УКРАЇНСЬКА АКАДЕМЯ АГРАРНИХ НАУК
АКАДЕМЯ АГРАРНИХ НАУК
ІНСТИТУТ ВИНОГРАДУ І ПРОВИНА “МАГАРАЧ”
МАЦКО Олександр Петрович
УДК 663.31.256/257.004.12:612.014.482
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ПЕРЕРОБКИ ЯБЛУК
З ПІДВИЩЕНИМ ЗМІСТОМ РАДІОНУКЛІДІВ
05.18.07 – Технологія продуктів шумування
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
дисертації на змагання ученого ступеня
кандидата технічних наук
Ялта – 2003
Дисертація є рукописом.
Робота виконана в Інституті винограду і провина “Магарач” УААН, м. Ялта.
Науковий керівник: | доктор технічних наук, старший науковий співробітник Макаров Олександр Семенович, Інститут винограду і провина “Магарач” УААН (м. Ялта), завідувач лабораторією гристих вин.
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, старший науковий співробітник Сачаво Михайло Сергійович,
Інститут винограду і провина “Магарач” УААН
(м. Ялта), завідувач коньячною лабораторією;
кандидат технічних наук Біляків Валерій Сергійович, Інститут хімії поверхні НАН України (м. Київ), директор Джанкойско-Сивашского дослідно-експериментального заводу.
Ведуча організація: | Національний університет харчових технологій, Міністерство утворення і науки України (м. Київ).
Захист відбудеться 26.12.2003 р. о 14 годин на засіданні спеціалізованої ради Д 53.365.02 в Інституті винограду і провина “Магарач” УААН за адресою: 98600, Україна, Автономна Республіка Крим, м. Ялта, вул. Кірова, 31.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту винограду і провина “Магарач”.
Автореферат розісланий 24.11.2003 р.
Учений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор економічних наук, старший науковий співробітник |
Бузні А.Н.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Останнім часом на Земній кулі, у т.ч. в Україні, в цілому погіршилася екологічна ситуація, яка зв'язана з наслідками техногенних і природних аварій та катастроф.
Аварія на Чорнобильській АЕС (ЧАЕС) у 1986 р., яка займає особливе місце серед майже 300 радіаційних аварій у світі, привела до забруднення радіонуклідами 84 млн. сільськогосподарських угідь. Як результат цього продовжується підвищене надходження радіонуклідів, в основному цезію-137 і стронцію-90, у сільськогосподарські культури, продукти харчування, а з ними – в організм людини.
Вітчизняними та зарубіжними вченими (Пристер Б.С., Алексахін Р.М., Архипов Н.П., Корзун В.Н., Барьяхтяр В.Г., Silva S., Wagner A. та ін.) проведено вивчення міграції антропогенних і природних радіонуклідів у різні сільськогосподарські культури і харчові продукти. Однак, детальні дослідження щодо міграції радіонуклідів у плодово-ягідні культури (крім винограду), що вирощуються у 30-км зоні відчуження ЧАЕС, не проводилися, хоча вони використовуються для виноробства практично зі всієї території України, включаючи і регіони, забруднені радіонуклідами в результаті аварії на ЧАЕС. Відсутні також відомості про технологію переробки яблук, що вирощують у 30-км зоні відчуження ЧАЕС, та мають підвищений вміст цезію-137 і стронцію-90.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до Державних і Національних програм щодо ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС (№№ держ. реєстр. UA 01000198P, UA 01000199P, 0195U029292, 0195U025998) та Положення про єдину Державну систему запобігання і реагування на надзвичайні ситуації техногенного характеру (Постанова Кабінету Міністрів України № 1198 від 03.09.1998 р.).
Мета і задачі досліджень. Метою роботи стала розробка технології переробки яблук з підвищеним вмістом антропогенних радіонуклідів, що вирощуються у 30-км зоні відчуження ЧАЕС та отримання продукції, яка відповідає діючим санітарно-гігієнічним вимогам.
Задачі досліджень:
1.Провести аналіз вітчизняних і зарубіжних робіт щодо джерел забруднення зовнішнього середовища радіонуклідами і його наслідками, забрудненню радіонуклідами плодів, ягід і продукції, яку отримують з них, а також способам зниження вмісту радіонуклідів у плодах, ягодах і продуктах їхньої переробки.
2. Виявити закономірності міграції радіонуклідів у системі ґрунт > плоди (ягоди) > продукти переробки в 30-км зоні відчуження ЧАЕС.
3. Установити технологічні прийоми, режими і параметри, що сприяють мінімізації вмісту антропогенних радіонуклідів у готовій продукції при переробці яблук з підвищеним вмістом радіонуклідів.
4. Розробити технологію переробки яблук з підвищеним вмістом радіонуклідів.
Об'єкт досліджень – технологія переробки яблук з підвищеним вмістом радіонуклідів (цезій-137, стронцій-90).
Предмет досліджень – забруднені цезієм-137 та стронцієм-90 ґрунти, плоди і ягоди (яблука, груші, сливи, малина), що вирощуються у 30-км зоні відчуження ЧАЕС, структурні елементи плодів яблук (сік, вичавка, насіння), яблучні соки і виноматеріали з підвищеним вмістом цезію-137 і стронцію-90.
Методи досліджень – загальноприйняті методи аналізу фізико-хімічних показників яблучних соків і виноматеріалів; визначення вмісту радіонуклідів – відповідно до “Методичних рекомендацій щодо санітарного контролю за вмістом радіоактивних речовин в об'єктах зовнішнього середовища”.
Наукова новизна роботи. Уперше виявлено закономірності міграції цезію-137 і стронцію-90 у системі ґрунт > плоди і ягоди (яблука, груші, сливи, малина), а також у системі ґрунт > плоди яблук > продукти переробки в 30-км зоні відчуження ЧАЕС. Установлено коефіцієнти накопичення цезію-137 і стронцію-90 у плодово-ягідних культурах (яблуках, груші, сливі, малині), що вирощуються у 30-км зоні відчуження ЧАЕС. Установлено, що вміст цезію-137 у структурних елементах плодів яблук зменшується у такій послідовності: вичавка > сік > насіння, а вміст стронцію-90 – насіння > вичавка > сік.
Уперше виявлено закономірності зміни вмісту цезію-137 і стронцію-90 у процесі переробки забруднених яблук з використанням різних способів.
Вивчено кінетичні залежності зниження вмісту цезію-137 і стронцію-90 у яблучних соках і виноматеріалах з використанням препарату висококонцентрованого діоксиду кремнію “Стабілізатор харчових напоїв” марки АК-50А (алюмокремнезем) (АК-50А), желатину, полі-1-вініл-1,2,4-триазолу (ПВТ), співполімеру метилвінілсульфіду та N-вінілпіролідону (“ВП-стабіл”), фосфат-цирконієвого адсорбенту (ФЦА), берлінської лазурі.
Новизна досліджень підтверджена отриманим патентом України № 37057А (2001).
Практична значимість. Установлені коефіцієнти накопичення цезію-137 і стронцію-90 для плодів і ягід дозволяють прогнозувати вміст зазначених радіонуклідів у плодах і ягодах у залежності від їхнього вмісту в ґрунті за виведеними рівняннями регресії. Виведені рівняння регресії дозволяють прогнозувати вміст цезію-137 і стронцію-90 у яблучних виноматеріалах в залежності від способу їх виробництва, вмісту радіонуклідів у яблуках, ґрунті, а також коефіцієнта накопичення відповідного радіонукліда.
Розроблено технологію переробки яблук з підвищеним вмістом радіонуклідів, що включає мінімізацію вмісту радіонуклідів при: переробці яблук, освітленні соків, обробці виноматеріалів.
Результати досліджень використані в Методичних рекомендаціях “Ведення сільського господарства в умовах радіоактивного забруднення території України внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС на період 1999-2002 рр.”, погоджених з Міністерством агропромислового комплексу України та Міністерством з питань надзвичайних ситуацій і в справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи (1998 р.).
Особистий внесок здобувача полягає в аналізі літератури, постановці мети і задач досліджень, плануванні і постановці експериментів, аналізі та математичній обробці отриманих результатів, формулюванні основних висновків, підготовці до друку наукових праць. Особистий внесок здобувача складає не менш 75 %.
Апробація роботи. Основні наукові положення і результати досліджень повідомлені на секції Вченої Ради ІВіВ “Магарач” з виноробства (2001-2003 р.), II Міжнародній науково-практичній конференції “Якість, безпека й екологія харчових продуктів і виробництв. Прогрес в агроіндустрії”. (Москва-Ялта, 2001); конференції “Форми та методи підвищення економічної ефективності регіонального садівництва і виноградарства, організація досліджень та їхня координація” (Краснодар, 2001).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 9 робіт, у тому числі 4 – у наукових журналах, 4 – у збірниках наукових праць, 1 – патент України.
Обсяг і структура дисертації. Дисертація викладена на 143 сторінках машинописного тексту, складається з вступу, чотирьох розділів, висновків. Список використаних джерел включає 201 найменування. Робота містить 40 таблиць і 34 рисунки, має 1 додаток.
ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
Проведено аналіз вітчизняних і зарубіжних робіт щодо джерел забруднення зовнішнього середовища радіонуклідами і його наслідками, забрудненню радіонуклідами плодів, ягід і продукції яку з них отримують, а також способам зниження вмісту радіонуклідів у плодах, ягодах і продуктах їхньої переробки. Проведений аналіз з'явився підставою для проведення досліджень щодо вивчення і виявлення закономірностей міграції радіонуклідів у системі ґрунт > плоди (ягоди)> продукти переробки в 30-км зоні відчуження ЧАЕС, установлення технологічних прийомів, режимів і параметрів, що сприяють мінімізації вмісту антропогенних радіонуклідів у готовій продукції, розробці технології переробки яблук з підвищеним вмістом радіонуклідів.
МАТЕРИАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Дослідження проведені на основних плодово-ягідних культурах (яблука, груші, сливи, малина), що вирощуються у 30-км зоні відчуження ЧАЕС (м. Чорнобиль, м. Прип'ять, с. Шепеличі) на дослідних ділянках з різним ступенем забруднення цезієм-137 і стронцієм-90.
Предметом досліджень були: ґрунти, 6 сортів яблук (Ренет Симиренко, Кальвіль сніжний, Шафран, Гольден Делішес, Ренет шампанський, Джонатан), структурні елементи яблук (сік, вичавка, насіння), яблучні виноматеріали, а також груша сорту Бере Боск, зливу сорту Ренклод ранній, малина сорту Нагорода. Контролем були сорти яблук Ренет Симиренко і Гольден Делишес, що ростуть в АР Крим (ПДГ “Магарач”).
Для зниження вмісту радіонуклідів у яблучних соках і виноматеріалах використані: ПВТ, ФЦА, АК 50А, ферментний препарат Пектофоєтидин П20х (ФП), бентоніт, желатин, берлінська лазур.
Мінімізацію вмісту радіонуклідів проводили на всіх етапах технологічного процесу переробки яблук – від вихідної сировини (яблук) до кінцевої продукції: переробка яблук, обробка яблучного соку, обробка яблучних виноматеріалів.
З урахуванням економічних аспектів мінімізації вмісту радіонуклідів нами сполучено цей процес з одночасними процесами освітлення і стабілізації яблучного соку і яблучних виноматеріалів. Для цього застосовували перелічені вище речовини і препарати, які для цих же цілей були випробувані на виноградному суслі та виноматеріалах й отримали позитивний ефект (Макаров О.С., 2000 р.).
У нашій роботі брали до уваги те, що цезій-137 є аналогом калію, а стронцій-90 – аналогом кальцію.
Визначення вмісту радіонуклідів проводили відповідно до “Методичних рекомендацій санітарного контролю за вмістом радіоактивних речовин в об'єктах зовнішнього середовища”, методом напівпровідникової гамма-спектометрії на основі германій-літієвого напівпровідникового детектора і багатоканального аналізатора. Енергетичний діапазон – від 50 до 2000 кэв.
Радіохімічне визначення вмісту стронцію-90 проводили за дочірнім ітрієм-90. Лічення виділеного препарату оксиду ітрія здійснювали на радіометричній установці з проточним газовим лічильником.
Соки і виноматеріали з яблук готували відповідно до технологічних інструкцій із застосуванням різних способів.
Для оцінки рівня забруднення радіонуклідами використовували коефіцієнти накопичення (Кн): відношення вмісту радіонукліда в 1 кг чи 1 л об'єкта (плоди, ягоди, сік, вичавка, насіння) до вмісту цього ж радіонукліда в 1 кг повітряно-сухого ґрунту.
Дослідження кінетичних залежностей видалення радіонуклідів та інших речовин з яблучних соків і виноматеріалів при обробці різними речовинами й препаратами проводили за методикою Кердиваренко М.А. (1975).
Фізико-хімічні показники яблучних соків і виноматеріалів визначали за прийнятими методами.
Вірогідність експериментальних даних забезпечувалася проведенням дослідів у 3-6 повторностях. Результати досліджень обробляли методами математичної статистики, кореляційного і регресійного аналізу з використанням комп'ютерної техніки (Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Аналіз даних на комп'ютері, 1995).
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ І ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Вивчення міграції радіонуклідів у системі ґрунт > плоди (ягоди). Дослідження показали, що ґрунти на дослідних ділянках плодово-ягідних насаджень, у тому числі, з них 9 ділянок яблуневих насаджень і по 5 ділянок насаджень груші, сливи і малини, забруднені цезієм-137 і стронцієм-90 нерівномірно (табл.1). Найбільшим забрудненням радіонуклідами виділяються ґрунти, засаджені малиною.
Таблиця 1
Зміст радіонуклідів (Бк/кг) у ґрунтах на дослідних ділянках плодово-ягідних насаджень у 30-км зоні відчуження ЧАЕС (1989 – 1997 р.)
Показники | Яблука | Груші | Сливи | Малина
цезій-
137 | строн-цій-90 | цезій-137 | строн-цій-90 | цезій-137 | строн-цій-90 | цезій-137 | строн-цій-90
6530 | 4723 | 5380 | 3740 | 4770 | 3346 | 39920 | 24983
х | 28,6 | 28,0 | 65,9 | 66,5 | 36,8 | 28,4 | 185,1 | 180,2
де: - средньоарифметичне значення вмісту радіонукліда;
х – ?оефіцієнт варіації.
В усіх ґрунтах вміст цезію-137 перевищує вміст стронцію-90 у 1,38-1,60 рази. Для порівняння встановлено, що в ґрунтах яблуневих насаджень ПДГ “Магарач” середній вміст цезію-137 – 12,6 Бк/кг, а стронцію-90 – 3,3 Бк/кг, тобто на декілька порядків нижче, ніж у 30-км зоні відчуження ЧАЕС.
Паралельно з вивченням вмісту радіонуклідів у ґрунтах вивчали їхній вміст у плодах та ягодах, що ростуть на відповідних ґрунтах. Як видно з табл. 2, найбільша кількість цезію-137 і стронцію-90 накопичується в ягодах малини. Установлені коефіцієнти накопичення радіонуклідів дозволяють розраховувати можливий рівень накопичення радіонуклідів у залежності від їхнього вмісту в ґрунтах, на яких ростуть зазначені плодово-ягідні культури.
Таблиця 2
Вміст радіонуклідів і коефіцієнти їхнього накопичення
у плодово-ягідних культурах (1989-1997 р.)
Культура | Сорт | Середній вміст, Бк/кг | Коефіцієнт накопичення, Кн
цезій - 137 | стронцій - 90 | цезій - 137 | стронцій - 90
Яблука | Ренет
Симиренко,
Ренет
шампанський,
Шафран,
Кальвіль
сніжний,
Гольден Делішес,
Джонатан | 18,0 | 11,1 | 0,0028±0,0009 | 0,0025±0,0007
Груша | Бере Боск | 20,3 | 13,1 | 0,0042±0,0013 | 0,0041±0,0015
Слива | Ренклод ранній | 19,5 | 16,2 | 0,0041±0,0010 | 0,0049±0,0010
Малина | Нагорода | 518,9 | 435,5 | 0,0116±0,0015 | 0,0148±0,0028
Враховуючи те, що найпоширенішою культурою в Україні є яблука, наші подальші дослідження присвячені більш докладному вивченню накопичення радіонуклідів у цій культурі. Порівняльні дослідження показали, що в плодах яблук, які ростуть у 30-км зоні відчуження ЧАЕС, накопичувалося цезію-137 і стронцію-90 на 2 порядки вище, ніж в яблуках, які ростуть в АР Крим (ПДГ “Магарач”).
Установлено, що за коефіцієнтами накопичення радіонуклідів сорти яблук, які вивчалися і в яких цей показник зменшується, можна розташувати в такій послідовності: Кальвіль сніжний > Ренет Симиренко > Гольден Делишес > Ренет шампанський > Шафран > Джонатан.
З приведених у табл. 3 результатів досліджень випливає, що за коефіцієнтами накопичення радіонуклідів у структурних елементах плодів яблук їх варто розташувати таким чином:
- за цезієм-137 – вичавка > сік > насіння;
- за стронцієм-90 – насіння > вичавка > сік.
Таким чином, установлено найбільше (сумарне) накопичення цезію-137 і стронцію-90 у твердих структурних елементах плодів яблук: вичавці і насінні.
Таблиця 3
Вплив забруднення ґрунту на вміст радіонуклідів у структурних елементах плодів яблук (с. Шепеличі, 1989 – 1997 р.)
Об'єкт досліджень | Вміст радіонуклідів, Бк/кг | Коефіцієнт накопичення, Кн
цезій - 137 | стронцій - 90 | цезій - 137 | стронцій - 90
Ренет Симиренко
Грунт | 8439 | 5939 | - | -
Плоди | 34,6 | 19,9 | 0,0041±0,0012 | 0,0033±0,0009
Сік | 20,4 | 11,6 | 0,0024±0,0005 | 0,0020±0,0006
Вичавка | 57,3 | 33,4 | 0,0068±0,0014 | 0,0056±0,0011
Насіння | 15,4 | 298,7 | 0,0016±0,0003 | 0,0503±0,0091
Кальвіль сніжний
Грунт | 6956 | 4868 | - | -
Плоди | 32,0 | 21,8 | 0,0046±0,0008 | 0,0045±0,0009
Сік | 21,1 | 14,3 | 0,0030±0,0006 | 0,0029±0,0007
Вичавка | 48,8 | 31,5 | 0,0070±0,0012 | 0,0065±0,0012
Насіння | 13,9 | 386,3 | 0,0020±0,0004 | 0,0793±0,0141
Розробка технологій зниження вмісту радіонуклідів у яблуках, яблучних соках і виноматеріалах. Оскільки миття водою є специфічною технологічною операцією для плодово-ягідного виноробства, нами проведено дослідження щодо зміни вмісту радіонуклідів у яблуках після цього технологічного прийому. У результаті встановлено, що для яблук з підвищеним вмістом цезію-137 і стронцію-90 необхідно проводити миття водою за модулем 2:1. При цьому можливо знизити вміст цезію-137 на 17,8-20,5 %, а стронцію-90 – 12,7-24,1 %.
Надалі нами проведені дослідження щодо виявлення технологічних прийомів, які застосовуються при переробці яблук на винопродукцію та спрямовані на мінімізацію вмісту радіонуклідів у готовому продукті.
Результати досліджень, представлені на рис. 1, показують, що найменшу залишкову кількість цезію-137 і стронцію-90 виявлено у виноматеріалах, виготовлених “по-білому” способу, а збільшення вмісту радіонуклідів у виноматеріалах, виготовлених із застосуванням технологічних прийомів настоювання, підброжування, нагрівання та ферментації мезги, що можна пояснити більш високим вмістом радіонуклідів у твердих структурних елементах плодів яблук, це було установлено нами раніше.
Рис.1. Вміст радіонуклідів у яблучних виноматеріалах із сорту Ренет Симиренко при різних способах готування: 1 – яблука (вихідні); 2 – яблука (після мийки водою); 3 – "по-білому" способу; 4 - настоювання мязги 2 г; 5 – настоювання мязги 4 г; 6 – настоювання мязги + підброжування; 7 – обробка мязги ФП; 8 – нагрівання мязги до 60 С протягом 30 хв; 9 – нагрівання мязги до 50 С + ФП.
Таким чином, установлено, що з метою мінімізації вмісту цезію-137 і стронцію-90, доцільно готувати із забруднених радіонуклідами яблук виноматеріали “по-білому” способу, тобто з мінімальним контактом рідкої і твердої фаз мязги, виключити при цьому технологічні прийоми підброжування та нагрівання мязги, а також її обробку пектолітичним ферментним препаратом.
Враховуючи та, що яблучні соки при відстоюванні в більшості випадків освітлюються в недостатній мірі, тому бажано поєднувати їхнє відстоювання з внесенням освітлюючих речовин. У зв'язку з цим нами проведено дослідження щодо обробки яблучних соків, які мають підвищений вміст цезію-137 і стронцію-90 з метою їх освітлення при максимально можливому видаленні радіонуклідів. Виявлено, що застосування для обробки яблучного соку АК-50А разом з іншими речовинами забезпечує якісне освітлення й одночасне зниження вмісту цезію-137 і стронцію-90. Найбільш ефективні результати отримані, коли використовували АК-50А в сполученні з ФП, желатином, бентонітом (зниження змісту цезію-137 на 65,4-68,1 %, стронцію-90 – 32,9-36,4 %). Виявлені кінетичні залежності показують, що зниження вмісту цезію-137 і стронцію-90 з використанням АК-50А та желатину можна здійснювати й у потокових умовах.
З метою прискорення освітлення плодових соків рекомендується застосовувати флокулянти. Нами вперше проведено дослідження з обробки яблучних соків з підвищеним вмістом цезію-137 і стронцію-90 із застосуванням нового флокулянта ПВТ. Результати досліджень на яблучному соку із сорту Кальвіль сніжний приведені на рис. 2.
Установлено, що при обробці яблучних соків ПВТ відбувається одночасно: зниження вмісту цезію-137 і стронцію-90, освітлення і стабілізація проти оборотних колоїдних помутнінь і мідного касу (видалення міді на 73,8-80,8 %).
Рис. 2. Зниження вмісту радіонуклідів у яблучному соку із сорту Кальвіль сніжний із застосуванням ПВТ: 1 – без обробки (контроль); 2 – ПВТ(100 мг/дм3); 3 – ФП ПВТ (50 мг/дм3); 4 - ФП ПВТ (100 мг/дм3); 5 - ФП АК-50А (200 мг/дм3) ПВТ (50 мг/дм3).
Виявлено, що застосування для освітлення яблучних соків ПВТ у сполученні з ФП і АК-50А приводить до максимального зниження вмісту в них радіонуклідів: цезію-137 – на 50,8-52,9 %; стронцію-90 – 42,7-49,4 %.
Обробка за цією технологічною схемою, крім процесу зниження вмісту радіонуклідів, забезпечує освітлення і стабілізацію яблучних соків проти оборотних колоїдних помутнінь і мідного касу.
Яблучні виноматеріали, з метою їх освітлення і стабілізації проти помутнінь, рекомендується обробляти різними речовинами і препаратами. Однієї з ефективних технологічних схем обробок яблучних виноматеріалів є обробка препаратом АК-50А. У зв'язку з цим нами проведені експерименти щодо обробки АК-50А в сполученні з іншими речовинами неосвітлених яблучних виноматеріалів, які мають підвищений вміст радіонуклідів. Результати досліджень, проведені на яблучному виноматеріалі із сорту Ренет Симиренко, представлені на рис. 3, з якого видно, що максимальне видалення радіонуклідів відбувається при обробці яблучного виноматеріалу за технологічною схемою: АК-50А > желатин > бентоніт. Виявлено, що при такій обробці відбувається також освітлення та стабілізація виноматеріалів проти оборотних колоїдних і білкових помутнінь. Зниження вмісту радіонуклідів при обробці яблучних соків за зазначеною технологічною схемою складає: цезій-137–на 28,0-69,3 %; стронцій-90 – 25,7-31,1 %.
Рис. 3. Зниження вмісту радіонуклідів у яблучному виноматеріалі із сорту Ренет Симиренко при обробках: 1 – без обробки (контроль); 2 – бентоніт (1 г/дм3); 3 - бентоніт (5 г/дм3); 4 - АК-50А (200 мг/дм3) желатин (50 мг/дм3); 5 АК-50 (200 мг/дм3) желатин (50 мг/дм3) бентоніт (1 г/дм3).
Установлено, що зниження вмісту радіонуклідів у виноматеріалах із застосуванням АК-50А можна проводити й у потокових умовах.
У процесі проведених досліджень щодо обробки ПВТ яблучних виноматеріалів з підвищеним вмістом радіонуклідів виявлено, що при цьому відбувається зниження вмісту цезію-137 - на 48,7-50,8 %, стронцію-90 – 40,1-46,3 %, міді – на 75,8-85,2 %, а також освітлення та стабілізація проти оборотних колоїдних помутнінь і мідного касу. Максимальне зниження вмісту радіонуклідів у яблучних виноматеріалах відбувається при їх обробці за технологічною схемою АК-50А > ПВТ.
Вивчено кінетику видалення радіонуклідів при обробці ПВТ яблучних виноматеріалів, та встановлено, що час активного контактування складає 10 с і це дозволяє здійснювати зниження вмісту радіонуклідів у яблучних виноматеріалах ПВТ у потокових умовах.
Нами також проведені дослідження з використанням “Вп-стабила” для видалення стронцію-90 з яблучних виноматеріалів, їхнього освітлення та стабілізації проти оборотних колоїдних помутнінь. Установлено, що “Вп-стабил” є ефективним препаратом для видалення стронцію-90 (на 59,5-63,5 %) з яблучних виноматеріалів, а також освітлення та стабілізації проти оборотних колоїдних помутнінь. Обробку виноматеріалів можна проводити як періодичним способом, так і в потоці.
Раніше був випробуваний ФЦА для видалення кальцію і стронцію-90 з виноградних виноматеріалів. Нами проведені дослідження щодо визначення можливості зниження вмісту стронцію-90 у яблучних виноматеріалах при їхній обробці ФЦА. Виявлено, що максимальне видалення стронцію-90 (на 64,9-65,1 %) відбувається при обробці яблучних виноматеріалів ФЦА в дозі 3 г/дм3. Установлені режими обробки ФЦА яблучних виноматеріалів з метою видалення з них стронцію-90.
Низкою дослідників установлено, що берлінська лазур є ефективним засобом для зниження вмісту цезію-137 в організмі тварин, а також у харчових продуктах. У зв'язку з цим нами проведені дослідження щодо виявлення можливості застосування берлінської лазурі для зниження вмісту цезію-137 у яблучних виноматеріалах. У результаті встановлено, що при обробці яблучних виноматеріалів берлінською лазур'ю відбувається значне (на 71,9-82,4 %) зниження вмісту в них цезію-137. Розроблено режими обробки яблучних виноматеріалів берлінською лазур'ю періодичним способом і в потоці. На спосіб обробки яблучних виноматеріалів берлінською лазур'ю з метою видалення з них цезію-137, отримано патент України (№ 37057А).
АНАЛІЗ І УЗАГАЛЬНЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ
Прогнозування забруднення плодів і ягід радіонуклідами. Установлені коефіцієнти накопичення цезію-137 і стронцію-90 для плодів і ягід дозволяють прогнозувати в них вміст зазначених радіонуклідів (Бк/кг) в залежності від їхнього вмісту в ґрунті за рівняннями регресії, наприклад, для яблук:
Сs я = Сs п (0,0028±0,0009); Sr я = Sr п (0,0025±0,0007),
де: Сs я – вміст цезію – 137 у немитих яблуках;
Sr я – вміст стронцію – 90 у немитих яблуках;
Сs п – вміст цезію – 137 у ґрунті;
Sr п – вміст стронцію – 90 у ґрунті.
Прогнозування вмісту радіонуклідів у яблучних виноматеріалах. Установлений нерівномірний розподіл радіонуклідів у структурних елементах плодів яблук необхідно враховувати при їхній переробці з метою мінімізації вмісту радіонуклідів у кінцевому продукті. Проведена математична обробка результатів досліджень дозволяє прогнозувати залишкову кількість цезію-137 і стронцію-90 (Бк/кг) у яблуках після їхньго миття водою (Бк/кг) за виведеними рівняннями регресії:
Сs ям = Сs я (80,6±1,0)Ч10-2; Sr ям = Sr я (83,2±4,6) )Ч10-2,
де: Сs ям – вміст цезію – 137 у митих яблуках;
Sr ям – вміст стронцію – 90 у митих яблуках.
Мінімальна залишкова кількість радіонуклідів (Бк/л) міститься у виноматеріалах, виготовлених “по-білому” способу, яку можна прогнозувати за рівняннями регресії:
Сs у = Сs я (51,4±2,8) )Ч10-2; Sr у = Sr я (55,3±5,4) )Ч10-2,
де: Сs у – вміст цезію – 137 у виноматеріалі;
Sr у – вміст стронцію – 90 у виноматеріалі.
Проведена математична обробка результатів досліджень щодо вмісту радіонуклідів у системі ґрунт > плоди яблук > спосіб переробки яблук дозволила вивести рівняння регресії для прогнозування вмісту цезію-137 і стронцію-90 у виноматеріалах у залежності від застосовуваного способу виготовлення виноматеріалу, вмісту радіонуклідів у яблуках, ґрунті, коефіцієнта накопичення відповідного радіонукліду (табл. 4).
Таблиця 4
Рівняння регресії для прогнозування вмісту радіонуклідів у яблучному виноматеріалі
Спосіб виготовлення виноматеріалу | Вміст радіонуклідів в виноматеріалі, (Бк/л)
цезій-137 | стронцій-90“
По-білому”
способу | Cs в = Cs я (51,4±2,8)?10-2
Cs в = Csп?Кн1(51,4±2,8)Ч10-2 | Sr в = Sr я (55,3±5,4)?10-2
Sr в = Srп?Кн11(55,3±5,4)Ч10-2
Настоювання
мязги, 2 г | Cs в = Cs я (55,7±3,1)?10-2
Cs в = Csп?Кнґ1(55,7±3,1)Ч10-2 | Sr в = Sr я (58,6±4,0)?10-2
Sr в = Srп?Кн11(58,6±4,0) Ч10-2
Настоювання
мязги, 4 г | Cs в = Cs я (60,9±3,6)?10-2
Cs в = Csп?Кн1(60,9±3,6)Ч10-2 | Sr в = Sr я (62,1±4,2)?10-2
Sr в = Srп?Кн11(62,1±4,2) Ч10-2
Настоювання
мязги + підброжування | Cs в = Cs я (72,6±3,8)?10-2
Cs в = Csп?Кн1(72,6±3,8)Ч10-2 | Sr в = Sr я (71,7±4,2)Ч10-2
Sr в = Srп?Кн11(71,7±4,2) Ч10-2
Обробка мязги
ФП | Cs в = Cs я (67,0±3,5)?10-2
Cs в = Csп?Кнґ1(67,0±3,5)Ч10-2 | Sr в = Sr я (66,2±3,5)?10-2
Sr в = Srп?Кн11(66,2±3,5) Ч10-2
Нагрівання мязги (600С протягом 30 хв) | Cs в = Cs я (69,3±3,6)?10-2
Cs в = Csп?Кн1(69,3±3,6)Ч10-2 | Sr в = Sr я (69,4±3,2)?10-2
Sr в = Srп?Кн11(69,4±3,2) Ч10-2
Нагрівання мязги до 500С + ФП | Cs в = Cs я (73,8±3,4)?10-2
Cs в = Csп?Кн1(73,8±3,4)Ч10-2 | Sr в = Sr я (74,1±3,2)?10-2
Sr в = Srп?Кн11(74,1±3,2) Ч10-2
Кн1 - коефіцієнт накопичення цезію-137;
Кн11 – коефіцієнт накопичення стронцію-90.
Технології зниження вмісту радіонуклідів у яблучних соках і виноматеріалах. Розроблено 2 технології зниження вмісту радіонуклідів у яблучних соках за технологічними схемами:
1. ФП > АК-50А > желатин > бентоніт;
2. ФП > АК-50А > ПВТ.
При обробці за першою технологією, крім зниження вмісту радіонуклідів, досягається ефект освітлення яблучних соків та їхня стабілізація проти білкових і оборотних колоїдних помутнінь; за другою технологічною схемою, крім зниження вмісту цезію-137 і стронцію-90, відбувається освітлення соків, а також їхня стабілізація проти оборотних колоїдних помутнінь і мідного касу.
Розроблено 5 технологій зниження вмісту радіонуклідів у яблучних виноматеріалах із застосуванням: АК-50А > желатин > бентоніт; АК-50А > ПВТ; “Вп-стабила”; ФЦА; берлінської лазурі.
Розроблені технології зниження вмісту радіонуклідів у яблучних соках і виноматеріалах дозволяють у різній міріц видаляти цезій-137 і стронцій-90. Крім зниження вмісту радіонуклідів, технології сприяють освітленню і стабілізації соків і вин проти визначених видів помутнінь.
У зв'язку з цим, маючи на увазі вмісту цезію-137 і стронцію-90 у яблучному соку чи виноматеріалі, ступінь їхньої прозорості, схильності до визначених видів помутнінь, призначається обробка яблучного соку чи виноматеріалу за необхідною у конкретному випадку розробленою технологією зниження вмісту радіонуклідів.
На рис. 4 представлена розроблена технологічна схема переробки яблук з підвищеним вмістом радіонуклідів.
Рис. 4. Технологічна схема переробки яблук з підвищеним вмістом радіонуклідів.
ВИСНОВКИ
1. На підставі аналізу вітчизняних і зарубіжних матеріалів досліджень виявлена відсутність комплексних розробок щодо одержання винопродукцфї з забрудненої радіонуклідами плодово-ягідної сировини, за винятком винограду.
2. Вирішення поставленої в дисертації проблеми здійснювалося шляхом проведення комплексних досліджень у 30-км зоні відчуження Чорнобильської АЕС із забрудненими радіонуклідами техногенного походження (цезій-137, стронцій-90) плодами і ягодами в системі ґрунт>плоди (ягоди) >продукти переробки.
3. Уперше виявлено закономірності міграції цезію-137 і стронцію-90 у системі ґрунт > плоди і ягоди (яблука, груша, слива, малина), а також у системі ґрунт > плоди яблук > продукти переробки в 30-км зоні відчуження ЧАЕС. Установлені коефіцієнти накопичення цезію-137 і стронцію-90 дозволяють прогнозувати їхній вміст у плодах і ягодах.
4. Установлено, що в структурних елементах плодів яблук вміст цезію-137 зменшується в такій послідовності: вичавка > сік > насіння, а вміст стронцію-90 – насіння > вичавка > сік.
5. Виявлено параметри і режими виготовлення виноматеріалів із забруднених радіонуклідами яблук. Мінімальний залишковий вміст радіонуклідів визначено при виготовленні “по-білому” способу яблучних виноматеріалів. Скорочення часу контакту рідкої і твердої фаз мязги приводить до зниження вмісту радіонуклідів у виноматеріалах.
Виведені рівняння регресії дозволяють прогнозувати вміст цезію-137 і стронцію-90 у яблучних виноматеріалах у залежності від застосованого способу переробки, вмісту радіонуклідів у яблуках, ґрунті, коефіцієнта накопичення відповідного радіонукліда.
6. Розроблена технологія зниження вмісту радіонуклідів у яблуках шляхом їхнього миття водою при модулі 2:1 дозволяє знизити вміст цезію-137 на 17,8-20,5 %, а стронцію-90 – 12,7-24,1%. Виведені рівняння регресії дозволяють прогнозувати вміст цезію-137 і стронцію-90 у яблуках після їхнього миття водою.
7. Розроблені технології зниження вмісту радіонуклідів у яблучних соках забезпечують видалення слідуючої кількості радіонуклідів:
- ФП > АК-50А > желатин > бентоніт (цезій-137 – 65,4-68,1 %, стронцій-90 – 32,9-36,4 %);
- ФП > АК-50А > ПВТ (цезій-137 – 50,8-52,9 %, стронцій-90 – 42,7- 49,4 %).
8. Розроблені технології зниження змісту радіонуклідів у яблучних виноматеріалах забезпечують видалення слідуючої кількості радіонуклідів:
- АК-50А > желатин > бентоніт (цезій-137 – 48,7-50,8 %, стронцій-90 – 25,7-31,1 %);
- АК-50А > ПВТ (цезій-137 – 48,7-50,8 %, стронцій-90 – 40,1-46,3 %);
- “Вп-стабил” (стронцій-90 – 59,5-63,5 %);
- ФЦА (стронцій-90 – 64,9-65,1 %);
- Берлінська лазур (цезій-137 – 71,9-82,4 %).
9. Розроблена технологія переробки яблук з підвищеним вмістом радіонуклідів забезпечує мінімізацію вмісту цезію-137 і стронцію-90 – від вихідної сировини до кінцевої продукції: переробка яблук, обробка яблучних соків, обробка яблучних виноматеріалів. Крім цього, при обробці яблучних соків і виноматеріалів забезпечується їхнє освітлення та стійкість до різних помутнінь.
10. Результати досліджень використані в Методичних рекомендаціях “Ведення сільського господарства в умовах радіоактивного забруднення території України внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС на період 1999-2002 рр.”, погоджених з Міністерством України з питань надзвичайних ситуацій і в справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи та Міністерством агропромислового комплексу України.
СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ ДИСЕРТАЦІЇ:
1. Макаров А.С., Загоруйко В.А., Мацко А.П. Снижение содержания радионуклидов в яблочных соках и виноматериалах // Тр. науч. центра виноградарства и виноделия. – Ялта. – 2000. – Т. 2, книга 3. – С. 101-102. (Личный вклад состоит в получении экспериментальных данных и публикации результатов).
2. Макаров А.С., Загоруйко В.А., Мацко А.П. Снижение содержания радиоцезия в виноматериалах // Виноград и вино России. – 2001 - №1. – С. 29-30. (Личный вклад состоит в получении экспериментальных данных и публикации результатов).
3. Макаров А.С., Мацко А.П. Влияние способов приготовления яблочных виноматериалов на содержание в них цезия-137 // Магарач. Виноградарство и виноделие. – 2001. - №2. – С. 20-22. (Личный вклад состоит в получении и обработке экспериментальных данных, публикации результатов).
4. Макаров А.С., Мацко А.П. Качество плодов и ягод в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС // Виноделие и виноградарство. – 2001 - №1. – С. 23. (Личный вклад состоит в получении и обработке экспериментальных данных, публикации результатов).
5. Макаров А.С., Мацко А.П. Технологические приемы для снижения содержания цезия-137 в плодово-ягодных соках и виноматериалах // Сб. науч. тр. II Международной научно-практич. конф. “Качество, безопасность и экология пищевых продуктов и производств. Прогресс в агроиндустрии”. Ялта, 21-25.05.2001 г. – Москва-Ялта. – 2001. – С. 23. (Личный вклад состоит в получении и обработке экспериментальных данных, публикации результатов).
6. Макаров А.С., Мацко А.П. Способ снижения содержания стронция-90 в яблочных виноматериалах // Юбил. тематич. сб. науч. тр. “Формы и методы повышения экономической эффективности регионального садоводства и виноградарства. Организация исследований и их координация” Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства. Ч. II. Виноградарство. – Краснодар. – 2001. – С. 190-192. (Личный вклад состоит в получении и обработке экспериментальных данных, публикации результатов).
7. Мацко А.П., Макаров А.С. Содержание стронция в яблочных виноматериалах // Виноделие и виноградарство. – 2003. - №1. – С. 29. (Личный вклад состоит в получении экспериментальных данных и публикации результатов).
8. Макаров А.С., Мацко А.П. Технология переработки яблок с повышенным содержанием радионуклидов // Тр. ИВиВ “Магарач”. – 2003. – Т. XXXIV. – С. 141-147. (Личный вклад состоит в получении и обработке экспериментальных данных, публикации результатов).
9. Патент України № 37057 А, А 23 L 2/02, С12G 1/00. Спосіб виведення цезію-137 із соків, виноматеріалів і вин / Макаров О.С., Загоруйко В.О., Мацко О.П. Заява 2000031483 від 15.03.2000. Опубл. 16.04.2001. Бюл. №3. (Личный вклад состоит в планировании эксперимента, обработке результатов, в теоретическом анализе механизма удаления цезия-137, обобщении полученных данных и подготовке заявки на патент).
Аннотация
Мацко А.П. Разработка технологии переработки яблок с повышенным содержанием радионуклидов.
Диссертация (рукопись) на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.07 – Технология продуктов брожения. Институт винограда и вина “Магарач” УААН, г. Ялта, 2003.
Диссертационная работа посвящена разработке технологии переработки яблок с повышенным содержанием антропогенных радионуклидов (цезий-137, стронций-90), произрастающих в 30-км зоне отчуждения ЧАЭС, для получения продукции, соответствующей действующим санитарно-гигиеническим требованиям.
Проведен анализ отечественных и зарубежных работ по источникам загрязнения внешней среды радионуклидами и его последствиям, загрязнению радионуклидами плодов, ягод и получаемой из них продукции, способам снижения содержания радионуклидов в плодах, ягодах и продуктах их переработки. В результате выявлено отсутствие комплексных разработок по получению винопродукции из загрязненного радионуклидами плодово-ягодного сырья, за исключением винограда.
Впервые выявлены закономерности миграции цезия-137 и стронция-90 в системе почва > плоды и ягоды (яблоки, груша, слива, малина), а также в системе почва>плоды яблок> продукты переработки в 30-км зоне отчуждения ЧАЭС.
Установленные коэффициенты накопления цезия-137 и стронция-90 в яблоках, груше, сливе, малине позволяют прогнозировать их содержание в плодах и ягодах.
Установлено, что содержание цезия-137 в структурных элементах плодов яблок располагается в убывающей последовательности: выжимка > сок > семена, а стронция-90 – семена > выжимка > сок.
Выявлены параметры и режимы приготовления яблочных виноматериалов из загрязненных цезием-137 и стронцием-90 яблок. Минимальное остаточное содержание указанных радионуклидов определено при приготовлении “по-белому” способу яблочных виноматериалов.
Выведенные уравнения регрессии позволяют прогнозировать содержание цезия-137 и стронция-90 в яблочных виноматериалах в зависимости от применяемого способа переработки яблок, содержания радионуклидов в яблоках, почве, коэффициента накопления соответствующего радионуклида.
Разработаны технологии снижения содержания радионуклидов в яблоках, яблочных соках и виноматериалах, которые позволяют в различной степени удалять цезий-137 и стронций-90. Кроме снижения содержания радионуклидов, технологии способствуют осветлению и устойчивости соков и вин к определенным видам помутнений.
Разработана технология переработки яблок с повышенным содержанием радионуклидов, обеспечивающая минимизацию содержания цезия-137 и стронция-90 – от исходного сырья до конечной продукции: переработка яблок, обработка соков, обработка виноматериалов.
Ключевые слова: Чернобыльская атомная электростанция, радионуклид, коэффициент накопления, яблоки, переработка, яблочный сок, осветление, яблочный виноматериал, обработка, технология снижения содержания радионуклидов.
Анотація
Мацко А.П. Розробка технології переробки яблук з підвищеним вмістом радіонуклідів.
Дисертація (рукопис) на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.18.07 – Технологія продуктів бродіння. Інститут винограду і вина “Магарач” УААН, м. Ялта, 2003.
Дисертація присвячена розробці технології переробки яблук з підвищеним вмістом радіонуклідів, що виростають у 30-км зоні відчуження ЧАЕС, для одержання продукції, що відповідає санітарно-гігієнічним вимогам.
Проведено узагальнення й аналіз вітчизняних і зарубіжних робіт щодо джерел забруднення зовнішнього середовища, а також плодів, ягід і одержуваної з них продукції радіонуклідами, а також щодо способів зниження вмісту в них радіонуклідів.
Уперше виявлені закономірності міграції цезію-137 і стронцію-90 у системі ґрунт > плоди яблук > продукти переробки в 30-км зоні відчуження ЧАЕС.
Установлено найбільше сумарне накопичення радіонуклідів (цезій-137, стронцій-90) у твердих структурних елементах плодів яблук.
Виявлено параметри і режими приготування яблучних виноматеріалів із забруднених радіонуклідами яблук.
Розроблено технологію переробки яблук з підвищеним вмістом радіонуклідів, що забезпечує зведення до мінімума вміст цезію-137 і стронцію-90 – від вихідної сировини до кінцевої продукції: переробка яблук, обробка соків, обробка виноматеріалів.
Ключові слова: Чорнобильська атомна електростанція, радіонуклід, коефіцієнт накопичення, яблука, переробка, яблучний сік, освітлення, яблучний виноматеріал, обробка, технологія зниження вмісту радіонуклідів.
Annotation
Matsko A.P. Delopment of a Technology for Processing Appies with Increased Radionuclide Levels.
Thesis for the Degree (Manuscript) of Candidate of Tehnical Sciences in Speciality 05.18.07 – Tehnology of Fermentation Products. Institute for Vine and Wine “Magarach” of the Ukrainian Academy of Agrarian Sciences. Yalta. 2003.
The Thesis is concerned with the development of a technology for processing apples with increased radionuclide levels grown in the 30-km isolation zone of the Chernobyl atomic power station for the purpose to obtain products meeting sanitary and hygienic requirements.
Results of national and foreign investigations into sources of contamination of the environment, fruit and berry cultivars and products obtained from them with radionuclides and also into methods leading to the reduction of their radionuclide levels have been generalized and studied.
Regularities governing migration of caesium-137 and strontium-90 in the system “soil – fruit (apples) – processed products” in the 30-km isolation zone of the Chernobyl atomic power station have been revealed for the first time.
It has been found that the highest total accumulation of radionuclides (caesium-137, strontium-90) is associated with solid structural elements of apples.
Parameters have been established and modes developed enabling production of apple wine materials from the fruit contaminated
