способ приготовления минеральной лечебно-столовой питьевой воды "аксинья"

Формула изобретения

1. Способ приготовления минеральной лечебно-столовой питьевой воды, включающий фильтрование исходной природной воды, обеззараживание ультрафиолетовыми лучами, насыщение диоксидом углерода и розлив, отличающийся тем, что для получения гидрокарбонатно-сульфатной натриево-кальциевой минеральной лечебно-столовой питьевой воды в качестве исходной воды используют природную минеральную воду Сарматского водоносного слоя скважины № 76194 или № 81275, причем перед фильтрацией проводят аэрацию исходной природной воды, а после обеззараживания дополнительно фильтруют через фильтр тонкой очистки с разрешающей способностью 5-10 мкм и получают очищенную воду с содержанием катионов кальция 150-200 мг/дм ³, магния 40-60 мг/дм³, натрия + калия от 100 до 200,0 мг/дм³, анионов гидрокарбонатов 400-550 мг/дм³, сульфатов 400-550 мг/дм ³, хлоридов <120 мг/дм³, при общей минерализации 1,0-2,0 г/дм³, с общей жесткостью 11,5-13,5 моль/дм³ и рН 6,5-8,5.

2. Способ приготовления минеральной лечебно-столовой питьевой воды по п.1, отличающийся тем, что фильтрацию после аэрации проводят на песчаных фильтрах.

3. Способ приготовления минеральной лечебно-столовой питьевой воды по п.1, отличающийся тем, что на стадии фильтрации после обеззараживания, предпочтительно, используют фильтр тонкой очистки из полипропиленового волокна с разрешающей способностью 5 мкм.

4. Способ приготовления минеральной лечебно-столовой питьевой воды по п.1, отличающийся тем, что на заключительной стадии, перед розливом, минеральную лечебно-столовую питьевую воду при 9-13°С насыщают диоксидом углерода с массовой долей 0,3-0,5%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приготовлению очищенных артезианских вод, обладающих высокой физиологической ценностью и применяемых в качестве питьевой, лечебно-столовой воды, в лечебной и диетической практике, при производстве продуктов питания на пищевых заводах, при приготовлении соков, напитков, и может быть использовано при очистке природных вод перед розливом воды в бутыли и другие герметичные емкости.

Бутилированные минеральные воды разного состава находят все более широкое распространение. К основным требованиям для бутилированных минеральных вод следует отнести безопасность для организма человека, высокую чистоту, улучшенные органолептические свойства, сбалансированный химический состав элементов и относительно длительный срок хранения. Минеральная питьевая вода, кроме вышеперечисленных свойств, обязательно должна обладать физиологической полноценностью и содержать необходимые для организма человека микро- и макроэлементы, среди которых очень важную роль играют кальций и магний. Кальций является основным строительным материалом для построения костной и мышечной ткани, магний необходим для укрепления иммунной системы человека и для оптимизации работы сердечно-сосудистой системы человека. Установлено, что оптимальное соотношение кальция и магния должно составлять 3-4:2.

Известен способ приготовления питьевой воды «Елизавета» (RU, №2100941, С1, 10.01.1998). Эта вода является кондиционированной по солевому составу и технология ее приготовления включает смешивание в соотношении 10-11:1 исходной артезианской минеральной воды с предварительно обессоленной обратным осмосом до общего содержания солей не более 0,06 мг/дм³ этой артезианской минеральной воды. Исходная хлоридно-натриевая природная минеральная вода Гдовского водоносного слоя имеет общую минерализацию 3-4 мг/дм³, содержит катионы: калия 13,0-25,0 мг/дм³, натрия 1200-1500 мг/дм ³, магния 50,0-90,0 мг/дм³, кальция 100-140 мг/дм³ и анионы хлора 2000-2500 мг/дм³. Полученная питьевая вода с содержанием кальция 8-14 мг/дм³, магния 2-9 мг/дм ³, калия 1-3 мг/дм³, общей жесткостью не более 7 моль/дм³ и рН 6-8, является физиологически полноценной, свободной от посторонних примесей и обладает высокими органолептическими, микробиологическими и токсикологическими показателями. Но производство питьевой воды по известной технологии требует наличия исходных естественных минеральных вод определенного компонентного состава. Кроме того, недостатком является недостаточная очистка исходной воды из-за отсутствия полного комплекса предварительной подготовки воды и недостаточная целебная активность полученной воды.

Известен способ получения питьевой минеральной воды, включающий аэрацию жидкости смесью, содержащей благородный газ, розлив и укупорку в тару, причем в качестве благородного газа используют аргон. Содержание аргона в газовой смеси поддерживают в количестве не менее 3 об.%, а обработку проводят до достижения равновесной концентрации газа в жидкости (RU, №2218055, С1, 10.12.2003). Технический результат известного способа - повышение биологической ценности вод и напитков на их основе за счет снижения концентрации долгоживущих радикалов, представляющих опасность при потреблении человеком с пищей. Однако данным способом не предусмотрена физиологическая полноценность получаемой воды в отношении необходимых для организма человека микро- и макроэлементов, особенно кальция и магния в оптимальном соотношении.

Известен также способ приготовления минеральной лечебно-столовой воды, заключающийся в том, что природную минеральную воду охлаждают до 4-10°С, фильтруют, насыщают двуокисью углерода и разливают (RU, №2271728, С2, 20.03.2006). При этом в качестве природной минеральной воды используют высокоминерализованную термальную воду Тавдинского месторождения минеральных вод, которую смешивают с питьевой водой в соотношении 1:(3,5-4,5) с получением минеральной воды общей минерализации 3,0-4,0 г/дм ³, содержащей (мг/дм³): натрий + калий 900-1300, кальций 50-150, магний <50, хлориды 1600-2400, сульфаты <50, гидрокарбонаты 40-325, йодид 2,0-4,5. Затем воду подвергают обеззараживанию и фильтрации с последующим насыщением двуокисью углерода. Минеральная вода «Тавдинская» может быть использована для лечения больных хроническими гастритами с нормальной и пониженной секреторной функцией желудка, хроническими колитами и энтероколитами, хроническими заболеваниями печени и желчевыводящих путей, хроническими панкреатитами. Важным преимуществом данной воды перед другими видами вод является возможность использования ее также для лечения и профилактики заболеваний щитовидной железы. Однако, хотя полученная минеральная вода и может использоваться как столовая, так как обладает высокими органолептическими показателями, но она все-таки имеет слабосоленый вкус, содержит большое количество хлоридов при общей высокой минерализации и невысоком содержании кальция и магния.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения минеральной питьевой лечебно-столовой воды, содержащей катионы кальция 400-650 мг/дм³, магния 50-150 мг/дм ³, (Na⁺+К⁺) 100-400 мг/дм³, анионы CI ^- 200-400 мг/дм³, SO ^2- ₄ 1100-2000 мг/дм ³, НСО^- ₃ 200-450 мг/дм³ с общей минерализацией 2,0-4,0 мг/дм ³ и имеющей рН 6,8-7,1 (RU 2156093 C1, 20.09.2000). Согласно способу исходную воду охлаждают до 4-10°С, фильтруют, обеззараживают ультрафиолетовыми лучами, насыщают двуокисью углерода и разливают, при этом для получения сульфатной магниево-кальциевой воды используют воду Лебедянского водоносного горизонта верхнего девона с глубины 179-212 м (скважина №1 Р/Э на участке Кораблинский, г.Кораблино, Рязанской области). Преимуществом данного способа является улучшение целебных свойств минеральной лечебно-столовой питьевой воды, а также расширение ассортимента производимых минеральных вод. Полученная минеральная питьевая вода обладает высокими органолептическими показателями и имеет вкус, свойственный данной минерализации; прозрачная, бесцветная и без запаха. Срок годности минеральной питьевой лечебно-столовой воды 6 месяцев со дня розлива. Недостатком способа является сильное охлаждение воды, которое может привести к уменьшению растворимости солей, содержащихся в воде, и выпадению их в осадок. Кроме того, полученная вода имеет недостаточный срок годности и относится к сульфатным магниево-кальциевым водам.

Наличие источника природной воды другого качественно-количественного состава вызывает необходимость поиска других подходов к обработке исходной воды, при этом следует учитывать соблюдение также и более физиологического соотношения минеральных солей в конечном продукте.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного изобретения, является разработка способа получения высокой степени чистоты минеральной, лечебно-столовой питьевой воды с гидрокарбонатно-сульфатной натриево-кальциевой минерализацией, сбалансированной по ионам магния, кальция, натрия, калия, сульфата и гидрокарбоната, а также расширение ассортимента производимых гидрокарбонатных минеральных лечебно-столовых питьевых вод за счет подбора комбинации приемов обработки исходных природных вод.

Заявляемый способ соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень», так как разработана совокупность операций, обеспечивающая получение питьевой кондиционированной воды высокого физиологически полноценного качества из природного источника и со значительным сроком хранения до одного года.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе приготовления минеральной гидрокарбонатно-сульфатной натриево-кальциевой питьевой воды природную минеральную воду Сарматского водоносного слоя скважины №76194 или №81275 (глубина 85 и 87 м) с общей минерализацией 1,0-2,0 г/дм³ предварительно подвергают аэрации, для чего воду подают на аэрационную установку, где она насыщается кислородом воздуха, обеспечивающим окисление органических веществ, сероводорода и соединений марганца, переводу железа 2-валентного в железо 3-валентное с образованием хлопьев гидроксида железа, которые осаждаются далее в песочных фильтрах. Фильтрация через высокопроизводительные фильтры обеспечивает механическое удержание окислов железа и марганца, взвешенных и механических частиц. Далее вода поступает в накопительную емкость, из которой насосами ее подают в установку стерилизации ультрафиолетом (обеззараживание воды от микроорганизмов), после чего вода проходит через фильтр тонкой очистки с разрешающей способностью 5-10 мкм, предпочтительно 5 мкм. Картридж фильтра тонкой очистки выполнен из полипропиленового шнура FCPP 5. Для получения газированной воды проводят насыщение диоксидом углерода с массовой долей не менее 0,3%, предпочтительно 0,3-0,5%. Температура воды, поступающей для насыщения диоксидом углерода, должна быть 9-13°С. Охлаждение воды осуществляют в непрерывно действующих проточных холодильных установках, полностью исключающих контакт с воздухом. Насыщение диоксидом углерода придает воде определенные вкусовые качества и увеличивает срок хранения. В результате всех операций получают минеральную, лечебно-столовую, питьевую гидрокарбонатно-сульфатную натриево-кальциевую воду, названную «Аксинья» и содержащую катионы кальция 150-200 мг/дм ³, магния 40-60 мг/дм³, натрия + калия от 100 до 200,0 мг/дм³, анионы гидрокарбонатов 400-550 мг/дм³, сульфатов 400-550 мг/дм ³, хлоридов <120 мг/дм³, при общей минерализации 1,0-2,0 г/дм³, с общей жесткостью 11,5-13,5 моль/дм³ и рН 6,5-8,5.

Обработка исходной воды указанными приемами приводит к получению слабоминерализованной экологически чистой воды, физиологически полноценной за счет сбалансированного содержания в ней солей магния, кальция, натрия, калия, сульфата и гидрокарбоната, обладающей высокими органолептическими свойствами и удовлетворительными микробиологическими и токсикологическими показателями.

Полученная минеральная вода позволяет расширить ассортимент лечебно-столовых минеральных вод и может быть применена при хроническом гастрите, колите, энтероколите, панкреатите, заболеваниях печени и желчевыводящих путей, болезни обмена веществ, неосложненной язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки вне фазы обострения.

Для приготовления питьевой очищенной воды «Аксинья» используют в качестве исходного продукта природную воду Сарматского водоносного слоя (горизонта) - холодную воду подземного источника артезианских скважин №76194 и №81275 из сарматских отложений неогена глубиной 85 м и 87 м, с температурой от 15 до 18 градусов. Водовмещающие породы - мелкозернистые серые пески с ракушкой, интервал водопритока - от 68 до 87 м. Данная вода характеризуется как слабоминерализованная вода с гидрокарбонатно-сульфатной и натриево-кальциевой минерализацией без специфических компонентов и свойств, нейтральной-слабощелочной реакции, по температурному признаку относится к группе холодных источников, то есть температурой менее 20°С. Вода природная минеральная лечебно-столовая питьевая «Аксинья» является продуктом промышленной очистки исходных природных минеральных лечебно-столовых питьевых вод, добываемых из артезианских скважин №№76194 и 81275 с последующим удалением из их ионно-солевого состава элементов двух- и трехвалентного железа, марганца, сульфидов, органических нелетучих соединений и гумусовых веществ.

Пример описания технологического процесса.

Воду из скважины, например, №76194 с помощью глубинных насосов подают в приемную емкость, установленную в отделении водоподготовки. Из емкости воду насосами подают на аэрационную установку и оттуда на песчаные фильтры, где происходит удаление из воды продуктов окисления железа, марганца, сульфидов, органических нелетучих соединений и гумусовых веществ. Таким образом, природная минеральная лечебно-столовая питьевая вода «Аксинья» является продуктом промышленной переработки природной минеральной воды, добываемой из артезианской скважины, с последующим удалением из ионно-солевого состава исходной воды элементов двух и трехвалентного железа, марганца, сульфидов, органических нелетучих соединений и гумусовых веществ.

В аэрационной установке воду насыщают кислородом воздуха. Аэрационная установка состоит из распылителя воздуха и вентиляционного компрессора. Компрессор засасывает окружающий воздух. Фильтр на стороне всасывания защищает компрессор от попадания грубых частиц. На выходе воздух проходит через фильтр тонкой очистки и в аэратор подается чистый от масел и стерильно профильтрованный воздух. Мембранный аэратор предназначен для равномерного распределения воздуха в автоматическом режиме в подающий поток продукта

При контакте с кислородом воздуха в воде происходит окисление двухвалентного Fe ²⁺ (железа) и Mn⁺² (марганца) в Fe ³⁺ и Mn⁴⁺, образующих нерастворимые минеральные соединения; сульфиды окисляются до коллоидной серы; органические нелетучие соединения и гумусовые вещества - до трудноокисляемых органоминеральных соединений и все эти продукты окисления осаждаются в песчаных фильтрах, результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1.
№ п/п	наименование показателя	единица измерения	значение показателя
			исходная вода	вода после фильтрации
1.	перманганатная окисляемость	мгО/дм3	1,7	0,5
2.	цветность	градус	24,5	0
3.	железо общее	мг/дм 3	1,5	отс.
4.	марганец	мг/дм3	0,18	менее 0,01
5.	органические нелетучие соединения	мг/дм3	1,94	отс.
6.	гумусовые вещества	мг/дм3	3,0	отс.
7.	сульфиды	мг/дм 3	0,02	отс.
8.	минерализация	мг/дм3	1428,0	1395,5

Подачу воды в песчаные фильтры осуществляют параллельным потоком одновременно в четыре фильтра так, что вода проходит только через один песчаный фильтр. Песчаные фильтры оснащены устройством для проведения обратной промывки водой, а также воздухом, с целью взрыхления всего фильтрующего слоя, в результате чего достигается эффективное механическое очищение от загрязнения. Производительность каждого фильтра составляет 5,3 м³/ч. Рабочее давление - 0,5-2 бар. Перепад давления на входе и выходе фильтра - до 0,8 бар. Обратную промывку песчаных фильтров проводят еженедельно подготовленной водой, которую подают на песчаные фильтры насосом. Направление промывки - снизу вверх. Ротационный компрессор вырабатывает воздух, предназначенный для взрыхления фильтрующего слоя. Профильтрованная вода проходит фильтры тонкой очистки, содержащие картриджи из полипропиленового шнура FCPP 5 mic. Тонкость фильтрования в этом случае составляет 5 мкм. Далее вода поступает в накопительные емкости. Поскольку растворимость газов повышается с понижением температуры, температура воды, поступающей на насыщение диоксидом углерода, должна быть 9-13°С. Охлаждение воды осуществляют в непрерывно действующих проточных холодильных установках, полностью исключающих контакт воды с воздухом. Далее охлажденную воду обрабатывают ультрафиолетом и подают в сатуратор для насыщения диоксидом углерода. В охлажденной воде контролируют температуру, которая должна быть 9-13°С. А контроль процесса обеззараживания осуществляют по промаркированным сигнальным лампам пульта управления ультрафиолетовой установки. Диоксид углерода со станции проходит через четырехступенчатый фильтр очистки. После обеззараживания для получения газированной воды проводят насыщение воды диоксидом углерода массовой долей не менее 0,3%, что придает воде определенные вкусовые свойства, увеличивает срок ее хранения, причем все эти операции производят в автоматическом режиме. Полученную воду разливают в бутыли. Характеристика полученной воды, в конкретном примере, по минерализации и содержанию основных ионов соответствует следующим показателям. Основной ионный состав воды, анионы: гидрокарбонатов - 500,2 мг/дм³, сульфатов - 424,8 мг/дм ³, хлоридов - 71,61 мг/дм³, катионы: кальция - 170,34 мг/дм³, магния - 42,56 мг/дм³, натрия - 117,94 мг/дм ³, калия - 2,33 мг/дм³. Общая жесткость составила 12,0 моль/дм³, общая минерализация - 1,3 г/дм³, а рН - 6,65 ед.

Минеральную лечебно-столовую питьевую воду «Аксинья» можно выпускать двух типов, как газированную, так и негазированную. Технология выпускаемой минеральной лечебно-столовой питьевой воды «Аксинья» соответствует требованиям санитарных норм, правил и нормативов.

По органолептическим показателям вода минеральная лечебно-столовая питьевая «Аксинья» соответствует требованиям, указанным в таблице 2.

Таблица 2
Наименование показателя	Характеристика
Внешний вид	Прозрачная жидкость без посторонних включений с незначительным естественным осадком минеральных солей
Цвет	Бесцветная жидкость
Вкус	Пресный, без посторонних привкусов, характерный для комплекса растворенных веществ
Запах	Без запаха

По химическому составу, минерализации и содержанию основных ионов вода минеральная лечебно-столовая питьевая «Аксинья», расфасованная в емкости, соответствует нормам, установленным в таблице 3.

Таблица 3
Наименование показателя	Единица измерения		Значение показателя	Метод контроля
3.1 Обобщенные показатели
Общая минерализация (сухой остаток)	мг/л		от 1000 до 2000 включительно	ГОСТ 18164
Массовая доля двуокиси углерода	%		от 0,3 до 0,5 включительно	ГОСТ Р 51153
3.2 Физико-химические показатели
Кальций (Са 2+)	мг/л		от 150 до 200 включительно	ГОСТ 23268.5
Магний (Mg2+)	мг/л		от 40 до 60 включительно	ГОСТ 23268.5
Натрий (Na+) плюс калий (К+)	мг/л		от 100 до 200 включительно	ГОСТ 51309
				ГОСТ 23268.6
				ГОСТ 23268.7
				РД 5224.391
Сульфаты (SO 4 2-), не более	мг/л		от 400 до 550 включительно	ГОСТ 23268.4
				ИСО 10304
Хлориды (Cl-),	мг/л		до 120 включительно	ГОСТ 23268.17
Фторид-ион (F-),	мг/л		не более 2,0	ГОСТ 4386
				ГОСТ 23268.18
				ИСО 10304
Йодид-ион (I-),	мг/л		не более 1,0	ГОСТ 23268.16
				МУК 4.1.1090
Бромид-ион (Br- ), не более	мг/л		не более 5,0	ГОСТ 23268.15
				ИСО 10304
				УМИ-87
Нитраты (NO 3 -) не более	мг/л		50,0	ГОСТ 23268.9
				РД 52.24.380
Гидрокарбонат-ион (НСО3 +)	мг/л		от 400 до 550 включительно	ГОСТ 23268.3
3.3 Токсичные металлы
Общее железо (Fe 2+ плюс Fe3+)	мг/л		не более 0,3	ГОСТ 4011
Алюминий	мг/л		не более 0,2	ГОСТР 51309
Марганец	мг/л		не более 0,05	ГОСТ Р 51309
Ртуть	мг/л		не более 0,005	ГОСТ 51212
				ПНД Ф 14.1:2:4.160
Селен	мг/дм3		не более 0,1	ГОСТ Р 51309
				ГОСТ 19413
Свинец	мг/дм3		не более 0,1	ГОСТ 51309
				ГОСТ 18293
				ПНД Ф 14.1:2:4.41
3.4 Токсичные неметаллические элементы
Мышьяк	мг/дм3	не более 0,1		ГОСТ 51309
				ГОСТ 4152
				РД 52.24.378
				ИСО 11969
Бор (В)	мг/л	не более 0,5		ГОСТ Р 51210
3.5 Показатели органического загрязнения
Окисляемость перманганатная, не более	мгO2/л	3,0		ГОСТ 23268.12
				ПНД Ф 14.2:4.154
Нитриты (NO2 -), не более	мг/л	2,0		ГОСТ 23268.8
				РД 52.24.380
				МУК 4.1.065
				ИСО 10304

Содержание токсичных элементов и радионуклидов не превышает предельно допустимых концентраций, установленных СанПиН 2.3.2.1078-01 (п.п.1.8.2) и указанных в таблице 4.

Таблица 4
Наименование показателя	Единица измерения	Значение показателя, не более	Метод контроля
Показатели радиационной безопасности
Удельная суммарная -радиоактивность	Бк/л	0,1	ГОСТ Р 51730
			ИСО 9696-92
Удельная суммарная -радиоактивность	Бк/л	1,0	ГОСТ Р 51730
			ИСО 9697-92
Цезий-137	Бк/л	8,0 вкл.	МУК 2.6.1.717-98
Стронций-90	Бк/л	8,0 вкл.	ГОСТ 23950;
			ИСО 11885; МУ 5779-91
			МУК 2.6.1.717-98

Безопасность минеральной лечебно-столовой питьевой воды «Аксинья» по микробиологическим показателям определяется ее соответствием требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 (1.8.2), приведенным в таблице 5.

Таблица 5
Наименование показателя	Единица измерения		Норматив качества	Метод испытаний
Бактериологические показатели
ОМЧ при температуре 37°С		КОЕ/ мл	не более 100	ГОСТ Р 51446-99 ИСО 9308-1 МР №96/225
Общие колиформные бактерии		КОЕ/100 мл	отсутствие в 100 мл	ГОСТ P 51446-99 ИСО 9308-1 ИСО 9308-2 МР №96/225
Термотолерантные колиформные бактерии		КОЕ/100 мл	отсутствие в 100 мл	ГОСТ P 51446-99 ИСО 9308-1 МР №96/225
Pseudomonas aeruginosa		БОЕ/100 мл	отсутствие в 100 мл	МР №96/225

Срок годности минеральной лечебно-столовой питьевой воды «Аксинья» составляет не менее 12 месяцев со дня разлива. При длительном хранении минеральной воды «Аксинья» допускается выпадение осадка минеральных солей. Минеральную лечебно-столовую питьевую воду «Аксинья» хранят в проветриваемых складских помещениях, предохраняемых от попадания влаги и прямых солнечных лучей при температуре от плюс 5°С до плюс 20°С и относительной влажности воздуха не выше 85%.

Таким образом, полученная новая вода с присвоенным названием - «Аксинья», приготовленная по заявленному способу с использованием в качестве исходной воды природной артезианской воды Сарматского водоносного слоя (горизонта), с соблюдением санитарных правил, норм и нормативов, по органолептическим показателям, химическому составу, минерализации, содержанию основных ионов, содержанию токсичных элементов и радионуклидов, а также по микробиологическим показателям, соответствует всем требованиям таблиц 1-4, приведенных в ТУ 9185-001-42705387-04 (взамен ТУ 9185-001-42705387-96).

Новая вода соответствует требованиям Всемирной организации здравоохранения, является физиологически полноценной за счет сбалансированного содержания в ней солей кальция, магния, калия и натрия, гидрокарбонатов и сульфатов, высокой степени чистоты и обладает высокими органолептическими, микробиологическими и токсикологическими показателями. Предложенный способ приготовления минеральной воды позволяет также расширить ассортимент гидрокарбонатно-сульфатных натриево-кальциевых минеральных вод различной минерализации, производимых для реализации в герметичных емкостях.