CC BY
5
Научные труды Дальрыбвтуза. 2024. Т. 70, № 4. С. 37-50.
Scientific Journal of the Far Eastern State Technical Fisheries University. 2024. Vol. 70, no 4. P. 37-50.
ПИЩЕВЫЕ СИСТЕМЫ
Научная статья
УДК 66/544.032 DOI: doi.org/10.48612/dalrybvtuz/2024-70-04 EDN: GWAWTE
Примеси в морской воде: классификация и свойства
Александра Игоревна Крикун1, Сергей Дмитриевич Руднев2, Вероника Вячеславовна Феоктистова3
1, 3 Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, Владивосток, Россия
2 Кемеровский государственный медицинский университет Минздрава России, Кемерово, Россия
1 [email protected], ORCID: 0000-0002-9330-2555
2 [email protected], ORCID: 0000-0003-2506-6121
3 [email protected], ORCID: 0000-0002-7680-2611
Аннотация. Вода как незаменимый элемент множества процессов представляет особый интерес к исследованию в рамках производственной деятельности рыбоперерабатывающих предприятий (РПП). В системах водоподготовки используют воду из различных источников, например, в частности, морскую воду (МВ). Такая вода является агрессивной средой, содержащей высокие концентрации растворенных химических соединений и твердых механических примесей (ТМП). Соответственно, требуется её предварительная подготовка. Анализ разнообразия загрязнений МВ затрудняется отсутствием целостного подхода к исследованию признаков классификации загрязнений и тем самым препятствует восприятию и выбору эффективных способов для удаления загрязнений из воды. Аналитически исследованы технологии переработки сырья рыбного и нерыбного происхождения с применением МВ в производственном процессе на РПП. Проведен анализ признаков и классификаций примесей природных поверхностных вод (ППВ), рассмотрены требования к воде при производстве пищевой продукции, в частности, из водных биологических ресурсов (ВБР). Проведено экспериментальное исследование состава МВ по ряду показателей, отобранной в акватории Амурского залива, результаты которого позволили перейти к систематизации примесей МВ, анализу их свойств, а также к рекомендациям о выборе фильтрующих загрузок.
Ключевые слова: классификация, загрязнения, примеси, морская вода, насыпное фильтрование, отбор проб, показатели, фотометрия
Для цитирования: Крикун А. И., Руднев С. Д., Феоктистова В. В. Примеси в морской воде: классификация и свойства // Научные труды Дальрыбвтуза. 2024. Т. 70, № 4. С. 37-50.
© Крикун А. И., Руднев С. Д., Феоктистова В. В., 2024
37
ISSN 2713-3222. Научные труды Дальрыбвтуза. 2024. № 4 (т. 70)
FOOD SYSTEMS
Original article
Impurities in sea water: classification and properties
Aleksandra I. Krikun1, Sergey D. Rudnev2, Veronika V. Feoktistova3 1, 3 Far Eastern State Technical Fisheries University, Vladivostok, Russia 2 Kemerovo State Medical University of the Ministry of Health of Russia, Kemerovo, Russia 1 [email protected], ORCID: 0000-0002-9330-2555 2 [email protected], ORCID: 0000-0003-2506-6121 3 [email protected], ORCID: 0000-0002-7680-2611
Abstract. Water as an irreplaceable element of many processes is of particular interest for research within the framework of production activities of fish processing enterprises (FPE). Water treatment systems use water from various sources, for example, in particular, sea water (SW). Such water is an aggressive environment containing high concentrations of dissolved chemical compounds and solid mechanical impurities (SMI). Accordingly, its preliminary preparation is required. The analysis of the diversity of MV pollution is complicated by the lack of a holistic approach to the study of pollution classification features, thereby hindering the perception and selection of effective methods for removing pollution from water. The technologies for processing raw materials of fish and non-fish origin using SW in the production process at the FPE were analytically studied. An analysis of the characteristics and classifications of impurities in natural surface waters (NSW) was carried out, and the requirements for water in the production of food products, in particular, from aquatic biological resources (ABR), were considered. An experimental study of the composition of the SW was conducted according to a number of indicators, collected in the waters of the Amur Bay, the results of which made it possible to proceed to the systematization of SW impurities, analysis of their properties, as well as recommendations on the selection of filter media.
Keywords: classification, pollution, impurities, sea water, bulk filtration, sampling, indicators, photometry
For citation: Krikun A. I., Rudnev S. D., Feoktistova V. V. Impurities in sea water: classification and properties. Scientific Journal of the Far Eastern State Technical Fisheries University. 2024; 70(4): 37-50. (In Russ.).
Введение
При производстве пищевых продуктов вода является важным компонентом, выступающим в качестве растворителя или диспергирующей среды, предопределяющим структуру и консистенцию, оказывающим влияние на внешний вид и вкус, усвояемость и устойчивость продуктов при хранении. Вода поддерживает химические реакции, является прямым участником гидролитических процессов [1]. Поэтому её качество является важным условием, что обусловлено обеспечением определенного водного режима предприятия (комплекс технологических решений, принятых на предприятии и эксплуатирующийся для обеспечения бесперебойной и эффективной работы фильтрующего оборудования), достижение которого невозможно без предварительной подготовки и периодического контроля. Водоподготовка представляет собой комплекс мероприятий, направленный на доведение воды (из различных источников: поверхностных; подземных и др.) до соответствующего нормативам качества.
38
Пищевые системы
Технологии подготовки воды зависят от цели ее дальнейшего использования (питьевая, технологическая, хозяйственно-бытовая и т.п.), типов процессов, применяемых для ее обработки; требуют знания физических и химических закономерностей, понимание которых помогает оптимизировать процессы и выбрать наиболее эффективные методы и материалы для ее очистки.
В виду специфических особенностей деятельность РПП связана с потреблением больших объемов воды. Рациональность использования МВ в технологических целях продиктована не только экономической составляющей, а также важностью сохранения вкусовых и пищевых качеств продукции.
Однако, поскольку МВ является агрессивной средой, содержащей большое количество растворенных химических соединений и ТМП, без дополнительных очистных мероприятий она не пригодна для технологических нужд.
Исследованию и систематизации данных о составе и свойствах ППВ, в том числе МВ, посвящено достаточно большое количество работ авторов (в им. падеже): Хорн Р [2]; Виноградов А. П. [3]; Попов Н. И. [4], Алекин О. А. [5], Архипкин В. С. [6, 7], Кульский Л. А. [8], Куликов Н. И. [9] и многие другие.
В работе Н.И. Куликова достаточно четко обозначена основная проблема, стоящая перед исследователями: «Существование воды в абсолютно чистом виде немыслимо из-за ее высокой растворяющей способности. Природные и сточные воды представляют собой сложную динамическую систему, содержащую газы, минеральные и органические вещества в истинно растворенном или нерастворенном состояниях... Многообразие примесей и признаков для их классификации затрудняют целостное восприятие и выбор способов для удаления загрязнений из воды...» [9, с. 14-16]. Данные обстоятельства представляют интерес к совершенствованию процесса фильтрования МВ, поскольку важное значение имеет достижение задач, заключающихся в обеспечении ее чистоты, безопасности и качества, повешении эффективности разработки и эксплуатации оборудования. В связи с этим целью настоящей работы является исследование типов примесей МВ и их классификации, относительно применяемого фильтрующего материала (ФМ) и его спектра действия.
Задачи исследования:
- анализ научно-технических и информационных источников на предмет использования МВ в технологических операциях РПП;
- изучение основных признаков и классификаций примесей ППВ;
- экспериментальное исследование состава МВ по некоторым показателям, характеризующим экологическое состояние водной системы;
- систематизация примесей МВ, анализ их свойств и подбор ФП.
Литературный обзор
В. С. Архипкин в своей работе дал достаточно точную характеристику составу МВ: «.многокомпонентная система, состоит из воды (96,5 % по массе), различных растворённых солей (около 3,5 %), незначительного количества (менее 0,01 % от общей массы растворённых солей) взвешенных твёрдых веществ, растворённых газов, органических веществ. В морской
39
ISSN 2713-3222. Научные труды Дальрыбвтуза. 2024. № 4 (т. 70)
воде растворены все химические элементы, встречающиеся на Земле, 99,9 % всех растворённых веществ составляют первые 20 химических элементов периодической таблицы. Большинство солей присутствует в форме ионов (преобладают 11 ионов), незначительная часть - в форме коллоидов и суспензий» [7].
Анализ работ [2-8] позволил выделить основные компоненты морской воды (табл. 1) в форме солей.
Таблица 1
Основные компоненты МВ в форме солей (в 1 м3 воды с содержанием 35 г солей
на 1000 г воды при температуре 20 °С) [2-8]
Table 1 The main components of the SW in the form of salts (in 1 m3 of water with a content of 35 g of salts per 1000 g of water at a temperature of 20 °C) [2-8]
№ п/п Название солей Формула Ед. измерения Значение
1 Хлорид натрия NaCl кг 28,014
2 Хлорид магния MgCl2 кг 3,812
3 Сульфат магния MgSO4 кг 1,752
4 Сульфат кальция CaSO4 кг 1,283
5 Сульфат калия K2SO4 кг 0,816
6 Карбонат кальция СаСОз кг 0,122
7 Бромид калия KBr кг 0,101
8 Сульфат стронция SrSO4 кг 0,028
9 Борная кислота H2BO3 кг 0,028
Анализ научных работ ведущих ученых в области водоподготовки, таких как Куль-ского Л. А. [8], Гурвич С. М. [10], Вихреева В. Б. [11], Крикун А. И. [12] и многих других показал, что в процессе своей деятельности РПП помимо причин, связанных с экономией, недостаточностью и/или отсутствием пресных источников водоснабжения, используют МВ из ближайшей акватории, в связи с тем, что при производстве и обработке рыбного сырья она благоприятно сказывается на вкусе конечной продукции, дополняя его за счет естественной солености, а также за счет минералов и микроэлементов, содержащихся в ней, которые могут обогатить мясо рыбы. Так, в работе А.Х. Волкова сказано: «Химический состав мяса рыбы, определяющий ее пищевую ценность и вкусовые свойства, характер изуется прежде всего содержанием воды, жира, азотистых и минеральных веществ, углеводов и витаминов... Химический состав рыбы не является постоянным. Он существенно зависит не только от вида и физиологического состояния рыбы, но и от ее возраста, пола, места обитания, времени лова и условий окружающей среды... Морские рыбы более богаты по содержанию и разнообразию минеральными веществами и особенно микроэлементами, чем пресноводные...» [13, с. 7-9]. В табл. 2 перечислены основные минералы и микроэлементы МВ и их характеристика относительно благоприятного влияния на вкус, внешний вид и безопасность рыбного сырья.
40
Пищевые системы
Таблица 2 Характеристика минералов и микроэлементов МВ, благоприятно влияющих на вкус и внешний вид рыбного сырья [13, 14]
Table 2 Characteristics of minerals and microelements of the SW, which have a beneficial effect on the taste and appearance of fish raw materials [13, 14]
№ п/п Название минерала /микроэлемента Формула Содержание в МВ (концентрация): В - высокая; Д - достаточная Антибактериальные свойства Характеристика
1 Хлорид натрия NaCl В + - усиливает естественный вкус, подчеркивает ароматические свойства, позволяет достичь баланса между привкусами (горечь, сладость, кислотность); - влияет на консистенцию, способствует вытягиванию влаги из тканей, что может улучшить структуру и сделать её более плотной; - изменяет цвет, некоторые виды рыбы при засолке могут приобретать более выраженный и насыщенный цвет
2 Йод I В + - взаимодействуя с другими компонентами (например, белками, жирами), может оказывать влияние на вкус, создавая новые вкусовые соединения; - способствует смягчению, маскировке нежелательных привкусов и запахов, присущих рыбе (особенно в процессах хранения или обработки); - при высоких концентрациях может изменять цвет (придавая желтые или коричневые оттенки) в особенности при контакте с кислородом
3 Магний Mg Д - - способствует улучшению текстуры и формированию более насыщенного вкуса; - способствует удалению слизи и загрязнений с поверхности рыбы
4 Кальций Ca Д - - способствует сохранению текстуры и упругости тканей рыбного сырья; - взаимодействуя с другими элементами может влиять на общую солёность продукта, изменяя его вкус; - влияет на сохранение натурального цвета, предотвращает потемнение или обесцвечивание; - помогает сделать поверхность рыбы более гладкой и блестящей
Также МВ содержит множество других элементов, таких как железо (Fe), медь (Cu), цинк (Zn) и пр., которые оказывают общее благоприятное воздействие на состояние рыбной продукции. Однако МВ также является агрессивной средой, представляющей многокомпонентный раствор, содержащий не только электролиты, но различного рода примеси и загрязняющие вещества. Водоподготовка позволяет адаптировать состав и качество МВ, для её последующего использования.
Основные операции, где используется МВ - охлаждение и мойка, наряду с этим ее применяют в кулинарии рыбной и морепродукции. Далее некоторые данные, взятые из научнотехнических и информационных источников про технологические операции с использованием морской воды:
- при охлаждении рыбы жидкостью используют смесь из воды и соли в количестве 3 % максимум от общего объема воды, преимущество применения МВ при охлаждении заключается в том, что уровень соли немного выше (5 %), в связи с этим ее осмотическое давление имеет одинаковый показатель с клеточным соком рыбы, поэтому соль в минимальном объеме попадает внутрь рыбы [14];
41
ISSN 2713-3222. Научные труды Дальрыбвтуза. 2024. № 4 (т. 70)
- при производстве тушек без головы, филе и фарша рыба после предварительной обработки поступает на мойку морской обеззараженной водой. Для производства сурими филе измельчается до фракции фарша и многократно промывается чистой холодной водой до получения очищенных нерастворимых белков. Для промывки используется очищенная, опресненная и обеззараженная МВ [15];
- при засоле трески, после предварительных операций пластованную рыбу промывают в МВ [16, c. 9];
- качество первоначальной мойки рыбы влияет на санитарно-гигиеническое состояние последующих процессов ее обработки. Мойка рыбы производится для того, чтобы удалить с ее поверхности грязь (ил, песок, травы, ракушки и т.д.), микроорганизмы. Слизь на поверхности рыбы начинает усиленно выделяться верхним покровом тела рыбы после ее смерти, поскольку на коже рыбы всегда присутствую микроорганизмы, которые особенно быстро размножаются, когда рыба долго лежит и на ней выделяется снизь. Поэтому необходима тщательная мойка чистой холодной проточной пресной или МВ [17, с. 3];
- свежую рыбу, тщательно промытую и рассортированную по видам и размерам, погружают в холодную жидкость - слабый рассол (2-3 % соли) или МВ (3-5 % солей), осмотическое давление которой приблизительно равно осмотическому давлению клеточного сока, что обеспечивает минимальное проникновение соли в рыбу [18];
- рассортированные комплекты конечностей краба укладывают в корзины из нержавеющей стали и направляют на варку в обеззараженной морской кипящей воде в течение 20-25 мин. Для охлаждения корзины с конечностями погружают в обеззараженную МВ, охлаждённую до 2-5 °С: «затем конечности краба в корзинах промывают струёй морской обеззараженной воды для удаления загрязнений и белковой накипи». Замороженную продукцию направляют на глазирование обеззараженной МВ температурой не выше 2-3 °C путём погружения на 3-5 см в ванны [19, 20].
Наряду с вышеперечисленным МВ используется при кратковременном содержании и транспортировке рыбы живорыбных емкостях [21, с. 97], а также поскольку для охлаждения рыбы используется лёд, в том числе из МВ, его применение может быть обосновано следующими преимуществами: более низкая температура плавления морского льда позволяет хранить рыбу при температуре ниже 0 °С, присутствие солей придает ему антисептические свойства [21, с. 84, 88].
Таким образом, МВ используется при обработке и производстве рыбы и морепродуктов, однако, как отмечалось выше, по причине высокой концентрации растворенных химических соединений и ТМП, содержащихся в МВ, может негативно отражаться на текстуре и вкусе продуктов, поэтому ее использование требует соблюдения определенных этапов, направленных на ее подготовку.
Одним из ключевых этапов в системе водоподготовки является процесс фильтрования, из разнообразия типов фильтров наиболее предпочтительным в рамках РПП определены фильтры с насыпными дисперсными средами (НДС) с различными физико-химическими, гранулометрическими и сорбционными свойствами [12, 22]. Поскольку они на практике доказали свою эффективность в удалении большой части различных видов загрязнений при подготовке воды к технологическому использованию. «Качественный и количественный состав минеральных солей в различных частях океанов неодинаков, что обусловливает разную степень их абсорбции из воды, преобладающую концентрацию имеют кальций (Ca), магний (Mg), натрий (Na), калий (K), фосфор (P), серу (S), хлор (Cl), а также элементы, концентрация которых обычно ниже, к ним относят цинк (Zn), йод (I), марганец (Mn), кобальт (Co), селен (Se)...» [23]. Поэтому фильтрование через различные НДС позволяет достичь баланса при очищении МВ от «вредных» примесей и сохранении «полезных» минеральных веществ, что в свою очередь позволяет расширить спектр технологических операций с использованием МВ.
Многообразие примесей МВ можно представить в виде блок-схемы, систематизированной по следующим признакам, рис. 1.
42
Пищевые системы
Рис. 1. Примеси морской воды, систематизированные по признакам [24].
Составлено авторами
Fig. 1. Seawater impurities classified by characteristics [24]. Compiled by the authors
Примеси воды можно также классифицировать по плотности относительно воды (плавающие, тонущие и зависающие) и пр. Исходя из этого, МВ может содержать различные примеси, тщательное исследование их свойств является важным аспектом для определения наиболее эффективного способа подготовки воды.
Согласно Л. А. Кульскому [8] примеси воды классифицируются по двум главным факторам: дисперсность и их фазовое состояние, рис. 2.
При водоподготовке данная классификация эффективна тем, что, определив фазово-дисперсное состояние примесей в воде и установив ее принадлежность к какой-то группе, можно предварительно выбрать комплекс методов и стадий очистки воды. Наряду с этим фазово-дисперсное состояние примесей должно устанавливаться после каждой стадии обработки воды и учитываться при проектировании всей системы водоподготовки [25].
43
ISSN 2713-3222. Научные труды Дальрыбвтуза. 2024. № 4 (т. 70)
Рис. 2. Фазово-дисперсная характеристика примесей по Л.А. Кульскому [8, 26]
Fig. 2. Phase-dispersion characteristics of impurities according to L.A. Kulsky [8, 26]
Таким образом, МВ представляет собой сложный водный раствор, насыщенный множеством микроэлементов и примесей различной природы происхождения, обработка морской воды позволяет не пренебрегать ею, а расширить спектр применения, делая ее ценным компонентом кулинарии рыбной продукции.
Объекты и методы исследования
В данной работе объектом исследования определены образцы МВ, отобранные в акватории Амурского залива г. Владивостока. Поскольку пробы морской воды необходимо отбирать на значительном расстоянии от береговой линии, где в наименьшей степени оказывается влияние береговых, бытовых и промышленных стоков, оптимальным местом для взятия проб МВ для исследования выбрана акватория мыса Амбросимова бухты Диомид, расположенная в проливе Босфор Восточный залива Петра Великого Японского моря. Отбор проб МВ осуществлялся в соответствии с действующими нормативными документами [27, 28, 29].
Для отбора, транспортировки и хранения проб морской воды использовали стандартные пластиковые бутылки емкостью 5000 мл. Пробы морской воды отбирались вручную с использованием чистых пластиковых ведер, путем зачерпывания в поверхностном слое. В процессе отбора проб измеряли температуру (t, °С) воды с помощью резистивного платинового температурного датчика с ценой деления 0,01 °С.
Перед использованием подготовленные бутылки дважды ополаскивали отбираемой МВ, затем заполняли до краевой границы и плотно укупоривали крышкой, сразу же помещали в плотные черные полиэтиленовые пакеты, чтобы избежать попадания света в емкости с отобранной МВ. Наряду с этим, бутылки маркировали информацией, содержащей время и место отбора проб, а данные о пробе воды фиксировали в журнал наблюдений (цель пробоотбора, номер емкости, число, время, место отбора, температуру воды).
Методы отбора, транспортировка, подготовка и хранение направлены на обеспечение сохранности проб МВ в интервале времени между отбором проб и работой с ними [30].
Методы исследования: - анализ ряда показателей (общие взвешенные вещества (TTS), О2, NO3, PO4, фенолы, NH4, Mn, Cu, Fe, Zn, Pb, Cd) МВ осуществляли фотометрически с помощью фотометра Эксперт-003; - исследование концентрации Ca и Mg в отобранных образцах
44
Пищевые системы
осуществлялось с помощью профессиональных тестов Aquamarine TEST Pro Ca, Mg; - при помощи многофункционального анализатора W3988 в разных режимах измеряли: ионы водорода pH (цена деления: 0,01 pH), солёность S, %о (цена деления: 0,01 %о), температуру t, °С (цена деления 0,1 °С); - плотность (р, кг/м3), а также измерения солёности дублировались с помощью оптического рефрактометра Brix&Salinity (0,2%о); - опционно использовали термометр-щуп (цена деления 0,1 °С).
Результаты и обсуждение
Для множества процессов, в том числе фильтрования, области аквакультур ы и производства соли, ключевое значение имеют данные о составе и свойствах МВ. Это позволяет оптимизировать процессы и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. Результаты исследования некоторых показателей МВ представлены в табл. 3 (получено авторами).
Таблица 3 Исследование показателей морской воды
Table 3
Research of sea water parameters
№ п/п Показатели Условное обозначение/ Формула Ед. измерения Значение ПДК не более Характеристика (описание)
1 2 3 4 5 6 7
1 Общие взвешенные вещества TTS мг/дм3 7,6 1500 мг/дм3 TTS напрямую влияют на качество, прозрачность МВ, в том числе оказывают негативное влияние на оборудование, преждевременно выводя его из строя
2 Растворенный кислород О2 мг/дм3 8,02 Не менее 4 мг/л в любой период года, в пробе, отобранной до 12 ч дня Является важным фактором экологического и санитарного состояния водного объекта, резкое снижение концентрации О2 в МВ может свидетельствовать о его загрязнении легкоокисляющимися (чаще всего органическими) примесями
3 Нитраты NO3 мкг/дм3 7,3 45,0 мг/л Повышенное содержание NO3 приводит к эвтрофикации (избыточному росту водорослей), что, в свою очередь, приводит к ухудшению качества воды и снижению уровня кислорода, негативно сказываясь на экосистемах
4 Фосфаты PO4 мкг/дм3 13,8 3,5 мг/л Превышение PO4 также приводит к эвтрофикации и её негативным последствиям, также приводит к образованию отложений в трубопроводах и коррозии оборудования
5 Фенолы C6H6O мкг/дм3 1,77 0,001 мг/л Высокое содержание C6H6O в МВ может привесит к образованию маслянистых плёнок на поверхности, это приводит к затруднению естественного газообмена и снижению концентрации О2 в воде. Негативное влияние C6H6O не ограничивается изменением вкусовых качеств воды, наряду с этим они обладают кумулятивными и канцерогенными свойствами
6 Аммоний NH4 мкг/дм3 41 1,5 2,0 мг/л Высокие концентрации NH4 оказывают отрицательное воздействие на водные объекты, влияя на pH и окислительно-восстановительный потенциал воды, тем самым сказываясь на протекании биохимических процессов
45
ISSN 2713-3222. Научные труды Дальрыбвтуза. 2024. № 4 (т. 70)
7 Марганец Mn мкг/дм3 4,3 0,1 мг/л Является необходимым элементом для ряда биологических процессов, однако его избыток может быть токсичным для морских организмов. Высокий уровень Mn влияет на прозрачность и биохимические свойства воды, при наличии других загрязнителей (тяжелых металлов) негативный эффект Mn может усиливаться
8 Медь Cu мкг/дм3 2,98 1,0 мг/л Превышенные концентрации Cu в МВ отрицательно сказывается на морских организмах и экосистемах в целом, по причине накопления меди в организмах морских гидробионтов и при дальнейшем употреблении человеком таких особей возможны проблемы со здоровьем и отравления
9 Железо, Fe мкг/дм3 22,2 0,3 мг/л Чрезмерное содержание Fe негативно сказывается не только на органолептических свойствах воды, является токсичным для водных объектов, а также влияет на состояние и долговечность металлических трубопроводов, способствуя образованию ржавчины и осадков
10 Цинк Zn мкг/дм3 63,5 5,0 мг/л Zn имеет схожее с железом негативное влияние на водные объекты, имеет потенциальную токсичность для человека, а также при взаимодействии с другими микроэлементами может влиять на их усвояемость
11 Свинец Pb мкг/дм3 4,45 0,01 мг/л Загрязняет морскую среду, накапливается в организмах морских животных, тем самым влияя на пищевые цепи. Употребление человеком рыбных и морепродуктов, содержащих свинец, приводит к различным заболеваниям
12 Кадмий Cd мкг/дм3 0,3 0,001 мг/л По своим негативным свойствам имеет схожее влияние со Pb.
13 Кальций Ca мг/л 400 25-130 мг/л Является важным элементом для морских экосистем, необходим для многих физиологических процессов морских гидробионтов. Однако превышение концентраций Ca может влиять на кислотнощелочной баланс воды, приводить к образованию осадков, это нарушает экосистемы
14 Магний Mg мг/л 1286 50 мг/л Наряду с Ca, Mg является незаменимым элементом для морских экосистем, однако его избыток также ведет к нарушению их баланса. В пищевой промышленности высокое содержание Mg может спровоцировать изменения в химическом составе конечного продукта
15 Соленость S % 29,7 - Высокое содержание S увеличивает вероятность проявления коррозии металлических элементов, в некоторых и технологических процессах может снижать эффективность передачи тепла и увеличивать затраты энергии, а также имеет влияние на качество конечного продукта
16 Ионы во- дорода pH усл. е. 7,98 6,0-9,0 Значение pH влияет на скорость протекания различных химических реакций в воде, от этого значения зависит уровень коррозионной агрессивности воды. Контролировать рН необходимо на всех этапах водоочистки, так как его отклонение от нормы в одну из сторон, как правило, существенно сказывается на орган. свойствах воды
46
Пищевые системы
17 Температура t °С 25,1 - t воды влияет на скорость хим. реакций, изменение её значения может влиять на физико-химические свойства растворов, что в свою очередь сказывается на качестве конечного продукта
В рамках реализации механизма «регуляторная гильотина» с 2021 г. обязательные требования при производстве пищевой продукции, в частности, рыбной продукции, установлены в технических регламентах: ТР ТС 021/2011 Технический регламент Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции», ТР ЕАЭС 040/2016 «О безопасности рыбы и рыбной продукции». Несмотря на эти изменения в законодательстве, требования к воде, применяемой при изготовлении пищевой продукции и контактирующей с сырьем, материалами упаковки должна соответствовать требованиям, предъявляемым к питьевой воде (ст. 12, ТР ТС 021/2011 (изменениями на 14 июля 2021 г.). В табл. 3 приведены ПДК (предельно допустимые концентрации) согласно санитарным правилам и нормам СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
Таким образом, исследование показателей состава морской воды является важным аспектом подбора способа очитки и в конечном итоге достижения необходимого качества воды. К примеру, обработка воды с помощью насыпных фильтров позволяет очистить воду от множества различных загрязнений, в табл. 4 представлена классификация примесей морской воды, их свойства, а также рекомендации по очистке, основанные на теоретической и экспериментальной базе.
Влияние примесей МВ на качество рыбной продукции можно определить двумя группами: 1) органолептические свойства: - соли - наличие солей в МВ оказывает влияние на вкус рыбной продукции, а также высокая концентрация солей может придавать рыбе жесткую, сухую консистенцию; - органические загрязнения - придают рыбной продукции посторонние, неприятные запахи и привкусы; 2) безопасность: - ТМ - приводит к проникновению токсичных веществ в рыбную продукцию, что делает её опасной и непригодной для употребления; -микроорганизмы - повышенное содержание патогенных бактерий, вирусов и паразитов в МВ отрицательно влияет на рыбную продукцию, приводя к её порче и, как следствие, увеличивает риск возникновения пищевых отравлений при употреблении.
Исходя из этого загрязнённая МВ при обработке рыбной продукции снижает товарные качества и вкусовые характеристики конечного продукта. Водоподготовка, контроль качества МВ и своевременные меры являются важными для обеспечения высокого качества, безопасности и хорошего вкуса рыбной продукции. Поэтому комбинации НДС позволяют достигать наилучшего результата очистки и значительно повышают эффективность процесса фильтрования в связи с тем, что: - разная дисперсность слоев ФМ позволяет улавливать не только крупные, но и мелкие загрязняющие вещества; - сочетание ФМ с высокой пористостью и текстурой способствует увеличению площади поверхности, что в свою очередь улучшает взаимодействие с загрязняющими веществами и увеличивает скорость фильтрования; - взаимодополняющие эффекты ФМ усиливают фильтрующие свойства друг друга, улучшая адсорбцию, катализ и другие процессы.
Заключение
Анализ примесей МВ показал, что проблема их удаления не может быть решена простыми методами. Необходим комплекс способов и средств для ее очистки. Насыпное фильтрование для загрязнений такого типа является наиболее приемлемым, так как совместное использование различных материалов для фильтрующей загрузки позволяет очищать воду от более широкого спектра загрязнителей, а также способствует замедлению засорения фильтра и увеличению его срока эксплуатации.
47
Таблица 4 Классификация примесей МВ, анализ их свойств, рекомендации к подбору ФМ, полученные на основании экспериментальных данных Table 4 Classification of impurities of SW, analysis of their properties, recommendations for the selection of FM, obtained on the basis of experimental data
№ п/п Название примеси Свойства Рекомендуемые ФМ
1 МП1 Состав (зерна): кварц, кремнезем и др. минералы различного размера, формы и распределения. Р10: 0,16-5 мм; у11: 1,62 т/м3; р12: 1200-1700 кг/м3 (сухой); 1920 кг/м3 (мокрый); 2080 кг/м3 (мокрый уплотненный) РП15 (0,4-3 мм); С/Ц16 (0,5-1,4 мм); С/А17 (0,8-2 мм); К18 (0,8-5 мм)
2 МГ2 Состав: большое количество минералов и элементов (кремний, кальций, магний и железо, соли и др.). Р: 0,01-0,001 мм; у: 2,74 т/м3; р: 2,5 кг/смз (сухая ); 4 кг/см3(влажная) РП (0,4-3 мм), С/Ш19 (20-40 мм, С/Ц (0,5-1,4 мм), С/А (0,8-2 мм), С/АУ20 (0,4-1,7 мм), С/МКУ21 (0,41,7 мм), К (0,8-5 мм)
3 МИ3 Состав: в основном из обломков зёрен кварца. Р (между МП и МГ): менее 0,01 мм; у: 0,71-0,59 т/м3 (сухой); 0,56-0,46 т/м3; (мокрый), р: 1,5-1,6 т/м3
4 МНМ4 Состав: углеводороды, получаемые из нефти и других природных источников. МНМ имеют низкую растворимость в воде и образуют на её поверхности пленки, что может препятствовать газообмену и фотосинтезу водорослей. р: 890-917 кг/м3; р (в жидкой фазе): 750-995 кг/м3 при 20 °С; w13 при /=100 °С: 3-4 мм2/с (маловязкие); 4-6 мм2/с (средневязкие); 8-9 мм2/с (вязкие) С/Ш (20-40 мм); С/Ц (0,5-1,4 мм); С/А (0,8-2 мм); С/АУ (0,4-1,7 мм); С/МКУ (0,4-1,7 мм); РП (0,4-3 мм), К (0,8-5 мм)
5 ММО5 Состав: микроорганизмы почвы, смываемые с берегов, приносимые реками и собственно морскими видами, обнаруживаемыми в открытом море (споровые и бесспоровые палочки, кокки, актиномицеты, дрожжеподобные грибы, люминесцентные бактерии): - бактерии (Р в диаметре: 0,2-10 мкм; В14: 0,001-0,01 мкг на одну клетку); - археи (Р: 0,1-15 мкм; В: 0,001-0,01 мкг на одну клетку); - фитопланктон (Р: 1-100 мкм; В: от 1 до 1000 мкг, в зависимости от размера и типа); - зоопланктон (Р: 0,2-2 см; В: от 1 мкм до 2 мг, в зависимости от вида); - вирусы (Р: 20-300 нанометров (нм); В: 0,0001-0,01 мкг) РП (0,4-3 мм); С/Ш (20-40 мм); С/Ц (0,5-1,4 мм); С/А (0,8-2 мм); С/АУ (0,4-1,7 мм); С/МКУ (0,4-1,7 мм), К (0,8-5 мм); ПЗ22 (5-50 мм)
6 МВР6 Состав: макроскопические, многоклеточные, донные МВР: - многоклеточные водоросли, почвенные водоросли (Р: 1 см - 2 м, В: 1 г - 10 кг в зависимости от размера и вида); - большие МВР (Р: 1-60 м; В: некоторые виды могут достигать значительного веса, например, гигантская ламинария может весить более 100 кг; - морские травы (Р: 10 см - 2 метров, В: от нескольких кг/м2 в зависимости от плотности и роста) РП (0,4-3 мм); С/Ш (20-40 мм), С/Ц (0,5-1,4 мм); С/А (0,8-2 мм); С/АУ (0,4-1,7 мм); С/МКУ (0,4-1,7 мм); К (0,8-5 мм)
7 МС7 Общее название для всех растворенных солей, содержащихся в МВ, их концентрация (соленость) изменяется в зависимости от температуры, испарения и осадков (Р: 0,035-0,5 мкм) Ионообменные смолы (0,570,67 мм)
8 ТМ8 Группа металлов и металлоидов, обладающих высокой плотностью и токсичными свойствами даже в относительно в небольших концентрациях. Содержание ТМ в МВ: свинец (Pb): менее 2 мкг/л, ртуть (Hg): около 0,01-0,5 мкг/л, кадмий (Cd): менее 0,1 мкг/л, арсен (As): от менее 1 до нескольких мкг/л в зависимости от места, мышьяк (As) и Хром (Cr): менее 0,1 мкг/л. Значения ТМ могут варьируются и превышают норму в загрязнённых районах, в близости к промышленным зонам и в реках, впадающих в океан РП (0,4-3 мм); С/Ш (20-40 мм); С/Ц (0,5-1,4 мм); С/А (0,8-2 мм); С/АУ (0,4-1,7 мм,); С/МКУ (0,41,7 мм); К (0,8-5 мм)
9 ОВМВ9 Состав: разнообразный набор углеродсодержащих соединений естественного и антропогенного (искусственного) происхождения. Основные типы ОВ: 1) биогенные (углеводы; белки, липиды); 2) медленно разлагаемые (гуминовые и фульво-кислоты); 3) антропогенные (пестициды и гербициды; фармацевтические вещества и гормоны; промышленные химикаты; углеводороды) РП (0,4-3 мм); С/Ш (20-40 мм); С/Ц (0,5-1,4 мм); С/А (0,8-2 мм); С/АУ (0,4-1,7 мм,); С/МКУ (0,4-1,7 мм); К (0,8-5 мм)
Примечание. 1 - морской песок; 2 - морская глина; 3 - морской ил; 4 - минеральные (нефтяные) масла; 5 - морские микроорганизмы; 6 - морские водоросли; 7 - морские соли; 8 - тяжелые металлы; 9 - органические вещества МВ; 10 - размер; 11 - удельный вес; 12 - плотность; 13 - вязкость; 14 - вес; 15 - разновидности песка; 16 - сорбент (цеолит (клиноптилолит); 17 - сорбент (антрацит); 18 - керамзит; 19 - сорбент (шунгит); 20 - сорбент (активированный уголь из скорлупы кокоса); 21 - сорбент (минеральный (каменный) уголь); 22 - пластиковая загрузка
48
Пищевые системы
Список источников
1. Альшевская М. Н., Анистратова О. В., Мошарова М. Э. Научные основы технологических процессов. Калининград : КГТУ, 2022. 267 с. ISBN 978-5-94826-622-0.
2. Хорн Р. Морская химия: монография / пер. с англ. Ю. П. Алешко-Ожевского, Г. Н. Батурина ; под ред. А. М. Блоха. М. : Мир, 1972. 400 с.
3. Виноградов А. П. Избранные труды. Геохимия океана. М. : Наука, 1989. 220 с. ISBN: 5-02-003188-7.
4. Попов Н. И., Федоров К. Н., Орлов В. М. Морская вода. Справочное руководство (Состав, термодинамические характеристики, химические равновесия, физические свойства) / под ред. А. С. Монина. М. : Наука, 1979. 327 с.
5. Алекин О. А., Ляхин Ю. И. Химия океана. М. : Гидрометеоиздат, 1984. 344 с.
6. Архипкин В. С., Добролюбов С. А. Океанология. Физические свойства морской воды. М. : Юрайт, 2024. ISBN: 978-5-534-04102-6.
7. Архипкин В. С. Морская вода: [Электронный ресурс] // Большая российская энциклопедия, 2004-2024. Режим доступа: https://old.bigenc.ru/geography/text/2231113.
8. Кульский Л. А., Гороновский И. Т. и др. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды: в 2 ч. Киев : Наукова думка, 1980. 566 с.
9. Куликов Н. Н., Ножевникова А. Н., Зубов Г. Н. и др. Очистка муниципальных сточных вод c повторным использованием воды и обработанных осадков: теория и практика / под ред. Н. И. Куликова, А. Н. Ножевниковой. М. : Логос, 2014. 400 с. ISBN 978-5-98704-802-3.
10. Гурвич С. М. Водоподготовка. М.; Л. : Госэнергоиздат, 1961. 240 с.
11. Вихреев В. Б., Шкроб М. С. Водоподготовка / под ред. М. С. Шкроба. М. : Энергия, 1973. 416 с.
12. Крикун А. И. Совершенствование процесса фильтрования воды на рыбоперерабатывающих предприятиях: дис. ... канд. техн. наук: 05.18.12 / Крикун Александра Игоревна. Кемерово, 2017. 219 с.
13. Волков А. Х., Папуниди Э. К., Якупова Л. Ф. Оценка качества и безопасности рыбы и морепродуктов. Казань : КГАВМ, 2020. 154 с.
14. Охлаждение свежей рыбы [Электронный ресурс] // Chipka.ru, 2014-2023. Режим доступа: https://chipka.ru/news/ohlazhdenie-svezhej-ryby.
15. Процессы производства: [Электронный ресурс] // Русская Рыбопромышленная компания, 2016-2024. Режим доступа: https://russianfishery.ru/customers/production/.
16. Ибрагимов М. О. Технология переработки рыбы. Грозный: Чеченский государственный университет, 2016. 56 с.
17. Ястребов С. М. Подготовка рыбы к консервированию. М. : Пищепромиздат, 1937. 104 с.
18. Технология производства рыбных продуктов: [Электронный ресурс] // Технологии производства, 2013-2024. Режим доступа: https://proiz-teh.ru/ryba.html.
19. Харенко Е. Н., Артемов Р. В., Новосадов А. Г., Пресняков А. В. Анализ норм выхода продуктов переработки крабов при рассольном и воздушном замораживании // Труды ВНИРО. 2016. Т. 159. С. 13-22.
20. Подкорытова А. В., Строкова Н. Г., Семикова Н. В. Комплексная переработка камчатского краба при производстве пищевой продукции и биологически активных веществ // Труды ВНИРО. 2018. № 172.
21. Голубев В. Н., Кутина О. В. Справочник технолога по переработке рыбы и морепродуктов. СПб. : Гиорд, 2005. 408 с.
22. Феоктистова В. В. Совершенствование процесса фильтрования морской воды насыпными дисперсными средами: научно-квалификационная работа: 4.3.3 Пищевые системы / Феоктистова Вероника Вячеславовна. Кемерово, 2024. 133 с.
49
ISSN 2713-3222. Научные труды Дальрыбвтуза. 2024. № 4 (т. 70)
23. Потребность рыб в питательных веществах: минеральные элементы [Электронный ресурс] // Aquaristics.ru, 2016-2024. Режим доступа: https://www.aquaristics.ru/pond/forage/po-trebnost-ryb-v-pitatelnyh-veschestvah-mineralnye-elementy/.
24. Очистка муниципальных сточных вод с повторным использованием воды и обработанных осадков: теория и практика / ред.: Н. И. Куликов, А. Н. Ножевникова. М. : Логос, 2014. 403 с. ISBN 978-5-98704-802-3.
25. Справочник перспективных технологий водоподготовки и очистки воды с использованием технологий, разработанных организациями оборонно-промышленного комплекса и учетом оценки риска здоровью населения [Электронный ресурс] // Издательский дом «Отраслевые ведомости», 2004-2024. Режим доступа: http://new.ecoindustry.ru/news/view/55651.html.
26. Rudnev S. Modernisation of filter design with bulk dispersed media / S. Rudnev, A. Krikun, V. Feoktistova // E3S Web of Conf. International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Environmental Technologies, 2023. Vol. 458. Article Number 08021. DOI: 10.1051/e3sconf/202345808021.
27. ГОСТ 17.1.5.05-85. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков. М. : Госстандарт РФ, 1985. 9 с.
28. ГОСТ 17.1.5.04-81. Охрана природы. Гидросфера. Приборы и устройства для отбора, первичной обработки и хранения проб природных вод. Общие технические условия. М. : Изд-во стандартов, 2003. 5 с.
29. ГОСТ Р ИСО 59024-2020. Воды. Общие требования к отбору проб. М. : Российский институт стандартизации РФ, 2022. 53 с.
30. Отбор, транспортировка, подготовка и хранение проб морской воды, предназначенной для приготовления питательных сред: [Электронный ресурс] // Ресурсная коллекция «Морской биобанк», 2016-2024. Режим доступа: https://marbank.dvo.ru/index.php/ru/materialy-i-metodika/podgotovka-k-vydeleniyu-mikrovodoros lej-v-kulturu/otbor-morskoj-vody.
Информация об авторах
A. И. Крикун - кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологические машины и оборудование», SPIN-код: 6217-9103, AuthorlD: 946577, ORCID: 0000-0002-9330-2555.
С. Д. Руднев - профессор, доктор технических наук, профессор кафедры медицинской, биологической физики и высшей математики, SPIN-код: 6389-7238, AuthorID: 423406, ORCID: 0000-0003-2506-6121.
B. В. Феоктистова - заведующая лабораторией, SPIN-код: 4146-3970, AuthorID: 998024, ORCID: 0000-0002-7680-2611.
Information about the authors
A. I. Krikun - PhD in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Technological Machines and Equipment, SPIN code: 6217-9103, AuthorID: 946577, ORCID: 0000-00029330-2555.
S. D. Rudnev - Professor, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Medical, Biological Physics and Higher Mathematics, SPIN code: 6389-7238, AuthorID: 423406, OR-CID: 0000-0003-2506-6121.
V. V. Feoktistova - Head of the laboratory, SPIN code: 4146-3970, AuthorID: 998024, OR-CID: 0000-0002-7680-2611.
Статья поступила в редакцию 31.10.2024, одобрена после рецензирования 7.11.2024, принята к публикации 26.11.2024.
The article was submitted 31.10.2024, approved after reviewing 7.11.2024, accepted for publication 26.11.2024.
50
