фильтрующий материал для водоподготовки в производстве безалкогольного напитка

Формула изобретения

Применение природного цеолитосодержащего туфа (клиноптилолита) в качестве фильтрующего материала для водоподготовки в производстве безалкогольного напитка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки воды, а именно к очистке и подготовке воды для производства безалкогольных напитков с помощью фильтрующих материалов.

Известно применение в качестве фильтрующих материалов для очистки воды различных веществ: дробленого антрацита, доменного шлака, диатомита, трепела, активированного угля, дробленого мрамора, полуобожженного доломита, магномассы (Кульский Л. А. Химия и технология обработки воды. Киев, 1960. С. 225).

В промышленном масштабе при очистке питьевой воды используются фильтры с загрузкой из кварцевого песка, который предварительно отмывают и сортируют просеиванием через сита (Жужиков В.А. Фильтрование. М. Химия, 1968. 412 с. Яковлев С.В. Карелин Я.А. Жуков А.И. Колобанов С.К. Канализация. М. Стройиздат, 1976. 632 с. Жуков А.И. Монгайт И.Л. Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. М. Стройиздат, 1977. 208 с.).

Однако кварцевый песок почти повсеместно дефицитен и отличается сравнительно высокой стоимостью и относительно низкой грязеемкостью, что вызывает необходимость поиска более дешевых и широко распространенных материалов, которые можно было бы применять для очистки воды в период водоподготовки при производстве безалкогольных напитков.

Задачей заявляемого изобретения является очистка воды от микроорганизмов для производства безалкогольных напитков.

Данная задача решается путем пропускания воды через сорбирующий материал, представляющий собой цеолитсодержащий туф (клиноптилолит) Пегасского, Хонгуринского и Шивыртуйского месторождений.

Указанные месторождения находятся в Сибири и на Дальнем Востоке: Пегасское в Кемеровской области, Хонгуринское в Республике Саха, а Шивыртуйское месторождение в Читинской области.

Цеолитсодержащие породы Пегасского (пегасин), Хонгуринского (хонгурин) и Шивыртуйского (шивыртуин) месторождений представляют собой алевритовые туфы светло-серого цвета, основной минеральной фазой которых является клиноптилолит. В небольших количествах отмечаются кварц, гидрослюда, кальцит и полевые шпаты.

Результаты химического анализа проб цеолитсодержащих туфов (ЦТ) Пегасского, Хонгуринского и Шивыртуйского месторождений представлены в табл. 1.

При использовании материала в качестве фильтрующего слоя начальными характерными параметрами является плотность, объемная масса и межзерновая пористость. Для сравнения в табл. 2 приведены характеристики для пегасина, хонгурина, шивыртуина и других фильтрующих материалов. Методы исследований применены согласно отраслевым инструкциям.

Изучение физических свойств исследуемых ЦТ показало, что данные материалы вполне пригодны для использования в процессах водоподготовки в качестве фильтрующего слоя. Более высокая межзерновая пористость ЦТ по сравнению с кварцевым песком обеспечивает увеличение грязеемкости, уменьшение темпа прироста напора и, следовательно, увеличение продолжительности цикла фильтрования и удельной нагрузки на фильтровальные сооружения. С другой стороны, меньшая плотность и объемная масса ЦТ дают возможность использовать более низкие интенсивности подачи промывающих зернистый слой агентов (воды и воздуха) при одинаковых фракциях материала (кварцевый песок ЦТ).

Уникальное сочетание в цеолитовом сырье сорбционных, каталитических, ионнообменных, ситовых и других свойств обеспечивает широкий спектр его промышленного и сельскохозяйственного применения.

Сущность заявляемого изобретения заключается в применении природного цеолитсодержащего туфа (клиноптилолита) в качестве фильтрующего материала для водоподготовки в производстве безалкогольных напитков.

Исследования возможности использования ЦТ в водоподготовке при производстве безалкогольных напитков были проведены для пегасина, хонгурина и шивыртуина, причем пегасин использовали также в модификациях, полученных с помощью обработки хлоридами аммония, калия, натрия и соляной кислотой.

Воду пропускали с различной скоростью через слой ЦТ, помещенных в специальную колонку (высота загрузки ЦТ не менее 1 м). В качестве контрольного варианта использовали водопроводную воду без обработки (контроль 1) и водопроводную воду, профильтрованную через кварцевый песок (контроль 2).

До и после фильтрации в воде определяли общее количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (общее микробное число - ОМЧ) путем глубинного посева в чашки Петри с использованием мясо-пептонного агара (Инструкция санитарно-микробиологического контроля пивоваренного и безалкогольного производства. М. ЦНИИТЭИПищепром, 1988. 51 с.). Определяли также количество бактерий группы кишечных палочек. Результаты выражали в виде коли-титра и коли-индекса. Сорбционная способность цеолитсодержащих туфов по отношению к микроорганизмам представлена в табл. 3 и 4.

Из табл. 3 видно, что модификация пегасина соляной кислотой повышала его способность к адсорбции микроорганизмов. Результаты влияния на этот процесс скорости фильтрования воды, фракционного состава минерала представлены в табл. 4.

При различной скорости пропускания воды и зернения минерала наивысшей сорбционной способностью обладает пегасин в нативной и модифицированной формах, в то время как у хонгурина и шивыртуина сорбционная способность несколько ниже, но тоже значительно более высокая, чем в контроле.

Активная сорбция микроорганизмов происходит при использовании фракций от 1.0 до 2 мм, при этом наиболее эффективной сорбции способствует скорость пропускания воды 5 15 см³/мин. Самую высокую скорость сорбции имеет пегасин, предварительно обработанный соляной кислотой.

На воде, пропущенной через ЦТ, был приготовлен безалкогольный напиток "Тархун".

Полуфабрикаты также готовили на воде, обработанной ЦТ. В табл. 5 приведены микробиологические показатели полуфабрикатов и готового напитка.

Напитки опытного и контрольного образцов соответствовали микробиологическим требованиям (Инструкция санитарно-микробиологического контроля пивоваренного и безалкогольного производства. М. ЦНИИТЭИПищепром, 1988. 51 с.). Обсемененность полуфабрикатов и напитков, приготовленных на воде, профильтрованной через кварцевый песок, была выше, чем у напитков, приготовленных на воде, обработанной пегасином, хонгурином и шивыртуином. Однако обработка консервантом бензоатом натрия в большей степени подавляла развитие микроорганизмов.

Напитки разливали в бутылки, укупоривали и ставили на хранение при 20^oC. Через определенные промежутки времени проводили анализы их обсемененности (табл. 6).

Очевидно, что обработка воды природными цеолитсодержащими туфами позволила снизить общую обсемененность напитка развитие микроорганизмов замедлялось в опытных образцах с использованием пегасина и хонгурина в сравнении с контрольными образцами (вариант 1). В напитке с консервантом скорость размножения микроорганизмов практически такая же, как и в опытном образце. Размножение микроорганизмов в опытном образце с использованием шивыртуина происходило также со скоростью меньшей, чем скорость размножения микроорганизмов в напитке без консерванта. Изменений содержания кишечной палочки в напитке не наблюдали, лишь в контрольном варианте без консерванта коли-индекс на 30-й день хранения был равен 4.

Подтверждением полученных результатов могут служить визуальные наблюдения за биологической стабильностью напитка, которая характеризуется способностью напитка не изменять в течение определенного времени прозрачность и цвет (табл. 7). Анализ показал, что напиток, приготовленный на воде, обработанной модифицированным пегасином, более стоек к биологическим помутнениям, чем другие варианты, и имеет биологическую стойкость 30 дней, равную биологической стойкости напитка, приготовленного на необработанной воде с использованием консерванта.

В производственных условиях безалкогольного цеха Кемеровского пивзавода были проведены исследования сорбции микроорганизмов пегасином, используемым в качестве фильтрующего материала в установке водоподготовки (табл. 8).

Работающая в безалкогольном производстве установка на основе пегасина эффективно освобождала воду от микроорганизмов (в среднем на 35-40%), что способствовало получению более качественных в микробиологическом отношении готовых напитков.

Таким образом, результаты испытаний свидетельствуют о том, что одним из путей снижения микрофлоры воды и обсемененности безалкогольного напитка при его хранении может стать использование для водоподготовки фильтрующего материала, представляющего собой цеолитсодержащий туф (клиноптилолит).