Установка для озонирования сухосыпучих материалов

УДК 621.384.5 С.Ю. Казаченко, Е.Г. Безруких,

А.И. Хохлова, Т.В. Ступко, В.В. Матюшев, Л.В. Плеханова УСТАНОВКА ДЛЯ ОЗОНИРОВАНИЯ СУХОСЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Озонные технологии широко применяются в различных областях сельскохозяйственного производства. В настоящее время не установлено побочных эффектов, связанных с последствиями внедрения озонных технологий. Разработка новых энергосберегающих конструкций озонаторов и ужесточение экологических требований по отношению к традиционно применяемым химическим реагентам делают методы озонирования конкурентноспособными при использовании в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности. На базе ООО "НПО Пульсар" была разработана и изготовлена установка для обработки озоном сухосыпучих продуктов с целью определения и отработки оптимальных режимов озонирования. Для проверки эффективности работы установки и исследования расширения возможностей применения озона для хранения и переработки пищевых продуктов авторами статьи проведены опыты по воздействию озона на токсинообразующие грибы в зерне и влиянию озонирования на ингибиторы трипсина в соевых бобах.

Ключевые слова: озонирование, сухосыпучие материалы, пищевые технологии, продукты, зерно, соевые бобы.

S.U. Kazachenko, E.G. Bezrukih, A.I. Hohlova, T.V. Stupko, V.V. Matyushev, L.V. Plehanova THE EQUIPMENT FOR DRY SPILT MATERIALS OZONATION

The ozone technologies are widely used in different agricultural sectors. At present, there are no side effects that could be related to the consequences of the ozone technologies adoption. The development of the new energy saving constructions of ozonizers and the increase in the ecological requirements for the traditionally used chemical agents, make the methods of ozonation more competitive while using them in agriculture and processing industry. The ozone equipment for dry spilt materials has been developed and manufactured on the base of «NPO Pulsar.» Ltd to define and develop the optimal operating mode of ozonation. To check the work effectiveness of the ozone equipment for storing and processing food products, the authors of the article conducted an ozone influence experiment on the toxic oozing mushrooms in grain and influence of the oozing on the inhibitors of trypsin in soybeans.

Key words: ozonation, dry spilt materials, food technologies, food, grain, soybeans.

На девятом Международном конгрессе по озону, который состоялся в 1989 году, отмечалось, что в мире практически имеет место «озонный бум», связанный с чрезвычайно быстрыми темпами внедрения озонных технологий и увеличением выпуска озонаторного оборудования. На международном конгрессе по озону, проходившему в 2003 году в Лас-Вегасе, отмечалось, что в настоящее время не установлено побочных эффектов, связанных с последствиями внедрения озонных технологий.

Разработка и использование озонных технологий основаны на высокой реакционной способности озона и его способности быстро разлагаться, не образуя побочных продуктов, загрязняющих окружающую среду. Единственным недостатком является относительно высокая стоимость озона. Однако с разработкой новых энергосберегающих конструкций озонаторов и ужесточением экологических требований по отношению к традиционно применяемым химическим реагентам методы озонирования становятся конкурентноспособными.

Озонные технологии широко применяются в различных областях сельскохозяйственного производства [1-2]:

В растениеводстве для:

о стимуляции роста растений в условиях парникового выращивания; о предпосевой обработки семян; о борьбы с вредителями и болезнями растений;

о обеззараживания жидких субстратов при гидропонном выращивании растений; о интенсификации скорости сушки зерновых.

В животноводстве для:

о стимуляции эмбрионального развития птицы;

о дезинфекции инкубационных яиц с целью профилактики заболеваний птицы; о санации воздуха производственных помещений в условиях интенсивного содержания сельскохозяйственных животных и птицы с целью повышения их жизнеспособности и продуктивности;

о обезвреживания и обеззараживания сточных вод сельскохозяйственных предприятий; о подготовки питьевой воды, используемой в системах поения сельскохозяйственных животных и птицы с целью обеззараживания от патогенной микрофлоры, обезвреживания от токсичных веществ; о дезинфекции помещений, оборудования, инвентаря на сельхозпредприятиях.

В кормопроизводстве для:

о обезвреживания и обеззараживания протравленного и дефектного зерна и других ингредиентов с целью повышения кормовой ценности;

о получения и стабилизации различных кормовых добавок для кормления сельскохозяйственных животных и птицы;

о консервации и хранения кормов.

В переработке:

о озоновая обработка, предотвращая старение вина, помогает избежать помутнения вин и очищает их букет, который сохраняется в течение длительного времени;

о подавляя разного вида бактерии, озон позволяет увеличивать сроки хранения молока, баночных соков и минеральной воды;

о стерилизация воды является одним из важнейших этапов производства напитков; о использование озона в молочной промышленности позволяет задержать процесс прокисания молока; о в пивоваренной, хлебопекарной, фармацевтической промышленности применяют низкий озон для стимуляции роста дрожжевых грибов, интенсификации приготовления солода и дрожжевого теста; о замена паровой и химической обработки.

Для обработки помещений:

о дезинфекция помещений, оборудования, тары и упаковки на молокозаводах, пивоваренных заводах, винодельческих заводах, хлебозаводах, мясокомбинатах, предприятиях плодоконсервной промышленности позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия производства и увеличить сроки хранения продукции, так как озон заполняет весь объем и обеспечивает дезинфекционную обработку труднодоступных для традиционной обработки мест.

Для обработки холодильных камер:

о позволяет избежать размораживания и применения хлорсодержащих веществ; о озон незаменим для борьбы с затхлым запахом, образующимся в холодильниках и морозильных камерах;

о озонирование улучшает условия и предотвращает порчу при длительном хранении мясных продуктов и сыров.

Для обработка плодоовощехранилищ:

о применение озона для хранения плодоовощной продукции способствует резкому снижению обсеме-ненности ее поверхности гнилостной микрофлорой, снижает уровень метаболических процессов и препятствует ее прорастанию, т.е. устраняет основные причины порчи сельскохозяйственной продукции, давая значительный экономический эффект. За осенне-зимний период сохраняется более 90% продукции.

Для обработки транспорта для перевозки продуктов.

Высокая эффективность применения озонных технологий при хранении зерна была отмечена на 7-м научно-практическом семинаре «Состояние и перспективы сохранения и защиты запасов зерна», проходившем в 2008 году. Следует отметить, что Н.В. Карягин и др. [3] предлагали технологии дезинсекции и озона-торное оборудование, разработанное [4] и производимое московскими фирмами. Авторы из Краснодара [5] в своих разработках использовали оборудование Красноярского ООО « НПО Пульсар», который производит широкий модельный ряд озонаторов.

Нами на базе ООО «НПО Пульсар» была разработана и изготовлена установка для обработки озоном сухосыпучих продуктов с целью определения и отработки оптимальных режимов озонирования. Необходимость создания такой установки обусловлена тем, что озон из-за своей высокой реакционной способности не проникает вглубь обрабатываемого материала, реагируя на поверхности, и поэтому следует проводить процесс в камере, обеспечивающей оптимальные условия контакта. Принципиальная схема установки представлена на рисунке.

Схема установки для озонирования сухосыпучих продуктов:

1 - компрессор воздушный; 2 - система подготовки воздуха; 3 - озонатор; 4 - контактная колонна;

5 - керамический рассекатель озоно-воздушной смеси; 6 - детектор остаточного озона;

7-8 - измерители концентрации озона; 9 - ротаметр; 10 - ячейки для размещения образцов

Атмосферный воздух компрессором (1) подается в систему воздухоподготовки (2), которая обеспечивает очистку воздуха от пыли и влаги и обогащает его кислородом. Подготовленный воздух поступает в лабораторный озонатор (3), где под воздействием электрического разряда синтезируется озон. Далее озоновоздушная смесь через озономер (7) поступает в контактную камеру (4), где с помощью рассекателя (5) обеспечивается равномерное распределение озоно-воздушной смеси. Расход газовой смеси измеряется и регулируется ротаметром (9), а содержание в ней озона - озономером (7). Контактная камера (4) снабжена решетчатыми ячейками (10), в которые помещаются пробы исследуемого продукта в мешочках, обеспечивающих беспрепятственный проход озоно-воздушной смеси и препятствующих просыпанию пробы. Концентрация озона после контактной камеры контролируется озономером (8), после чего непрореагировавший озон разрушается в деструкторе (6) и газовая смесь, представляющая собой обычный воздух, выбрасывается в атмосферу. В качестве озонатора использовался «Озон 5П», выпускаемый ООО «НПО Пульсар».

Для проверки эффективности работы установки и исследования расширения возможностей применения озона для хранения и переработки пищевых продуктов нами были проведены опыты по воздействию озона на токсинообразующие грибы в зерне и влиянию озонирования на ингибиторы трипсина в соевых бобах.

Более 70% потерь зерна от болезней составляют потери от поражения растений и зерна токсинообразующими видами грибов: фузариями, аспергиллами, пеницилами, альтенарией, а также от загрязнения продуктов урожая их опасными микротоксинами. Потери от них оцениваются в мире в сумме 20 млрд долл., в том числе в России более 3 млрд руб. в год. По данным ФАО, на июль 2007 года более 30% мирового сбора урожая загрязнено микотоксинами.

Загрязнение зерна микотоксинами резко ускоряет вырождение зародышевой плазмы, понижает их посевные качества и устойчивость растений к болезням. Особую опасность представляет заражение токсиногенными грибами и загрязнение микротоксинами хранящегося зерна, что сильно снижает его потребительские качества и коммерческую ценность. Использование для борьбы с этими патогенами химических фунгицидов и инсектицидов вызывает у грибов возникновение резистентности и резкое повышение токсинообра-зования [6].

Влияние озона на патогенную микрофлору изучалось на трех образцах пшеницы с различной степенью поражения грибковыми инфекциями. Расход газовой смеси составлял 1,0 м3 /ч при концентрации озона 10 г/м 3. Результаты представлены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, озон оказывает дезинфицирующее воздействие на все виды контролируемых внутренних инфекций зерна, причем эффективность этого воздействия зависит от времени обработки и степени заражения зерна. Данное исследование носит предварительный характер и только показывает перспективность применения озона для борьбы с токсинообразующими грибами. Дальнейшие исследования должны определить время экспозиции, концентрацию озона и удельный расход газовой смеси, а также оценить активность патогенной микрофлоры оставшийся после озонной обработки зерна.

Таблица 1

Влияние озона на патогенную микрофлору зерна пшеницы

№ образца Время обработ- ки, мин Вид инфекции, % заражения

Гельминтоспориоз Фузариоз Альтернариоз

До обработки После обработки До обработки После обработки До обработки После обработ- ки

1 10 13,0 7,5 5,0 0,5 27,5 10,5

15 5,0 0,5 9,0

20 3,5 Отс. 7,5

2 10 18,5 9,5 7,0 1,0 24,5 7,5

15 7,0 0,5 4,5

20 5,0 Отс. 3,0

3 10 10,0 5,5 5,5 0,5 29,0 13,0

15 3,5 Отс. 11,0

20 3,0 Отс. 9,5

Увеличение потребности в белковой продукции заставляет искать и разрабатывать новые подходы и технологические приемы обработки сои для повышения питательной ценности продуктов ее переработки. В технологических процессах производства белковых продуктов из сои известен ряд способов инактивации антиалиментарных соединений. Нами было исследовано влияние озона на активность ингибиторов трипсина и химотрипсина, содержащихся в сое, тормозящих работу желудочно-кишечного тракта. Литературные сведения по использованию озона для инактивации ингибиторов протеаз отсутствуют.

В качестве образцов использовались несколько сортов сои с разными сроками посева. Расход газовой смеси составлял 1,0 м3/ч, при концентрации озона перед контактной камерой 20 г/м3. Активность трипсинового ингибитора сои определялась по активности уреазы (измеренная по изменению величины рН). Для оценки эффективности озонирования по сравнению с традиционными способами был выбран метод влаготепловой обработки. Результаты эксперимента представлены в табл. 2.

Контроль качества газовой смеси после контактной камеры показал, что через минуту после начала обработки концентрация озона уменьшается почти вдвое - до 11 г/м3, затем начинает возрастать: через две минуты - 15 г/м3, через три - 18 г/м3 и далее остается постоянной в течение всего времени опыта. Следует отметить, что озон из-за своей высокой реакционной способности реагирует только на поверхности вещества и не способен к глубинной диффузии. То есть за три минуты происходит взаимодействие озона с легко-окисляемыми веществами на поверхности сои. Однако, как видно из табл. 1, содержание уреазы заметно уменьшается после 10-минутной обработки, затем стабилизируется и вновь снижается после 30 минут озонирования. Можно предположить, что в процессе озонирования идет не только поверхностное окисление

уреазы, но и образование пероксидов, которые, диффундируя вглубь боба, вызывают вторичные окислительные процессы.

Таблица 2

Влияние озона на активность уреазы сои

№ п/п Образец сои Содержание белка,% Содержание уреазы

В сыром зерне В сухом веществе До обработки Время озонирования, мин

10 20 30

1 СибНИИ сход 2-й срок посева 34,56 36,00 2,50 2,40 2,35 2,25

2 Светлая 2-й срок посева 34,78 36,23 2,45 2,39 2,38 2,05

3 Светлая 1-й срок посева 33,91 35,58 2,55 2,41 2,39 2,36

4 Дина 1-й срок посева 32,16 33,81 2,55 2,52 2,51 2,42

5 Соя-солонцы 38,16 40,00 2,64 Влаготепловая обработка

2,53 2,50 2,40

6 Жмых 41,12 43,15 0,57

Как видно из результатов, представленных в табл. 2 для цельных бобов сои, озонирование уступает традиционной влаготепловой обработке. Последняя действует по всему объему обрабатываемого материала, тогда как эффективность озонирования зависит от площади контакта. И следующим этапом работы будет установление зависимости инактивации ингибиторов трипсина от степени дробления бобов сои при различных режимах озонирования.

Проведенные исследования показали возможность использования созданной лабораторной установки по обработке озоном сухосыпучих материалов для разработки новых технологий хранения и переработки пищевых продуктов.

Выводы

1. Разработана и изготовлена лабораторная установка для озонирования сухосыпучих материалов, которая позволяет разрабатывать новые технологии хранения и переработки пищевых продуктов.

2. Показана эффективность борьбы с токсинообразующими грибами зерна путем его обработки озоном.

3. Установлено влияние озона на инактивацию ингибиторов трипсина в сое, что может служить основой для разработки новых методов переработки.

Литература

1. Shigero Naito, Hirofumi Takahara, «Ozone Contribution in Food Industry in Japan», Ozon: Science & Engineering, 2006. - Vol. 28.

2. Кривопишин, И.П. Озон в промышленном птицеводстве / И.П. Кривопишин. - М., 1988.

3. Озонаторное оборудование и технология обеззараживания зерна и помещений зерноперерабатывающих предприятий / Н.В. Карягин, Л.И. Мачихина, Н.И. Пуресев [и др.] // Состояние и перспективы сохранения и защиты запасов зерна, семян, зернопродуктов и комбикормов. - Адлер, 2008. - С.60-68.

4. Способ и комплекс для обработки зерна, семян и помещений озоном. Патент РФ №2315460. Приоритет от 07 августа 2006 / Ю.М. Лужков, Ю.С. Соломонов, Н.В. Карягин [и др.].

5. Саулькин, И.В. Технология внутрихозяйственного обеззараживания партий зерна озоном / И.В. Са-улькин // Состояние и перспективы сохранения и защиты запасов зерна, семян, зернопродуктов и комбикормов. - Адлер, 2008. - С.74-80.

6. Монастырский, О.А. Состояние и проблемы производства зерна в России и в мире и загрязнение его токсиногенными грибами и микотоксинами / О.А. Монастырский // Состояние и перспективы сохранения и защиты запасов зерна, семян, зернопродуктов и комбикормов. - Адлер, 2008. - С.28—31.

УДК 634.1(571.51) Н.Н. Типсина

АНТОЦИАНЫ В МЕЛКОПЛОДНЫХ ЯБЛОКАХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

В статье рассматривается важная роль пищевых красителей в продуктах питания, которые придают изделиям эстетический вид, а также повышают биологическую ценность и органолептическую. Приведены некоторые результаты исследований по содержанию красящих веществ в мелкоплодных яблоках. Предложены технологические схемы получения пищевого красителя из мелкоплодных яблок Сибири.

Ключевые слова: антоцианы, мелкоплодные яблоки, пищевые красители, биологическая ценность.

N.N. Tipsina

ANTHOCIANS IN THE SMALL-FRUIT APPLES OF THE KRASNOYARSK REGION

The important role of food dye-stuff in the products which give favorable aesthetical form to the food , and also increase biological value and organoleptic indices is examined in the articles. Some results of the research of the coloring substance content in the small-fruit apples are given. The technological schemes of receiving the food dye-stuff from the small-fruit apples of Siberia are proposed.

Key words: anthocians, small-fruit apples,food coloring substance, biological value.

Применение красящих веществ для пищи и пищевых продуктов имеет большую историю: в той или иной форме красители издавна использовались человеком. Известно, что египтяне окрашивали сладости и вино еще за 400 лет до Рождества Христова; в глубокой древности люди применяли для окраски пищи цветы, корни, листья, плоды растений. Позднее стали использовать такие интенсивно окрашенные продукты, как шафран, куркума, сок петрушки, сушеная черника, свекла, сандаловое дерево, индиго, орлеан (аннато), морковь, а также экстракты из них. Кроме того, применяли и минеральные красящие вещества, например, ультрамарин.

В Средние века интерес к красителям для пищевых продуктов проявили врачи. Однако позже, когда окраской стали заниматься ремесленники, главным образом, кондитеры, медицинские рекомендации часто не учитывались. Вид и качество добавляемого красителя определялись только необходимостью получения желаемой окраски продукта и его стоимостью. В результате использовали и ядовитые красители (свинцовый сурик, киноварь, хромовокислый свинец и др.). Лишь в конце XIX в., после того как была изучена токсичность этих соединений и описано множество случаев острых отравлений, в ряде стран мира их применение было запрещено.

Дефицит красителей природного происхождения, дороговизна их производства способствовали тому, что все шире стали использовать синтетические красящие вещества.

К концу XVIII в. пищевое производство уже располагало значительным числом синтетических красителей. Их обычно добавляли в продукт, чтобы скрыть его низкое качество. Поскольку законодательства о красителях не существовало, не было достаточных сведений о вреде для здоровья некоторых токсичных соединений, то и контроль их применения отсутствовал. В настоящее время в большинстве стран существуют утвержденные перечни разрешенных к употреблению синтетических красителей [1-2].

На сегодня во всем мире испытывается потребность в высококачественных, безопасных для человека красителях, что обусловлено значительной индустриализацией сферы общественного питания, развитием пищевой промышленности, а также широким использованием этих веществ при производстве лекарственных препаратов, продуктов детского и диетического питания.