Товароведная характеристика и экспертиза качество водок

Подготовка  воды

 

     В водочном производстве вода — один из видов сырья, составляющий 60 % по объему водки. Чрезвычайно значение имеет жесткость воды и ее солевой состав. Общая жесткость воды не должна превышать 1 мг-экв/л при использовании естественной не умягченной воды и 0,36 мг-экв/л — при использовании умягченной.

     Водоподготовка — начальная стадия процесса получения водок. Основная задача водоподготовки заключается в умягчении воды, удалении из нее механических включений, коллоидных веществ, влияющих на стойкость и органолептические показатели напитков.

     В настоящее время в производстве ликероводочных изделий используют следующие способы обработки воды: реагентные (коагуляция, известково-содовый), ионообменные (Na-катионирование, применение катионо- и анионообменных смол), адсорбционные (использование активного угля), окислительно-восстановительные (обезжелезивание, озонирование), мембранные (ультрафильтрация, обратный осмос). Выбор способа водоподготовки зависит от таких факторов, как солевой состав исходной воды, требования к технологической воде, экономическая эффективность процесса обработки.

     При наличии в исходной воде примесей в коллоидно-дисперсном состоянии, которые не удаляются при фильтрации на песочных фильтрах, ее осветляют коагуляцией. Устойчивость коллоидных частиц обусловлена электрокинетическим потенциалом, препятствующим образованию крупных хлопьев. При введении коагулянтов электрокинетический потенциал частиц снижается, в результате чего происходит агрегация и седиментация коллоидных веществ.

     В качестве коагулянтов используют сульфаты алюминия A1₂(S0₄)₃ • 18Н₂0 и железа FeS0₄7H₂0 (железный купорос). В воде из сульфатов алюминия и железа в результате химических реакций, приведенных ниже, образуются малорастворимые гидроксиды:

A1₂(S0₄)₃ + 6Н₂О è 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄

FeSO₄ + 2HCO^-₃ è Fe(OH)₂ + 2CO₂ + SO ^-2₄

4 Fe(OH)₂ + O2 + 2Н₂О è 4 Fe(OH)₂

     Положительно заряженные частицы гидроксида понижают электрокинетический потенциал отрицательно заряженных коллоидов, представленных кремниевой кислотой, ее солями и гуминовыми веществами, которые быстро соединяются друг с другом, обволакиваются хлопьями гидроксида и вместе с ним оседают. Реакция образования гидроксида алюминия А1(ОН)3, протекает при рН 7,5...7,8, а гидроксида железа Fe(OH)₃ — при рН 8,2...8,5.

     При использовании сульфата алюминия понижается карбонатная жесткость воды на 0,7... 1,0 мг-экв/дм³, при одновременном повышении на такую же величину некарбонатной жесткости в соответствии с уравнением:

H₂SO₄ + Ca(HCO₃)₂ è Ca SO₄  + 2Н₂О + 2CO₂

     Коагуляция гуминовых веществ способствует обесцвечиванию воды и удалению неприятного вкуса.

     Процесс коагуляции примесей воды осуществляют в резервуаре с мешалкой в течение 2...3ч. Затем воду направляют на фильтрацию через песочные фильтры. Дозу коагулянта устанавливают в лаборатории. Примерный расход коагулянтов: сульфата алюминия — 80 г/дм³ воды и сульфата железа — 50г/дм³воды, вносимых в виде 5...10%-ного водного раствора.

     Реагентными способами можно проводить не только осветление, но и умягчение воды. С этой целью в промышленности применяют известково-содовый способ обработки воды. Известь устраняет временную жесткость (карбонатную), а сода — постоянную (некарбонатную) жесткость.

Процесс умягчения  воды протекает в соответствии с  уравнениями химических реакций:

(Ca,Mg)SO₄ + Na₂CO₃ è Ca,Mg)CO₃ + Na₂SO₄

(Ca,Mg)Cl₂ + Na₂CO₃ è Ca,Mg)CO₃ + 2NaCl

MgCO₃ + Ca(OH)₂ è СaCO₃ + Mg(OH)₂

     Кроме этого, сода осаждает избыток кальция, введенного с известью:

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ è CaCO₃ + 2NaOH

     Выделяющийся гидроксид натрия участвует в осаждении солей некарбонатной жесткости:

2NaOH + Mg(OH)₂ + 2NaCl

     Химические реакции протекают быстро, но процесс седиментации продолжается в течение 6...8 ч. Установка для умягчения воды состоит из резервуара для исходной воды, смесителей, отстойников, песочных фильтров, сборников умягченной воды. Процесс умягчения начинают с заполнения смесителя определенным объемом исходной воды. Затем, при непрерывном перемешивании добавляют приготовленный раствор гидроксида кальция, через 15...20мин — раствор карбоната натрия.

     Для расчета дозы реагентов предварительно определяют карбонат натрия, некарбонатную жесткость, общее содержание магния, содержание свободного диоксида углерода, а также нужно знать содержание СаО и Na₂C0₃ в технических препаратах.

     Известково-содовый способ позволяет умягчать воду при любом содержании солей временной и постоянной жесткости до остаточной жесткости 0,5...1,0мг-экв/дм³, а при подогреве — до 0,2...0,4мг-экв/дм³. Щелочность редко превышает 2 см³ 0,1 М НС1 на 100 см³ воды (2см³/100см³). Однако данный метод длителен, трудоемок, требует больших производственных площадей и расхода значительных количеств извести и соды.

     Указанных недостатков лишены ионообменные способы водоподготовки. Они основаны на способности некоторых трудно растворимых в воде веществ (ионитов) поглощать из растворов одни катионы или анионы и отдавать взамен другие, которыми иониты периодически насыщаются при регенерации. К ионитам относят цеолиты, глауконит, а также органические соединения: синтетические смолы и сульфированные угли.

     В производстве водок наибольшее распространение получил метод Na-катионирования с использованием сульфоугля. Сульфоуголь — продукт обработки дробленых коксующихся каменных углей концентрированной серной кислотой при высокой температуре с последующей их промывкой и сушкой.

     При Na-катионировании происходит увеличение щелочности умягченной воды, если в исходной воде присутствует карбонатная жесткость. Это объясняется тем, что образовавшийся гидрокарбонат натрия гидролизуется по схеме:

NaHCO₃  + H₂O è NaOH + H₂CO₃ 

     Известно, что щелочность водки не должна превышать 3,5 см³/100 см³, так как в противном случае напиток приобретает неприятный щелочной привкус. Повышение щелочности умягченной воды также нежелательно при приготовлении ликероводочных изделий из-за нейтрализации органических кислот, входящих в состав плодово-ягодных полуфабрикатов. Для устранения избыточной щелочности в умягченную воду добавляют кислоты.

При использовании Na-катионита для умягчения воды ионы Na замещаются на ионы Са и Mg. Реакции ионообмена могут быть выражены суммарным уравнением:

Na²[R] + (Ca²⁺;Mg²⁺) è (Ca, Mg)[R] + 2Na⁺ 

где R — составная  часть сульфоугля, кроме иона натрия.

Регенерацию катионита  проводят раствором хлорида натрия, как наиболее дешевой соли. При этом катионы кальция и магния на сульфоугле обмениваются на катионы натрия:

(Ca, Mg)[R] + 2NaCl è Na²[R] + (Ca, Mg)Cl₂ 

     Процесс ионообмена протекает в катионитовом фильтре, заполненном сульфоуглем. Воду фильтруют прямотоком с линейной скоростью З...20м/ч.

Жесткость воды контролируют в сборнике умягченной воды через каждые 2 с и при  средней жесткости воды в сборнике 0,1...0,14мг-экв/дм³ фильтры переключают на регенерацию.

     Раствор хлорида натрия готовят в специальном аппарате — солерастворителе.

     Кроме Na-катионирования ионообмен может быть осуществлен с помощью катионитовых и анионитовых смол по двухступенчатой схеме.

     В Н-катионитовых фильтрах катионы, содержащиеся в исходной воде, обмениваются на водород, и в фильтрате образуется эквивалентное количество кислоты из анионов, с которыми были связаны поглощенные катионы.

    На ОН- анионитовых фильтрах анионы кислот, образовавшиеся при Н-катионировании, обмениваются на ионы гидроксила и в результате получается обессоленная вода.

     В катионитовом фильтре создается кислая среда, благоприятная для разрушения комплексных и коллоидных форм железа и некоторых других элементов. Применение сильноосновных анионитов позволяет снизить содержание кремния в воде. Наряду с этим из-за удаления части органических примесей вода освобождается от постороннего запаха и привкуса, приобретает особую прозрачность и блеск. Сухой остаток составляет 20...25 мг/дм³ воды. Получение воды с такой малой величиной сухого остатка позволяет стандартизировать технологическую воду.

     Требуемый солевой состав воды достигается или путем ввода необходимых солей, или путем подсортировки некоторого количества исходной воды.

     К недостаткам данного способа следует отнести несколько громоздкую схему и необходимость использования коррозионно-стойкой аппаратуры.

     При наличии в воде органических загрязнений техногенного происхождения (детергенты, нефтепродукты, пестициды и др.) ее подвергают дополнительной очистке адсорбцией. В качестве сорбента наиболее часто применяют активный уголь.

     Очистить воду от органических примесей можно с помощью озонирования. Озон в промышленности получают при коронном электрическом разряде, поэтому это дорогостоящий способ. Однако, благодаря сильным окислительным свойствам озона достигается полное удаление из воды органических соединений вследствие их деструкции.     Озонирование обладает двойным эффектом, так как кроме дезодорации воды происходит ее дезинфекция.

     Химические реакции окисления лежат в основе очистки воды не только от органических примесей, но и от соединений железа. Обезжелезивание рекомендуется проводить при общем содержании железа до 10мг/дм³, в том числе трехвалентного не менее 50%, окисляемости не более 6...7 мг/дм³и щелочности больше единицы.

     Способ заключается в фильтровании воды через песочный фильтр с добавлением или без добавления реагентов. При безреагентном способе фильтруемая вода, содержащая соединения железа и растворенный кислород, обладает способностью выделять железо на поверхности зерен кварцевого песка с образованием каталитической пленки из окислов 2-х и 3-х валентного железа. Эта пленка интенсифицирует процесс окисления и выделения из воды 3-х валентного железа, которое задерживается фильтром в виде гидроксида.

     Если безреагентный способ не дает необходимых результатов, то применяют дополнительную обработку кварцевого песка. Модификацию кварцевого песка осуществляют 0,71 %-ным раствором сернокислого железа из расчета 70... 100 г/10 дм³ воды и 0,5 %-ным раствором марганцовокислого калия из расчета 50 г/10 дм³ воды. Время контакта песка с реагентом составляет соответственно 3 и 5 ч. Таким образом, на поверхности песка образуется пленка из гидроксида железа, оксидов железа и марганца, катализирующая процесс обезжелезивания воды.

     Наиболее универсальные способы разделения жидких систем в настоящее время — мембранные способы. Использование искусственных полупроницаемых мембран в технике стало возможным благодаря успехам в разработке синтетических полимерных материалов.

К основным мембранным процессам, нашедшим применение при производстве водок, относят ультрафильтрацию и обратный осмос. Условные границы использования мембранных процессов зависят от размеров частиц фильтруемых веществ и лежат в пределах 0,0001...0,001 мкм при обратном осмосе и 0,001...0,02 мкм при ультрафильтрации.

     К отличительным особенностям указанных способов следует отнести: наличие полупроницаемых мембран, протекание процессов под действием давления, образование двух растворов, один из которых обогащен растворенным веществом. При традиционном фильтровании продукт оседает в виде кристаллического или аморфного осадка на поверхности фильтрующего материала, т. е. такие системы очистки, работают в тупиковом режиме.

     Эффективность процесса обработки воды определяется качеством мембран, которые должны удовлетворять следующим требованиям: обладать высокой селективностью и проницаемостью, химической стойкостью к действию обрабатываемой среды, механической прочностью. Поэтому вместо ацетатцеллюлозных можно использовать мембраны нового поколения — металлокерамические.