Влияние кислорода на воду безалкогольные напитки

--PAGE_BREAK--Антиоксидантные свойства питьевой воды
Природная вода — сложная гетерофазная система, находящаяся в квазиравновесном состоянии и реагирующая на все внешние воздействия. Ее состав характеризуется тесной взаимосвязью между неорганиче­скими и органическими компонентами и подчиняется общим законам физи­ко-химической теории растворов. Любое внешнее воздействие (с привнесением ре­агентов или без таковых) приводит к на­рушению сложившихся в воде физико-хи­мических равновесий и созданию новых, что ведет к изменению концентращ1И всех химических элементов.
В зависимости от того, какими параме­трами обладает вода, она может быть лечеб­ной, полезной, вредной и даже смертельно опасной. От того, какую воду пьет человек, без всякого преувеличения напрямую за­висят его здоровье и даже сама жизнь. Во многих экономически развитых странах запасы пресной воды катастрофически со­кращаются. В будущем возможны серьез­ные разногласия и противоречия между странами из-за дефицита пресной воды.
Согласно сообщению Всемирной орга­низации здравоохранения, вследствие упо­требления недоброкачественной питьевой воды в мире ежегодно умирает 5,3 млн че­ловек, а по прогнозам в течение ближай­ших 30 лет количество людей, которые не будут иметь доступа к доброкачествен­ной воде, увеличиться с 1,4 до 2,3 млрд че­ловек. По данным ЮНЕСКО, более 80 % недугов, поражаюцщх человечество, воз­никают в результате потребления питье­вой воды низкого качества, так как именно с водой в организм человека попадают тя­желые металлы, фенолы, нитраты, хлори­стые соединения, ядохимикаты и другие вредные вещества [ 1 ].
Поэтому процессы подготовки питьевой воды в соответствии со структурой приме­сей природных вод и показателем ее каче­ства должны предусматривать удаление из воды вредных минеральных и органи­ческих веществ, устранение из воды пато­генной микрофлоры и вирусов, улучшение органолептических свойств воды (мутно­сти, цветности, запаха, привкуса), а также обогащение воды полезными микро- и ма­кроэлементами.
На практике в нашей стране воду, пред-мапмаченмую для системы центрального водоснабжения, подвергают только освет­лению, обесцвечиванию, обезжелезива-нию и обеззараживанию.
Кроме централизованных систем в го­родских квартирах или в коттеджах ис­пользуют устройства для очистки воды, ко­торые в зависимости от технологии можно разделить на шесть основных групп: меха-
нические фильтры грубой очистки; ультра­фиолетовые обеззараживатели; адсорб­ционные очистители; электрохимические обеззараживатели; картриджные системы, в которых обычно сочетаются три процес­са: механическое фильтрование; хими­ческое и адсорбционное взаимодействие воды с картриджем; химическое обезза­раживание воды; мембранные фильтры.
Первая, вторая, третья и шестая груп­пы бытовых устройств для очистки воды относятся к безреагентным системам водо-подготовки и, следовательно, в очищенную воду не поступают и в ней не образуются химические вещества, которые отсутство­вали в исходной воде. Электрохимические и картриджные системы — это реагентные системы водоподготовки.
Указанные и другие технологии по­лучения питьевой воды не обеспечивают соблюдения необходимого диапазона зна­чений окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и водородного показа­теля (рН).
Величина рН должна иметь слабоще­лочную реакцию и находиться в пределах от 7,2 до 8,5, что физиологически близко для организма человека. Данный интервал рН позволяет лучше сохранить кислотно-щелочное равновесие жидкостей в орга­низме, в большинстве своем имеющих
слабощелочную реакцию. Кроме того, сме­щение рН межклеточной и внутриклеточ­ной среды в сторону более щелочного со­стояния затрудняет размножение болезне­творных микробов и благоприятствует вос­становлению дружественных организму бактерий, в частности бифидобактерий, а также обеспечивает иммунной системе возможность эффективно поддерживать оптимальную защиту. ОВП внутренней среды организма человека (измеренный на платиновом электроде относительно хлорсеребряного электрода сравнения) обычно находится в пределах от +100 до -200 милливольт (мВ), т.е. внутренние среды человеческого организма находятся в восстановленном состоянии. ОВП обыч­ной питьевой воды (вода из под крана, пи­тьевая вода в бутылках и пр.), измеренный таким же способом, практически всегда больше нуля и обычно находится в преде­лах от +150 до +360 мВ (см. таблицу). В течение всей жизни человек подвер­гается воздействию различных вредных внешних факторов — плохая экология, не­правильное и зачастую некачественное пи­тание, применение некачественной питье­вой воды, стрессовые ситуации, курение, злоупотребление алкоголем, применение лекарственных препаратов, болезни и мно­гое другое. Все эти факторы способствуют разрушению окислительно-восстанови­тельной системы регуляции организма, в результате чего процессы окисления на­чинают преобладать над процессами вос­становления, защитные силы организма и функции жизненно важных органов че­ловека начинают ослабевать и уже не в со­стоянии самостоятельно противостоять различного рода заболеваниям. Замедлить преобладание окислительных процессов над восстановительными можно с помо­щью антиокислителей (антиоксидантов). Нормализовать баланс окислительно-вос­становительной системы регуляции (с тем, чтобы укрепить защитные силы организ­ма и функции жизненно важных органов и позволить организму самостоятельно противостоять различного рода заболе­ваниям) можно с помощью антиоксидан­тов. Чем сильнее антиоксидант, тем бо­лее ощутим его протйвоокислительный эффект. Доказано, что антиоксидантные свойства воды с отрицательным ОВП мно­гократно сильнее обычных антиоксидан­тов, поскольку молекулярная масса воды существенно меньше, чем у других анти­оксидантов, и поэтому общее количество молекулярных единиц восстановительного (электронодонорного) действия в объеме воды намного больше по сравнению с эк­вивалентным объемом обычных антиокси­дантов. Более того, все известные антиок-сиданты при определенных условиях могу превращаться в прооксиданты, т.е. могут усиливать действие окислительных про­цессов как при избытке антиоксидантов в организме, так и при их недостатке.
Вода с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом за счет своих восстановительных свойств норма­лизует окислительно-восстановительный баланс в организме, что приводит [2,3]:
к замедлению старения организма и из­лечению от целого ряда заболеваний;
нормализации микрофлоры желудочно-кишечного тракта путем стимулирования процесса роста собственной нормальной микрофлоры (бифидобактерий и лактобацилл) и подавления патогенной и услов­но-патогенной микрофлоры, в том числе золотистого с тафилококка, сальмонеллы, шигеллы (дизентерия), кандиды, аспергил, листерий, клостридий, синегнойной палоч­ки, хеликобактерий пилори (которая счи­тается основной причиной возникновения язвенных болезней);
активизации и восстановлению иммун­ной системы у людей с ослабленным им­мунитетом и после иммунодепрессивной терапии, в том числе после воздействия лучевой и химиотерапии, в послеопераци­онный и реабилитационный периоды;
укреплению антимутагенной (антикан­церогенной) системы организма;
восстановлению детоксицирующей функции печени и восстановлению пече­ночной ткани;
ускоренному ранозаживлению и умень­шению воспалительных процессов в орга­низме;
подавлению вирусов гепатита С, герпе­са и гриппа;
улучшению общего самочувствия;
обеспечению ускоренного роста и со­зревания растений без использования хи­микатов, например овощей в тепличных хозяйствах.
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].
    продолжение
--PAGE_BREAK--