Водоподготовка в ликероводочной промышленности

Аннотация. В статье рассмотрены различные существующие и перспективные способы водоподготовки, используемые в ликероводочной промышленности, представлены данные по предельно допустимым значениям содержания компонентов воды, применяемой в производстве ликероводочной продукции.
Abstract. The article deals with various existing and promising methods of water treatment used in the alcoholic beverage industry, presents data on the maximum permissible values of the content of water components used in the production of alcoholic beverages.

В настоящее время все большую значимость приобретает задача повышения качества пищевой продукции и особо важным направлением данных исследований является организация эффективной водоподготовки на предприятиях пищевой промышленности, так как качество подготовленной воды напрямую обуславливает не только достижение необходимых физико-химических и органолептических показателей готового продукта, но и его хранимоспособность [1-4].

Решить данную задачу в современных условиях ухудшающегося состояния окружающей среды возможно путем внедрения достижений науки и техники, а также используя ресурсосберегающие технологии. Согласно Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности России, утвержденной распоряжением Правительства РФ от 17 апреля 2012 г. (№ 559-р) на период до 2020 года [2-5] данные направления являются приоритетными в сфере производства пищевых продуктов.

В ликероводочном производстве расходуется на 1000 дал водки 620 дал воды (по объему), а при выпуске по уровню – 626,7 дал [6-7]. Но вода, поступающая из городского водопровода или собственных артезианских скважин предприятия, редко соответствует требованиям к воде как к сырью для производства алкогольных напитков, поэтому ее необходимо подготавливать (исправлять), т. е. проводить водоподготовку [1, 2, 3].

Процесс формирования состава исходной воды в значительной степени зависит от природных особенностей водоисточника, времени года, состояния системы центрального водоснабжения и т. д. [2, 3, 6]. В соответствии с ГОСТ 17403 – 72 природные воды по степени минерализации классифицируются по солесодержанию на пресные, солоноватые, соленые воды и рассолы [1, 6].

По преобладающему аниону природные воды подразделяют на гидрокарбонатные, хлоридные и сульфатные [6-8].

Примеси природных вод по степени дисперсности дифференцируют на:

• ­истинно-растворенные (ионные);
• коллоидно-дисперсные с размером частиц от 1 до 100 нм;
• грубодисперсные с размером частиц более 100 нм (0,1 мкм) [6, 9].

По химическому составу примеси природных вод можно разделить на два типа: минеральные и органические. К минеральным примесям воды относятся:

• растворенные газы атмосферы N₂, O₂, CO₂; газы, образующиеся в результате окислительных и биохимических процессов NH₃, CH₄, H₂S, а также газы, вносимые сточными водами;
• различные соли, кислоты и основания находящиеся в диссоциированной форме, т. е. в виде образующих их катионов и анионов.

К органическим примесям природных вод относят гумусовые вещества, вымываемые из почв и торфяников, а также органические вещества различных типов, поступающие в воду вместе с сельскохозяйственными стоками и другими видами недостаточно очищенных сточных вод [6, 8-10].

Вместе с тем, при водоподготовке особенно нежелательно введение в обрабатываемую воду химических реагентов, остаточные количества которых могут оставаться в готовом продукте и затем способны оказать негативное воздействие на хранимоустойчивость продукта и/или его органолептические свойства [2, 3, 9, 10].

Также, стоит отметить, что ограниченные площади предприятий, как правило расположенных в городской черте, не позволяют иметь собственные очистные сооружения и поэтому используют городские канализационные сети. Поэтому нежелательно применять методы очистки, в результате которых образуются значительные объемы неочищенных стоков.

В зависимости от качества исходной воды водоподготовка может иметь ряд стадий (индивидуально и/или в комплексе) [8, 11-12]:

• очистка воды от взвешенных частиц;
• обезжелезивание;
• обессоливание и/или обратный осмос, обеспечивающий частичную или полную деминерализацию;
• удаление органических соединений (осветление, дезодорация);
• удаление микробиологических загрязнений (обеззараживание);
• коррекция состава воды (щелочности, содержания Са, Mg, Cl, Na и т. п.) [6, 8, 10-12].

Пределы допустимого содержания компонентов воды, предназначенной для приготовления ликероводочной продукции приведены в табл. 1 [7, 9-10].

Таблица 1
 

Нормируемые показатели	Исходная жесткость воды
	свыше 1 мг × экв/дм3	до 1 мг × экв/дм3
Жесткость, мг × экв/дм3	0,20	1,0
Щелочность, мл 0,1 м HCl на 100 мл воды,  не более	4,0	1,0
Окисляемость, мг О2/дм3	6,0	6,0
рН	не выше 7,8	не выше 7,8
Сухой остаток, мг/дм3	500	100
Массовая концентрация ионов, мг/дм3
- кальция	1,3	7,0
- магния	1,3	7,0
- железа	0,15	0,10
- натрия + калия	100,0	15,0
- сульфатов	100,0	20,0
- хлоридов	80,0	25,0

Наиболее подходящие способы водоподготовки, которые рекомендованы «Нормами технологического проектирования предприятий ликероводочной промышленности НТП 10-12977-2000» для ликероводочных заводов в зависимости от параметров исходной воды приведены в табл. 2 [8-10].

Таблица 2
 

Способ обработки воды	Показатели качества воды
	Сухой остаток, мг/дм3	Окисляе- мость, мг О2/дм3	Щелочность, см3 0,1 моль/дм3 HCl на 100 см3	Содержание, мг/дм3
				Fe общ.	Si4+	PO43–
1	2	3	4	5	6	7
Коагулирование	менее100	более 6,0	более 1,0	более 0,15	более 3,0	более 0,1
Фильтрация на песочных фильтрах	менее100	менее 6,0	менее 1,0	менее 0,15	менее 3,0	менее 0,1
1	2	3	4	5	6	7
Na-катионирование	менее 500	менее 6,0	менее 4,0	менее 0,15	менее 7,0	менее 0,1
Удаление органических ве- ществ и Na-катионирование	менее 500	менее 6,0	менее 4,0	более 0,15	более 7,0	более 0,1
Обезжелезивание и Na- катионирование	менее 500	менее 6,0	менее 4,0	более 0,15	более 7,0	менее 0,1
Na-катионирование	менее 500	менее 6,0	более 4,0	менее 0,15	менее 7,0	менее 0,1
Деминерализация ионитами	менее 500	любые
Обратный осмос	до 3000	любые

Коагуляция.

Данный метод применяется для воды, в которой присутствует муть или опалесценция, неотфильтрованные на песочных фильтрах [7-8,10-11].

Обработка воды при помощи Na –катионитов. 

Умягчение жесткой воды осуществляется фильтрацией через слой катионита, направляемая на катионитовый фильтр для процесса умягчения питьевая вода, должна иметь следующие показатели:

• общая жесткость не должна превышать значение 7 мг × экв/дм³, в противном случае рекомендуется применение иных схем водоподготовки;
• щелочность воды не должна превышать значение 6 см³ 0,1 моль/дм³ раствора соляной кислоты на 100 см³ воды, при больших значениях воду необходимо предварительно обработать;
• содержание взвешенных веществ не должно превышать 5 мг/дм³, при больших значениях применяется дополнительная фильтрация [7, 9, 11-12].

Удаление органических веществ.

Данный метод включает следующие стадии:

• обработка исходной воды 0,03-0,05 % раствором перманганата калия в течение 20-30 мин.
• умягчение воды, обработанной перманганатом калия на установке с Nа-катионами.
• доочистка умягченной воды на угольной колонке при помощи активированного угля.
• фильтрация очищенной воды через песочный фильтр [7-8,10-11].

Обезжелезивание воды. 

Рекомендуется проведение предварительной обработки методом обезжелезивания воды и применение Nа-катионов для водоподготовки, если содержание железа в воде для производства водок составляет более 0,15 мг/дм³ . Метод заключается в фильтрации воды через фильтр с кварцевой загрузкой [7-8,10-11].

Уменьшение щелочности технологической воды (подкисление). 

Щелочность воды, используемой для приготовления ликеро-водочных изделий, особенно плодово-ягодных полуфабрикатов, должна быть доведена до 0,1 мл 0,1 моль/дм³ соляной кислоты на 100 см³ воды добавлением соляной или уксусной кислот [8, 10, 12].

Деминерализация. 

Способ деминерализации используется при показателе жесткости исходной воды в пределах от 0,5 до 17 мг × экв/дм³ и осуществляется путем пропусканием воды через ионообменные смолы и анионит.

Водоподготовка на основе обратного осмоса. 

Исходная вода поступает в обратноосмотический аппарат под давлением, превышающим осмотическое, что позволяет не только провести обессоливание воды, но и удалить из нее коллоиды. Способом обратного осмоса удаляется от 50 до 99 % растворенных в воде компонентов, но при содержании солей в исходной воде в пределах от 0,5 до 3 г/дм³ необходимо вводить стадию предподготовки [8, 11-13].
Производители в условиях низкого качества исходной технологической воды по микробиологическим показателям вынуждены искать различные эффективные способы ее обеззараживания.

К числу таких методов можно отнести обработку ультразвуком [2-3, 13-17]. В последние годы применение ультразвукового воздействия для обеззараживания воды находит все более широкое применение в промышленности. Метод заключается в том, что под воздействием ультразвука в жидкой среде происходит гибель микроорганизмов за счет разрушения клеточных оболочек [14, 16].

Имеются также данные о перспективах внедрения акустической кавитационной обработки воды на предприятиях пищевой промышленности [14, 16, 18]. Так, кавитационная обработка жидкой смеси является мощным высокоэффективным технологическим средством широкого применения, которое позволяет совершенствовать старые и создавать новые технологии получения жидких веществ с полезными свойствами или характеристиками, такими же, а подчас и значительно более высокими, чем при использовании других известных технологий в пищевом производстве [15, 18].

Метод усиления активности, то есть растворяющего действия влаги, поступающей на переработку сельскохозяйственного сырья через использование энергии кавитации представляется перспективными и для ликероводочной промышленности.

Также, на основе методов ультразвукового и кавитационного воздействия возможна  разработка энерго- и ресурсосберегаюих технологий функциональных напитков на основе экстракции биологически активного сырья, что позволит обеспечить различные слои населения сбалансированными по марко- и микро нутриентному составу продуктами питания, дополнительно обогащенными про- и пребиотиками, антиоксидантами [3, 19, 20].

Таким образом, представлен обзор различных существующих и перспективных способов водоподготовки, используемых в ликероводочной промышленности, а также данные по предельно допустимым значениям содержания компонентов воды, применяемой при производстве ликероводочной продукции.

Литература
1. Калачев, С.Л. Проблемы питьевого водоснабжения / С.Л. Калачев, М.А. Николаева // Пиво и напитки. – 2013. – № 5. – С. 40−44.
2. Галстян, А. Г. Водоподготовка – фактор повышения эффективности экономической эффективности предприятий / А.Г. Галстян, С.Н. Туровская, А.Н. Шкловец // Молочная промышленность. – 2011. – № 2. – С. 58-60.
3. Хуршудян, С.А. Качество сырья и потребительские качества пищевого продукта / С.А. Хуршудян, А.В. Орещенко // Пищевая промышленность. – 2013. – № 6. – С. 40.
4. Галстян, А.Г. Активность воды в молочных продуктах / А.Г. Галстян, А.Н. Петров, В.В. Павлова // Переработка молока. – 2002. – №7 (33). – С. 8-9.
5. Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности России на период до 2020 г.: Распоряжение Правительства РФ от 17 апреля 2012 г. № 559-р.
6. Ильина, Е.В. Технология и оборудование для производства водок и ликероводочных изделий / Е.В. Ильина, С.Ю. Макаров, И.Л. Славская. – М.: ДеЛи плюс, 2013. – 492 с.
7. Бирагова, Н. Ф. Технология ликероводочных производств: учебно-методическое пособие по курсовому проектированию для студентов всех форм обучения специальности 26.02.04 «Технология бродильных производств и виноделие» / Н.Ф. Бирагова, С.Р. Бирагова, Д.А. Бирагов. – Владикавказ, 2010. – 55 с.
8. Бачурин,  П.Я. Технология ликеро-водочного производства / П.Я. Бачурин, В.А. Смирнов. – М.: Пищевая промышленность, 1975. – 323 с.
9. Справочник ликёро – водочного производства / Под ред. В. Л. Яровенко, И. И. Бурачевского. – М., 1988. – 207 с.
10. Нормы технологического проектирования предприятий ликероводочной промышленности НТП 10-12977-2000.
11. Славийкая, Н. И. Технология ликёро-водочного производства / Н.И. Славийкая. – М., 1982. – 184 с.
12. Рухлядева, А.П. Справочное пособие для лаборантов-химиков ликёро-водочных заводов / А.П. Рухлядева, З.А. Листова. – М., 1977. – 216 с.
 13.Шурэнцэцэг, Хурэлбаатар. Качество питьевой воды при различных способах водоподготовки: дис. … канд. хим. наук: 03.00.16. – Иваново, 2009.
 14. Кретова, Ю.И., Актуальные аспекты обеспечения качества сырьевых компонентов в технологии производства напитков / Ю.И. Кретова, И.В. Калинина // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. – 2017. – Т. 79. – № 1 (71). – С.169-177.
15. Куприков, Н.П. Инновации в водоподготовке / Н.П. Куприков // Вода и экология: проблемы и решения. – 2013. – № 1(53). – С. 3-8.
16. Хуршудян, С.А. Качество пищевых продуктов. Термины, определения и противоречия / С.А. Хуршудян, А.Г. Галстян // Контроль качества продукции. – 2018. – № 1. – С. 48-49.
17. Semipyatniy, V. Basis for Powdered Milk Dissolution. Bulletin of the International Dairy Federation / V. Semipyatniy, A. Galstyan, A. Ryabova, D. Kharitonov, M. Stryzhko // Bulletin of the International Dairy Federation: сб. науч. ст. – 2014. – С. 41-48.
18. Виноградов, В.А. Применение гидродинамической кавитации в виноделии / В.А. Виноградов, С.В. Кулёв // Виноградарство и виноделие. – 2014. – Т. 44. – С. 92-95.
19. Петров, А.Н. Производство молочных консервов: инновации в формировании свойств сырья / А.Н. Петров, И.А. Радаева, А.Г. Галстян, С.Н. Туровская // Молочная промышленность. – 2010. – № 5. – С. 72-77. 
20. Доронин, А.Ф. Функциональные пищевые продукты. Введение в технологии / Доронин А.Ф. и др. – М.: ДеЛи принт, 2008. – 282 с.

Михайлова И. Ю., Агейкина И.И., Семипятный В.К., канд техн. наук; Стрижко М.Н., канд. техн. наук
Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности – филиал ФГБНУ «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН, г. Москва
 

---