исходной партии, была отобрана часть сорбента, которую поместили в склянку из темного стекла с крышкой и хранили в лаборатории при комнатной температуре, периодически отбирая пробы и исследуя сорбционную способность по отношению к железу на модельном растворе. На рисунке 5 показан график
Рис. 5 Изменение сорбционной способности препарата Вешевит-2 с течением времени
количества удаленного железа в % из идентичного модельного раствора через определенное время хранения.
Можно констатировать тот факт, что полученный биосорбент предпочтительнее использовать в течение первых 6 месяцев от даты его производства, так как именно в течение этого времени препарат сохраняет достаточно высокую сорбционную способность.
3.2.5 Исследование возможности применения биосорбентов с целью улучшения гигиенических характеристик виноградных вин.
Целью данной части нашей работы было оценить возможность использования новых биосорбентов микробного происхождения для улучшения гигиенических характеристик соков и вин путем удаления из них ионов тяжелых металлов и остатков пестицидов. Тяжелые металлы и пестициды вводились искусственно в концентрациях в несколько раз превышающих ПДК. По результатам исследований можно утверждать, что обработка виноматериалов и вин выбранными биосорбентами позволяет эффективно удалять из них катионы токсичных металлов, что способствует повышению безопасности готовой продукции (Табл. 7).
Таблица 7 Изменение содержания тяжелых металлов в вине при обработке его биосорбентами Хефацель и Вешевит-2
| Сорбент | Pb2+ | Cd2+ | ||||
| мг/дм3 до / после обработки | % сорбции | ПДК, мг/дм3 | мг/дм3 до / после обработки | % сорбции | ПДК, мг/дм3 | |
| Хефацель | 1,00 / 0,17 | 83 | 0,3 | 0,10 / 0,02 | 80 | 0,03 |
| Вешевит-2 | 1,00 / 0,24 | 76 | 0,10 / не обнаруж | 100 | ||
Наряду с избыточным содержанием катионов тяжелых металлов стоит не менее важная задача – контроль содержания остатков пестицидов в винодельческой продукции. Помимо прямого негативного воздействия на здоровье людей, присутствие остатков пестицидов в винограде и сусле может иметь технологическое значение. Так, например, оно может являться причиной плохого забраживания сусла или остановки брожения. Попадание средств защиты винограда в сусло приводит к ухудшению вкуса и аромата вин. Также, наличие пестицидов влияет отрицательно на стабильность вин и вызывает их помутнение. Поэтому было решено протестировать сорбенты на способность удалять из сусла (сока) и вина остатки пестицидов.
Для этого в сусло, которое получали из винограда путем отжима на лабораторном прессе с последующим его осветлением, в вино вводилась смесь, состоящая из 3-х пестицидов (гамма-ГХЦГ, Альдрин, ДДТ), в таком количестве, чтобы полученные концентрации пестицидов превышали ПДК в 2-3 раза. Затем, такое вино подвергалось обработке биосорбентами, в обработанных образцах хроматографическим методом определялось остаточное содержание пестицидов и эти показатели сравнивались с показателями содержания пестицидов в исходном образце и ПДК (Таблицы 8,9).
Все сорбенты продемонстрировали хорошую сорбционную способность по отношению к данным пестицидам, лучшим был признан препарат Вешевит-2. По результатам проведенных опытов было сделано заключение о том, что препараты из гриба P. ostreatus могут применяться в качестве сорбентов для удаления остатков средств защиты растений из винодельческой продукции. Особенно это важно для сокового производства, где отсутствует стадия брожения и, соответственно, возможность удаления тяжелых металлов и пестицидов путем их сорбции дрожжевыми клетками. Обработка же сусла с повышенным содержанием пестицидов поможет избежать возможных проблем с его забраживанием, предохранить от неконтролируемой остановки брожения и появления недобродов, а также обеспечить безопасность готовой продукции.
Таблица 8 Обработка вин препаратами на основе гриба Pleurotus ostreatus для удаления из них остатков пестицидов
| Пестициды | Концентрация пестицидов (мг/дм3) при обработки препаратами | ПДК, мг/дм3 | ||||||
| Контроль | Хитозан | Плодовое тело | Вешевит-3 | Вешевит-2 | Вешевит-1 | ХГК | ||
| Гамма-ГХЦГ | 0,100 | 0,048 | 0,042 | 0,047 | 0,016 | 0,036 | 0,058 | 0,05 |
| Алдрин | 0,013 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,000 | 0,000 | 0,001 | Не должно быть |
| ДДТ | 0,200 | 0,008 | 0,008 | 0,019 | 0,000 | 0,006 | 0,016 | 0,10 |
Таблица 9 Обработка натурального виноградного сока (сусла) препаратами на основе гриба Pleurotus ostreatus для удаления из них остатков пестицидов
| Пестициды | Концентрация пестицидов (мг/дм3) при обработки препаратами | ПДК, мг/дм3 | ||||||
| Контроль | Хитозан | Плодовое тело | Вешевит-3 | Вешевит-2 | Вешевит-1 | ХГК | ||
| Гамма-ГХЦГ | 0,150 | 0,059 | 0,047 | 0,056 | 0,020 | 0,048 | 0,067 | 0,05 |
| Алдрин | 0,031 | 0,003 | 0,001 | 0,001 | 0,000 | 0,000 | 0,003 | Не должно быть |
| ДДТ | 0,300 | 0,037 | 0,015 | 0,021 | 0,002 | 0,016 | 0,028 | 0,10 |
4. ВЫВОДЫ
1. Впервые проведен сравнительный анализ сорбционных свойств препаратов из гриба Pleurotus ostreatus по отношению к компонентам вина, в результате которого выявлены наиболее эффективные сорбенты: Вешевит-2 и Плодовое тело, и отмечено их комплексное воздействие на обрабатываемое вино.
2. Установлено, что выбранные биосорбенты в рекомендуемых дозах не оказывают негативного влияния на физико-химические и органолептические показатели обрабатываемых вин. Это позволило рекомендовать их для устранения последствий окислительного покоричневения вин, удаления катионов тяжелых металлов и остатков пестицидов.
3. Показано, что исследуемые биосорбенты избирательно воздействуют на фракции фенольных соединений и различные формы железа в вине, удаляя в основном конденсированные формы фенольных веществ и ионные формы железа.
4. Определены оптимальные условия обработки винодельческой продукции выбранными препаратами:
- дозировка биосорбента 1-2 г/дм3;
- температура: а) 0 - 25ºС – для деметаллизации и удаления пестицидов,
б) 20 - 45ºС – для устранения последствий окислительного покоричневения;
- продолжительность обработки 1 – 2 часа
- задача всей порции биосорбента в один прием;
- при периодическом или постоянном перемешивании.
Это позволило усовершенствовать технологические приемы обработки винодельческой продукции. По результатам исследования получен патент на изобретение способа обработки виноматериалов и вин.
5. Разработана Технологическая инструкция по обработке винодельческой продукции с использованием препарата «Вешевит» и проведены производственные испытания на заводе ООО «Вина и Воды Абхазии».
6. Ожидаемый экономический эффект от использования биосорбентов Вешевит-2 и Плодовое тело составит 2085 руб. и 1910 руб. на 100 дал обрабатываемой продукции соответственно.
Список работ, опубликованных по теме диссертации:
1. Гирявенко А.В., Щербаков С.С. Использование хитозана для обработки виноматериалов и вин // Сборник докладов V юбилейной школы-конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» - М.: МГУПП – 2007. – С. 173-176.
2. Гирявенко А.В., Щербаков С.С. Способ устранения последствий окислительного покоричневения виноматериалов и вин // Сборник докладов VI научно-технической конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации: эффективное использование ресурсов отрасли» - М.: МГУПП – 2008. – С. 75-77.
3. Гирявенко А.В., Щербаков С.С. Использование биосорбентов для устранения окислительного покоричневения белых виноматериалов и вин // Актуальные проблемы развития технологии производства продуктов питания. Материалы научно-практической конференции, посвященной 15-летию технологического факультета Воронежского ГАУ им. К.Д. Глинки – Воронеж: изд-во «Истоки» – 2009. – С. 177-178.
4. Гирявенко А.В., Щербаков С.С. Использование биосорбентов для устранения последствий окислительного покоричневения виноматериалов и вин // Виноделие и виноградарство. – 2009. – №2. – С. 32 – 34.
5. Гирявенко А.В., Щербаков С.С. Использование биосорбентов для улучшения гигиенических характеристик виноградных вин // Виноделие и виноградарство. – 2009. – №3. – С. 29-30.
6. Щербаков С.С., Гирявенко А.В. и др. Способ обработки виноматериалов и вин: пат. 2349639 Рос. Федерация. № 2007147968; МПК7 С12H 1/02, опубликовано 20.03.2009, бюл. №8
Список сокращений, используемых в автореферате
P. ostreatus – Pleurotus ostreatus
ПВПП – поливинилполипирролидон
ХХК – хитин-хитозановый комплекс
ЖКС – желтая кровяная соль
АОЕ – антиоксидантная емкость
ПДК – предельно допустимая концентрация