Разработка технологических приемов удаления остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы из виноградных столовых вин с целью повышения их потребительской безопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Разработка технологических приемов удаления остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы из виноградных столовых вин с целью повышения их потребительской безопасности

05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Косенко Михаил Михайлович

Краснодар 2011

Работа выполнена в государственном научном учреждении «Северо-Кавказский зональный НИИ садоводства и виноградарства Россельхозакадемии» (СКЗНИИСиВ РАСХН)

Научный руководитель: доктор технических наук, Агеева Наталья Михайловна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Соболев Эдуард Михайлович

кандидат технических наук, Аванесьянц Рафаил Вартанович

Ведущая организация: Автономная некоммерческая организация НПО «Сады Кубани» (г. Краснодар)

Защита диссертации состоится 24 марта 2011 года в 15.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус «А», ауд. Г-251

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета

Автореферат разослан 24 февраля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук В.В. Гончар

виноматериал бензимидазол сорбент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность работы. Реальная угроза для окружающей среды от применения фунгицидов в виноградарстве заключается в том, что они превратились в постоянно действующий экологический фактор, создающий как положительные (повышение урожайности, эффективная борьба с болезнями) так и отрицательные последствия. К отрицательным последствиям относится накопление остаточных количеств фунгицидов в почве, миграция фунгицидов и их метаболитов в виноградную лозу, в ягоды и далее в сусло и вино, что приводит к нарушению процесса брожения, образованию недобродов, появлению пороков вин. В связи с этим использование эффективных методов деконтаминации продуктов переработки винограда позволит решить задачу повышения экологической безопасности винодельческой продукции, а разработка объективных методов контроля наличия фунгицидов в винограде и продуктах его переработки создает возможность их своевременного удаления.

Наиболее эффективными из применяемых в виноградарстве системных фунгицидов против заболеваний винограда грибной природы (мильдью, оидиум, серая гниль) являются препараты бензимидазольной природы - беномил, фундазол, колфуго и его аналоги. При их гидролизе в виноградных виноматериалах образуется карбендазим - системный фунгицид, обладающий канцерогенными, мутагенными и эмбриотоксическими свойствами. Отечественные и зарубежные ученые (Мельников Н.Н., Шевченко М.А., Гугучкина Т.И., Агеева Н.М., Гаина Б.С., Chiba M., Watkins D.A., Dhoot J.S. и др.) большое внимание уделяли разработке способов деконтаминации винодельческой продукции от остаточных количеств пестицидов хлор- и фосфорорганической природы. Между тем, процессы метаболизма фунгицидов бензимидазольной группы и способы их удаления из винодельческой продукции практически не изучены.

В связи с этим исследования, направленные на установление влияния препаратов бензимидазольной группы на химический состав вина, разработку современных способов деконтаминации и методик контроля остаточных количеств бензимидазолов является актуальной задачей отрасли.

Актуальность работы подтверждена ее включением в тематику ГНУ СКЗНИИСиВ РАСХН 04.16.04.06 «Разработать современные инструментальные методы оценки подлинности и безопасности винодельческой продукции на основе селективного анализа химических компонентов с выявлением закономерностей их превращений» (№ гос.рег. 1.2.006.07530).

1.2 Цель работы - разработка технологических приемов удаления остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы из виноградных столовых вин с целью повышения их потребительской безопасности.

1.3 Задачи исследований. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- дать количественную характеристику остаточных количеств фунгицидов бензимидазольного ряда, обнаруживаемых в красных и белых виноградных столовых виноматериалах;

- выявить влияние остаточных количеств бензимидазолов на физико-химические показатели виноградных столовых вин;

- выявить влияние остаточных количеств бензимидазолов на процесс брожения виноградного сусла;

- научно обосновать трактовку механизма устойчивости карбендазима в красных и белых виноградных столовых виноматериалах;

- исследовать влияние сорбентов различной природы на содержание бензимидазолов в красных и белых столовых виноматериалах;

- разработать высокоэффективный экспресс-метод определения остаточных количеств бензимидазолов в винодельческой продукции;

- разработать технологические приемы деконтаминации остаточных количеств бензимидазолов из виноградного сусла красных и белых столовых сортов винограда, провести их производственную апробацию;

- оценить экономическую эффективность применения новых технологических приёмов деконтаминации сусел и столовых виноматериалов;

- оценить экономическую эффективность новой методики определения остаточных количеств бензимидазолов.

1.4 Научная новизна. Научно обоснованы технологические приемы деконтаминации остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы (бензимидазолов) из продуктов переработки винограда (сусло, белые и красные столовые виноматериалы). Получены новые сведения о содержании остаточных количеств бензимидазолов в винограде и продуктах его переработки в зависимости от сорта винограда и места его произрастания.

Установлены закономерности изменения концентрации фунгицидов бензимидазольной природы в столовых виноматериалах в зависимости от продолжительности их хранения и величины pH. Получены новые сведения об изменении физико-химических и органолептических показателей столовых виноматериалов в условиях взаимного влияния бензимидазолов и компонентов красных и белых столовых виноматериалов.

Установлены закономерности сорбции фунгицидов бензимидазольной природы в зависимости от физико-химических свойств сорбентов. Научно обоснован и экспериментально подтвержден механизм сорбции фунгицидов бензимидазольной природы сорбентами различной природы, в том числе белковой (соевое молоко и соевый шрот). Новизна технологических решений подтверждена патентом РФ на изобретение №2406755 «Способ удаления пестицидов из винодельческой продукции», приоритет от 2.09.2009.

1.5 Практическая значимость. Разработаны технологические приемы деконтаминации остаточных количеств фунгицидов бензимидазольного ряда из сусла и виноградных столовых вин с помощью соевого шрота и соевого молока. Разработка апробирована и внедрена на винзаводах АПК «Геленджик» и ООО «Долина». Впервые разработан новый метод определения бензимидазолов с помощью высокоэффективного капиллярного электрофореза. Проведены сличительные испытания с методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в НИИ прикладной и экспериментальной экологии КубГАУ. Разработан проект ГОСТ Р «Определение карбендазима методом высокоэффективного зонного капиллярного электрофореза».

1.6 Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на Всероссийской научно-практической конференции «Здоровое питание - основа жизнедеятельности человека» (г. Красноярск, 2008 г.); конференции «Пища. Экология. Качество» (г. Новосибирск, 2008 г.); международных научно-практических конференциях «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (г. Одесса, 2007 г.); «Качество продукции, технологий и образования» (г. Магнитогорск, 2008 г.); «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития» (г. Одесса, 2009 г.); «Управление торговлей: теория, практика, инновации» (г. Москва 2009 г.) и «Высокоточные технологии производства, хранения и переработки винограда» (г. Краснодар, 2010 г.).

1.7 Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ на изобретение №2406755 «Способ удаления пестицидов из винодельческой продукции», приоритет от 2.09.2009.

1.8 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора научно-технической и патентной литературы, списка использованной литературы и приложения. Основная часть работы изложена на 120 страницах компьютерного текста, содержит 22 таблицы и 27 рисунков. Список литературы включает 100 источников, в том числе 40 - зарубежных авторов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований использовали сусло и столовые виноматериалы полученные из белых и красных сортов винограда, произведенные различными хозяйствами Краснодарского края (АПК «Геленджик», ООО «Долина», ЗАО «Запорожское», ЗАО «Юбилейное», АФ «Фанагория» и СПК им. Ленина). В ряде экспериментов использовали модельные растворы - виноматериалы, в которые вносили водно-спиртовые растворы фунгицидов бензимидазольной природы (беномила, карбендазима, колфуго супер или фундазола). Для удаления бензимидазолов из продуктов переработки винограда использованы сорбенты: белковые (желатин, казеин, соевое молоко, соевый шрот); природный полисахарид хитозан; танины; активированные угли; глинистые минералы (бентонит); силикагель, флокулянты.

2.2 Методы исследований. Для определения основных показателей химического состава вин применяли методики ГОСТ и ГОСТ Р. Массовую концентрацию ароматобразующих компонентов оценивали методом газожидкостной хроматографии («Кристалл-2000М»). Массовые концентрации органических кислот, биологически активных веществ определяли методом высокоэффективного капиллярного электрофореза (ВЭКЭ, «Капель 105 Р») по методикам, разработанным специалистами ГНУ СКЗНИИСиВ Россельхозакадемии. Определение рH проводили на pH метре («рН-150 МИ»).

Остаточные количества фунгицидов бензимидазольной природы в продуктах переработки винограда определяли в пересчете на карбендазим по разработанной нами методике на основе ВЭКЭ («Капель 105 Р»), а так же методами инверсионной вольтамперометрии (ИВА, полярограф универсальный ПУ-1), высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ хроматограф жидкостный изократический «Стайер»), тонкослойной хроматографии ТСХ.

Статистическую обработку результатов исследований проводили методами регрессионного и корреляционного анализов с использованием компьютерных программ Statistika и Excel. Достоверность полученных данных подтверждается 6-и кратными повторностями проведения опытов. Уровень вероятности 0,95.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Количественная характеристика остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы, обнаруживаемых в красных и белых столовых виноматериалах. В результате исследования сусла и виноматериалов, выработанных различными винодельческими хозяйствами Краснодарского края, выявлены остаточные количества фунгицидов (ОКБ) бензимидазольной природы в пересчете на карбендазим - конечный метаболит их распада (рисунок 2). Установлено, что концентрация ОКБ варьирует от 0,05 до 0,12 мг/дм³ в зависимости от сорта винограда и места его произрастания при одинаковых нормах расхода препаратов при опрыскивании. Отмечено, что в виноматериалах хозяйств Темрюкского района концентрация карбендазима выше, чем в продуктах переработки винограда, произведенных в Анапском районе, Геленджике или Новороссийске. Очевидно, это вызвано более высокими количествами бензимидазолов в почве виноградников Темрюкского района, что согласуется с данными Макеевой А.Н. (2004 г.).

Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема исследований

Выявлена устойчивость карбендазима (рисунок 3) в процессе технологических обработок и последующего хранения виноматериалов: его массовая концентрация в течение длительного периода времени (наблюдение проводили 160 суток) изменялась незначительно. Это можно объяснить стабильностью молекулы карбендазима в кислой среде виноматериалов (pH<3,4) и, возможно, наличием компонентов химического состава виноматериала, препятствующих гидролизу фунгицида.

Рисунок 2 - Остаточные количества карбендазима в виноградном сусле

Рисунок 3 - Изменение массовой концентрации карбендазима в процессе хранения красного (-?-) и белого (-^-) виноматериала

В результате проведенных исследований выявлено (рисунок 4), что остаточная концентрация препаратов бензимидазольной группы в красных столовых виноматериалах несколько выше, чем в белых. Возможно, это объясняется образованием устойчивых комплексов между водородными связями фенольных веществ и бензимидазольных кольца фунгицида. Установлена наибольшая сохранность карбендазима в течение всего периода наблюдений (150 суток) в виноматериале Саперави, характеризовавшемся самой высокой концентрацией фенольных веществ (3180 мг/дм³ против 2600 мг/дм³ - в Каберне-Совиньон и 2120 мг/дм³ - в Мерло и менее 200 мг/дм³ - в белых столовых виноматериалах). Это позволяет считать фенольные соединения главными компонентами, препятствующими трансформации бензимидазолов при хранении виноматериалов.

а б

Рисунок 4 - Зависимость концентрации карбендазима от концентрации фенольных веществ: а - красные виноматериалы, б - белые виноматериалы

3.2 Влияние остаточных количеств бензимидазолов на физико-химические показатели виноградных столовых вин. Для выявления влияния ОКБ на физико-химические и органолептические показатели виноградных вин были проведены эксперименты на модельных растворах с внесением колфуго и фундазола в концентрациях 0,1 - 0,5 мг/дм³ в пересчете на карбендазим в белые и красные виноматериалы. Установлено, что в процессе наблюдения (в течение 40 суток) основные физико-химические показатели - массовая концентрация кислот, сахаров, объемная доля спирта - не претерпевали существенных изменений, как в контрольных, так и в опытных образцах виноматериалов, содержащих ОКБ. Между тем, в присутствии колфуго супер или фундазола увеличивалась концентрация летучих кислот, в основном за счет уксусной кислоты, что приводило к ухудшению аромата виноматериалов. Наибольшее влияние оказало присутствие ОКБ на такие компоненты виноматериала, как этилацетат, ацетальдегид, количество которых увеличилось на 20-25% и 30-32% соответственно.

На рисунке 5 представлено изменение концентрации органических кислот в процессе хранения белого столового виноматериала в присутствии фундазола (0,1 мг/дм³). Установлено, что массовая концентрация органических кислот в контрольном образце белого виноматериала при выдержке в течение 40 суток практически не изменилась (рисунок 5), в то время как в экспериментальном образце наблюдалось небольшое снижение концентрации винной и янтарной кислот и увеличение количества уксусной. Аналогичные данные получены для красных столовых виноматериалов с внесением колфуго супер и фундазола.

а б

Рисунок 5 - Изменение массовой концентрации органических кислот в белом столовом виноматериале в присутствии карбендазима: а - контроль, без карбендазима, б - проба, концентрация карбендазима, 0,1 мг/дм³

Показано, что внесённые в красный виноматериал бензимидазолы в количестве 0,1 - 0,5 мг/дм³ влияют на концентрацию фенольных веществ, в том числе антоцианов, снижая на 5 - 10 % их массовую концентрацию (рисунок 6). При этом окраска виноматериала, содержащего ОКБ, становилась менее устойчивой, цвет красных виноматериалов через 6 недель приобретал гранатовые или луковичные оттенки, ухудшая внешний вид продукта. Выявлена следующая закономерность: с увеличением концентрации ОКБ появление гранатовых оттенков в цвете виноматериала и окисленных тонов во вкусе возрастало. Аналогичные результаты получены для белых виноматериалов.

Рисунок 6 - Влияние фундазола на фенольные вещества красных виноматериалов в процессе хранения

Внесение ОКБ в виноматериалы приводило к активации окислительных процессов, вызывающих уменьшение концентрации биологически активных веществ (БАВ), в том числе витаминов, антиоксидантной активности (АОА), а также дегустационной оценки вин (таблица 1), причем в белых виноматериалах изменение указанных показателей было более значительным, чем в красных.

Таблица 1 - Изменение показателей красных виноматериалов в зависимости от наличия карбендазима

3.3 Влияние остаточных количеств карбендазима на процесс брожения виноградного сусла. Присутствие ОКБ оказало влияние на метаболизм винных дрожжей. Установлено, что по мере брожения и последующего хранения как контрольного, так и экспериментального образцов, количество физиологически активных жизнеспособных дрожжевых клеток уменьшалось (рисунок 7). Это объясняется попаданием ОКБ через поры дрожжевой оболочки внутрь клетки, нарушением репликации ДНК, увеличением количества мутирующих клеток, последующими процессами деформации оболочки и ингибированием роста дрожжевых клеток (рисунок 8).

Рисунок 7 - Изменение количества жизнедеятельных клеток дрожжей в процессе брожения и хранения виноматериала, содержащего карбендазим 0,1 мг/дм³

Рисунок 8 - Физиологическое состояние винных дрожжей в присутствии карбендазима: а - контроль, без карбендазима, клетка не деформирована; б и в - клетка находится в среде с карбендазимом - 0,1 мг/дм³ и 0,5 мг/дм³ соответственно

При брожении белых сусел и мезги красных сортов винограда в присутствии карбендазима возросла концентрация ацетальдегида, метилацетата и изоамилового спирта. При сбраживания сусел из белых сортов винограда, содержавших карбендазим, выявлено образование недобродов в связи, с чем необходимо создание дополнительных условий для активации клеток дрожжей, например, внесение подкормок. Аналогичные результаты получены для красных столовых виноматериалов.

При внесении карбендазима в среду уменьшалась активность молочнокислых бактерий, в результате чего количество яблочной кислоты в виноматериалах сохранялось достаточно высоким. Наблюдалась инактивация клеток, замедление и остановка процесса яблочномолочного брожения, появлялись посторонние тона во вкусе виноматериала. Этим можно объяснить изменение концентрации вторичных продуктов брожения (уксусной, яблочной кислот, ацетальдегида, метилацетата и изоамилового спирта) в виноградных винах по сравнению с контрольными вариантами, как в количественном, так и качественном отношении.

3.4 Обоснование механизма устойчивости карбендазима в красных и белых виноградных столовых виноматериалах на основании анализа его молекулярной структуры. Материалы исследований, приведенные в разделах 3.1 - 3.3, показали, что присутствие ОКБ в виноматериалах приводило к изменению их химического состава. При этом массовая концентрация самих ОКБ менялась несущественно. В связи с этим сформулирована гипотеза устойчивости ОКБ на примере карбендазима в кислой среде виноматериалов. Химические свойства карбендазима, механизм его взаимодействия с физико-химическими компонентами столовых виноматериалов в процессе их хранения можно представить, рассмотрев электронную модель молекулы, построенную методом молекулярной динамики (рисунок 9). Представленная модель показывает, что молекула карбендазима обладает довольно сложной структурой, состоящей из сопряженной р-з системы бензольного и имидазольного колец, кольцевые структуры которых создают высокий дипольный момент, влияющий на структуру среды, в частности виноградного вина. Известно (Воюцкий С.С., 1975), что р-з системы стабильны и обладают нуклеофильными свойствами, поэтому карбендазим является центром нуклеофильных реакций в винопродукции и катализирует реакции нуклеофильного замещения (в основном по карбоксильной группе). При этом характерно, что за счет нестабильности переходного комплекса сам карбендазим в реакции не участвует, чем объясняется его длительная сохранность.

а б в

Рисунок 9 - Модель молекулы карбендазима: а - структурная; б - электронная

В соответствии с современными представлениями физической химии можно считать, что механизм взаимодействия карбендазима с компонентами вина будет носить характер кулоновского взаимодействия (Ван-дер-Ваальсовы силы, водородная связь, образование хелатных комплексов).

3.5 Исследование влияния сорбентов различной природы на содержание бензимидазолов в красных и белых столовых виноматериалах. Для обработки виноматериалов с целью удаления остаточных количеств бензимидазолов (карбендазим) использовали сорбенты различных природы (соепродукты, желатин, казеин; активированные угли (эркарбон, грануколь ФА), танин, хитозан, бентонит, силикагель (СИЛ 30Д), синтетические флокулянты) или комплексную обработку несколькими сорбентами одновременно. Установлено, что используемые в виноделии сорбенты, такие как поли-винилполипироллидон (ПВПП), полиакриламид (ПАА), желатин, казеин, хито-зан не обеспечивают эффективного удаления остаточных количеств карбенда-зима. Это объясняется малым числом активных центров приходящихся на молекулу карбендазима в полости сорбента. Полученные результаты (рисунок 10) показали, что сорбция карбендазима наиболее эффективно проходит сорбентами минеральной природы - бентонитом, активированными углями (грануколь) и соевым молоком, обеспечивая удаление до 98 - 99%.

Рисунок 10 - Эффективность удаления бензимидазолов из виноматериалов сорбентами различной природы

Полученные данные, а так же анализ электронной структуры молекулы карбендазима, позволяют предположить следующий механизм взаимодействия молекулы карбендазима с молекулами сорбентов в зависимости от их природы. Согласно современным взглядам, сорбция карбендазима наиболее эффективно должна происходить на молекулах сорбентов, имеющих распределенный заряд, каркасную структуру и молекулярные полости, способные переориентировать и зафиксировать молекулу карбендазима и образовать множественные связи слабого характера (Ван-дер-Ваальсовые, водородные). К числу таких сорбентов относятся бентониты - глинистые минералы с расширяющейся кристаллической решеткой. Они вступают в реакцию катионного обмена. Активные центры бентонита представлены гидроксильными группами поверхности и избыточным отрицательным зарядом, обусловленным изоморфизмом, связанным с различными структурными особенностями кристаллической решетки минерала и ненасыщенными связями на границе структурных слоев, а также с обменными катионами, компенсирующими избыточный заряд кристаллической решетки. В связи с этим возможен следующий механизм сорбции карбендазима бентонитом: водород атомов азота и углерода сопряженных систем карбендазима через Ван-дер-Ваальсовы силы взаимодействует с развитой поверхностью микрокристаллов бентонита; заряженные и поляризованные молекулы сорбата (сопряженные р-з системы бензольного и имидазольного колец) через электростатическое взаимодействие реагируют с положительно заряженными участками поверхности сорбента, содержащими активные центры Н⁺ и Al³⁺.

Процесс сорбции происходит через образование катион-хелатных комплексов. При этом метоксикарбоновая группа располагается в сторону OH^- и SiO₃^2- групп, а молекулы фунгицида удерживаются многочисленными центрами положительного заряда внутри этого жесткого каркаса.

Аналогичные процессы протекали при взаимодействии силикагеля с молекулами карбендазима: сорбция происходила на активных центрах - гидроксильных и силанольных группах, а также в полости капилляров. При этом молекула карбендазима может образовывать несколько водородных связей с силанольными группами, благодаря чему достигается удаление силикагелем 90 - 95 % ОКБ.

Эффективность активированных углей обусловлена развитой структурой их пор и большой площадью внутренней эффективной поверхности. По нашему мнению, адсорбция молекул карбендазима активированными углями происходит преимущественно на специфических центрах сорбции - внутренней поверхности мезапор, представляющих собой структуру из сопряженных р-з систем бензольных колец. При этом образуется адсорбционные слои (полимолекулярная адсорбция, которая завершается заполнением пор по механизму капиллярной конденсации) через Ван-дер-Ваальсовые взаимодействия.

Активность белковых сорбентов обусловлена их структурой и молекулярной массой. Наиболее активными являются белковые сорбенты с молекулярной массой до 40 тыс. дальтон. К их числу относятся дисперсные системы соевого молока и соевого шрота. Процесс сорбции карбендазима белками соепродуктов имеет сложный комплексный механизм: сорбция происходит преимущественно на специфических центрах - функциональных полярных группах и, предположительно, проходит следующие этапы: поверхностная адсорбция молекулы карбендазима; образование катион-хелатных комплексов за счет сложной сопряженной р-з системы бензольного и имидазольного колец; формирование несколько водородных связей с функциональными группами (первичными центрами сорбции) и соседними молекулами белков. Проведена органолептическая оценка виноматериалов, содержащих карбендазим, до и после их обработки сорбентами различной природы (таблица 2).

Таблица 2 - Органолептическая оценка виноматериалов

Установлено, что применение в качестве сорбентов активированного угля приводило к улучшению качества белых столовых виноматериалов. Однако в красных виноматериалах снижалась интенсивность окраски вследствие сорбции части красящих веществ. Обработка виноматериалов бентонитом также обеспечила улучшение их качества, однако вкус виноматериалов был недостаточно гармоничным.

Предложенный нами соевый сорбент (соевое молоко и соевый шрот) не оказал отрицательного влияния на качество виноматериалов, отмечено появление мягкости во вкусе, достижение гармонии аромата виноградных вин.

3.6 Разработка способа деконтаминации остаточных количеств бензимидазолов из виноградного сусла. На основе применения соевого сорбента разработан способ деконтаминации продуктов переработки винограда. Технологическая схема производства виноматериалов (рисунок 11) включает обработку сусла или виноматериалов, предусматривающую внесение соевого сорбента на стадиях отстаивания сусла белых сортов винограда (соевый шрот) или виноматериалов (соевое молоко) на стадии технологических обработок, перемешивание среды, фильтрацию. Дозировки сорбентов составляют: для виноградного сусла 0,100-0,150 г/дм³ соевого шрота, для виноматериалов (и даже соков) - от 0,05 до 0,100 г/дм³ соевого молока.

Рисунок 11 - Технологическая схема производства красных и белых столовых вин без остаточных количеств карбендазима

Обработку соевым сорбентом сусла белых сортов винограда при обнаружении бензимидазолов проводят на стадии осветления (отстаивания) сусла (рисунок 11). При получении вин «по-красному» способу целесообразно вносить соевый сорбент на стадии осветления виноматериала.

Разработанный способ удаления из виноматериалов остаточных количеств бензимидазолов с помощью соевого сорбента позволяет повысить потребительскую безопасность и качество винодельческой продукции. Апробация способа удаления остаточных количеств бензимидазолов из продуктов переработки винограда проведена на АПК «Геленджик» и ООО «Долина».

3.7 Разработка высокоэффективного экспресс-метода определения остаточных количеств бензимидазолов в винодельческой продукции. Проведено сравнительное определение остаточных количеств ОКБ методами тонкослойной хроматографии (ТСХ), инверсионной вольтамперометрии (ИВА), газожидкостной хроматографии (ГЖХ), высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и высокоэффективного капиллярного электрофореза (ВЭКЭ). Доказана целесообразность использования капиллярного электрофореза, обладающего следующими достоинствами: простота аппаратного оформления; сокращение времени анализа и пробоподготовки образца в 2,9 раза по сравнению с ВЭЖХ; экономичность и повышение безопасности аналитика за счет уменьшения расхода высокочистых токсичных растворителей; высокая эффективность и воспроизводимость результатов. Полученные результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Сравнительные испытания различными инструментальными методами

На рисунке 12 приведены электрофореграммы стандартного раствора карбендазима и образца винодельческой продукции, содержащей остаточные количества фунгицида.

Воспроизводимость и погрешность разработанной методики определения карбендазима методом КЭ, при доверительной вероятности 0,95, составила 14, 13,03% и 22,32% соответственно. Уравнение регрессии y = 0,4438x + 0,0501.

Сравнительные испытания и техническая апробация разработанной методики проведены в НИИ прикладной и экспериментальной экологии КубГАУ. Отмечена достаточно высокая сходимость и воспроизводимость.

3.8 Оценка экономической эффективности применения технологических приёмов деконтаминации винопродукции и использования новой методики определения остаточных количеств бензимидазолов. Экономический эффект при использовании новой методики определения остаточных количеств бензимидазолов в сравнении с методом ВЭЖХ составил 5,9 тыс. руб. на 160 образцов виноматериалов.

а б

Рисунок 12 - Фрагмент электрофореграмм стандартного раствора карбендазима (а) и образца винодельческой продукции (б)

Внедрение соевого сорбента (шрота или соевого молока) на АПК «Геленджик» обеспечило получение реального экономического эффекта в размере 5,9 тыс. руб. на 1000 дал обработанного сусла и 10,6 тыс. руб. на 1000 дал обработанного виноматериала и на ООО «Долина» 9,6 тыс. руб. на 1000 дал обработанного сусла и 11,4 тыс. руб. на 1000 дал обработанного виноматериала. Экономический эффект применения технологических приёмов деконтаминации виноматериалов заключается в замене дорогостоящих сорбционных препаратов на более дешевые.

ВЫВОДЫ

1. Научно обоснованы и разработаны технологические приемы удаления остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы из белых и красных столовых виноматериалов, основанные на использовании белковых сорбентов - соевого молока и соевого шрота.

2. В винограде и продуктах его переработки выявлены остаточные количества фунгицидов бензимидазольной природы. Их остаточные концентрации зависят от сорта винограда, места его произрастания, при одинаковых нормах расхода фунгицидов, и колеблется в пределах от 0,01 - до 0,20 мг/дм³ - для белых столовых виноматериалов и от 0,04 - до 0,25 мг/дм³ - для красных столовых виноматериалов в пересчете на карбендазим.

3. Установлено изменение физико-химических показателей виноградных столовых виноматериалов - содержание органических кислот, концентрации фенольных и биологически активных веществ, при хранении в присутствии бензимидазолов и их метаболита - карбендазима. Установлено, что в присутствии бензимидазолов и их метаболита - карбендазима набольшие изменения претерпевают ароматобразующие компоненты: концентрации ацетальдегида, метилацетата и изоамилового спирта возрастала на 10% в красных и на 13-17% в белых столовых виноматериалах, концентрация фенольных веществ уменьшалась на 15% в белых и на 13% в красных столовых виноматериалах. Выявлено незначительное увеличение концентрации летучих органических кислот на 3 - 5 % по сравнению с контрольными образцами. Что приводит к ухудшению качества и органолептических показателей, снижению потребительской ценности виноградных столовых виноматериалов.

4. Выявлена стабильность и длительная сохранность карбендазима в белых и красных виноградных столовых виноматериалах: в течение 8 месяцев наблюдений концентрация карбендазима в виноматериалах не претерпевала существенных изменений.

5. Предложена трактовка механизма устойчивости карбендазима в виноградных виноматериалах, основанная на образовании комплексов с фенольными веществами вина: механизм комплексообразования имеет характер кулоновского взаимодействия (Ван-дер-Ваальсовы силы, водородная связь, образование хелатных комплексов).

6. Предложены трактовки механизмов взаимодействия карбендазима с сорбентами различных химической природы - глинистыми минералами, полисахаридами, активированными углями, белками, основанные на образовании водородных связей и хелатных комплексов.

7. Разработан способ удаления остаточных количеств фунгицидов бензимидазольной природы из белых и красных столовых виноматериалов и сусел, основанный на использовании соевого сорбента - соевого молока и соевого шрота соответственно (патент РФ №2406755, приоритет от 2.09.2009).

8. Внедрение разработанного способа на винзаводе АПК «Геленджик» обеспечило получение реального экономического эффекта в размере 5,9 тыс. рублей на 1000 дал обработанного сусла и 10,6 тыс. рублей на 1000 дал обработанного виноматериала, а на винзаводе ООО «Долина» - 9,6 тыс. рублей на 1000 дал обработанного сусла и 11,4 тыс. рублей на 1000 дал обработанного виноматериала.

9. Разработана методика определения бензимидазолов с помощью капиллярного зонного электрофореза, позволяющая количественно анализировать остатки бензимидазолов в винограде и продуктах его переработки. Экономический эффект от внедрения новой методики определения остаточных количеств бензимидазолов в виноградных столовых виноматериалах составил 5716 руб. на 160 образцов виноматериалов. Разработан проект ГОСТ Р «Определение карбендазима методом высокоэффективного зонного капиллярного электрофореза».

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Косенко, М.М. Вольтамперометрический метод определения бензимидазолов [Текст] / М.М. Косенко, Н.М. Агеева // Современные направления теоретических и прикладных исследований: Сб. науч. трудов. - Одесса. - 2007. - С.21-22.

2. Косенко, М.М. Исследование бензимидазолов в винодельческой продукции [Текст] / М.М. Косенко, М.В. Антоненко, Н.М. Агеева, Е.Г. Глоба // Качество продукции, технологий и образования: Сб. матер. III науч.-практич. конф. - Магнитогорск: Изд-во МГТУ им. Г.И. Носова, 2008. - С. 90 - 91.

3. Косенко, М.М. Исследование триазолов в винодельческой продукции [Текст] / М.М. Косенко, Н.М.Агеева, Е.Г.Глоба // Здоровое питание - основа жизнедеятельности человека: Сб. матер. Всерос. науч.-практич. конф. - Красноярск: Изд-во Краснояр. гос. торг.-экон. ин-т, 2008. - С. 408-410

4. Косенко, М.М. Эколого-токсикологическая оценка винограда и продуктов его переработки [Текст] / М.М. Косенко, Н.М.Агеева, Г.Ф.Музыченко, С.Д.Бурлака // Пища. Экология. Качество: V Межд. юб. науч.-практич. конф. - Новосибирск, 2008. - С. 286 -287.

5. Косенко, М.М. Перспективный метод определения остаточных количеств бензимидазолов в виноградных винах [Текст] / М.М. Косенко, Н.М. Агеева // Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития: Сб. мат. межд. науч.-практич. конф. - Одесса, 2009. - С. 24 - 25.

6. Косенко, М.М. Исследование показателей безопасности виноградных вин Краснодарского края [Текст] / М.М. Косенко, Н.М Агеева, Е.Г. Глоба // Управление торговлей: теория, практика, инновации: Сб. мат. II межд. науч.-практич. конф. - Москва, 2009. С. 22-26.

7. Косенко, М.М. Разработка путей седиментацинного удаления пестицидов [Текст] / М.М. Косенко, Н.М. Агеева // Управление торговлей: теория, практика, инновации: Сб. матер. II науч.-практич. конф. - М.: 2009. - С. 104 - 108.

8. Косенко, М.М. Пути седиментационного удаления пестицидов бензимидазольного ряда из продуктов переработки винограда [Текст] / М.М. Косенко, Н.М. Агеева, М.Г. Марковский// Виноделие и виноградарство. 2010. №1. - С. 20-21.

9. Косенко, М.М., Определение остатков бензимидазолов в пищевой продукции методом капиллярного электрофореза/ М.М. Косенко, Н.М. Агеева, М.Г. Марковский// Известия вузов. Пищевая технология. Краснодар. 2010. 7 с. Рук. деп. в ВИНИТИ 12.04.10, № 204-В2010

10. Косенко, М.М., Современные методы определения остатков бензимидазолов в пищевой продукции методом ВЭЖХ / М.М. Косенко, Н.М. Агеева, М.Г. Марковский // Известия вузов. Пищевая технология. Краснодар. 2010. 8 с. Рус. деп. в ВИНИТИ 12.04.10, № 205-В2010

11. Косенко, М.М., Современные технологии повышения потребительской безопасности винодельческой продукции [Текст] / М.М. Косенко, Н.М. Агеева // Высокоточные технологии производства, хранения и переработки винограда: Сб. матер. межд. науч.-практич. конф. - Краснодар. 2010. -С. 66-71.

12. Патент № 2406755 от 2.09.2009 // Косенко М.М., Агеева Н.М., Гугучкина Т.И., Марковский М.Г.

Размещено на Allbest.ru