4.7. Очищення та підготовка води

Природна питна вода також може містити значні кількості речовин, частина з яких належить до контамінантів:

· хвороботворні мікроорганізми, бактерії й віруси, а також їхні токсини;

· іони важких металів (свинець, мідь, цинк й ін.), здатні накопичуватися в організмі людини й проявляти свої негативні наслідки по закінченні багатьох років;

· розчинені органічні речовини (хлороформ, фенол, бензол, різні пестициди);

· вільний хлор ( що залишається після хлорування води);

· карбонати (солі магнію й кальцію), що формують жорсткість води й складові до 80% від всіх солей, що втримуються в питній воді. Надлишок солей жорсткості в раціоні людини може приводити до появи сечокам’яної хвороби.

Крім перерахованих вище контамінантів, необхідно ураховувати також присутність у технологічній воді нітратів й нітритів, кількісний вміст яких, як правило, різко зростає в літній період часу. У результаті на тлі введення стандартних норм нітриту натрію в м'ясну сировину в готовій продукції може спостерігатися поява локальних зон, нерівномірних за інтенсивністю забарвлення на зрізі, підвищена концентрація залишкового нітриту й нітрозамінів.

З наведених вище даних стає зрозумілим загальновідомий факт, що близько 80% всіх захворювань людини пов'язане з незадовільною якістю води.

З технологічних позицій бактеріологічні показники використовуваної води (загальне мікробне число – не більше 10² клітин/г, колі-індекс – до 3) безумовно мають вирішальний вплив як на рівень безпеки, так і на стабільність якісних характеристик готової продукції. Порушення нормативів, як правило, приводить до підвищення ступеня мікробіологічного обсіменіння сировини, напівфабрикатів і псуванню готової продукції (без усяких видимих причин) після їхньої термообробки або в процесі зберігання при стандартних параметрах. Найчастіше ознаки мікробіологічного псування проявляються у вигляді ослизнення, знебарвлення, появи пористості, характерного запаху й смаку, наявності цвілі.

Як відзначалося раніше, технологові необхідно враховувати сезонні коливання в складі й властивостях води. У весняний й осінній періоди (танення снігу, дощі) питна вода може мати специфічний смак і затхлий запах (внаслідок наявності газів – аміаку й сірководню), сліди посиленого хлорування, різкі коливання в значеннях рН, утворювати після кип'ятіння зкоагульований пластівчастий осад або навіть згусток.

Крім того, смакові якості води багато в чому обумовлені вмістом і співвідношенням катіонів кальцію й магнію, бікарбонатів-іонів, а також концентрацією й співвідношенням сульфатів, хлоридів і карбонатів. При вмісті солей жорсткості в межах 1…4 мг-екв/л вода має найкращий смак, що одночасно позитивно впливає на секреторну діяльність шлунка, на чутливість ахроматичного зору й частоту серцевих скорочень.

У принципі існує кілька способів підготовки води перед її використанням у технологічних цілях. Найпростіший – відстоювання з одночасним пом'якшенням, що відбувається в ємностях, у яких додають коагулянти (гідроксид кальцію – Са(ОН)₂, або солі фосфорної кислоти (харчові фосфати)). У процесі відстоювання відокремлюються органічні домішки, солі, що підвищують жорсткість, гази. Особливу увагу при цьому приділяють наявності у воді хлору. Хлор, застосовуваний як знезаражуючий засіб питної води (ГДК для хлору вільного в питній воді 0,3…0,5 мг/л, для хлору зв'язаного 0,8…1,2 мг/л), чинить сильну бактерицидну дію на всі види мікроорганізмів. При цьому, внаслідок високої окислюючої здатності, хлор вступає в реакції з білками, інактивує ферменти, руйнує різні барвники, тобто наявність хлору у воді може привести до утворення пористості, знебарвленню, погіршенню структурно-механічних властивостей готової продукції. Сам спосіб хлорування останнім часом викликає певну настороженість, оскільки цей метод знезаражування одночасно приводить до утворення у воді ряду небезпечних речовин, у тому числі хлороформу й інших хлорвмісних з'єднань із можливою канцерогенною дією.

Озонування здійснюють шляхом дії тихого електричного розряду на молекулярний кисень. Одержуваний озон (О₃) являє собою малостійкий, але досить токсичний газ (ГДК = 0,1 мг/м³ повітря) з високою окисною здатністю. Озон – консервант, інактивує спорові й вегетативні форми бактерій, плісняви і дріжджів. Будучи одним з найсильніших природних окислювачів, озон впливає на всі мікроорганізми, руйнуючи мембрану й окисляючи протоплазму. При цьому варто відмітити, що концентрації озону, згубні для найпростіших мікроорганізмів, на кілька порядків нижче, ніж для більше високоорганізованих.

При застосуванні озону для підготовки питної води використвуються його окисні й дезінфікуючі властивості. Крім високої бактерицидної дії (при концентрації 0,4…0,5 мг озону на 1 літр оброблюваної води) озон (рис. 51):

· ефективно видаляє сторонні запахи;

· забезпечує знебарвлення;

· видаляє домішки заліза й марганцю, окисляючи їх до нерозчинних з'єднань;

· поліпшує смак за рахунок насичення води киснем і додання їй «джерельних» властивостей;

· є екологічно чистим, не приводить до утворення канцерогенних речовин.

Рис. 51. Вплив озону при підготовці питної води.

Обробка води надлишковою кількістю озону не спричиняє ніяких небажаних наслідків: озон, будучи нестійким, знову перетворюється в кисень протягом декількох хвилин. Якщо буде потреба надлишок газу після озонування (норматив його вмісту в питній воді – не більше 0,3 мг/л) видаляють із води, пропускаючи її через вугільний фільтр.

Є досвід обробки тушок птахів озонвмісною водою з концентрацією озону 7,5…10 г/м³; при експозиції 30…45 хв величина КМАФАМ, КУО/г знижується в 5…6 разів. При цьому необхідно мати на увазі, що в присутності озону істотно інтенсифікується процес окислювання жирів.

У цей час 95% питної води в Європі проходить озонну підготовку. У Росії діє кілька великих станцій по озонуванню (Москва, Нижній Новгород та інші міста), на яких здійснюють обробку близько 20…25% води. При цьому озонування проводять, як правило, паралельно із хлоруванням (зі зменшенням концентрації хлору у воді).

У деяких випадках для знезаражування води застосовують УФ-випромінювання з довжиною хвилі від 200 до 400 нм, що забезпечує зниження кількості патогенних бактерій в 10⁵ разів, а вірусів – у 10²…10³ разів.

У США, поряд із хлоруванням води, американці здійснюють шляхом використання більше безпечного, ніж газоподібний або рідкий хлор, гіпохлориду натрію, широко застосовують такий досить дорогий спосіб як фторування.

Практичний інтерес до фторування питної води обумовлений, у першу чергу, фізіологічною роллю цього елемента. Крім відомого антикарієсного впливу фтору відзначається його властивість бути біокаталізатором процесів мінералізації, що використовується в лікувальних цілях при остеопорозі, рахіті й інших захворюваннях, а також здатність фтору стимулювати імунореактивність і кровотворення в організмі людини. На основі натурних спостережень показано, що природні води з підвищеним вмістом фтору в сполученні з кальцієм позитивно впливають на стійкість організму до радіаційного ураження. Фтор навіть здатний знижувати концентрацію стронцію в кістковій тканині приблизно на 40%, і цей процес не супроводжується збідненням скелету людини кальцієм.

За даними ВООЗ, широке поширення захворювання карієсом у значній мірі пов'язане з дефіцитом фтору в питній воді. Фторування води забезпечує найкращий профілактичний ефект (40…70%). Використання жувальної гумки дозволяє знизити ймовірність виникнення карієсу на 2…3%, а зубних паст – на 25…30%. Таким чином, без достатнього забезпечення організму фторидами за рахунок питної води, ефективне рішення проблеми карієсу практично неможливо.

На жаль, діапазон і рівень фізіологічно необхідних концентрацій фторидів у воді надзвичайно вузький, низький і становить 0,6…1,5 мг/л. При більш низьких концентраціях практично відсутній позитивний вплив цього елемента на організм людини, а збільшення концентрацій до значень більше 2…3 мг/л приводить до серйозних порушень кісткової тканини, пригнічення функціональної активності центральної нервової системи.

Аналіз досвіду роботи ряду вітчизняних і закордонних підприємств показує, що стабільна якість готових м'ясних виробів (навіть в умовах варіювання властивостей сировини, що поступає) може бути отримане за рахунок застосування відповідних систем водопідготовки. При цьому залежно від показників питної води в конкретному регіоні й від поставлених технологічних завдань, системи водопідготовки або її очищення диференціюють на: фільтраційні, антибактеріальні, зворотньоосмотичні, електрохімічні.

Тому що для технології м'ясопродуктів особливо важливе значення має стабільність макроелементного складу й рівня рН використовуваної води, розглянемо для прикладу деякі способи її підготовки, доступні для практичного застосування.

Пом'якшення – це процес видалення катіонів кальцію й магнію, що спричиняють жорсткість води. Залежно від складу вихідної води й вимог, пропонованих до технологічної води, пом'якшення роблять декількома способами: термічним, хімічним (реагентним), зворотньоосмотичним (мембранним) . Термічний метод пом'якшення води заснований на зниженні розчинності диокису вуглецю при підвищенні температури, що приводить до зрушення вуглекислотної рівноваги й утворенню карбонату кальцію, що випадає в осад. Внаслідок високої енергоємності даний спосіб не одержав широкого поширення на території СНД. Серед реагентних способів пом'якшення води найбільш відомий вапняно-содовий. Пом'якшення води цим способом засновано на переведенні розчинних у ній кальцієвих солей карбонатної (тимчасовий) жорсткості Са(НСО₃)₂ в присутності розрахункової кількості гашеного вапна (гідроксиду кальцію – Са(ОН)₂) у нерозчинну сіль СаСО₃. Незважаючи на високу результативність знесолення, спосіб не позбавлений недоліків: тривалість процесу формування й осадження осаду, велика витрата реагентів, більші габарити технологічного устаткування.

При використанні іонообмінного способу зниження жорсткості води відбувається за рахунок здатності деяких природних або синтетичних з'єднань, практично нерозчинних у воді, обмінювати іони, що перебувають у їхньому складі, Nа⁺ або Н⁺ на іони Мg²⁺ і Са²⁺, що спричиняють жорсткість води. Спосіб простий, компактний технічно, дешевий, у зв'язку із чим найпоширеніший як у лікерогорілчаній галузі, так й у виробництві безалкогольних напоїв.

В останні роки популярністю користуються мембранні фільтри, у яких вода під тиском просочується через мікропори, звільняючись від мікроорганізмів, солей важких металів, макроелементів, нітратів й інших небажаних домішок (табл. 49).

Таблиця 49

Ефективність очищення води МФ із керамічними мембранами

Ступінь і характер очищення води за мембранними технологіями залежать від типу використовуваних фільтрів, які підрозділяють на:

· фільтри тонкого очищення від механічних включень із порогом затримки від 0,2 мкм до 100 мкм. Тонкі фільтри включають набір картриджів різних типів з певним порогом затримки або містять фільтр-масу полідисперсного кварцового піску;

· фільтри для пом'якшення води з катіонообмінною смолою й регенерацією смоли повареною сіллю;

· фільтри видалення заліза й марганцю, де фільтр-масою є каталітичний матеріал Вirm;

· фільтри дехлоратори, що затримують одночасно й органічні домішки, де фільтр-маса – активоване вугілля.

Таким чином, з урахуванням специфіки складу й властивостей води є можливість установки або повної лінії водопідготовки, або окремих фільтрів зі строго певним призначенням:

· дехлорування;

· коректування рН;

· освітлення;

· видалення органічних сполук;

· видалення заліза й марганцю;

· знезаражування води ультрафіолетовим опроміненням;

· видалення важких металів;

· видалення солей жорсткості й т.д.

Беручи до уваги наявний закордонний досвід (Данія, Німеччина, США) по використанню в ковбасному виробництві технологічної води, що пройшла систему очищення й стандартизації, ряд вітчизняних підприємств також уводить в експлуатацію установки з водопідготовки.

Як правило, системи подібного роду являють собою каскад автоматичних фільтрів:

· фільтрів механічного очищення води від завислих часток (дрібного піску, глинистих часток, пластівців зкоагульованих домішок, осаду гідроксиду тривалентного заліза);

· сорбційних (вугільних) фільтрів для відділення неприємних запахів, присмаків природної органіки й продуктів хлорування;

· фільтрів-пом’якшувачів, що містять катіонні смоли, що дозволяють знизити вміст у воді солей жорсткості (з'єднань кальцію й магнію).

Після підготовки технологічна вода характеризується середнім рівнем жорсткості (3,8…4,0 мг/екв-л) і величиною рН у діапазоні 6,7…7,0, що в цілому відповідає необхідним вимогам.

Слід зазначити, що в останні роки у фахівців галузі зріс інтерес до проблем озонування й використання «срібної» води, у зв'язку із чим вживають спроби локального застосування даних способів обробки в практиці ковбасного виробництва.

Необхідно відзначити, що до цих питань варто ставитися вкрай обережно: з одного боку, озон вибухонебезпечний (при концентраціях 12…15%), з іншого, - його введення в м'ясні системи може інтенсифікувати процеси окислювання ліпідів, що спричинить зміну органолептичних показників і скорочення періоду зберігання готової продукції.

Із застосуванням «срібної» води також пов'язаний ряд проблем. Срібло, незважаючи на наявні приклади його використання в технології безалкогольних напоїв і парфумерії, стоїть в одному ряді з такими отруйними речовинами, як свинець, миш'як, ціаніди, кобальт і кадмій (СанПіН 214.1074-01 «Питна вода й водопостачання населених місць»).

Асептичні властивості іонів срібла обумовлені тим, що вони легко проникають через оболонку клітини й можуть взаємодіяти з азотистими основами (тіміном і гуаніном) ДНК, у результаті чого гальмується ріст і розмноження мікроорганізмів.

Встановлено, що іони срібла активно впливають більш ніж на 650 видів патогенних бактерій, вірусів і грибів, причому при адекватних концентраціях іони срібла перевершують по бактерицидній дії хлор, хлорне вапно, гіпохлорит натрію й інші сильні окислювачі.

За даними ВООЗ, виражений бактерицидний ефект спостерігається при концентраціях іонів срібла понад 150 мкг/л; при 50…100 мкг/л іони срібла володіють бактеріостатичною дією, тобто після припинення впливу фактора рісту і розмноження бактерій відновляються. Споротвірні бактерії досить стійкі до впливу іонів срібла.

Мутагенної й канцерогенної активності в срібла не виявлено, однак, срібло може легко взаємодіяти з такими білками, як глобуліни й гемоглобін крові, інгібувати деякі ферменти, блокувати АТФ-азну активність міозину, здатно накопичуватися в організмі й повільно з нього виводиться. Із цих причин припустимі кількості срібла в питній воді по нормативах ВООЗ і СанПіН обмежуються 50 мкг/л.

Необхідно зазначити, що жоден із сучасних методів обробки не забезпечує 100% очищення води від мікроорганізмів; найбільш близькими до ідеалу залишається тільки дистиляція й зворотний осмос. Однак, навіть якщо припустити, що система водопідготовки й забезпечить абсолютне видалення з води всіх мікроорганізмів, то залишається більша ймовірність вторинного забруднення води при її транспортуванні по трубах розподільної мережі, при зберіганні в ємностях, при контакті з атмосферним повітрям. Варто визнати, що сліпе копіювання або автоматичний перенос загальновідомих принципів водопідготовки або спеціальної її обробки в технологічні процеси м'ясного виробництва в ряді випадків може не дати бажаного результату у зв'язку з особливостями як складу й властивостей води в конкретному випадку, так і через відсутність єдиного підходу до кількісного вмісту основних макроелементів у воді на заключному етапі очищення.

Таким чином, питання вибору системи водопідготовки, незважаючи на очевидну актуальність, вимагає серйозного аналізу й диференційованого підходу.

У цілому, беручи до уваги вищезазначене, можна зробити два принципово важливих висновки:

1. В технології м'ясопродуктів повинне бути змінене традиційно сформоване примітивно-консервативне відношення до води, її складу й властивостям.

2. Назріло питання про перегляд існуючих нормативів і вимог до якості питної води, застосовуваної в технологічних цілях.

Зокрема, треба:

· науково обґрунтувати оптимальні норми й рекомендуючі діапазони, до найбільш важливих у технологічному плані показників (рівня рН, жорсткості, концентрації окремих мікроелементів, вмісту повітря й інших газів і т.п.);

· по досвіду США розробити доповнення до ДСТУ на воду питну з переліком особливих вимог, висунутих до води, яка використовується в технологічних цілях при виробництві м’ясних продуктів.

Одночасно варто пам'ятати, що якість і величина виходу готової продукції нерозривно пов'язані зі складом і властивостями використовуваної води. Відсутність постійного й об'єктивного контролю за фізико-хімічними й мікробіологічними показниками води, як правило, приводить до появи дефектів, небажаних побічних ефектів і некерованих процесів. Застосування систем водоочищення й водопідготовки істотно знижує ймовірність появи технологічного браку, стабілізує якість, дозволяє впевнено управляти технологічним процесом.

Розглядаючи воду, як складову частину харчових продуктів, не можна забувати й про один досить важливий – гуманістичний – аспект, пов'язаний з водою.

Забезпечення населення екологічно чистими продуктами харчування й водою є завданням державного значення в плані збереження генофонду країни.