Розділ 1 характеристика основної сировини для виробництва напоїв

Організм людини може існувати лише за умови постійного обміну поживних речовин і води. Обмін води і пов'язані з ним фізіологічні й біохімічні процеси мають важливе значення для життя людини. Відомо, що без їжі людина може прожити більше місяця, а без води – тільки декілька діб.

Згідно концепції збалансованого харчування, денна потреба дорослої людини у воді складає 1760…2200 г. Приблизно половина цієї потреби покривається за рахунок різних напоїв (вода, соки, напої, чай тощо), друга частина ­– за рахунок інших продуктів харчування.

Для виготовлення напоїв використовується широкий асортимент продуктів. В якості вихідної сировини використщвується вода, цукор, чай, кава, фруктові та овочеві соки, плоди, ягоди, мед, яйця, вино, лікери, пряно-ароматичні рослини тощо.

1. ВОДА

Основною частиною напоїв, а отже, і основною сировиною для їх виробництва є вода. Від її смаку та прозорості залежить смак напою й його стійкість. Тому якості води у виробництві безалкогольних напоїв надається особлива увага.

Вода – джерело життя на землі. Вона є постійним і обов'язковим учасником усіх біохімічних процесів, що відбуваються в живих організмах.

Антуан де Сент-Екзюпері присвятив воді рядки, що стали знаменитими: «Вода! У тебе немає ні смаку, ні кольору, ні запаху, тебе неможливо описати, тобою насолоджуються, не відаючи, що ти така. Не можна сказати, що ти необхідна для життя, ти - саме життя. Ти найбільше багатство на світі».

Якість води визначають по видах і кількості включень, що в ній містяться. Вода, що використовується як сировина для виробництва безалкогольних напоїв, передусім повинна відповідати вимогам ГОСТ 2874-82.

Особливо важливі показники для якості напоїв – смак та запах, сухий залишок, жорсткість та лужність води, а також бактеріологічна чистота. У відповідності з важливістю вказаних показників воду для безалкогольних напоїв необхідно піддавати обробці. Вона має бути чи­стою, прозорою, без кольору, приємною на смак та без запаху.

Каламутну або непрозору воду необхідно очи­щувати відстоюванням та освітленням, а також фільтрацією через вугільні, вугільно-пісчані або керамічні фільтри.

Воду для безалкогольних напоїв с жорсткістю вище 6 моль/м³ необхідно пом’якшувати. По бактеріологічним показникам у воді питній загальна кількість бактерій в 1 мл нерозбавленої води не має бути більше 100, а для безал­когольних напоїв – не більше 75. Кількість бак­терій групи кишкової палички (колі-індекс) – не більше 3.

Для високої якості безалкогольних напоїв істотна увага має бути звернена на вміст заліза та марганцю, який має бути у воді не більше 0,1 мг/л.

Вода для безалкогольних напоїв потребує особливої підготовки, так як напої є складними фізико-хімічними системами, на які дуже впливає кількісний та якісний склад води. Тому, якщо питна вода з міської мережі не відповідає вимогам для безал­когольних напоїв, її піддають обробці в залежності від вихідних показників. Попередню обробку обов'язково проходить вода зі свердловини підприємства або інших джерел.

У процесі обробки води усуваються твер­ді частки, проводяться обеззалізювання, пом'якшення, покращення смаку та знебарвлення, знезараження та усунення органічних домішок.

Для того, щоб правильно вибрати схему підготовки води, необхідно ретельно проаналізувати воду у відповідності з основними вимогами якості.

Відстоювання – повільний та недосконалий спо­сіб відокремлення твердих частин від води. Він заснований на спливанні або осіданні часточок при відстоюванні води. Швидкість процесу залежить від різниці відносної щільності води та зважених ча­сточок, від їх форми та розмірів. Часточки розміром менш 0,1 мкм не осідають, вони утворюють колоїдні розчини. Грубі тверді домішки (пісок) легко видаляються з води відстоюванням. Дрібні часточки рухомі і не утворюють щільних осадів, тому для їх видалення застосовують коагуляцію. Відстоювання проводиться у відстійниках – циліндрових чанах з конусним дном. Вода подається в нижню частину чана, фільтрується через шар її власного обложеного відстою і віддаляється з чану у верхній його частині.

Коагуляція – нейтралізація електрично заряджених частинок, що знаходяться у воді, внаслідок чого вони злипаються між собою й утворюють більші частинки, які осідають під дією власної ваги. Як речовини, що коагулюють, використовують 5 %-вий розчин глинозему – сульфат алюмінію А₁₂(S0₄)³ ·18H₂O в дозі від 50 до 150 г на 1 т води. Застосовують також сульфат заліза Fе₂(SO₄)₃·9H₂O або залізний купорос FеSО₄·7H₂O в поєднанні з гашеним вапном і аеруванням води. Найщільніший осад злиплих колоїдів дають сульфати заліза. Під час відстоювання, унаслідок реакції коагуляції з солями карбонатної жорсткості, утворюються гідроксид алюмінію або заліза у вигляді пластівців. При опусканні пластівців на дно дрібні зважені домішки осідають. Процес коагуляції продовжується від 2 до 8 годин. Кількість коагуляції визначає лабораторія залежно від якості коагуляції. Більш точно оптимальну дозу коагуляції визначають методом пробної коагуляції. Воду, що відстоялася, необхідно профільтрувати. Коагуляція проводиться в так званих реакторах, в яких вода змішується з коагулянтом. Як дозатори коагулянту використовують бачки з кульовими кранами і постійним перетином отвору закінчення, дозатори типу поплавця, вагові дозатори системи Хованського.

При правильно вибраній дозі коагулянту у во­ді не повинно залишитись іонів алюмінію та заліза. Доза коагулянту для донецької води визначена пробною коагуляцією, складає 90 мг/л. При обробці води коагулянтами необхідно враховувати вплив рН середовища. Ізоелектрична точка А1(ОН)₃ знаходиться при рН=5,5, але солі води можуть її зміщувати вбік більш високих значень. В природних водах коагуляція відбувається при рН=5,7…7,8, причому при більш низьких значеннях рН у м'якій, а при більш високих – у жорсткій воді.

Процес коагуляції можна прискорити додаванням у воду флокулянтів – речовин, що утворюють колоїдні дисперсні суміші. Як флокулянти використовують активовану кремнієву кислоту, поліакриламід та інші речовини. Добавка флокулянта у воду до 1 мг/л прискорює процес коагуляції в 10…20 разів і зменшує витрати коагулянту. В практиці водоочищення використовують окрім коагуляції в об'ємі і контактну коагуляцію. При контактній коагуляції воду, змішану з коагулянтом, пропускають через контактний освітлювач, в якому поєднуються процеси утворення пластівців і фільтрації. Контактний освітлювач – це резервуар, завантажений пошарово піском і гравієм з різною величиною зерен. Воду пропускають через шари піску і гравію у напрямі зменшення величини зерен. Пластівці коагуляту осідають на насадці з піску і гравію та створюють фільтруючий шар.

Фільтрацію застосовують для очищення води від зважених речовин, що залишаються після очищення методами відстоювання й коагуляції. Вода, що поступає на фільтри, не повинна містити більше 8…12 мг/л зважених речовин. Сутність фільтрації полягає в розподілі і осадженні зважених частинок в порах зернистого фільтруючого матеріалу. Суспензії в шарі фільтруючого матеріалу затримуються із двох причин: у зв'язку з адгезією на поверхні зернистого шару (силами міжмолекулярного тяжіння) і механічним затриманням.

Фільтруючий матеріал повинен володіти певною механічною міцністю, бути хімічно стійким по відношенню до фільтрованої води і зерна його повинні бути однорідними за розміром. Як фільтруючий матеріал використовують кварцовий пісок, гравій і роздроблений антрацит. Ефект фільтрації залежить від розміру зважених частинок у воді, величини зерна фільтруючого шару і швидкості фільтрації. Воду фільтрують на пісочних фільтрах, що є герметично закритими циліндровими резервуарами, заповненими кварцовим піском або шаром гравію і кварцового піску, керамічних фільтрах і фільтрпресах. Продуктивність пісочних фільтрів залежить від розмірів фільтруючої поверхні і складає від 500 до 2500 л/ч.

Обеззалізування. При вмісті у воді заліза в кількості, що перевищує 0,3 мг/л, необхідно її обеззалізити. В природній воді залізо може розміщатися у вигляді іонів закисного заліза (Fе²⁺), колоїдів і суспензій сполук окисного заліза, а також колоїдно-органічних сполук гумматів заліза. Залежно від того, в якому вигляді міститься залізо у воді, що використовується, вибирають і метод її обеззалізування. Якщо у воді міститься закисне залізо в іонній формі, застосовують аерування. При цьому способі двовалентне залізо переходить в тривалентне, яке випадає в осад. Для поліпшення цього процесу застосовують і коагуляцію, що дає можливість осадити не тільки гідроксид заліза, але й гідроксид алюмінію. При використанні підземних вод слід застосовувати аерування, що дозволяє усунути сторонні присмаки і запахи у воді. Коагуляцію застосовують часто і тоді, коли залізо знаходиться в колоїднодисперсній формі. Для руйнування органічних сполук заліза перед обеззалізуванням воду слід хлорувати.

На заводах безалкогольних напоїв біологічне очищення води може проводитися фільтрацією через обезпліднюючи фільтри або хлоруванням. Хлорування – широко поширений спосіб біологічного очищення води. Біологічна дія хлору полягає в пригнобленні обміну речовин і окисленні складових речовин клітин мікроорганізмів, в наслідок якого вони гинуть. Ця дія обумовлюється наявністю в хлорованій воді хлорнуватистої кислоти та іона хлору, які безпосередньо взаємодіють з речовинами клітини. Повної стерильності води при хлоруванні не можна досягти, так як деякі мікроорганізми проявляють стійкість до хлору. Бактерицидний ефект хлору в значній мірі залежить від його початкової дози і тривалості контакту з водою. При дозі хлору 1 мг/л і тривалості контакту 1 годину кількість бактерій знижується з 232000 в 1 см³ води до 180000. Хлор легко розчиняється у воді. При нормальному тиску і температурі 10°С розчинність його складає 9,75 г/л. Розчиняючись, хлор взаємодіє з водою і утворює хлорну воду, що є сильним окиснювачем.

Ступінь гідролізу хлору обумовлюється рН середовища. При рН=5 активний хлор знаходиться у воді в молекулярній формі, в інтервалі рН=5…9,2 у воді переважає хлорнуватокисла кислота, а при рН > 9,2 – тільки іони Сl.

З метою поліпшення біологічного стану воду хлорують звичайно після фільтрації. Унаслідок окислювальної дії хлору знижується ступінь забарвлення води, зникають присмаки і запахи. Хлорування сприяє також видаленню з води заліза і марганцю. Органічні сполуки заліза під дією хлору руйнуються, двовалентне залізо переходить в тривалентне і унаслідок гідролізу і випадає в осад у вигляді гідроокису заліза. Марганець окислюється і випадає в осад.

У виробництві безалкогольних напоїв хлорування води повинне супроводжуватися дехлоруванням, оскільки залишковий хлор додає їй неприємний смак і запах. Крім того, під впливом хлору можуть окислюватися в напої ефірні масла, настої пряно-ароматичної сировини з утворенням фенолового запаху.

Для обеззараження води використовується розповсюджений спосіб обробки її іонами срібла. Водні розчини срібла, отримані анодним розчиненням металу, перевершують по надійності, економічності і простоті технології всі відомі консерванти. Бактерицидні властивості срібла пояснюються здатністю його іонів руйнувати і денатурувати плазму мікроорганізмів. Срібло вбиває грампозитивні і грамнегативні бактерії, а також віруси. Антимікробна дія срібла тим більше, чим вище концентрація іонів Аg⁺ у воді й триваліше контакт їх з водою. Гальмує бактерицидну дію наявність в іоні хлоридів, які приводять до утворення на поверхні електродів плівки АgС1, що ускладнює розчинення срібла.

Воду обробляють іонами срібла, пропускаючи постійний електричний струм через пару занурених у воду срібних електродів. При цьому відбувається електролітичне розчинення срібного анода. Біологічне очищення води ультрафіолетовим промінням засновано на властивості проміння знищувати всі види бактерій та спор за декілька хвилин опромінювання. Бактерицидні властивості ультрафіолетового проміння пояснюють фотохімічною дією їх на білкові колоїди протоплазми кліток, що викликають зміну їх структури і дисперсності, внаслідок чого клітини гинуть.

Ефективність бактерицидної дії ультрафіолетового проміння залежить від тривалості й інтенсивності опромінювання, а також від наявності суспензій і колоїдних домішок у воді. З бактерій найбільшим опором бактерицидному опромінюванню володіють бактерії кишкової палички.

Тому наявність або відсутність кишкової палички може служити показником ефекту обеззараження води, забрудненої патогенними неспороутворюючими бактеріями.

Зм'якшування води – це видалення солей кальцію і магнію, що міститься у воді, і перетворення їх в нерозчинні солі, які осідають або адсорбують. Жорстка вода знижує стійкість напоїв, що пояснюється інтенсивним розвитком дріжджового осаду унаслідок зниження активної кислотності напою через нейтралізацію частини кислоти солями жорсткої води. Крім того, використання жорсткої води викликає перевитрату кислоти, частина якої зв'язується солями.