Работа сделанна в 2007 году
Двухступенчатое озонирование в технологии очистки диффузионного сока - Реферат, раздел Химия, - 2007 год - Влияние кислорода на воду, безалкогольные напитки Двухступенчатое Озонирование В Технологии Очистки Диффузионного Сока. Для Очи...
|
Двухступенчатое озонирование в технологии очистки диффузионного сока. Для очистки соков свеклосахарного производства в качестве основных реагентов используют известь и диоксид углерода.
Один из путей совершенствования технологии очистки сахарсодержащих растворов — использование окислителей как дополнительных реагентов очистки с целью повышения показателей качества получаемых продуктов, а также снижения расхода извести и диоксида углерода [3]. Вместе с тем одна из проблем развития современных технологий — проблема экологии.
Применение различных химических препаратов на всех стадиях производства приводит к постепенному их накоплению в окружающей среде и в конечном счете к отрицательному воздействию на качество продукции [1]. Озон как естественное природное вещество с этой точки зрения экологически безопасен.
Он не накапливается в окружающей среде, активно вступает в реакции с различными группами соединений и быстро разлагается на молекулярный и атомарный кислород.
Продукты реакций озона, в основном окислы, также не являются токсичными или вредными соединениями, как, например, большинство хлороргани-ческих соединений, при этом данный окислитель способен разлагать такие вещества, как пестициды и другие химикаты, до более безопасных форм [2]. По действию на живые объекты озон может проявлять как стимулирующую, так и биоцидную направленность, а также способен замедлять процессы метаболизма живой клетки.
Ранее нами были проведены исследования воздействия озонирования на качественные показатели очистки при обработке сока основной дефекации. Опыты проводили по классической известково-углекислотной схеме с включением элемента озонирования. Установлено, что целесообразно проведение комбинированной очистки диффузионного сока с применением озона при температуре 80 С, его концентрации в озоно-воздушной смеси 7 г/м^ и расходе 3,25 м^ смеси на 1 м3 сока [5, 6]. Такая одноступенчатая обработка не позволяет в полной мере удалить красящие вещества, поскольку в процессе дальнейшей очистки образуются новые темно-окрашенные соединения, а также другие растворимые несахара.
В связи с этим проведены исследования по разработке способа очистки диффузионного сока с использованием двукратного введения озона: на горячей ступени основной дефекации и на дополнительной дефекации перед II сатурацией. Предусмотренное количество озоно-воздушной смеси 0,5-3,0 м3 на I м3 сока с концентрацией в ней озона 3-10 г/м^ делили на две равные части и подавали на горячую ступень основной дефекации и на дополнительную дефекацию перед II сатурацией.
Диффузионный сок направляли на прогрессивную преддефекацию до рН 10,8-11,2 при температуре 54 56 °С, комбинированную основную дефекацию с расходом извести 2,0-2,5 % к массе сока, в процессе проведения горячей ступени основной дефекации сок обрабатывали одной частью диспергированной озоно-воздушной смеси. Далее осуществляли I сатурацию при температуре 85 90 °С до конечного значения рН 10,8-11,2, отделение осадка путем фильтрования, дефекацию перед II сатурацией продолжительностью 4-6 мин при температуре 80 85 °С и расходе извести 0,2-0,3 % к массе сока. В процессе дефекации перед II сатурацией сок обрабатывали второй частью диспергированной озоно-воздушной смеси.
Далее проводили II сатурацию при температуре 85 90 °С до конечного значения рН 9,0-9,5 и отделение осадка путем фильтрования.
Полученный сок анализировали. Результаты представлены в таблице. Способ проведения очишенного сока Показатели очишенного сока Чистота % Цветность усл. Ед. Эффект очистке, % Предолженный 91,37 12,41 38,96 Типовой 90,42 15,94 31,53 Примечание. Чистота диффузионного сока 86,6%. При обработке сока озоно-воздушной смесью в процессе основной дефекации происходит интенсивное разложение моносахаридов, продукты распада которых в щелочной среде окисляются с образованием постоянных бесцветных соединений вместо того, чтобы конденсироваться в высокомолекулярные красяище вещества.
Но процессы образования красящих веществ активно продолжаются в щелочной среде на дефекации перед II сатурацией, что приводит к снижению эффекта, достигнутого при озонировании. Эту проблему позволяет избежать обработка сока озоном в две ступени: в процессе основной дефекации и в процессе дефекации перед II сатурацией. Таким образом, снижается цветность и предотвращается ее образование не только на основной дефекации, но и на дефекации перед II сатурацией [4]. Озонирование сока в процессе основной дефекации неразрывно связано с воздействием окислителя на значительную массу осадка, в связи с этим дополнительное количество озона расходуется на окисление органической части коагулята.
В результате происходит пептизация осажденной массы и часть несахаров перехоз^т обратно в раствор, снижая чистоту сока. Двухступенчатая обработка озоно-воздушной смесью позволяет снизить объем продуваемого газа на основной дефекации, что сопровождается более низкой степенью пептизации несахаров.
На второй ступени, при озонировании в процессе дефекации перед II сатурацией, происходит дополнительное окисление несахаров с образованием сложных промежуточных соединений, которые в процессе II сатурации адсорбируются на осадке карбоната кальция, повышая чистоту сока. Таким образом, комбинированная очистка диффузионного сока с обработкой сока озоном в две ступени достаточно эффективна, так как при этом повышается эффект очистки на 7,4 %. Предложенный способ обеспечивает увеличение чистоты очищенного сока на 0,95 %, снижение его цветности на 22,1 % по сравнению с классической схемой очистки. Влияние озонирования дефекованного сока на качественные оказатели очищенного сока Применение окислителей в процессе очистки сахарсодержащих растворов приводит к значительному ингибирова-нию реакций образования темноокрашен-ных соединений и снижению цветности продуктов превращения редуцирующих веществ [4-6]. Результаты исследований воздействия окислителей и восстановителей на отдельные группы красящих веществ также свидетельствуют о преимуществе окислителей в области обесцвечивания сахарсодержащих растворов [2]. В данной работе проведено исследование процесса озонирования в условиях очистки диффузионного сока, в частности на этапе дефекации перед II сатурацией.
Определяли влияние обработки озоном на чистоту, цветность, массовые доли солей кальция и редуцирующих веществ очищенного сока. Опыты проводили следующим образом.
Диффузионный сок направляли на прогрессивную преддефекацию до рН 10,8-11,2 при температуре 54 56 °С, комбинированную основную дефекацию с расходом извести 2,0-2,5 % к массе сока. Далее осуществляли I сатурацию при температуре 85 90 °С, конечное значение рН 10,8-11,2, отделение осадка путем фильтрования, дефекацию перед II сатурацией продолжительностью 4-6 мин при температуре 80 85 °С и расходе извести 0,2-0,3 % к массе сока. В процессе дефекации перед II сатурацией сок обрабатывали озоно-воздушной смесью при температуре 60 100 °С с расходом озоно-воздушной смеси 0,5-6,0 м3/м3 сока и концентрацией в ней озона 2-12 г/м3. Далее проводили II сатурацию при температуре 85 90 °С до конечного значения рН 9,0-9,5 и отделение осадка путем фильтрования.
Результаты анализа очищенного сока представлены на рис. 1-4. Из представленных графиков видно, что рациональные условия обработки озоном дефекованного сока следующие: температура 85 °С, расход озоно-воз-душной смеси 4,5 м3/м3 сока, концентрация озона 10 г/м3. Насыщение полупродуктов озоном в процессе очистки диффузионного сока осуществляется с целью инициализации протекания дополнительных химических реакций, в результате которых происходит окисление целого ряда несахаров, сопровождающееся их распадом.
Продукты распада, а также образовавшиеся промежуточные соединения впоследствии способны адсорбироваться на карбонате кальция.
Некоторые соединения (например, гуминовые вещества) окисляются до диоксида углерода и воды [3]. При этом наблюдаются повышение чистоты и скорости седиментации, снижение фильтрационного коэффициента и цветности очищенного сока. Озон обладает большой избыточной^, энергией молекулы (24 ккал/моль). При осуществлении технологических операций он легко взаимодействует с веществами щелочного характера, фенолсодержа-щими соединениями, макромолекулами белков, высокомолекулярными соединениями и др что в большинстве случаев сопровождается их деструкцией и адсорбцией продуктов реакций на карбонате кальция. При этом снижается цветность и повышается эффективность удаления несахаров из очищенного сока [1]. В связи с высоким окислительным потенциалом молекулярного озона при обработке дефекованного сока происходит интенсивное разложение моносахаридов, продукты разложения которых в щелочной среде окисляются с образованием устойчивых бесцветных соединений, что предотвращает цветообразование.
Насыщение озоном промежуточных продуктов сахарного производства приводит к значительному снижению интенсивности их окраски, что объясняется воздействием растворенного озона на присутствующие в реакционной среде молекулы красящих веществ.
При этом происходят окисление высокомолекулярных соединений и разрыв двойных связей углеродного скелета, чем и обусловлено снижение цветности и вязкости сахарсодержащего раствора.
В результате пониженной устойчивости несахаров в сильнощелочной среде с увеличением щелочности наблюдается интенсификация процессов окисления и разложения несахаров под действием озона. Образующиеся при этом озони-ды и молозониды могут реагировать с Са(0Н)2 с образованием нетоксичных соединений в виде осадка.
С повышением температуры сока растворимость озона в нём уменьшается, но, как известно, увеличивается скорость химических реакций и соответственно скорость взаимодействия озона с неса-харами, поэтому при увеличении температуры процесса до 80 °С происходит интенсификация разложения и удаления не-сахаров.
Повышение температуры выше 80 °С приводит к увеличению цветности и снижению эффекта очистки за счет значительного снижения растворимости озона в реакционной среде, хотя скорость химических реакций при этом достаточно высокая. Повышение концентрации или расхода озоно-воздушной смеси выше экспериментально установленных значений практически не вызывает изменения показателей качества очистки диффузионного сока, к тому же при этом снижается коэффициент утилизации озона и значительно увеличиваются энергетические затраты.
Следовательно, проводить очистку при таких параметрах нецелесообразно. Состав летучих компонентов безалкогольного пива, полученного в процессе аэрации Для производства безалкогольного пива существует ряд побуждающих причин: все шире пропагандируется здоровый образ жизни; потребителями такого пива могут стать водители, которым не придется бояться негативных последствий; религиозные причины, накладывающие запрет на потребление алкоголя. В настоящее время существует ряд технологий производства безалкогольного пива, которые условно можно подразделить на две группы: технологии, по которым подавляется процесс образования спирта, и технологии, где спирт удаляется из готового пива. В первой группе технологий используют специальные штаммы дрожжей, не сбраживающие мальтозу в алкоголь (или сбраживающие в ограниченном объеме). Кроме того, при получении безалкогольного пива предотвращается образование спирта вследствие понижения температуры брожения по достижении определенной степени сбраживания.
По этим технологиям производится пиво с высоким содержанием остаточных Сахаров и с преобладанием сладковатого привкуса.
На вкус такого пива влияет отсутствие продуктов брожения. Данные сорта можно назвать скорее безалкоголь-пыми напитками, чем пивом. Во второй группе технологий алкоголь удаляется из готового пива одним из двух способов: термическим, когда алкоголь удаляется с помощью тепловой энергии с использованием низкой точки кипения алкоголя; мембранным с помощью мембран с очень мелкими порами для удаления алкоголя за счет различия в размере молекул.
Данная работа посвящена разработке технологии безалкогольного пива, основанной на ограничении образования этилового спирта за счет повышенной аэрации пивного сусла кислородом воздуха перед главным брожением. В результате происходит частичный перевод процесса брожения на процесс дыхания с последующим увеличением биомассы дрожжей и уменьшением образования спирта.
В то же время из-за наличия некоторого количества в сусле несброженных Сахаров наряду с процессом дыхания идет и процесс брожения, в результате которого образуются вкусовые и ароматические веществ, обусловливающие букет зрелого пива. Известно, что во время брожения дрожжи выделяют в пиво целый ряд продуктов метаболизма, которые претерпевают количественные и качественные изменения, частично реагируя друг с другом. Побочные продукты брожения имеют решающее значение для качества готового пива, поэтому их образование и расщепление нужно рассматривать вместе с метаболизмом дрожжей.
Это вещества, формирующие букет молодого пива (диацетил, альдегиды, сернистые соединения). Они придают пиву нечистый, зеленый, незрелый вкус и запах и при повышенной концентрации отрицательно влияют на качество пива, но в ходе брожения и созревания могут быть удалены из пива биохимическим путем, в чем и состоит цель созревания пива. Вторая группа — вещества, формирующее букет готового пива (высшие спирты, эфи-ры). Они в значительной мере определяют аромат пива: их наличие в определенной концентрации служит предпосылкой для получения качественного пива. Эти вещества в отличие от первой группы не могут быть удалены из пива технологическим путем. Образование побочных продуктов брожения и синтез запасных веществ дрожжей зависят от словий процесса.
Значительное влияние оказывает азотный обмен дрожжей и скорость размножения.
Некоторые продукты (например, пируват) накапливаются при размножении, другие (ацетат) — когда дрожжевые клетки не растут. Так как на построение биомассы дрожжей используется часть энергии, полученной от брожения, то изменение степени роста означает, что больше или меньше энергии может быть использовано для синтеза побочных продуктов брожения. Например, при стимулировании роста дрожжей образуется меньше эфиров и больше высших спиртов [1]. Образующиеся при брожении летучие вещества принадлежат к различным группам химических соединений: высшие спирты, летучие кислоты, эфиры, альдегиды и их производные, серосодержащие вещества.
Пируват и ацетальдегид — важнейшие метаболиты дрожжей (их высокие концентрации создают неприятный букете и снижают качество пива). К концу главного брожения содержание альдегидов повышается, затем оно снижается. Более высокая норма введения дрожжей, повышенная температура и брожение под давлением увеличивают образование альдегидов, перемешивание — уменьшает [1]. Образование высших спиртов тесно связано с нормой введения дрожжей, аэрацией и температурой.
Летучие вещества, в особенности диацетил и ацетальдегид, достигают максимальной концентрации при главном брожении. Кроме того, уже на первых стадиях брожения образуются заметные количества летучих органических и жирных кислот [1]. Дрожжи образуют в пиве органические кислоты — уксусную, пировино-градную, молочную, яблочную, лимонную и др которые присутствуют во всех сортах пива. Продолжительность производственного цикла получения пива определяется в основном длительностью процесса созревания.
Под созреванием пива подразумевают облагораживание молодого пива, выражающееся в улучшении его вкуса и аромата. Достигается это различными физическими и химическими реакциями, протекающими в пиве на стадии дображивания. Образуется много новых химических соединений, которых не было в молодом пиве и которые влияют на органолептические свойства пива. Из дрожжевых клеток выделяются компоненты, придающие готовому продукту определенные консистенцию и вкус. В результате всех процессов устанавливается равновесие между различными ароматическими компонентами [1]. Природа созревания пива очень сложна. Несомненно, что при выдержке пива происходит эфирообразование. При созревании пива в нем снижается количество побочных продуктов, придающих ему вкус и аромат незрелого пива. Среди составных веществ пива огромную роль в создании характерного аромата и вкуса играют летучие вещества.
Однако концентрации их должны быть ниже определенного уровня.
Если этого нет, то отдельные летучие соединения или группы их могут доминировать и разрушать гармоничность вкуса. По-видимому, нет определенного вещества, которое занимало бы ведущее место среди арома- тических компонентов пива. В настоящее время выделено и идентифицировано большое число индивидуальных ароматических компонентов пива. По влиянию на аромат пива их можно расположить в следующей последовательности: эфиры, диацетил, кислоты, высшие спирты.
Другие авторы [1] на первое место ставят диацетил. Кроме того, на аромат пива большое влияние оказывают сернистые соединения. Пивные дрожжи большей частью образуют одинаковые ароматические вещества, однако у разных штаммов количество их значительно колеблется. Это особенно проявляется в образовании эфиров дрожжами. Не вызывает сомнения, что аэрация усиливает образование ацетальдегида, активируя весь процесс брожения.
Имеются экспериментальные данные о высокой концентрации ацетальдегида после брожения более аэрированного сусла, чем после сбраживания менее аэрированного. Аэрация сусла, в частности горячего, способствует удалению Н28 и ЗОз, но может увеличить концентрацию диметил-сульфида[1]. Аэрация не увеличивает содержание диацетила в пиве, но повышает активность дрожжей, поэтому на ранних стадиях брожения образуется больше ацетолактата. Это может отрицательно повлиять на количество диацетила в пиве, а следовательно, на качество пива. При недостатке кислорода сбраживание экстракта замедляется, что также может привести к высокому содержанию диацетила в пиве [1]. Основные потребительские свойства пива — его вкус и аромат, которые зависят от содержания различных, в большей степени летучих соединений, образующихся в процессе брожения и созревания пива. Незначительное содержание этих соединений не дает возможности определить их с помощью химических методов.
Сложность состава и микроконцентрация компонентов позволяют применять методы физико-химического анализа, из них наиболее объективный для идентификации компонентов — метод газожидкостной хроматографии [2]. Цель работы — исследование состава летучих продуктов, образующихся при брожении и дображивании пива, обеспечивающих его вкус и аромат при получении безалкогольного пива с использованием аэрации сусла кислородом воздуха.
В задачи исследований входило: определение оптимальных параметров процесса хроматографии для исследования качественного состава летучих компонентов; определение времени выхода чистых летучих компонентов; исследование процессов брожения и дображивания при получении безалкогольного пива при помощи аэрации сусла кислородом воздуха; исследование образцов готового безалкогольного пива и проведение сравнительного анализа результатов.
Показатель Значение Материал колонки, м Сталь Длинна колонки, м 3,0 Внутренний диаметр колонки, мм 2,0 Твердый носитель неподвижной фазы Chromaton N-AW-HMDS Неподвижная жидкая фаза Carbowax-300 Концентрация НЖФ на твердом носителе,% 15 Объем пробы, мкл 0.5-10.0 Температура термостата колонки,ºС 60 Температура испарения, ºС 200 Температура детектора, ºС 200 Расход газа-носителя, см3/мин-1 20 Расход газов для пламенно-ионизационного детектора, см3/мин-1: Водород 30 Воздух 300 Приготовленное сусло до задачи дрожжей аэрировали кислородом воздуха до следующих концентраций: в контрольном образце — 6-8 мг/дм3 в опытном образце — 40-45 мг/дм3 [3, 4, 5]. Для насыщения сусла кислородом использовали экспериментальную установку, состоящую из кислородного баллона, редуктора с манометрами, трубки, гермегимески соединяющей баллон с сосудом, ишюлненным пивным суслом (рис. 1). В аэрированное сусло добавляли дрожжи с нормой задачи 20 млн кл./см3 и проводили брожение и дображивание 110 классической технологии.
Для определения летучих компонентов в процессе работы был применен газохроматографический анализ (надосадочная колонка), при котором соблюдались определенные параметры хроматографии, оптимальные для максимального разделения смеси (табл. 1). Количественную обработку хроматограмм производили вручную, т.е. после определения площадей пиков на хрома-тограмме рассчитывали концентрации компонентов в анализируемом образце Сi(мг/дм3)без введения калибровочного множителя где Рi, РСТ — измеряемые параметры хроматографических пиков интересующего и стандартного веществ (пло-щади); fi — калибровочный множитель для определяемого соединения относительно стандартного вещества, fi= 1; qст, qсм — количества стандартного вещества и анализируемой смеси, отобранные и смешанные для анализа.
До анализа дистиллята пива провели идентификацию летучих компонентов, которые в пиве выявляют следующим образом: определяют время выхода чистых летучих компонентов и сравнивают с пиками на хроматограммах.
Изданных, представленных на рис. 2-7, можно сделать
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Если в европейских странах наибольшим спросом пользовались воды с низкой минерализацией, такие, как «Перье», «Эвиан», и др то в России, обладающей… Минеральные воды разливают по общим [3] или индивидуальным для каждого… Европейские требования к безопасности и качеству минеральных вод [5] в отношении содержания ксенобиотиков, таких, как…
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Двухступенчатое озонирование в технологии очистки диффузионного сока
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов