Органолептические показатели воды: что это такое и почему важно о них знать

Страница не найдена | КВАНТА +

Водонагреватели

Не так просто выбрать водонагреватель напорный проточный из множества марок и модификаций, представленных на

Водонагреватели

Для нагрева водопроводной воды в жилых и офисных помещениях применяют электрическое оборудование, работающее от

Водонагреватели

Перед покупкой водонагревателя «Термекс» 30 литров необходимо определить его расположение в доме или квартире.

Очистка воды

Вода необходима человеку для правильной работы организма. В природе h3O в чистом виде не

Водонагреватели

Если частный дом или городская квартира не подключены к системе центрального горячего водоснабжения, то

Водонагреватели

При частом отключении горячей воды рекомендуют выбирать качественный бойлер. Водонагреватели «Электролюкс» на 80 литров

Страница не найдена | КВАНТА +

Новости

18 мая компания «Кванта +» приняла участие в субботнике на озере Алебашево. Мы поддерживаем инициативу партнеров

Водонагреватели

Компактный дачный умывальник с водонагревателем предназначен для мытья рук и фруктов на загородных участках.

Водонагреватели

Периодическое или полное отсутствие горячей воды в квартирах и частных домах становится причиной бытовых

Кулеры

Помпа для воды с электрическим или ручным приводом позволяет упростить процесс перекачивания бутилированной воды

Очистка воды

Железо – один из самых распространенных на Земле металлов. Он содержится в земной коре,

Водонагреватели

Напольный водонагреватель — простой в установке вариант бойлера. От владельца дома потребуется только подключить

Страница не найдена | КВАНТА +

Водонагреватели

Водонагреватели Ariston популярны на мировом рынке. Это обусловлено высоким качеством продукции и длительным сроком

Водонагреватели

Водонагреватели применяются для нагрева воды в местах, где часто случаются перебои в подаче горячей

Фильтры

Вода, текущая в водопроводе, считается очищенной до питьевых норм и безопасной для использования. Однако

Очистка воды

Промышленные и бытовые стоки являются источником опасных химических соединений, тяжелых металлов и микроорганизмов. Сброс

Водонагреватели

Во время летнего ремонта трубопроводов многие городские квартиры остаются без горячей воды. Популярностью в

Водонагреватели

Бойлер — специальный прибор, используемый для непрерывного подогрева холодной воды. Возникают ситуации, при которых

Страница не найдена | КВАНТА +

Новости

Всем большое спасибо за участие и ваши работы, все без исключения заслуживают высших похвал,

Фильтры

Уже давно известно, что вода, которая поступает в городские квартиры и дома, не совсем

Защита от протечек

Поставляемая под маркой «Нептун» защита от протечек обеспечивает автоматическое перекрытие воды в помещении. Производитель

Анализ воды

Вода, подаваемая сетью централизованного водоснабжения, делится на два вида: техническая и питьевая. Первая используется

Очистка воды

Ультрафиолетовая очистка воды – современная технология, позволяющая снизить риск бактериального заражения. Свет не поможет

Новости

Внимание!!! Мы рады сообщить Вам о старте акции «Гарантия лучшей цены». Это выгодная цена

Органолептические показатели воды | компания «Waterman»

Принцип, используемый для выяснения качества водной среды водоёма в плане органолептических свойств, заключается в его прямом осматривании. Наблюдения такого типа сводятся к обращению должного внимания на нетипичные для прочих водоёмов этих мест процессы, говорящие о наличии загрязнения в воде. Часто это гибель рыбы, растений и иных организмов, наличие пузырьков из образований на дне, замутненная вода, наличие пятен, запаха, плёнок нефти.

Запах

Особенность водной среды вызывать раздражение оболочек носовых проходов. Главные характеристики запаха – типы и уровень интенсивности. Исчисляется последний показатель запаха воды баллами. Причина присутствия запаха воды – особые летучие вещества, имеющие запах, которые поступают в воду с продуктами жизнедеятельности организмов, населяющих водоём. Это возможно из-за биохимического разложения органики, взаимодействия химических элементов, которые присутствуют в водной среде. Соединения проникают в водоём со сточными водами, имеющими сельскохозяйственную, промышленную и бытовую природу.

Запах водной среды оказывает влияние на состав компонентов, температурный режим и показатель рН, уровень загрязнения водоёма, биологический баланс и гидрологические условия.

Таблица 1. Классификация запахов воды

Таблица 2. Определение интенсивности запаха воды

Мутность

Различная мутность естественных водоёмов объясняется наличием в них тонкодисперсных компонентов. Данные примеси — это коллоиды и взвеси неорганических и органический веществ. Процесс качественного анализа осуществляют путём описания: слабая опалесценция, опалесценция, слабая, заметная и сильная муть.

В соответствии с Санитарными правилами и нормами, предъявляемыми к составу воды, применяемой для питья, мутность (степень замутнённости) не должна превышать значение в 1,5 мг/дм³.

Степень мутности воды фиксируют турбидиметрически (по угасанию светового потока, который проходит сквозь пробу). Турбидиметрический способ можно использовать для воды, имеющей нестабильный изменяющийся состав и форму тонкодисперсных примесей. Без подготовительного прохождения через фильтр пробы турбидиметрически измеряются как коллоидные частицы, так и взвеси.

Уровень мутности можно измерить в нефелометрических единицах мутности для вод с незначительными концентрациями примесей (например, вод питьевой категории). При высокой замутнённости часто используют определение единиц мутности по формазину (ЕМФ). Границы показателей – 40–400 ЕМФ.

Цветность

Качество воды по показателю «цветность» выражается уровнем окрашивания воды и объясняется наличием в ней окрашенных веществ; величина измеряется градусами платиново-кобальтовой шкалы. Это значение определяют посредством анализа цветовой гаммы испытуемой воды с образцами.

Уровень цветности вод, имеющих естественную природу, объясняется наличием компонентов гумуса и соединений трехвалентного железа. Содержание этих элементов напрямую зависит от геологических процессов, водоносных горизонтов, состава почвы, наличия болот и торфяников в бассейне водоёма и т.п. Cточные воды заводов часто добавляют воде более выраженный цвет .

Показатель цветности воды в естественных водоёмах варьируется от 1 до 1000 градусов.

Выделяют «истинный цвет», который объясняется лишь компонентами, которые растворились в воде. И «кажущийся» цвет, вызванный присутствием в воде коллоидных и взвешенных элементов. Соотношение данных значений в большей степени зависит от уровня pH воды.

Допустимый предел цветности воды, применяемой как питьевая, имеет 35 градусов по платиново-кобальтовой шкале. Соответственно критериям, предъявляемым к качеству воды в границах рекреационной области окрашивание воды не должно определяться визуальным способом в столбике, высота которого 10 см.

Высокий показатель цветности воды снижает ее органолептические свойства и негативно воздействует на развитие представителей флоры и фауны, населяющей водоём, в ходе кардинального снижения наличия растворенного кислорода в воде, уходящего на окисление комбинаций железа и компонентов гумуса.

Прозрачность

Прозрачность (или светопроницаемость) в водоёме, имеющем нерукотворную основу, может быть определена цветом и уровнем мутности воды, т.е. присутствием в ней разных окрашенных и взвешенных минеральных элементов и органики.

По степени прозрачности водная среда разделяется на прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, немного мутную, мутную, крайне мутную. Показатель выражения степени прозрачности – уровень высоты столба воды, во время этого можно узреть опускаемую в водную среду белую пластину указанных габаритов (диск Секки) или можно различить на листе белой бумаги шрифт определенного размера и вида (шрифт среднего уровня жирности, высотой 3.5 мм). Полученные данные измеряют в сантиметрах, указывая принцип получения.

Таблица 3. Характеристика вод по прозрачности

Угасание в замутнённой водной среде интенсивности светового потока с погружением на глубину ведёт к улучшению возможности поглощать энергию солнца у поверхности. Более тёплая вода у поверхности сводит к минимуму скорость транспорта кислорода, содержащегося в воздухе в водную среду, понижает степень плотности воды, уравновешивает стратификацию. Снижение интенсивности светового потока уменьшает эффективность процессов фотосинтеза и биологическую продуктивность водоема.

Выявление уровня прозрачности воды – главный элемент программы наблюдений состояния водоёма. Повышение наличия грубодисперсных примесей и уровня мутности определяет водоем, как загрязненный и эвтрофный.

Вкус и привкус

Является ли интенсивным вкус и привкус соответственно с ГОСТ 3351-74 проверяют посредством соотнесения с шестибальной шкалой – табл. 4.

Выделяют 4 типа вкусов: солёный, горький, сладкий, кислый.

Характеристика качества оттенков вкусовых ощущений – привкуса – выражают посредством описания: хлорный, рыбный, горьковатый и т.д. Одним максимально распространеных солоноватый вкус воды. Это легко объяснить хлоридом натрия, растворённым в водной среде, горьковатый – сульфатом магния, кисловатый – перенасыщением свободного диоксида углерода и т.д. Порог восприятия вкуса соленых растворов выявляют определёнными концентрациями (в дистиллированной воде) NaHCO₃ – 450, NaCl – 165; FeSO₄ – 1,6; CaCl₂ – 470; MnSO₄ – 15,7; MgCl₂ – 135; CaSO₄ – 70; MnCl₂ – 1,8; MgSO₄ – 250; FeCl₂ – 0,35.

По степени влияния на вкусовые рецепторы ионы группы металлов могут быть выстроены в такие ряды:

катионы: NH₄⁺ → Na⁺ → K⁺; Fe²⁺ → Mn²⁺ → Mg²⁺ → Ca²⁺;

анионы: ОН^— → NO₃^— → Cl^— → HCO₃^— → SO₄^2-

Таблица 4. Характеристика вод по интенсивности вкуса

Уважаемые господа, если у Вас возникла потребность коррекции одного или нескольких органолептических показателей воды для доведения её качества до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании Waterman. Мы предложим Вам оптимальную технологическую схему водоочистки.

Органолептические показатели питьевой воды

Методические
материалы для практической работы №2
дисциплины санитария и гигиена питания

Органолептические
показатели питьевой воды.

Питьевая вода
должна обладать хорошими органолептическими
свойствами, т.е. быть
прозрачной, бесцветной, неокрашенной,
без привкусов и запаха, иметь освежающую
температуру и не содержать видимых
примесей.

Температура
воды.
Оптимальной для физиологических
потребностей человека температурой
питьевой воды является 8-15 ^оС.
Она оказывает приятное освежающее
действие, лучше утоляет жажду, быстрее
всасывается, стимулирует секреторную
и моторную деятельность желудочно-кишечного
трата. Температура воды 25 ^оС
плохо утоляет жажду, температура 25-35 ^оС
неприятна и вызывает рвотный рефлекс.

Нормирование
органолептических свойств
воды ведется по двум направлениям: по
интенсивности восприятия человеком
запаха, привкуса, цветности и мутности,
а также по концентрации в воде химических
веществ, влияющих на ее органолептические
свойства.

Запах воды.
Характер и интенсивность запаха
определяют по ощущению воспринимаемого
запаха. Различают две группы запахов:
запахи естественного и искусственного
происхождения.

Запахи естественного
происхождения
обусловлены живущими и отмирающими в
воде организмами, влиянием берегов,
дна, почв, грунтов и т.д. Так, присутствие
в воде растительных остатков придает
ей землистый, илистый или болотный
запах; при цветении вода имеет ароматический
запах; наличие сероводорода придает
воде запах тухлых яиц; при гниении
органических веществ или загрязнении
ее нечистотами возникает гнилостный,
сероводородный или фекальный запах.

Запахи искусственного
происхождения
возникают при загрязнении воды
промышленными и другими сточными водами
(фенольный, камфорный, аптечный, хлорный,
металлический, бензиновый и т.п.).

Интенсивность
запаха питьевой воды оценивается по
5-ти балльной системе, представленной
в табл. 1.
Запах воды не должен превышать 2-х баллов.

Таблица 1

Оценка интенсивности
запаха

Интенсивность запаха	Характер проявления запаха	Интенсивность запаха, баллы
Нет	Запах не ощущается	0
Очень слабая	Запах не ощущается потребителем, но обнаруживается при лабораторном исследовании	1
Слабая	Запах замечается потребителем, если обратить на это его внимание	2
Заметная	Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде	3
Отчетливая	Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья	4
Очень сильная	Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению	5

Вкус и привкус.
Питьевая вода должна быть приятной,
иметь освежающий вкус без какого-либо
постороннего привкуса. Вкус воды зависит
от минерального состава воды, температуры
ее и растворенных газов. Различают
четыре основных вкусовых ощущения:
соленое, кислое, сладкое, горькое. Все
другие вкусовые ощущения называются
привкусами (щелочной, металлический,
хлорный, вяжущий и т.д.). Определение
вкуса и привкуса производится в заведомо
безопасной воде при температуре 20 ^оС,
а в сомнительных случаях воду кипятят
в течение 5 мин и охлаждают.

Гигиеническое
значение запахов и привкусов воды
состоит в том, при их интенсивности выше
2 баллов ограничивается водопотребление;
искусственные запахи и привкусы могут
быть показателями загрязнения воды
сточными водами; естественные запахи
и привкусы выше 2 баллов свидетельствуют
о наличии в воде биологически активных
веществ, выделяемых синезелеными
водорослями.

Цветность —
природное свойство воды, обусловленное
наличием гуминовых веществ, которые
образуются при разрушении органических
соединений в почве, вымываются из нее,
поступают в открытые водоемы и придают
им окраску от желтоватого до коричневого
цвета. Поэтому цветность присуща воде
открытых водоемов и резко увеличивается
в паводковый период. Окраску воде могут
придавать соединения железа
(желто-зеленоватое окрашивание), цветущие
водоросли, взвешенные вещества,
загрязнения сточными водами и др.
Цветность питьевой воды определяют
фотометрическим путем, она не должна
быть выше 20^о,
тогда вода считается бесцветной.

Гигиеническое
значение цветности
состоит в том, что при цветности выше
35^о
ограничивается водопотребление;
увеличение или уменьшение цветности
подземных вод свидетельствует об их
загрязнении; цветность является
показателем эффективности обесцвечивания
воды на водопроводных сооружениях.

Мутность воды
зависит от
наличия в воде взвешенных частиц
минерального или органического
происхождения. Повышенная мутность
ограничивает водопотребление,
свидетельствует о загрязнении природных
вод. Мутность является показателем
эффективности процесса осветления воды
на очистных сооружениях.

Органолептические
показатели питьевой воды должны
соответствовать нормативам, представленным
в табл. 2.

Таблица 2

Органолептические
показатели питьевой воды

_____

Примечание:
величина, указанная в скобках, может
быть установлена на основании
санитарно-эпидемиологической обстановки.

К химическим
веществам, способным ухудшить
органолептические свойства воды,
относятся природные минеральные элементы
(хлориды, сульфаты, железо, медь, цинк,
соли кальция и магния), а также некоторые
химические вещества, добавляемые к
питьевой воде в процессе ее обработки
(соединения алюминия, полиакриламиды
и др.), поэтому установлены предельные
нормативы содержания таких веществ
(табл. 3, 4).

Изменение
органолептических показателей воды
оказывает неблагоприятное влияние на
человека и может привести к ухудшению
санитарного состояния воды (например,
повышение мутности воды снижает
бактерицидное действие хлорирования).

3

2.4. Органолептические свойства воды

Органолептические свойства воды — это
те ее признаки, которые воспринимаются
органами чувств человека и оцениваются
по интенсивности восприятия.

Обонятельные, вкусовые, зрительные,
тепловые ощущения обусловлены физическими
характеристиками воды и наличием в ней
определенных химических веществ
(органических, минеральных солей, газов).
Именно они и придают воде запах, вкус,
привкус, окраску, мутность и т. п.

Поэтому органолептические свойства
воды характеризуются показателями двух
подгрупп: физико-органолептическими,
представляющими собой совокупность
органолептических признаков, воспринимаемых
органами чувств, и химико-органолептическими,
свидетельствующими о содержании
определенных химических веществ,
способных раздражать соответствующие
анализаторы и обусловливать то или иное
ощущение.

Часто отмечаются случаи, когда примеси
в питьевой воде не являются непосредственной
причиной болезни, однако оказывают
опосредованное негативное воздействие
на здоровье, ухудшая органолептические
свойства воды.

Осадок, непривычная окраска, запах и
привкус издавна являлись признаками
недоброкачественности воды, вызывали
у человека отвращение и чувство возможной
опасности для здоровья, заставляли
искать другие источники водоснабжения,
которые могли оказаться опасными в
эпидемическом плане несмотря на хорошие
органолептические свойства.

Хорошие органолептические свойства
воды положительно влияют на организм
человека. Так, приятная на вкус вода
повышает остроту зрения и частоту
сердечных сокращений, неприятная —
снижает. Нельзя не учитывать и эстетическое
влияние органолептических свойств
воды. Тут уместно вспомнить слова Ф.Ф.
Эрисмана: «Было бы непростительной
ошибкой считать удовлетворение такой
эстетической потребности роскошью,
поскольку тут эстетика и гигиена
сливаются настолько, что разделить их
практически не представляется возможным».

2.4.1. Физико-органолептические свойства

Запах – показатель качества воды,
определяемый органолептическим методом
с помощью обоняния на основании шкалы
силы запаха. На запах воды оказывают
влияние состав растворенных веществ,
температура, значения рН и целый ряд
прочих факторов. Интенсивность запаха
воды определяют экспертным путем при
20°С и 60°С и измеряют в баллах, согласно
требованиям.

По характеру запахи делят на две группы:

— естественного происхождения (живущие
и отмершие в воде организмы, загнивающие
растительные остатки и др.) указанные
в Таблице 1;

— искусственного происхождения (примеси
промышленных и сельскохозяйственных
сточных вод).

Запахи второй группы (искусственного
происхождения) называют по определяющим
запах веществам: хлорный, бензиновый и
т.д [4].

Таблица 1

Однако для оценки и сравнения качества
воды недостаточно такой характеристики.
Понятно, что один и тот же запах может
иметь различную интенсивность.

Учитывая изложенное выше, для характеристики
интенсивности запахов воды еще в 1914 г.
в США предложили пятибалльную шкалу: 0
— запах не ощущается, его не выявляет
даже опытный одоратор; 1 — не определяется
потребителем, но обнаруживается опытным
одоратором; 2 — слабый, обнаруживается
потребителем только в том случае, если
указать на него; 3 — заметный, обнаруживается
потребителем и вызывает его неодобрение;
4 — отчетливый, обращающий на себя
внимание и делающий воду не пригодной
для питья; 5 — очень сильный, определяемый
на расстоянии, вследствие чего вода не
пригодна для употребления (см. Таблица
2).

Таблица 2

С повышением температуры ухудшается
растворимость в воде газов. К тому же
увеличивается летучесть растворимых
в воде органических веществ, что приводит
к повышению давления их пара над
поверхностью воды. Из-за этого единица
объема воздуха содержит больше молекул
вещества, и как следствие, в большей
мере раздражаются рецепторы анализатора
обоняния, т. е. запах усиливается.

Кроме того, под влиянием высокой
температуры в воде могут происходить
химические превращения и появляться
новые вещества с запахом. Поэтому запах
воды оценивают как при комнатной
температуре (20 °С), так и при ее нагревании
до 60 °С.

Экспериментально в опытах на животных
доказано, что изменение запаха воды
рефлекторно воздействует на питьевой
режим и физиологические функции
организма. Особенно это касается
неприятных запахов, которые обусловливают
защитную условно-рефлекторную реакцию,
заставляя отказываться от употребления
такой воды.

Качественной можно считать лишь такую
воду, которая, по мнению потребителей,
не имеет запаха. Обычные люди не чувствуют
запаха интенсивностью 0 и 1 балл по
пятибалльной шкале. Запах интенсивностью
2 балла чувствуют лишь некоторые
потребители (до 10% населения), и лишь в
том случае, если обратить на это их
внимание. При повышении интенсивности
запах становится ощутимым для всех
потребителей без какого-либо предупреждения.

Поэтому интенсивность запаха питьевой
водопроводной воды не должна превышать
2 баллов. Кроме того, следует учитывать,
что воду подогревают для приготовления
горячих напитков и первых блюд, а это
может привести к усилению ее запаха.
Именно поэтому питьевая вода должна
иметь запах интенсивностью не выше 2
баллов при температуре как 20 °С, так и
60 °С, что и отражено в государственном
стандарте на питьевую водопроводную
воду.

Вкус и привкус — способность содержащихся
в воде химических веществ после
взаимодействия со слюной раздражать
вкусовые сосочки, расположенные на
поверхности языка, и обусловливать
соответствующие ощущения.

Различают четыре основных вида вкуса:
соленый, кислый, сладкий, горький. Все
другие виды вкусовых ощущений называются
привкусами (щелочной, металлический,
вяжущий и т.п.). Интенсивность вкуса и
привкуса определяют при 20 °С и оценивают
по пятибалльной системе, согласно ГОСТ
3351-74 «Вода питьевая. Методы определения
вкуса, запаха, цветности и мутности».

Качественную характеристику оттенков
вкусовых ощущений – привкуса – выражают
описательно: хлорный, рыбный, горьковатый
и так далее. Наиболее распространенный
соленый вкус воды чаще всего обусловлен
растворенным в воде хлоридом натрия,
горький – сульфатом магния, кислый –
избытком свободного диоксида углерода
и т.д. [4].

Для характеристики интенсивности вкусов
и привкусов воды была предложена
пятибалльная шкала, аналогичная
пятибалльной шкале интенсивности
запахов (см. Таблица 3).

Таблица 3

Запах, вкус и привкус воды имеют
существенное значение. Во-первых, если
они неприятны и легко определяются
потребителями, то это ограничивает
потребление питьевой воды и заставляет
искать новые источники. Во-вторых,
специфические запах, вкус и привкус
свидетельствуют о загрязнении воды
вследствие попадания в водоем (источник
водоснабжения) сточных вод промышленных
предприятий или поверхностного стока
с сельскохозяйственных угодий. В-третьих,
естественный запах, вкус и привкус
свидетельствуют о том, что в воде есть
определенные органические и неорганические
вещества, образовавшиеся в результате
жизнедеятельности водных организмов
(водорослей, актиномицетов, грибов и т.
п.) и биохимических процессов превращения
органических соединений (гуминовых
веществ), которые попали в воду из почвы.
Эти вещества могут быть биологически
активными, небезразличными для здоровья,
обладать аллергическими свойствами и
т. п. И, наконец, запах, вкус и привкус
являются показателями эффективности
очистки воды на водопроводных станциях.

Качественной можно считать только такую
воду, которая, по оценке потребителей,
не имеет вкуса и привкуса. Обычные люди
не ощущают вкус и привкус интенсивностью
0 и 1 балл. Вкус и привкус интенсивностью
2 балла чувствуют только некоторые
потребители (до 10% населения), и лишь при
условии предупреждения, то есть если
обратить на это их внимание. При повышении
интенсивности вкус и привкус становятся
ощутимыми для всех потребителей без
какого-либо предупреждения. Поэтому
интенсивность вкуса и привкуса питьевой
водопроводной воды не должна превышать
2 баллов, что и отражено в государственном
стандарте на питьевую водопроводную
воду.

Цветность – показатель качества воды,
обусловленный главным образом присутствием
в воде гуминовых и фульфовых кислот, а
также соединений железа (Fe³⁺).

Количество этих веществ зависит от
геологических условий в водоносных
горизонтах и от количества и размеров
торфяников в бассейне исследуемой реки.
Так, наибольшую цветность имеют
поверхностные воды рек и озер, расположенных
в зонах торфяных болот и заболоченных
лесов, наименьшую – в степях и степных
зонах. Зимой содержание органических
веществ в природных водах минимальное,
в то время как весной в период половодья
и паводков, а также летом в период
массового развития водорослей – цветения
воды — оно повышается. Подземные воды,
как правило, имеют меньшую цветность,
чем поверхностные. Таким образом, высокая
цветность является тревожным признаком,
свидетельствующим о неблагополучии
воды. При этом очень важно выяснить
причину цветности, так как методы
удаления, например, железа и органических
соединений отличаются. Наличие же
органики не только ухудшает органолептические
свойства воды, приводит к возникновению
посторонних запахов, но и вызывает
резкое снижение концентрации растворенного
в воде кислорода, что может быть критично
для ряда процессов водоочистки. Некоторые
в принципе безвредные органические
соединения, вступая в химические реакции
(например, с хлором), способны образовывать
очень вредные и опасные для здоровья
[4].

Для измерения уровня цветности разработана
хромово-кобальтовая шкала, имитирующая
цветность природной воды. Эта шкала
представляет собой растворы калия
хромата, кобальта сульфата и серной
кислоты в воде. Чем выше концентрация
этих веществ, тем интенсивнее
желто-коричневое окрашивание раствора
и больше цветность. Для оценки цветности
воды можно использовать и платиново-кобальтовую
шкалу (см. Таблица 4). Цветность воды
измеряют в градусах путем сравнения ее
интенсивности с окрашиванием растворов
хромово-кобальтовой или платиново-кобальтовой
шкалы. Раньше это сравнение осуществляли
визуально, а в настоящее время используют
спектрофотометры и фотоколориметры.

Таблица 4

Практически бесцветной можно считать
лишь такую воду, цветность которой не
воспринимается глазом и не превышает
20 градусов.

Кроме цветности, следует помнить и об
окраске воды. Она связана с загрязнением
воды веществами органического и
неорганического происхождения, в
частности красителями, которые могут
попадать в водоемы со сточными водами
предприятий легкой промышленности,
некоторыми неорганическими соединениями
железа, марганца, меди как природного,
так и техногенного происхождения.

Так, железо и марганец могут окрашивать
воду в цвета от красного до черного,
медь — от бледно-голубого до сине-зеленого,
т. е. загрязненная стоками промышленных
предприятий вода может иметь неестественный
цвет.

Окраску определяют визуально или
фотометрическим методом после удаления
взвешенных веществ путем фильтрования.
Визуально изучают цвет, оттенок,
интенсивность окраски воды. Для этого
воду наливают в цилиндр с плоским дном.
На расстоянии 4 см от дна размещают лист
белой бумаги. Через столбик воды в
цилиндре рассматривают лист и оценивают
его цвет. Воду из цилиндра сливают до
тех пор, пока цвет не будет восприниматься
как белый, присущий всему листу бумаги.
Измеряют высоту столбика, при котором
исчезает окрашивание. Окраска воды не
должна определяться в столбике высотой
20 см. Иногда, если окраска очень
интенсивная, возникает потребность в
разведении исследуемой воды дистиллированной
водой. Интенсивность и характер окраски
воды можно установить, измерив
спектрофотометром или фотоколориметром
ее оптическую плотность для световых
волн различной длины.

Необычные цветность и окраска воды
ограничивают ее употребление и заставляют
искать новые источники водоснабжения.
Однако вода новых источников может
оказаться опасной в эпидемиологическом
отношении и содержать токсические
вещества. Кроме того, повышение окраски
и цветности воды может свидетельствовать
о ее загрязнении промышленными сточными
водами.

Вода с высокой цветностью может быть
биологически активной за счет гуминовых
органических веществ. Известно, что в
результате действия гуминовых кислот
на 50-100% повышается проницаемость стенок
кишечника для катионов Са, Mg,Fe,Mn,Zn,
сульфат-ионов. И наконец, цветность
является показателем эффективности
очистки (обесцвечивания) воды на очистных
сооружениях.

Мутность — природное свойство воды,
обусловленное наличием в ней взвешенных
веществ органического и минерального
происхождения (глины, ила, органических
коллоидов, планктона и т. п.).

Противоположная характеристика воды
— прозрачность, то есть ее способность
пропускать световые лучи. Чем больше в
воде взвешенных веществ, тем выше ее
мутность, то есть меньше прозрачность.
Для количественной оценки прозрачности
воды был предложен метод Снеллена. Воду
наливают в цилиндр с плоским дном. На
расстоянии 4 см от дна размещают
стандартный шрифт. Высота букв составляет
4 см, а толщина — 0,5 мм. Воду из цилиндра
сливают до тех пор, пока через ее столбик
можно будет прочитать буквы. Высота
этого столбика (в сантиметрах) и
характеризует прозрачность воды.
Прозрачная, по мнению потребителя, вода
в случае измерения по методу Снеллена
имеет прозрачность не менее 30 см (см.
Таблица 5).

Таблица 5

В России мутность определяют фотометрическим
путем сравнения проб исследуемой воды
со стандартными суспензиями. Результат
измерений выражают в мг/дм3 при
использовании основной стандартной
суспензии каолина или в ЕМ/дм3 (единицы
мутности на дм3) при использовании
основной стандартной суспензии формазина.
Последнюю единицу измерения называют
также Единица Мутности по Формазину
(ЕМФ) или в западной терминологии FTU
(Formazine Turbidity Unit). 1FTU=1ЕМФ=1ЕМ/ дм3. В последнее
время в качестве основной во всем мире
утвердилась фотометрическая методика
измерения мутности по формазину [4].

Мутность тесно связана с другими
свойствами воды, прежде всего с цветностью,
запахом и привкусом. Так, гуминовые
вещества, определяющие цветность воды,
делают ее мутной (за счет коллоидной
фракции), придают ей естественный запах
и привкус. Красноватый цвет свидетельствует
о наличии в воде железа гидроксида
(III). Такая вода мутная, со специфическим
вяжущим привкусом.

Мутность влияет на микробиологические
показатели качества воды. Данные
литературы свидетельствуют о том, что
обеззараживание мутной воды хлором в
течение 30 мин даже при остаточном,
свободном активном хлоре на уровне
0,3-0,5 мг/л неэффективно относительно
кишечных бактерий и вирусов (например,
возбудителей гепатита А). В то же время
осветление и обесцвечивание воды на
очистных сооружениях, направленные на
удаление взвешенных и гуминовых веществ,
способствуют удалению 90% бактерий [10].

Установлено, что хлорированная мутная
вода может быть опасной для здоровья
вследствие образования хлорорганических
соединений — токсичных и даже
канцерогенных. Мутность воды свидетельствует
о ее загрязнении органическими и
неорганическими веществами, которые
могут быть вредными для здоровья человека
или образовывать вредные вещества во
время обработки воды (например,
хлорирования). Мутность является
показателем эффективности осветления
воды на очистных сооружениях.

Органолептические свойства — обзор

10.19.3.2.3 Барьерные свойства

В случае упаковки пищевых продуктов, упакованные товары предъявляют дополнительные требования к упаковочным материалам, помимо разрешения на контакт с пищевыми продуктами и возможности компостирования в качестве свойства утилизации. Например, не должно быть изменений в составе пищевых продуктов и органолептических свойств (например, изменение вкуса), вызванных проникновением газов, ароматов или водяного пара через упаковку. Например, упаковки для стружки должны иметь нулевую проницаемость для водяного пара, поскольку в противном случае продукт теряет свою хрусткость.Упаковки для свежих фруктов или овощей также должны быть проницаемыми для газа и воды, чтобы не гнить.

Известные барьерные свойства биополимеров по сравнению с водяным паром, кислородом и углекислым газом представлены на рисунках 55–59 как свойства, специально разработанные для упаковки и в сравнении с обычными пластиками для упаковки. Здесь следует отметить, что здесь участвуют проницаемость пленочных материалов. Эти свойства сильно зависят от параметров изготовления пленки, в частности, от пластической деформации или скорости охлаждения, которые обычно не указываются точно и не являются постоянными, а также от кристаллической части, получаемой в результате них.Даже соответствующая толщина пленки не та же или даже неизвестна. Более того, сопоставимость сильно затрудняется из-за различных условий измерения (например, влажности). Кроме того, переменные компоненты смеси (например, в смесях PLA или крахмала) или различное содержание мономеров в сополимерах (например, разные DH и разные количества этилена в PVA) приводят к широкому разбросу данных измерения индивидуальных барьеров в пределах одной группы биополимерные материалы. Как и следовало ожидать, среди биополимеров с покрытием значения газопроницаемости в значительной степени зависят от типа покрытия.По этой причине соответствующие данные, измеренные и представленные на Рисунках 60–63 , служат скорее в качестве исходных ориентировочных данных относительно барьерных свойств различных биополимеров. Представленные данные основаны в основном на неполных заявлениях производителя и нашем собственном анализе.

Рис. 55. Проницаемость для водяного пара различных биополимеров по сравнению с различными стандартными упаковочными пластиками ⁸ (данные для обычных пластиков частично соответствуют ссылкам 26–28).

Рис. 56. Кислородопроницаемость различных биополимеров в сравнении с различными стандартными упаковочными пластиками ⁸ (данные для обычных пластиков частично соответствуют ссылкам 26–28,30).

Рис. 57. CO ₂ Проницаемость различных биополимеров по сравнению с различными обычными упаковочными пластиками ⁸ (данные для обычных пластиков частично соответствуют ссылкам 26–28).

Рисунок 58. Сравнение барьерных свойств биополимеров с различными стандартными упаковочными пластиками, сравнительные значения для толщины пленки 100 мкм, водяного пара при 23 ° C, диапазона влажности 85–0%, кислорода при 23 ° C, относительного содержания 0–5%. влажность, bO = двухосно растянутый / ориентированный, покрытый регенерит целлюлозы = металлизированный, покрытый PLA = SiO _x испаренный. ⁸

Рисунок 59. Сравнение барьерных свойств биополимеров с различными обычными упаковочными пластиками, сравнительные значения для толщины пленки 100 мкм, водяного пара при 23 ° C, диапазона влажности 85–0%, кислорода при 23 ° C, 0– Относительная влажность 5%, bO = двуосно растянутый / ориентированный, покрытый регенерит целлюлозы = металлизированный, покрытый PLA = SiO _x испаренный. ⁸

Как и следовало ожидать, полярные биополимеры, и особенно очень гидрофильный биополимер ПВС, а также материалы на основе крахмала и целлюлозы, обычно демонстрируют очень высокую проницаемость для водяного пара или, наоборот, очень низкий барьер для водяного пара. properties ( Рисунок 55 ).Обычно только при значениях ниже 100 г · м ⁻² сут можно говорить об удовлетворительных или достаточно высоких характеристиках водонепроницаемости. В этом отношении только PHA, а также PLA-материалы с покрытием обладают соответственно высокими барьерными свойствами для водяного пара, которые находятся в том же диапазоне, что и у обычных упаковочных пластиков.

Также, как и ожидалось, мы обнаруживаем обратную ситуацию, когда речь идет о проницаемости для кислорода. Полярные материалы, такие как биополимеры, являются плохими барьерами для полярной воды, но, с другой стороны, они обладают высокими барьерными свойствами против неполярного кислорода и азота.В этом отношении ПВС демонстрирует превосходные барьерные свойства по отношению к кислороду, аналогичные свойствам EVAL, который хорошо известен этим (, рис. 56, ): помимо своих хороших свойств барьера для водяного пара, PHA также демонстрируют отличные барьерные свойства для кислорода. В целом, PHA являются отличными упаковочными материалами. К сожалению, переработать PHA в пленки довольно сложно, и этот процесс еще не оптимизирован.

Что касается проницаемости CO ₂ ( Рисунок 57 ), эмпирическое соотношение, хорошо известное для обычных пластиков, подтверждается биополимерами: проницаемость CO ₂ примерно равна проницаемости для кислорода в 4 раза.

Подводя итоги барьерных свойств биополимера по сравнению с установленными упаковочными материалами PP, PE или PET, можно сказать, что среди биополимеров есть узкое место, когда речь идет о барьерных свойствах для водяного пара. Помимо PHA, PLA — единственный термопластичный биополимер, который обладает какими-либо барьерными свойствами против водяного пара. Это также самый разработанный упаковочный материал среди инновационных биополимеров. Но по сравнению с ПЭТ и особенно, например, с ПЭ или ПП, он все еще имеет значительно более высокую проницаемость для водяного пара.Поэтому предпринимаются различные попытки улучшить его барьерные свойства, особенно для бутылок из PLA и пленок из PLA. Путем нанесения покрытия PLA (металлизация или плазменное покрытие SiO _x ), особенно его значения проницаемости для водяного пара, то есть его коэффициент проницаемости для водяного пара, могут быть значительно уменьшены (см. Рисунок 58 ).

Кислородный барьер PLA сопоставим с барьером других упомянутых упаковочных материалов, а также обладает хорошими барьерными свойствами для ароматов.Только EVAL и PET обладают лучшими кислородными барьерами, чем другие упомянутые упаковочные материалы и биополимеры. Регенераты целлюлозы обладают низкими барьерными свойствами по сравнению с биополимерами и особенно со всеми другими упомянутыми обычными упаковочными материалами. Из-за их ярко выраженной гидрофильности их можно использовать только там, где требуется определенная проницаемость для водяного пара (например, для упаковки хлеба или овощей).

Проведенные измерения подтверждают эмпирическую взаимосвязь между коэффициентами проницаемости для различных газов, известную для обычных пластиков.Фактически, среди всех биополимеров эмпирическое правило проницаемости для CO ₂ состоит в том, что она в четыре раза увеличивает значения проницаемости для кислорода, и что проницаемость N ₂ — это проницаемость для кислорода, деленная на 4.

. улучшение барьерных свойств биополимера осуществляется за счет дополнительного покрытия, такого как плазменное покрытие или испарение. Насколько могут быть улучшены барьерные свойства, демонстрирует нанесенное компанией Innovia покрытие (металлизированное) из регенерированной целлюлозы.При использовании PLA плазменное покрытие SiO _x от SIG Corpoplast может снизить проницаемость для водяного пара в 5–10 раз. Конечно, покрытие требует дополнительных затрат. Более того, покрытие может быть не таким прочным, как основной материал, и, следовательно, в сочетании с ним подвержено царапинам или короблению.

Другой подход к повышению барьерных свойств заключается в производстве пленочных ламинатов или путем совместной экструзии с раздувом различных биополимеров. Однако при таком подходе в области биополимеров практически не было опыта.

Качество воды — Vilniaus vandenys

Качество питьевой воды регулярно контролируется лабораторией питьевой воды.
Лаборатория, основанная в 1955 году и реконструированная в 2003 году, сертифицирована для проведения микробиологических, физических и химических исследований питьевой воды. Лаборатория контролирует питьевую воду города Вильнюса, а также Шальчининкайского, Швенчёнского и Вильнюсского районов, проводя более 20 тысяч проверок воды в год. Химические (индикаторные и токсичные), физические и микробиологические показатели качества питьевой воды исследуются в соответствии с Гигиенической нормой Литвы HN 24: 2017 «Требования безопасности и качества питьевой воды».В настоящее время изучено 50 показателей.

Хотя подземные воды защищены от внешнего загрязнения, интенсивная деятельность человека (промышленность, сельское хозяйство, транспорт, бытовые отходы) приводит к постоянному загрязнению окружающей среды и может создавать условия для попадания потенциально вредных веществ в воду. Поэтому четко определенный и непрерывный мониторинг качества воды имеет жизненно важное значение. Практически все элементы, присутствующие в воде, необходимы человеческому организму.Питьевая вода обеспечивает организм человека от 1% до 10% необходимого количества микроэлементов в день (Fe, Mg, Mo, Co, F, S). Однако их избыток в воде может вызвать различные функциональные нарушения и заболевания. Поэтому концентрации этих веществ (значения) строго ограничены.

Поставляемая вода безопасна и хорошего качества, не превышает лимитов и конкретных показателей, соответствует требованиям гигиенических норм Литвы HN 24: 2017 и Директивы Совета ЕС 98/83 / EC о качестве предназначенной воды. для потребления человеком.В случае опасности микробиологического загрязнения ЗАО «Vilniaus vandenys» имеет возможность обеззараживать воду на своих колодцах раствором гипохлорита.

Питьевая вода должна удовлетворять следующим требованиям:

• Не должен содержать патогенных микроорганизмов, вирусов и паразитарных простейших.
• Вода должна иметь хорошие органолептические характеристики (вкус, запах, прозрачность и т. Д.).
• Вода не должна содержать токсичных веществ и солей, превышающих допустимые нормы.

«Влияние качества воды на физико-химические и органолептические характеристики» Аниты Кей Уилсон

Название степени:

Доктор философских наук

Отдел:

Питание, диетология и пищевые науки

Название кафедры при присвоении степени

Пищевая наука и технологии

Председатель (-а) комитета

Д. К. Салунхе, Этельвин Б. Уилкокс

Аннотация

Влияние качества технологической воды, в частности содержания солей кальция и магния (0-500 мг / л) и добавления хелатирующих агентов (0-250 мг / л аминополикарбоновых кислот, полифосфатов, гидроксикарбоновых кислот или фитатов), на физико- Исследованы химические и органолептические характеристики консервированных ломтиков яблока Jonathan и Delicious, вишни Монморанси и зеленой фасоли Blue Lake.

Физические определения: значения сдвига, мутность сиропа или рассола, измеренные по светопропусканию, показания измерителя цвета и разницы цветов Hunter и внутренняя коррозия банки; химический состав: пектин в виде пектата кальция, летучие восстановители, общая кислотность, определение пигмента, нитратно-азотные показатели; и сенсорные измерения: определялись текстура, форма, вкус, аромат, цветовая ценность и однородность продукта, а также цветовая ценность и мутность продукта солевого раствора или сиропа.При необходимости рассчитывались дисперсионные анализы, критерии сравнения нескольких средних значений Дункана и корреляция или коэффициенты.

Использование жесткой воды (300 мг / л) в качестве технологической среды для консервированных яблочных ломтиков и вишни ухудшило цвет и вкус, но повысило твердость и показатели сдвига. Из-за чрезмерной жесткости эпидермис черешни становится жестким, что делает текстуру нежелательной. Добавление 250 мг / л CaNa ₂ EDTA к кусочкам яблока Delicious, консервированным в воде, содержащей 300 мг / л солей, улучшило цвет и вкус при сохранении твердости.

Вкусные ломтики яблока были более твердыми, с более высокими показателями сдвига, нитрат-азота и аромата и вызывали меньшее удаление остатков, чем образцы Джонатана во всех группах хранения. По мере увеличения коррозии значения нитрат-азота, сдвига, твердости, вкуса, аромата и пигмента уменьшались. Приемлемость цвета, отражательная способность, аромат и летучие восстанавливающие вещества были выше у ломтиков яблока Jonathan, а покраснение ниже, чем у образцов Delicious, хранившихся при 35 и 75 F в течение 1 и 3 месяцев соответственно, но не обязательно для образцов, хранившихся при 100 F в течение 4 месяцев.ЭДТА оказалась неэффективной в поддержании или улучшении качества яблока Джонатан или вишни Монморанси, вероятно, из-за кислотности этих сортов.

Качество яблока и вишни снизилось по мере увеличения температуры и продолжительности хранения с 35, 75 до 100 F в течение 1, 3 и 4 или 5 месяцев, соответственно, для всех образцов, кроме ломтиков яблока Delicious с CaNa ₂ EDTA. ЭДТА действительно обеспечивала наибольшую защиту цвета вишни и лимонной кислоты, лучшие показатели вкуса и аромата, в то время как вишня, обработанная коммерческой и водопроводной водой, показала наибольшее ухудшение, но ни одна из них не была приемлемого коммерческого качества после 5 месяцев хранения при 100 F.При сравнении 1 месяца хранения при 35 ° F с 3 месяцами при 75 ° F, дисперсионный анализ показал значительные различия для каждой измеренной характеристики вишни, за исключением текстуры, оцененной субъективно. Все значения F для переменных хранилища яблок были значимыми.

Зеленые бобы Blue Lake, консервированные с использованием дистиллированной воды или 250 мг / л CaNa. промышленно обработанные зеленые бобы.Добавление 250 мг / л аскорбиновой кислоты в жесткую воду, используемую для обработки зеленых бобов, сохраняло зелень, прозрачность рассола, вкус и аромат, одновременно уменьшая налет и раскалывание стручков, при хранении в течение 4 месяцев при 75 F.

Могут ли летние высокие температуры вызвать проблемы со вкусом минеральной воды в бутылках?

2018/11/07

Бутилированная минеральная вода — самый популярный напиток в летние месяцы. Самая распространенная упаковка для воды — это бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ). Такой полимер широко используется из-за его превосходных свойств прозрачности, малого веса, прочности и хороших барьерных свойств для кислорода, водяного пара и углекислого газа.

Летом высокие температуры и плохие условия хранения, такие как длительное воздействие ультрафиолетового излучения, могут вызывать разложение полимера, что приводит к термоокислительным процессам и образованию соединений, которые не были намеренно добавлены в полимер и которые известны как непреднамеренно добавленные вещества (NIAS).

Как известно, бутилированная вода не имеет запаха, цвета и вкуса, хотя и не совсем. Известно, что характерный вкус воды некоторых марок зависит от химического состава содержащихся в них солей.Однако, когда потребитель обнаруживает странный вкус или аромат, который отличается от характерного для воды, одной из причин может быть упаковка.

Такой странный вкус мог быть вызван переносом какого-либо химического соединения из пластика в воду. Существуют различные химические соединения, которые могут быть обнаружены в бутилированной воде в результате такой миграции, например, ацетальдегид, формальдегид или сурьма.

Модификация минеральной воды ацетальдегидом

Было обнаружено, что среди соединений, которые могут мигрировать в бутилированную воду, ацетальдегид может изменять органолептические характеристики воды, создавая фруктовый вкус, что-то вроде вкуса зеленого яблока или пластичный привкус.Этот вкус не опасен из-за низкой концентрации, но зависит от принятой дозы.

Некоторые исследования отмечают, что обученная сенсорная группа может распознать чрезвычайно низкую концентрацию ацетальдегида, от 10 до 20 мкг / л ^-1 в минеральной воде. Это связано с тем, что низкая концентрация может вызвать изменения вкуса. Некоторые исследования указывают на то, что значения 10 мкг / л ^-1 содержания ацетальдегида не должны превышаться с целью обеспечения качества воды.

В соответствии с Регламентом 10/2011 удельный предел миграции ацетальдегида составляет 6 мг / кг ^-1 пищевых продуктов. Однако, поскольку сенсорный порог гораздо более ограничен, бутылки с водой странного вкуса будут соответствовать Регламенту 10/2011, но не Регламенту 1935/2004. Последний упоминает в своем пункте 3, что материалы должны быть достаточно инертными, чтобы не изменять органолептические характеристики содержащихся в них пищевых продуктов. Таким образом, сенсорные исследования воды в ПЭТ-бутылках имеют основополагающее значение для обеспечения соблюдения законодательства и поддержания имиджа бренда перед потребителями, чтобы они не увидели другой вкус, а не характеристики продукта.

Основные факторы, влияющие на появление ацетальдегида в минеральной воде

Миграция ацетальдегида со стенок упаковки в бутилированную минеральную воду зависит от различных факторов, таких как следующие:

• Контактная поверхность
• Состав материала и концентрация ацетальдегид на стенках бутылок
• Высокие температуры в процессе производства бутылок
• Являются ли бутылки возвратными или невозвратными
• Условия хранения: высокие температуры и солнечный свет способствуют миграции ацетальдегида в воду
• Процент карбонизации воды
• Контакт время между материалом и водой

Что касается других факторов, влияющих на этот процесс, таких как высокие температуры и солнечный свет, действительно часто в летние месяцы миграция ацетальдегида ускоряется от стенок бутылки в воду из-за его полярных характеристик и его советник растворение в воде.

Меры по контролю миграции ацетальдегида

Что касается производства бутылок, должен быть некоторый контроль химического качества сырья и технологии, используемой для получения бутылок. Также было замечено, что использование поглотителей показывает положительный эффект, но может отрицательно влиять на прозрачность и цвет полимера, а также увеличивать стоимость продукта. 2-аминобензамид (№ CAS 88-68-6; антраниламид) широко используется в качестве поглотителя при производстве преформ с целью снижения концентрации ацетальдегида на стенках бутылок.

Среди этих мер контроля в отношении бутилированной минеральной воды мы можем обнаружить результаты органолептического анализа после того, как время упаковки истекло. В соответствии с используемыми новыми технологиями, различные следы ацетальдегида могут быть обнаружены с 6 ^{-го по} месяц. По этой причине рекомендуется выполнить анализ для проверки возможных странных вкусов на 6 ^{-м месяцах} и 12 ^-м месяцах в качестве контроля качества. Это дополнительные меры помимо первых. Также целесообразно контролировать температурный режим во время хранения, особенно в летние месяцы.

Важность воды в кофе

Вода — важнейший элемент жизни. В конце концов, без воды у нас не было бы кофе, не так ли ?! А если серьезно, сколько мы действительно знаем об этом элементе? Давайте подробнее разберем его состав, а также то, что нам нужно иметь в виду при приготовлении хорошего кофе.

Вода — «живой» элемент и всегда в движении. Это единственный элемент в природе, который мы используем каждый день, который может пересекать три различных физических состояния: жидкое, твердое и газообразное.Его общий объем на нашей планете не менялся тысячелетиями; все, что меняется, — это баланс между этими тремя состояниями. Что в первую очередь приходит на ум, когда мы думаем о воде? Очевидно его формула: h3O . Однако вода обычно появляется в этой чистой форме в повседневной жизни только тогда, когда она находится в газообразном, парообразном состоянии — и, как правило, не тогда, когда мы используем ее для приготовления кофе. Растворенные вещества связываются с этим молекулярным соединением, делая воду «тяжелой» и «вкусной». Итак, несмотря на свою прозрачность, вода скрывает несколько важных элементов для приготовления хорошего кофе! Давайте теперь посмотрим, какие основные вещества входят в состав воды — как из-под крана, так и из бутылки — а также их влияние на полученный кофе.

ПОНИМАНИЕ ВОДЫ

Как вы, наверное, уже все знаете, вода является основным ингредиентом кофе — около 90% в эспрессо и 98% в фильтрованном кофе. Однако он также действует как растворитель во время приготовления кофе, поэтому играет двойную роль. Влияет на вкус и экстракцию кофе; количество переносим в чашку. Будь то эспрессо или фильтрованный кофе, растворимые вещества, присутствующие в кофейных зернах, должны быть растворены в воде для высвобождения всех их органолептических свойств.По этой причине вода должна быть ближайшим союзником профессионала, и для этого нам необходимо понимать ее наиболее важные характеристики.

Будь то вода из местного водопровода или вода в бутылках, ее основными элементами являются:

— минералы природные ; поступает с земли или поглощается во время путешествия от источника до крана

— химические вещества; используется для обработки воды, чтобы сделать ее микробиологически чистой и свободной от бактерий, в основном хлор

Именно этот хлор является врагом кофе номер один из-за его окислительного эффекта, который изменяет сенсорную структуру кофе, делая его более горьким, а в случае эспрессо — обесцвечивая кремообразный слой на поверхности кофе.Чтобы его устранить, необходимо использовать фильтры с активированным углем или просто оставить воду на некоторое время, учитывая, что хлор имеет тенденцию к довольно быстрому испарению. Что касается растворенных минералов, это в основном кальций и магний, которые отвечают за так называемую «жесткость» воды. Его общая жесткость складывается из «постоянной» жесткости — количества минералов, образовавшихся в результате длительного кипячения, — и «временной» жесткости, также называемой щелочностью, состоящей из карбонатов и бикарбонатов кальция, присутствующих перед кипячением.Правильная экстракция будет определяться балансом между этими твердыми частицами и карбонатами. Общая жесткость измеряется во французских градусах (° F, не путать с ° F, которые вместо этого являются градусами Фаренгейта), где французский градус соответствует 10 мг / л или ppm. Задача состоит в том, чтобы точно определить эти значения, присутствующие в воде, когда мы готовим кофе. .

Что касается воды, поступающей из коммунального водоснабжения, наиболее точным методом является ее анализ в специализированной лаборатории.Это, конечно, не самый практичный или экономичный вариант, но при этом мы можем гарантировать точную информацию, с чего начать. Более дешевая альтернатива — получить эту информацию из счета за воду (как заявлено поставщиком водоснабжения) или, наконец, купить набор для анализа воды, который можно легко приобрести по низкой цене.

Для воды в бутылках необходимо знать, как читать этикетку . Следует обратить внимание на две части информации: фиксированный остаток и проводимость.Очень тесно связанные, эти значения показывают среднее количество растворенных солей в одном литре воды, и это отличает тяжелую воду от легкой воды. Для удобства мы обычно принимаем значение фиксированного остатка равным общему количеству растворенных твердых веществ (TDS, что не совсем точно, поскольку TDS также включает соли и летучие органические вещества).

Идеальное значение общей жесткости, очевидно, зависит от количества веществ, которые необходимо извлечь в чашку. Ассоциация спешиэлти кофе (SCA) в недавно опубликованном исследовании качества воды определила идеальный диапазон между 50 и 175. мг / л с временной жесткостью от 40 до 75 мг / л.С другой стороны, значение pH указывает на кислотность или щелочность (основность) питьевой воды и измеряется по шкале от 0 до 14 pH. Уровень pH питьевой воды должен составлять от 6,5 до 8,0 pH, следовательно, как можно более нейтральный. Ненейтральные значения pH связаны с присутствием в воде химических элементов. Более низкие или более высокие значения указывают на то, что вода загрязнена сильными основаниями или кислотами. Значения pH выше 11 или ниже 4 считаются опасными для здоровья. Карбонаты — «временная» жесткость — не только помогают обеспечить правильную экстракцию, но также гарантируют стабильный pH.

ВАЖНОСТЬ ФИЛЬТРАЦИИ КОФЕ

При приготовлении кофе вода очень важна с физической и химической точки зрения. Первый из двух касается того, что происходит во время экстракции из-за прохождения воды через молотый кофе. Второй касается растворенных веществ, которые вызывают различные органолептические ощущения, которые делают кофе более или менее приятным для питья. Следовательно, вода играет в кофе двойную роль как растворитель и основной ингредиент .Клиенты ожидают, что качество кофе всегда будет неизменным, поэтому очень важно следить за «поведением» используемой воды. Не менее важным для обеспечения единообразия вкуса и экстракции является правильная фильтрация, чтобы лучше контролировать содержание растворенных твердых веществ, как уже упоминалось, TDS. Присутствие кальция и магния, как упоминалось ранее, определяет большую или меньшую общую жесткость и, учитывая, что оба элемента имеют положительный электрический заряд (химически говоря), когда они растворяются в воде, они притягивают большинство ароматических соединений, которые сами по себе являются отрицательными. заряжено.Поэтому определенное количество этих минералов необходимо для извлечения твердых веществ из молотого кофе. В частности, магний, притягивая мельчайшие и наиболее богатые кислородом ароматические молекулы, оказывает большее влияние на экстракцию. Карбонаты и бикарбонаты вместо этого уравновешивают общий уровень кислотности. В зависимости от используемого метода экстракции, эспрессо или фильтра, требуются твердые вещества с более или менее химически заряженными веществами соответственно. Это связано с тем, что время контакта между кофе и водой меньше и больше соответственно — 30 секунд для эспрессо, несколько минут для фильтра.Однако для качества экстракции в чашке важно начинать с холодной, чистой, нейтральной воды. Таким образом, слишком «легкая» вода не сможет передать все ароматические вещества, содержащиеся в кофе, в чашку. И наоборот, тяжелая вода может быть слишком «заряжена» и, следовательно, не может связываться с другими веществами.

ФИЛЬТРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Еще несколько лет назад фильтры устанавливались просто для защиты машин от отложений кальция, и только недавно было рассмотрено влияние воды на вкус и экстракцию в чашке.Это наиболее часто используемые системы фильтрации:

— Умягчители : путем обмена с молекулами натрия они воздействуют на жесткость воды, удаляя кальций и магний, не влияя на щелочность. Это снижает образование накипи, но значительно снижает контроль вкуса и экстракции, прежде всего кислотности.

— Картриджи с активированным углем : они вмешиваются и регулируют щелочность, регулируя присутствие карбонатов и бикарбонатов.В зависимости от типа установленного картриджа можно выбрать, сколько и какие вещества нужно извлечь.

— Осмос : полностью устраняет присутствие твердых частиц посредством физического процесса, в котором жидкость проталкивается и фильтруется через пористую мембрану. По сути, это производит дистиллированную воду, которую необходимо реминерализовать. Он может быть подходящим в очень экстремальных ситуациях или если требуется постоянный тип воды. На практике это позволяет эффективно создавать индивидуальный «рецепт» твердых веществ.

Выбор наилучшей системы фильтрации зависит от состава обрабатываемой воды и от того, что требуется при переливании в чашу.

>> Если вас интересует эта тема, загляните на наши курсы пивоварения!

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ

Наконец, знаете ли вы, что для приготовления чашки кофе необходимо около 140 литров воды? Это основано на водном следе среднего количества воды, потребляемой на всех этапах производственной цепочки.

Только 1% воды на нашей планете пригоден для питья , и половина из них загрязнена.

В Камерун некоторые организации поддерживают развитие сетей водоснабжения для обеспечения питьевой водой и поддержки производства кофе.

Фонд Fondo Ambiente Italiano (FAI) решил посвятить Национальный съезд 2018 теме воды «… как драгоценного ресурса, который нужно защищать» и впоследствии запустил кампанию #salvalacqua .

границ | Движущие факторы появления геосмина в бассейне реки Средиземного моря: дело

реки Тер

Введение

В последние десятилетия растущее давление, вызванное деятельностью человека, в сочетании с тенденцией глобальных изменений привело к ухудшению качества воды в пресноводных экосистемах, что привело к возникновению нескольких экологических проблем. Одна из этих проблем, в основном вызванная эвтрофикацией и повышением температуры, — это неконтролируемый и непредсказуемый рост цветения водорослей, часто связанный с образованием органических соединений, которые могут быть токсичными или могут изменять органолептические характеристики воды, такие как соединения вкуса и запаха ( T & Os) (Clercin, Druschel, 2019).Присутствие естественных токсинов в воде часто приводит к запрету на купание или потребление, в то время как T & Os представляют собой проблему для станций очистки питьевой воды (DWTP) из-за негативного воздействия, которое они оказывают на восприятие пользователем качества питьевой воды (Ding et al., 2014).

Что касается человеческой деятельности, то их резкое увеличение в прошлом веке существенно повлияло на морфологию речных бассейнов и качество воды (Rubio-Gracia et al., 2017). В частности, землепользование в бассейнах в основном перешло от лесного хозяйства к сельскохозяйственному, животноводческому и промышленному.Увеличение интенсивной сельскохозяйственной деятельности на водосборах было связано с более высокими концентрациями питательных веществ и пестицидов в речных водах, которые также получают широкий спектр органических и неорганических химических стрессоров, таких как тяжелые металлы, из промышленных и городских районов (Drury et al. , 2013; Аргудо и др., 2020). Воздействие на качество воды, вызванное сдвигом в землепользовании, действует одновременно с изменениями, связанными с изменением климата. Климатические условия изменились в последние десятилетия, особенно в регионах Средиземноморья, явное уменьшение среднего количества осадков, которое становится гораздо более спорадическим и интенсивным, и соответствующее повышение средней температуры воздуха (Межправительственная группа экспертов по изменению климата [МГЭИК ], 2019).Эти последствия изменения климата имеют большее значение для рек, затронутых нехваткой воды, например, в районе Средиземного моря, где могут быть продолжительные периоды с очень низким речным стоком, что может привести к более высокой концентрации питательных веществ, среди других параметров ( например, соли, тяжелые металлы и пестициды) из-за пониженной способности системы к разбавлению (Karaouzas et al., 2018). Эти условия могут вызвать появление цветения водорослей, при этом во всем мире описано большое количество случаев (Clercin and Druschel, 2019; Ho et al., 2019), что в конечном итоге может привести к появлению соединений T&O (Watson et al., 2016).

Среди соединений T&O, продуцируемых микроорганизмами, геосмин считается наиболее распространенным в пресноводных экосистемах. Этот метаболит в основном продуцируется некоторыми цианобактериями и актиномицетами, будучи первыми, кто связан с эпизодами геосмина в пресных водах, в то время как актиномицеты обычно имеют наземное происхождение (Lukassen et al., 2019). Одними из основных идентифицированных цианобактерий, продуцирующих геосмин, являются Oscillatoria sp., Dolichospermum sp., Lynghya sp. И Symploca sp. (Смит и др., 2009). В течение долгого времени, из-за методологии рутинного отбора проб, учитывалась только пахучая способность пелагических таксонов цианобактерий. Однако недавние исследования показали, что большинство продуцентов геосмина являются бентосными, а не пелагическими таксонами цианобактерий (Jähnichen et al., 2011).

Большинство исследований факторов, влияющих на появление геосминов на месторождениях, проводилось в водохранилищах и озерах (Dzialowski et al., 2009; Harris et al., 2016), тогда как только несколько исследований изучали появление геосминов в реках и ручьях (Vilalta, 2004). Было описано, что два основных важных фактора, связанных с появлением геосмина в водохранилищах, — это избыток питательных веществ и изменения в его стехиометрическом балансе. В частности, было высказано предположение, что увеличение концентраций питательных веществ и снижение отношения азота к фосфору (TN: TP) могут способствовать росту цианобактерий и доминированию в пресноводных экосистемах (Olsen et al., 2016; Espinosa et al., 2021), что привело к появлению эпизодов геосмина. Харрис и др. (2016) обнаружили, что условия с низким соотношением TN: TP (<30: 1 по массе) благоприятствуют эпизодам геосмина в резервуарах, что может быть связано с увеличением биологических объемов цианобактерий при более низких соотношениях TN: TP. В реке Льобрегат (Каталония, Северо-Восточная Испания) Вилалта (2004) обнаружил аналогичные результаты: концентрация геосмина выше при значениях TN: TP, близких к 10: 1, по сравнению с TN: TP = 94: 1, когда геосмин не был обнаружен.Из экспериментов, проводимых в основном в лабораторных условиях, появление геосмина также было связано с другими факторами, такими как доступность света и температура. В зависимости от продуцентов геосмина значение этих факторов различается, но в целом было описано, что низкая доступность света вместе с низкой температурой воды способствует образованию внутриклеточного геосмина (Zhang et al., 2009; Wang and Li, 2015; Alghanmi et al. др., 2018). Поток воды также влияет на микробное производство геосмина, поскольку его присутствие выше в условиях низкого расхода воды (Jüttner and Watson, 2007; Espinosa et al., 2020).

Как отмечалось ранее, хотя есть исследования факторов, влияющих на геосмин в водохранилищах и озерах, очень немногие подошли к этой теме в реках. Возникновение геосмина может быть проблемой для компаний, которые эксплуатируют реки для обеспечения питьевой водой окружающего населения, поскольку они не знают, в каких условиях производится геосмин, и, следовательно, они не могут предсказать эпизоды геосмина. Небольшие компании (очищенная вода ≈ 1500 л / день, пользователи питьевой воды ≈ 22000) не могут проводить регулярный мониторинг концентраций геосмина в собранных речных водах, поскольку анализы сложны и требуют много времени, и им требуется специальное оборудование, которое часто отсутствует в их лабораториях.Более того, стоимость аналитики может быть высокой, что затрудняет для заинтересованных компаний заключение контрактов на проведение геосмин-анализа во внешних лабораториях в качестве рутинной процедуры. Низкая способность прогнозировать присутствие геосмина в воде приводит к получению жалоб потребителей и экономическим потерям, связанным с уменьшением потребления воды, подаваемой DWTP. В этом смысле растет потребность в изучении и понимании движущих сил, связанных с производством геосмина в реках, помогая DWTP подготовиться к возможным эпизодам геосмина и избегая возможных затрат, связанных с анализом геосмина per se .

В регионе Осона (Каталония, северо-восток Испании) большинство ПВД собирают воду из верхней части реки Тер для снабжения близлежащих городов и деревень (около 150,00 жителей). В последние годы они пережили несколько эпизодов геосмин, которые привели к жалобам клиентов из-за невозможности вовремя применить необходимое лечение. Эта ситуация вызвала необходимость в лучшем понимании факторов окружающей среды, связанных с появлением геосминов. Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы определить основные триггеры эпизодов геосмина в реке Тер.С этой целью был проведен годичный полевой мониторинг (2019 г.), в ходе которого был проанализирован широкий набор физико-химических и биологических параметров на четырех участках отбора проб, расположенных в верхней части бассейна реки Тер.

Материалы и методы

Учебная площадка

Река Тер расположена на северо-востоке Каталонии (Испания) (рис. 1). Для него характерны пиренейский, допиренейский и влажный континентальный средиземноморский климат в верхних районах его водосбора (Эль-Рипольес и Осона) и прибрежный средиземноморский и прибрежный средиземноморский климат в нижних регионах (Meteocat, 2019).Река Тер подвержена колебаниям окружающей среды, типичным для средиземноморского климата, с более высокой вероятностью выпадения осадков весной и осенью и сухим и теплым летом. В бассейне реки Тер (длина 208 км и площадь водосбора 3 010 км ² ) несколько видов антропогенной деятельности резко влияют на сток и качество воды. Наиболее существенными воздействиями являются: (i) наличие небольших и частых плотин гидроэлектростанций, которые значительно сокращают речной сток, (ii) животноводство и интенсивное сельское хозяйство, ведущие к увеличению концентрации питательных веществ на полях, в поверхностных и грунтовых водах, и ( iii) большая система водохранилищ, которая поставляет энергию и сырую воду для питья, сельского хозяйства и промышленных целей в город Барселону и район Коста Брава, что существенно влияет на сообщение реки и четко разделяет водосбор на две разные области: вверх по течению и вниз по течению. система резервуаров.В данной работе изучалась верхняя часть бассейна реки Тер (выше по течению от системы крупных водохранилищ) (Рисунок 1).

Рис. 1. Бассейн реки Тер и участки отбора проб, расположенные в верхней части (районы Эль-Рипольес и Осона): T1 = Тер в муниципалитете Вилалонга-де-Тер, T2 = Тер в муниципалитете ниже по течению Риполь, T3 = Тер в Колония-де-Боргонья (Сан-Висенс де Торелло), а T4 = Тер в муниципалитете Гурб.

Площадь речного бассейна, оцениваемая в этом исследовании, включена в регионы Эль-Рипольес и Осона, площадь которых составляет около 2 000 км. ² .Регион Эль-Рипольес расположен в истоке бассейна реки Тер, начинающейся в Пиренеях, и характеризуется хвойными лесами, естественными лугами, широколиственными лесами, болотами и пустошами (CORINE Land Cover System, 2018). Расположенный ниже по течению регион Осона находится под сильным антропогенным давлением, поскольку он является основным землепользователем, связанным с неорошаемыми пахотными полями, промышленными и коммерческими объектами, а также сплошными и прерывистыми городскими структурами (CORINE Land Cover System, 2018).

Четыре участка отбора проб (рис. 1) были выбраны для проведения одногодичного полевого исследования с целью определения движущих факторов, запускающих эпизоды геосмина в верхней части бассейна реки Тер. Самый верхний участок отбора проб (T1) находился в 10,8 км ниже по течению от истока реки Тер в Пиренеях, в муниципалитете Вилалонга-де-Тер. Т1 считался эталонным местом отбора проб с наилучшим качеством воды. Следующее место отбора проб было расположено вдоль реки Тер, ниже по течению от муниципалитета Риполь ( T2 ) (41 км ниже по течению от источника).На этом участке река Тер уже получала приток притока Фрезер и некоторые сточные воды очистных сооружений. Третий участок отбора проб был расположен в Колония-де-Боргонья, в нескольких километрах выше по течению от муниципалитета Торелло ( T3 ) и в 66,3 км ниже по течению от источника. Это место было выбрано, потому что это один из пунктов сбора питьевой воды компании Aigües d’Osona S.A., которая поставляет питьевую воду в муниципалитет Торелло и его окрестности. Последний участок отбора проб на реке Тер ( T4 ) находился в муниципалитете Гурб, в 100 м выше по течению до пункта сбора «Aigües de Vic S.A. », компания по производству питьевой воды, которая снабжает город Вик и его окрестности, и 81,8 км ниже по течению реки Тер.

Процедура отбора проб и физико-химический и биологический анализ

В зимний (январь – март) и весенний (апрель – июнь) сезоны полевые пробы проводились еженедельно или раз в две недели, тогда как с июля по ноябрь (лето и осень) проводились кампании по отбору проб ежемесячно. Была выбрана более высокая интенсивность отбора проб зимой и весной из-за более высокой вероятности появления геосминов в эти сезоны (Vilalta, 2004; личное сообщение от компаний по питьевой воде).Номенклатура, используемая в этом исследовании для определения различных дней отбора проб, включает букву сезона (W = зима, Sp = весна, Su = лето и A = осень), за которой следует номер дня отбора проб в этом сезоне, а именно: например, W6, название, данное шестому дню отбора проб зимой.

Пробы воды

Следующие физико-химические параметры были измерены in situ с помощью специальных датчиков: температура, концентрация растворенного кислорода и насыщение кислородом (YSI professional plus, YSI Incorporated, США), pH (XS pH7 + DHS) и электрическая проводимость (XS COND 7 +).Отбирали пробы воды и фильтровали через фильтры с нейлоновыми мембранами 0,2 мкм (Merck Millipore) перед анализом растворимого реактивного фосфора (SRP), N-NH ₄ ⁺ , N-NO ₂ ^— и N -НО ₃ ^— . Отфильтрованный объем для SRP и N-NH ₄ ⁺ составлял 10 мл, а для N-NO ₂ ^— и N-NO ₃ ^— составлял 50 мл, и анализы были выполнены после протоколы, установленные Мерфи и Райли (1962); Рирдон и др.(1966) и Rand et al. (1976) соответственно. Отношение растворенного неорганического азота (DIN): SRP рассчитывали и определяли как DIN, деленное на SRP в молярных количествах. Концентрация DIN определялась как сумма концентраций аммония (N-NH ₄ ⁺ ), нитрита (N-NO ₂ ^— ) и нитратов (N-NO ₃ ^— ). Кроме того, 1 л воды был взят для анализа мутности, взвешенных веществ и органических веществ. Мутность воды измеряли с помощью турбидиметра (HI 98713, HANNA Instruments).Органическое вещество, присутствующее в образцах воды, оценивали по значениям оптической плотности, измеренным при 254 нм с помощью спектрофотометра (NanoPhotometer ^TM P-360, INTEM), а взвешенные твердые частицы получали согласно APHA (2005) и с использованием печи с принудительной подачей воздуха. MEMMERT IFE500. Все образцы хранили при –20 ° C до анализа.

Бутылка из непрозрачного стекла объемом 1 л использовалась для сбора пробы воды для количественного определения геосмина. Бутылки хранили при 4 ° C в темноте до анализа, который проводили в течение 48 часов после сбора, чтобы избежать разложения и улетучивания.Протокол, применяемый для анализа геосмина в воде, был описан Espinosa et al. (2021 г.). Вкратце, для анализа концентрации геосмина 50 мл каждого образца воды и 10 г NaCl добавляли в непрозрачный реакционный сосуд объемом 100 мл и нагревали при 60 ° C в течение 25 минут при перемешивании, чтобы способствовать улетучиванию геосмина. Для извлечения геосмина использовали полидиметилсилоксан / дивинилбензольное волокно толщиной 65 мкм, а разделение и анализ извлеченных летучих соединений проводили на приборе для газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ISQ-TRACE GC ULTRA).Предел аналитического обнаружения составлял 2,5 нг / л, предел количественного анализа составлял 8 нг / л, а точность метода оценивалась с помощью относительного стандартного отклонения (RSD ≤ 20%).

Образцы биопленок

Каждый день отбора проб из каждого участка случайным образом отбирали по три булыжника для оценки in situ фотосинтетической эффективности биопленки и состава фототрофного сообщества. Эффективность фотосинтеза сообщества (Y eff ) и минимальный выход флуоресценции ( F ₀ ) (который может использоваться в качестве оценки биомассы водорослей) были измерены с помощью амплитудно-модулированной флуориметрии (флуориметр Mini-PAM Walz, Effeltrich. , Германия), а состав фототрофного сообщества оценивали с помощью BenthoTorch (bbe Moldaenke, Schwentinenta, DK).После этого каждый булыжник был обработан 60 мл воды с того же места отбора проб, чтобы получить суспензию биопленки. Аликвоты этой суспензии использовали для анализа хлорофилла- a (Chl- a ), выполняемого, как описано Джеффри и Хамфри (1975), и беззольной сухой массы, как описано у Espinosa et al. (2020). Индекс Маргалефа также рассчитывали как частное между соотношением каротиноид / Chl- и , представляя собой значения, полученные из спектрофотометрического считывания образца при 430 нм (концентрация каротиноидов и дополнительных пигментов) и 665 нм (концентрация Chl-a). для получения информации о зрелости популяций (Elosegui, Sabater, 2009).Эти образцы хранили при –20 ° C до анализа.

Обработка данных

Тест Колмогорова – Смирнова был выполнен для проверки того, что переменные удовлетворяют условиям нормального распределения, и если они не выполняются, они были логарифмически преобразованы. Физико-химические и биологические данные были проанализированы с использованием дисперсионного анализа (ANOVA) с использованием функции «aov» (пакет «devtools») в программном обеспечении RStudio (версия 3.6.0), где оценивались место отбора проб, время года и его взаимодействие.Значимые результаты были протестированы post hoc с тестом Бонферрони. Тесты на коэффициент корреляции Пирсона были проведены для изучения взаимосвязи между переменными. Статистическая значимость была установлена ​​на уровне p <0,05 для всех выполненных тестов. Дискриминантный анализ избыточности (RDA) был проведен для изучения потенциальной взаимосвязи между независимыми переменными или потенциальными драйверами и переменными отклика (пакеты R «vegan» и «tidyr»). Они рассматривались как потенциальные движущие силы для всех анализов воды, за исключением концентрации геосмина, которая рассматривалась как переменная отклика вместе со всеми аналитическими данными о биопленках.Модели прогнозирования для прогнозирования появления геосмина на основе собранных физико-химических данных были созданы с помощью множественного регрессионного анализа (MLR) и моделей случайного леса (RF). Основная цель использования линейной модели состояла в том, чтобы предоставить базовую линию для сравнения нелинейной RF-модели, ансамблевого метода машинного обучения, который строит нелинейную функцию на основе ансамбля более простых моделей дерева решений (Kehoe et al. , 2015). Эти модели были протестированы на предмет их способности предсказывать геосмин с разными временными задержками, а не только в текущих условиях, чтобы понять, в каком временном масштабе можно спрогнозировать геосмин и какие важные предикторы для каждого временного лага.Модели были откалиброваны для 11 различных временных интервалов прогнозирования в диапазоне от текущего уровня (т.е. без временного лага, t = 0) до 10 недель вперед — с шагом в 1 неделю. Линейные (регрессионные) и нелинейные модели (RF) были откалиброваны и проверены (70–30%) на рандомизированных подмножествах общего набора данных. Функция R «lm» использовалась для MLR, тогда как модели RF были разработаны с помощью пакета «randomForest». Работоспособность моделей оценивалась коэффициентом множественной детерминации или скорректированным R ² .Относительная важность различных предикторов в разное время лагов оценивалась с помощью функции «важность» (пакет «randomForest»).

Результаты

Геосмин Концентрация

Присутствие и концентрация геосмина в воде менялись в течение года (2019), в котором проводилось настоящее исследование (Рисунок 2). Статистически на присутствие геосмина в воде значительно влияет место отбора проб (ANOVA, F = 10,378, p <0.001), сезона ( F = 9,007, p <0,001) и взаимодействия между участком и сезоном ( F = 2,243, p <0,05). Участок отбора проб Т4 статистически отличался от других (критерий Бонферрони: p <0,001), являясь участком с самой высокой концентрацией геосмина, особенно весной (249 ± 33 нг / л) по сравнению с другими сезонами ( p < 0,01).

Рис. 2. Среднее значение и стандартное отклонение концентрации геосмина в воде для различных участков отбора проб (T1, T2, T3 и T4) в верхней части бассейна реки Тер (Северо-Восточная Каталония, Испания) в каждый день отбора проб.

Физико-химические параметры

Некоторые из оцененных физико-химических переменных (таблица 1) значительно изменились в зависимости от места отбора проб, сезона и их взаимодействия. Самые низкие значения, указанные для большинства оцениваемых параметров, были обнаружены в месте отбора проб T1, в основном с указанием pH, электропроводности, температуры и концентраций питательных веществ (ANOVA, p <0,05). Напротив, участок отбора проб Т4 показал результаты, противоположные Т1, с очень высокими значениями, особенно для форм азота, концентрация которых увеличилась в среднем до четырех раз по сравнению с Т1.

Таблица 1. Среднее значение и стандартное отклонение физико-химических переменных, оцененных для различных участков отбора проб (T1 – T4) в бассейне верхнего течения реки Тер (Северо-Восточная Каталония, Испания) в 2019 г .: зимой (W), весной (Sp), летом (Вс) и осень (А).

Сезонность также оказала влияние на некоторые оцениваемые физико-химические параметры, например, осенью, когда регистрировались более низкие значения pH и растворенного кислорода вместе с более высокой концентрацией нитритов (тест Бонферрони, p <0.01 во всех случаях). Концентрация фосфатов и мутность показали самые высокие значения весной ( p <0,001), когда, напротив, соотношение DIN: SRP показало более низкие результаты по сравнению с летом и осенью ( p <0,01).

Концентрация геосмина для всех мест отбора проб и сезонов положительно коррелировала с pH, электропроводностью, мутностью и концентрацией фосфатов (корреляция Пирсона, p, <0,01 во всех случаях) и отрицательно коррелировала с соотношением DIN: SRP (корреляция Пирсона, p <0.05).

Учитывая, что пик геосмина был измерен в точке T4, был проведен специальный анализ вспомогательного набора данных в отношении этого участка отбора проб. Анализ корреляций показал, что концентрация геосмина положительно коррелировала с концентрацией фосфора (корреляция Пирсона: r = 0,789, p <0,01) и имела отрицательную корреляцию с соотношением DIN: SRP ( r = –0,868, p <0,01). Весной, когда был обнаружен самый высокий пик геосмина, соотношение DIN: SRP было значительно ниже (47: 1 ± 16: 1) по сравнению с другими сезонами.Напротив, осень была сезоном с самым высоким соотношением DIN: SRP (221: 1 ± 34: 1) из-за значительного снижения концентрации фосфора (19 ± 11 мкг P-PO ₄ ^3– мкг / L).

Биологические параметры

Данные биологических параметров показали значительные различия в зависимости от места отбора проб, сезона и взаимодействия между обоими факторами (Таблица 2). Участок отбора проб Т4 показал самые высокие значения концентрации Chl- и и присутствие цианобактерий, что значительно отличалось от остальных участков отбора проб (тест Бонферрони, p <0.01). Сезонность также повлияла на оцениваемые биологические параметры. Фототрофное сообщество показало более высокие значения биомассы (оцениваемые как микрограммы Chl- a на квадратный сантиметр) летом ( p <0,01), тогда как значение F ₀ было выше осенью ( p <0,05), и концентрация Chl- a и относительная численность диатомовых водорослей зимой имели более высокие значения ( p <0,01). Корреляционный анализ показал, что численность диатомей отрицательно коррелировала с концентрацией геосмина ( r = –0.28, p <0,05), но не было обнаружено значительной корреляции между присутствием геосмина и цианобактерий.

Таблица 2. Среднее значение и стандартное отклонение биологических переменных, оцененных для различных участков отбора проб (T1 – T4) в бассейне верхнего течения реки Тер (Северо-Восточная Каталония, Испания) в 2019 г. зимой (W), весной (Sp), летом (Вс) и осень (А).

При оценке места отбора проб с наивысшей концентрацией геосмина (T4) было обнаружено, что концентрация геосмина отрицательно коррелировала с F ₀ (корреляция Пирсона: r = –0.681, p <0,01), биомасса диатомовых водорослей ( r = –0,661, p <0,01), индекс Маргалефа ( r = –0,643, p <0,01) и концентрация Chl- a ( r = –0,533; p <0,05).

Драйверы Geosmin

RDA была проведена с целью определения взаимосвязи между потенциальными факторами (все физико-химические переменные, кроме геосмина) и переменными отклика (все биологические переменные вместе с геосмином), измеренными на разных участках отбора проб (рис. 3).Независимые переменные в первых двух измерениях RDA (RDA1 и RDA2) объяснили 89% общей дисперсии в распределении параметров ответа.

Рис. 3. Дискриминантный анализ избыточности , показывающий распределение параметров отклика на основе драйверов, оцененных в четырех разных точках отбора проб в бассейне верхней части реки Тер (Северо-Восточная Каталония, Испания) в 2019 году. Оси 1 и 2 вместе объясняют 89% дисперсии. Факторы: pH, температура (Temp), электропроводность (EC), растворенный кислород (DO), мутность, нитрит (N-NO ₂ ^— ), нитрат (N-NO ₃ ^— ), аммоний. (N-NH ₄ ⁺ ), концентрации фосфата (P-PO ₄ ^–3 ) и отношения азота к фосфору (DIN: SRP).Переменные ответа: геосмин, минимальный выход флуоресценции ( F ₀ ), эффективность фотосинтеза (Y eff ), концентрация хлорофилла- a (Chl a ), беззольная сухая масса (ADFM), индекс Маргалефа ( MI), биомасса цианобактерий (Cb), диатомовых водорослей (Dt) и зеленых водорослей (GA), а также относительная численность цианобактерий (R_Cb) и диатомовых водорослей (R_Dt).

Эта ординация четко отделяет участки вверх по течению (T1 и T2) от участков ниже по течению (T3 и T4) вдоль первой оси, что объясняет 68.8% изменчивости, и в основном это обусловлено увеличением концентраций биогенных веществ вдоль градиента реки Тер. Отношение DIN: SRP также влияет на распределение участков отбора проб, при этом T1 является участком с самыми низкими средними значениями. На концентрацию геосмина в основном влияли концентрация фосфатов и нитритов, мутность, pH и значения отношения DIN: SRP, что согласуется с найденными корреляциями Пирсона (все они положительно коррелировали с концентрацией геосмина, за исключением отношения DIN: SRP).Присутствию цианобактерий способствовали более низкие значения DIN: SRP, в отличие от диатомовых водорослей, которые имели более высокие значения в условиях высокой концентрации нитратов. Эта последняя ситуация также благоприятствовала высоким значениям Chl- a и биопленкам с более высокой фотосинтетической эффективностью (Y eff ).

Учитывая, что самые высокие концентрации геосмина были обнаружены на участке отбора проб T4, для этого поднабора данных был выполнен специальный RDA (Рисунок 4). Возможные драйверы для RDA1 и RDA2 объясняют 83.3% от общей дисперсии распределения параметров ответа в T4. Этот анализ ясно показывает влияние сезонности на появление геосмина на этом участке отбора проб. В частности, первая ось, которая объясняет 69,71% изменчивости, отделяет зиму и осень от весенних и летних выборок и в основном определяется увеличением концентрации фосфора и нитритов и уменьшением значений DIN: SRP, которые снова, по-видимому, связаны с численностью цианобактерий. и концентрация геосмина.В частности, в первый зимний день отбора проб (W1) наблюдалась тенденция к переходу от высоких значений отношения DIN: SRP (187: 1) к более низким значениям (48: 1 на W6). Постепенное уменьшение соотношения DIN: SRP в основном обусловлено соответствующим увеличением концентрации фосфора (с 32 ± 3,5 до 70 — 100 ± 10,4 мкг P-PO ₄ ^3– / л) одновременно с уменьшением концентрации нитратов. (от 2,98 ± 0,02 до 1,26 ± 0,18 мг N-NO ₃ ^— / л) и совпадают с первым обнаружением (W4) и постепенным увеличением концентрации геосмина в конце зимы — начале весны.В этот период температура воды повышается с 4,2 ° C на W1 до 9,5 ° C на W6, сохраняя средние значения 13,6 ± 1,7 ° C весной. Те же физико-химические параметры, связанные с концентрацией геосмина, по-видимому, связаны с присутствием цианобактерий в биопленке (как абсолютная концентрация, так и относительная численность), с более высокими значениями в конце зимы и летом. Напротив, самая высокая концентрация Chl-, и диатомовых водорослей наблюдается осенью и в начале зимы, что обусловлено более высокими значениями отношения DIN: SRP, концентрации нитратов и растворенного кислорода.

Рис. 4. Дискриминантный анализ избыточности , показывающий распределение биологических параметров на участке отбора проб Т4 на основе физико-химических переменных, оцененных в бассейне верхней части реки Тер (Северо-Восточная Каталония, Испания) в 2019 году. Оси 1 и 2 вместе объясняют 83,3% дисперсии. Времена года: зима (W), весна (Sp), лето (Su) и осень (Au). Факторы: pH, температура (Temp), электропроводность (EC), растворенный кислород (DO), мутность, нитрит (N-NO ₂ ^— ), нитрат (N-NO ₃ ^— ), аммоний. (N-NH ₄ ⁺ ), концентрации фосфата (P-PO ₄ ^–3 ) и отношения азота к фосфору (DIN: SRP).Переменные ответа: геосмин, минимальный выход флуоресценции ( F ₀ ), эффективность фотосинтеза (Y eff ), концентрация хлорофилла- a (Chl a ), беззольная сухая масса (ADFM), индекс Маргалефа ( MI), биомасса цианобактерий (Cb), диатомовых водорослей (Dt) и зеленых водорослей (GA), а также относительная численность цианобактерий (R_Cb) и диатомовых водорослей (R_Dt).

MLR и RF-модель между физико-химическими переменными (драйверами) и концентрацией геосмина были выполнены с разными временными интервалами (неделями), чтобы определить, какие факторы являются лучшими предикторами концентрации геосмина.

Методы моделирования RF и MLR привели к хорошему подбору модели, но RF был лучшим из двух при каждом временном лаге (на основе поправки R ² ) (Таблица 3). При t = 0 недель (нед.) R ² прил. предоставленный РФ, составляет 0,70, увеличиваясь до 0,81 при t = 2w и снижаясь ниже 0,5 через 8 недель. Аналогичная картина обнаружена для MLR, но в этом случае более высокая точность прогноза составляет 0,62 ( t = 2w) и уменьшается ниже 0.5 в 6 недель. Анализ относительной важности предикторов выявил закономерности, связанные с запаздыванием прогнозов (рисунок 5 и дополнительный рисунок 1). До лага 4 недели ( t = 5– t = 10 нед), концентрация нитратов и температура являются параметрами с более высокой относительной важностью в рамках модели RF (≈10–20%). С этого момента концентрация фосфора, отношение DIN: SRP и значение мутности начинают приобретать значение, составляя t = 2w, когда концентрация фосфора достигает своего максимума (28.3%). В это время также наблюдается снижение относительной важности концентрации нитратов, что совпадает с увеличением веса отношения DIN: SRP в модели, которое является одним из основных предикторов концентрации геосмина среди временных лагов 0. –2w (22,4–15,2%). При t = 0 и t = 1 неделя мутность является параметром с более высокой относительной важностью (26,1 и 23,8% соответственно).

Таблица 3. Точность прогноза, измеренная с помощью R ² , скорректированная с учетом различных временных лагов (в неделях), для моделей множественной линейной регрессии (MLR) и случайных лесов (RF) в верхнем бассейне реки Тер (северо-восточная часть Каталонии, США). Испания) в 2019 году.

Рисунок 5. Относительная важность (в%) основных предикторов [температура в градусах Цельсия; концентрация нитратов, в Н-НО ₃ ^— мг / л; концентрация фосфата (SRP), в P-PO ₄ ^3– мг / л; Отношение DIN: SRP, моль: моль; и мутность, в NTU] в разное время (в неделях) в случайной модели леса.

Обсуждение

Это исследование, проведенное в верхней части бассейна реки Тер, предложило физико-химические параметры, которые могут вызвать появление геосмина в реке, где бентосные цианобактерии являются основными продуцентами геосмина.

Эпизоды геосмина в бассейне реки Верхний Тер

В ходе исследования концентрация геосмина варьировалась в зависимости от места отбора проб и сезона (Рисунок 2). Участки отбора проб различались в основном по концентрации питательных веществ, они были выше по Т3 и Т4, расположенным ниже по течению. Характер концентрации биогенных веществ, измеренный вдоль верхнего течения реки Тер, можно объяснить близлежащими видами землепользования, которые в районе Осоны (где расположены Т3 и Т4) в основном связаны с сельским хозяйством (35% от общей площади) и городским и промышленным развитием ( CORINE Land Cover System, 2018), тогда как регион Эль-Рипольес, где были расположены участки отбора проб T1 и T2, характеризовался высоким процентом лесов и пастбищ (от 31.2 и 42,5%). Более низкие уровни точечных и неточечных источников загрязнения, связанные с доминирующим землепользованием вместе с концепцией речного континуума, могут помочь объяснить более низкие концентрации биогенных веществ, обнаруженные на этих участках отбора проб (Таблица 1). Кроме того, леса и пастбища представляют собой среду, которая может способствовать снижению поверхностной эрозии и стока почвенных отложений, которые являются одними из основных диффузных источников фосфора в пресноводных реках. Онгли и др. (2010) сообщили, что на сельское хозяйство приходится> 50% общей нагрузки биогенными веществами, и доля этой общей нагрузки сильно зависит от доли сельского хозяйства в водоразделе (Shi et al., 2017). Кроме того, сельскохозяйственная деятельность имеет явную сезонность: весна является сезоном, который из-за большего количества дождей и более высоких температур способствует лучшему росту и развитию сельскохозяйственных культур. Это согласуется с тем, что наблюдается в сельскохозяйственной деятельности Осоны, где большинство сельскохозяйственных культур составляют зерновые (53,7%) и корма (43,1%), время посева которых приходится на позднюю зиму и весну (в основном в марте) (Departament d’Agricultura , Generalitat de Catalunya). Это заставляет использование сельскохозяйственных земель оказывать большее влияние на качество воды зимой и весной, когда происходит посев и удобрения сельскохозяйственных культур.Более того, весной большее количество осадков может привести к тому, что удобрения, используемые для выращивания сельскохозяйственных культур, могут перетекать в реки, непосредственно или через грунтовые воды, что приведет к ухудшению качества речной воды. В частности, аммоний и фосфор могут легко поглощаться частицами почвы, а затем переноситься в ручьи и реки в случае эрозии почвы и стока (Withers and Jarvie, 2008). Напротив, нитраты хорошо растворимы и подвижны, и при избытке нитратов они выщелачиваются в грунтовые воды и попадают в реки через подземные потоки (Grizzetti et al., 2011). Разница в динамике мобилизации азота и фосфора с поверхности может вызвать изменения в соотношении DIN: SRP.

Как концентрация питательных веществ, так и соотношение DIN: SRP являются факторами, связанными с развитием определенных цианобактерий, при этом описано, что высокие концентрации питательных веществ способствуют появлению цветения цианобактерий (Dodds and Smith, 2016; Lee et al., 2017), в многие случаи связаны с производством геосмина (Ding et al., 2014). Подобные результаты наблюдались в этом полевом исследовании, где более высокая концентрация питательных веществ могла создать благоприятные условия для развития цианобактерий в сообществах биопленок (0.91 ± 0,58 мкг / см ² в Т4 по сравнению с 0,33 ± 0,44 мкг / см ( ² в Т1, среднегодовое значение). Некоторые исследования показали, что для цветения цианобактерий необходима высокая концентрация азота (> 0,8 мгTN / л, Xu et al., 2015; ≈0,1 мгN-NH ₄ ⁺ / л, ≈1,1 мгN-NO ₃ ^— / л, Espinosa et al., 2021). Perkins et al. (2019) указали, что концентрация аммония является ключевой для стимулирования развития цианобактерий и производства соединений T&O, в частности, выявив, что метаболиты связаны с высоким содержанием аммония по сравнению с нитратами.Напротив, исследование, проведенное Harris et al. (2016) предположили, что относительно низкие отношения NO ₃ : NH ₃ создают условия, благоприятствующие производству метаболитов цианобактерий. Предыдущее исследование Jankowiak et al. (2019) описали, что избыток фосфора может стимулировать цветение цианобактерий, а некоторые исследования показали, что концентрация общего фосфора (TP, как в органических, так и в неорганических формах) должна составлять от 20 до 100 мкг TP / л, чтобы контролировать рост цианобактерий ( Sharma et al., 2011; Ли и др., 2018). Более того, Graham et al. (2004) определили преобладание цианобактерий, часто наибольшее, когда отношение общего азота (TN): TP было низким (<29: 1 по массе), аналогично результатам, полученным Harris et al. (2016) в исследовании, проведенном на четырех североамериканских водохранилищах. Vilalta et al. (2003) в исследовании, проведенном на реке Льобрегат (Каталония, Северо-Восточная Испания), предположили, что несбалансированное соотношение между азотом и фосфором влияет на выработку бентосного геосмина, поскольку его появление благоприятно сказывается на низких соотношениях TN: TP (TN: TP = 10: 1).Исследование, проведенное в лабораторных условиях Espinosa et al. (2021) показали, что высокая концентрация питательных веществ вместе с низким соотношением DIN: SRP (DIN: SRP = 4: 1) запускает производство и высвобождение геосмина цианобактериями Oscillatoria , присутствующими в биопленке. Эта разница в результатах может быть связана с факторами, связанными с системой исследования, такими как стратификация, окислительно-восстановительный потенциал и повторное суспендирование питательных веществ в резервуарах. Однако можно отметить, что для развития цианобактерий необходимо минимальное количество азота.Тем не менее, чтобы запустить производство геосмина, должно произойти увеличение концентрации фосфора, что приведет к дисбалансу в соотношении DIN: SRP или TN: TP. Аналогичная ситуация наблюдалась в этом исследовании, поскольку как численности цианобактерий, так и концентрации геосмина благоприятствовали высокие концентрации питательных веществ и более низкое соотношение DIN: SRP, что привело к увеличению концентрации фосфора. Эффект четко наблюдался в Т4, месте отбора проб с более высокими концентрациями питательных веществ, где в конце зимы — начале весны наблюдалось выраженное уменьшение значения отношения DIN: SRP (Рисунок 4), связанное с важным эпизодом геосмина.Взаимодействие между соотношением DIN: SRP и концентрацией питательных веществ, по-видимому, является важным фактором, способствующим производству и высвобождению этого метаболита из бентосных цианобактерий в реке Тер.

Несоответствие между численностью цианобактерий и концентрацией геосмина

Хотя наличие цианобактерий и выработка геосмина, по-видимому, благоприятствует одним и тем же физико-химическим факторам, в этом полевом исследовании не было обнаружено значительной корреляции между обоими параметрами. Это несколько удивительно, поскольку эти микроорганизмы описываются как основные продуценты геосмина в пресноводных экосистемах.Одна из причин может заключаться в том, что идентификация сообщества биопленок на уровне рода не проводилась в этом исследовании, и, как обсуждалось ранее, не все цианобактерии являются продуцентами геосмина. С другой стороны, это можно объяснить относительной динамикой производства и высвобождения геосмина, связанной с жизненным циклом цианобактерий. Фактически, в контролируемых условиях было описано, что производство геосмина в основном происходит во время фазы роста, а его выделение в воду является прямым следствием разложения биомассы и / или лизиса клеток (Kim et al., 2018).

Несмотря на то, что идентификация сообществ биопленок на протяжении всего исследования не проводилась, образцы биопленок были взяты из места отбора проб Т4 в конце марта для параллельного исследования, проводимого в лабораторных условиях. Эти образцы были охарактеризованы, и цианобактерия Oscillatoria sp. был идентифицирован как основной продуцент геосмина (Espinosa et al., 2021). Кроме того, обнаруженная визуальная разница in situ заключалась в наличии плавающих цианобактериальных матов, выходящих из биопленки зимой, тогда как летом эти маты не наблюдались (личное наблюдение).

Что касается несоответствия, обнаруженного между цианобактериями и геосмином в конце зимы — начале весны, его можно объяснить самим жизненным циклом цианобактерий. Различные исследования, выполненные Hu et al. (2001, 2003), оценивая различные виды цианобактерий, объяснили, что внутриклеточная концентрация геосмина увеличивается пропорционально биомассе. Помимо внутриклеточного накопления было замечено, что концентрация геосмина в воде начала увеличиваться. Как только эти цианобактерии достигли стационарной фазы, произошло быстрое снижение внутриклеточной концентрации с соответствующим быстрым увеличением высвобождения геосмина, что указывает на то, что лизис клеток и разложение продуцентов геосмина может привести к большим выбросам этих соединений в запасах воды.Аналогичные результаты наблюдались Cai et al. (2017); Alghanmi et al. (2018) и Espinosa et al. (2021), поддерживая идею о том, что большая часть геосмина обычно удерживается в клетках цианобактерий во время их роста, а высвобождение в среду происходит в результате лизиса и клеточного разложения. Различные исследования показали, что в зависимости от штамма цианобактерий фаза роста различается. Kruskopf и Du Plessis (2006) наблюдали, что Oscillatoria simplicissima достиг фазы быстрого роста через 8 дней, тогда как Espinosa et al.(2021) обнаружили максимум Oscillatoria sp. присутствие через 16 дней, и Jindal et al. (2011) описали, что Oscillatoria formosa может расти экспоненциально в течение 24 дней до начала стационарной фазы. В этом полевом исследовании относительная численность цианобактерий достигла своего пика через 1-2 недели постепенного увеличения и через 1 неделю начала снижаться, тогда как геосмин в воде начал достигать своего пика через 1 неделю. Это подтвердило бы то, что наблюдалось в нескольких исследованиях, сообщающих о высвобождении геосмина в воду в результате разложения биомассы цианобактерий и / или лизиса клеток.

Несмотря на отсутствие корреляции между численностью цианобактерий и концентрацией геосмина, наблюдаемые тенденции, такие как показанные на Рисунке 6, могут помочь сделать гипотезу о факторах геосминов в верховьях реки Тер. На этом рисунке показано заметное увеличение численности цианобактерий в первые месяцы года, достигнув почти 50% сообщества биопленок в начале марта и сильно снизившись через 15 дней, что совпадает с пиком геосмина (Рисунок 6A).Аналогичное поведение наблюдалось в конце апреля. Тем не менее, эта тенденция наблюдается только зимой и весной. Летом присутствие цианобактерий также было высоким, но геосмин не был обнаружен, что указывает на то, что факторы, способствующие его производству, нестабильны в течение всего года и что для запуска производства геосмина бентосными цианобактериями должен одновременно возникнуть ряд особых условий. Некоторыми из факторов, которые различаются между этими двумя моментами, были отношение DIN: SRP и температура, которые имели значительно более низкие значения зимой и весной, чем летом (Рисунок 6B).Исследование, проведенное Alghanmi et al. (2018) отметили, что многие цианобактерии лучше растут при температуре 25 ° C, но это не означает более высокой продукции геосмина. Фактически, некоторые исследования обнаружили более высокую концентрацию геосмина и выход продукции при 10 ° C по сравнению с более высокими температурами (25 и 35 ° C), что указывает на то, что более низкие температуры могут стимулировать выработку геосмина и способствовать накоплению геосмина в клетках (Zhang et al. , 2009; Ван, Ли, 2015). Это согласуется с нашим исследованием, где более высокая концентрация геосмина наблюдалась при более низких температурах (около 10 ° C), тогда как при более высоких температурах (20–25 ° C) уровни геосмина были ниже предела обнаружения (Рисунок 6B).Более того, учитывая, что условия низкой освещенности были описаны как благоприятные для внутриклеточного производства геосмина в речных биопленках (Espinosa et al., 2020), повышенная доступность света, происходящая летом, может быть дополнительным ограничивающим фактором для производства микробного геосмина в реке Тер, поскольку более высокое освещение предотвращает образование газовых вакуолей и производство геосмина (Li et al., 2012). Фактически, различные исследования показали, что при температурах ≈20–25 ° C более высокая интенсивность света препятствует выработке геосмина цианобактериями (Oh et al., 2017; Алганми и др., 2018).

Рисунок 6. (A) Среднее значение и стандартное отклонение концентрации геосмина (нанограмм на литр) и относительной численности цианобактерий (%) и (B) среднее значение и стандартное отклонение концентрации геосмина (нанограмм на литр) ) и отношение DIN: SRP (моль / моль), температура воды (° C) в месте отбора проб T4 для различных проб в 2019 г., где январь = январь, февраль = февраль, март = март, апр = апрель, май = май, июль. = Июль, сентябрь = сентябрь, октябрь = октябрь, ноябрь = ноябрь и декабрь = декабрь.Синие прямоугольники показывают время, когда относительная численность цианобактерий в биопленке была высокой.

Изменение относительной важности предиктора

Изменение физико-химических условий на разных участках отбора проб и в разные сезоны может объяснить изменение относительной важности параметров, включенных в модели, разработанные с разными временными лагами. Как показано на рисунке 5, концентрация нитратов и температура более важны для прогнозирования геосмина между лагами 5 и 10 (на 1-2 с половиной месяца вперед), что может указывать на необходимость высоких базальных нитратных условий (Xu et al., 2015; Espinosa et al., 2021). Однако для того, чтобы произошел эпизод геосмина, кажется, что постепенное увеличение концентрации фосфора, максимальное значение которого в качестве драйвера геосмина в модели достигается за задержку 2-нед., Необходимо для создания условий, которые будут благоприятствовать развитию цианобактерий. биомасса. Увеличение концентрации фосфора порождает дисбаланс в соотношении DIN: SRP, значения которого уменьшаются по мере увеличения его относительной значимости в модели, вплоть до максимального значения при t = 0w (22.4%), указывая на то, что это соотношение должно оставаться низким на протяжении всего эпизода геосмина. Эти результаты согласуются с тем, что было продемонстрировано Espinosa et al. (2021) в исследовании, проведенном в контролируемых условиях с сообществами биопленок, собранных из реки Тер, в котором развитию цианобактерий ( Oscillatoria sp.) И производству геосмина благоприятствовала более высокая концентрация питательных веществ (как азота, так и фосфора) вместе с более низким значением DIN: SRP. соотношение (4: 1 по сравнению с 64: 1). Другой параметр, который имеет относительно большое значение в моделях, — это мутность.Этому могут быть разные объяснения: первое заключается в том, что меньшее количество света, генерируемое большей мутностью, способствует развитию организмов с низким уровнем освещенности, таких как цианобактерии, продуцирующие геосмин (Espinosa et al., 2020). Фактически, другие исследования, оценивающие падение света с помощью метода диска Секки, обнаружили отрицательную взаимосвязь между проникновением света и концентрацией геосмина, поддерживая идею о том, что условия низкой доступности света могут способствовать развитию цианобактерий, продуцирующих геосмин (Dzialowski et al., 2009; Парр, 2014). Другое объяснение заключается в том, что мутность коррелирует с концентрацией фосфора, в основном связанной с процессом стока (Schilling et al., 2017), что также наблюдалось в этом исследовании. Наконец, когда бентосные продуценты геосмин-цианобактерий отделяются от субстратов, что совпадает с лизисом клеток и последующим высвобождением геосмина в толщу воды, он также высвобождает другой материал, который может вызвать увеличение значения мутности (т.е.е., твердые частицы, захваченные толстыми биопленками в воде с медленным течением). Этот последний пункт может объяснить, почему мутность является основным предиктором в моменты времени 0 и 1.

Модели, разработанные с использованием базы данных, созданной на реке Тер в 2019 году, позволили узнать с точностью до 0,70–0,81 (с учетом 1 как максимально возможного значения) концентрацию геосмина за период до полутора месяцев вперед. . Кроме того, результаты, полученные с помощью моделей, показывают, что алгоритм RF предлагает отличный вариант для оценки наборов долгосрочных экологических данных.Эта модель также позволила идентифицировать связанные параметры в каждом лаге и необходимые изменения физико-химических параметров, которые должны произойти, чтобы увеличить вероятность инициирования эпизода геосмина. Зная об относительной важности драйверов геосмин, о чем свидетельствует это исследование, компании по очистке питьевой воды имеют возможность перейти к эпизодам геосмин на основе мониторинга более простых и дешевых переменных. Таким образом, у них будет достаточно времени для проведения необходимой обработки и предотвращения попадания геосмина в кран потребителя, избегая жалоб от пользователей, поскольку они могут постоянно предлагать качественную питьевую воду.

Заключение

В целом, это полевое исследование показало, что факторы, прямо или косвенно связанные как с глобальными изменениями, так и с антропогенными факторами, могут быть потенциальными движущими силами появления геосмина в реках Средиземного моря.

Участки рек, землепользование на прилегающих территориях которых способствует более высокой концентрации питательных веществ, более подвержены воздействию цветения цианобактерий и эпизодов геосмина. Например, промышленные и сельскохозяйственные водосборы могут привести к более высоким концентрациям питательных веществ в речных водах, что может способствовать развитию определенных цианобактерий (таких как Oscillatoria sp.). Кроме того, сельскохозяйственные водосборы используются для повышения концентрации фосфора, связанного с периодами посадки и внесения удобрений, что может привести к снижению соотношения DIN: SRP, особенно в конце зимы — начале весны. Эта ситуация может способствовать тому, что определенные цианобактерии начнут вырабатывать геосмин, который будет высвобождаться в воду между 7 и 15 днями после пика цианобактерий в биопленках, связанного с деградацией организма или лизисом клеток.

Эти результаты могут помочь компаниям, занимающимся питьевой водой, в прогнозировании и управлении эпизодами геосминов, будучи способными понять, какие экологические условия более быстро способствуют появлению геосмина в воде, собранной из поверхностных вод, и, таким образом, позволяя им проводить более целенаправленную очистку. схемы до того, как геосмин попадет к потребителю.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.

Авторские взносы

Все авторы внесли существенный вклад в концепцию или дизайн работы, или сбор, анализ или интерпретацию данных для работы.

Финансирование

Мы хотели бы поблагодарить предприятия водоснабжения Aigües de Vic S.A. и Aigües d’Osona S.A. (Каталония, Испания) за финансовую поддержку исследования, представленного в этой публикации. Исследования, приведшие к этим результатам, получили финансирование от Европейского исследовательского совета в рамках программы исследований и инноваций Европейского союза Horizon 2020 — h3020 INTCATCH (соглашение о гранте № 689341). LP получила финансирование от Программы стипендий для докторантов Беатриу де Пинос, финансируемой Секретарем университетов и исследований (Правительство Каталонии), а также Программой исследований и инноваций Европейского Союза Horizon 2020 в рамках Соглашения о гранте Марии Склодовской-Кюри. Нет.801370.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что это исследование получило финансирование от Aigües de Vic SA и Aigües d’Osona SA. Спонсор не участвовал в разработке, сборе, анализе, интерпретации данных исследования, написании этой статьи или решении ее представить. для публикации.

Управляющий редактор SM заявил о прошлом соавторстве с несколькими авторами CE, MA, SP, LV-P, LL, LP.

Примечание издателя

Все утверждения, выраженные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно отражают претензии их дочерних организаций или издателей, редакторов и рецензентов.Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или заявление, которое может быть сделано его производителем, не подлежат гарантии или одобрению со стороны издателя.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2021.741750/full#supplementary-material

Список литературы

Алганми, Х.А., Алкам, Ф.М., и Аль-Тай, М.М. (2018). Влияние света и температуры на новые продуценты цианобактерий геосмина и 2-метилизоборнеола. J. Appl. Phycol. 30, 319–328. DOI: 10.1007 / s10811-017-1233-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

APHA (2005). Стандартные методы исследования воды и сточных вод . 21-е изд. Вашингтон, округ Колумбия: Американская ассоциация общественного здравоохранения / Американская ассоциация водопроводных сооружений / Федерация водной среды.

Google Scholar

Аргудо, М., Гич, Ф., Бонет, Б., Эспиноза, К., Гутьеррес, М., и Гуаш, Х. (2020). Ответы резидентных (ДНК) и активных (РНК) микробных сообществ в речных биопленках при различных сценариях загрязнения. Chemosphere 242: 125108. DOI: 10.1016 / j.chemosphere.2019.125108

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Cai, F., Yu, G., Zhang, K., Chen, Y., Li, Q., Yang, Y., et al. (2017). Производство геосмина и полифазная характеристика Oscillatoria limosa Agardh ex Gomont, изолированного из открытого канала большой системы питьевой воды в городе Тяньцзинь, Китай. Вредные водоросли 69, 28–37. DOI: 10.1016 / j.hal.2017.09.006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Клерчин, Н.А., Друщель Г. К. (2019). Влияние факторов окружающей среды на продукцию метаболитов MIB и геосмина бактериями в эвтрофном резервуаре. Водные ресурсы. Res. 55, 5413–5430. DOI: 10.1029 / 2018wr023651

CrossRef Полный текст | Google Scholar

CORINE Land Cover System (2018). Copernicus Global Land Service. Предоставление биогеофизических продуктов глобальной поверхности суши .

Google Scholar

Дин, З., Пэн, С., Цзинь, Ю., Сюань, З., Чен, X., и Инь, Л. (2014). Географические и сезонные особенности геосмина и 2-метилизоборнеола в окружающей воде в провинции Цзянсу, Китай. J. Anal. Методы Chem. , 2014: 743924.

Google Scholar

Доддс, В. К., и Смит, В. Х. (2016). Азот, фосфор и эвтрофикация в ручьях. Внутренние воды 6, 155–164. DOI: 10.5268 / iw-6.2.909

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Друри, Б., Рози-Маршалл, Э.и Келли Дж. Дж. (2013). Стоки очистки сточных вод сокращают численность и разнообразие сообществ донных бактерий в городских и пригородных реках. Заявл. Environ. Microbiol. 79, 1897–1905. DOI: 10.1128 / aem.03527-12

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Dzialowski, A.R., Smith, V.H., Huggins, D.G., deNoyelles, F., Lim, N.C., Baker, D.S, et al. (2009). Разработка моделей прогнозирования вкуса и запаха, связанных с геосмином, в резервуарах с питьевой водой в Канзасе, США. Water Res. 43, 2829–2840. DOI: 10.1016 / j.watres.2009.04.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Элосеги А. и Сабатер С. (редакторы) (2009). Conceptos y Técnicas en Ecología Fluvial. Бильбао: Fundación BBVa.

Google Scholar

Espinosa, C., Abril, M., Guasch, H., Pou, N., Proia, L., Ricart, M., et al. (2020). Влияние потока воды и доступности света на внутриклеточную продукцию геосмина в речных биопленках. Фронт. Microbiol. 10: 3002. DOI: 10.3389 / fmicb.2019.03002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Espinosa, C., Abril, M., Ponsá, S., Ricart, M., Vendrell-Puigmitjà, L., Ordeix, M., et al. (2021 г.). Влияние взаимодействия между концентрацией питательных веществ и соотношением DIN: SRP на производство геосмина пресноводными биопленками. Sci. Total Environ. 768: 144473. DOI: 10.1016 / j.scitotenv.2020.144473

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грэм, Дж.Л., Джонс, Дж. Р., Джонс, С. Б., Даунинг, Дж. А., и Клевенджер, Т. Е. (2004). Факторы окружающей среды, влияющие на распределение и концентрацию микроцистина в Среднем Западе США. Водостойкость . 38, 4395–4404.

Google Scholar

Grizzetti, B., Bouraoui, F., Billen, G., van Grinsven, H., Cardoso, A.C., Thieu, V., et al. (2011). Азот как угроза качеству воды в Европе. Кембридж: Издательство Кембриджского университета.

Google Scholar

Харрис, Т., Смит, В., Грэм, Дж., Ван де Ваал, Д., Тедеско, Л., и Клерсин, Н. (2016). Комбинированное влияние азота на фосфор и нитратов на аммиак на концентрацию метаболитов цианобактерий в эвтрофных водохранилищах Среднего Запада США. Внутренние воды 6, 199–210. DOI: 10.5268 / iw-6.2.938

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хо, Дж. К., Михалак, А. М., и Пахлеван, Н. (2019). Повсеместный глобальный рост интенсивного цветения фитопланктона озер с 1980-х годов. Природа 574, 667–670.DOI: 10.1038 / s41586-019-1648-7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ху, К., Фортуна, А., Зоммерфельд, М. Р., и Вестерхофф, П. К. (2003). «Физиологические исследования MIB и геосмин-продуцирующих цианобактерий, выделенных из системы питьевого водоснабжения Феникса», в плакате на 5-м ежегодном симпозиуме CAP LTER (Темпе: Университет штата Аризона), 1–4.

Google Scholar

Ху, К., Соммерфилд, М., Лоури, Д., Демпстер, Т., Вестерхофф П., Бейкер Л. и др. (2001). Производство и высвобождение геосмина цианобактериями Oscillatoria splendida, выделенными из источника воды Феникс. J. Phycol. 37, 25–26.

Google Scholar

Межправительственная группа экспертов по изменению климата [IPCC] (2019). 2019 Уточнение к Руководящим принципам национальных кадастров парниковых газов МГЭИК 2006 г. . Женева: Межправительственная группа экспертов по изменению климата.

Google Scholar

Jähnichen, S., Jäschke, K., Wieland, F., Packroff, G., and Benndorf, J. (2011). Пространственно-временное распределение связанного с клетками и растворенного геосмина в резервуаре Ванбах: причины и потенциальные неприятные запахи в сырой воде. Water Res. 45, 4973–4982. DOI: 10.1016 / j.watres.2011.06.043

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янковяк, Дж., Хаттенрат-Леманн, Т., Крамер, Б. Дж., Лэддс, М., и Гоблер, К. Дж. (2019). Расшифровка влияния азота, фосфора и температуры на усиление, разнообразие и токсичность цветения цианобактерий в западной части озера Эри. Лимнол. Oceanogr. 64, 1347–1370. DOI: 10.1002 / lno.11120

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джеффри, С. В. и Хамфри, Г. Ф. (1975). Новые спектрофотометрические уравнения для определения хлорофиллов a, b, c1 и c2 у высших растений, водорослей и природного фитопланктона. Biochem. Physiol. Растения 167, 191–194. DOI: 10.1016 / s0015-3796 (17) 30778-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джиндал Н., Сингх Д. П. и Хаттар Дж.И. С. (2011). Кинетика и физико-химические характеристики экзополисахаридов, продуцируемых цианобактериями Oscillatoria formosa . World J. Microbiol. Биотехнология . 27, 2139–2146.

Google Scholar

Юттнер Ф. и Уотсон С. Б. (2007). Биохимический и экологический контроль геосмина и 2-метилизоборнеола в исходных водах. Заявл. Environ. Microbiol. 73, 4395–4406. DOI: 10.1128 / aem.02250-06

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Караузас, И., Теодоропулос, К., Вардакас, Л., Калогианни, Э., Скуликидис, Н. (2018). Обзор воздействия загрязнения и нехватки воды на речную биоту прерывистого Средиземноморского бассейна. River Res. Прил. 34, 291–299. DOI: 10.1002 / rra.3254

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кехо, М. Дж., Чун, К. П., и Баулч, Х. М. (2015). Кто чует? Прогнозирование вкуса и запаха в резервуаре с питьевой водой. Environ. Sci. Technol. 49, 10984–10992.DOI: 10.1021 / acs.est.5b00979

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким К., Пак К., Юн Ю. и Хван С. Дж. (2018). Производство вредоносного цианобактериального материала в реке Северная Хан (Южная Корея): генетический потенциал и температурно-зависимые свойства. Внутр. J. Environ. Res. Общественное здравоохранение 15: 444.

Google Scholar

Крускопф, М., и Дю Плесси, С. (2006). Рост и длина нити цветка, образующего Oscillatoria simplicissima (Oscillatoriales, Cyanophyta) при различных концентрациях N и P. Hydrobiologia 556, 357–362. DOI: 10.1007 / s10750-005-1061-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Дж., Рай, П. К., Чон, Ю. Дж., Ким, К. Х., и Квон, Э. Э. (2017). Роль водорослей и цианобактерий в производстве и выделении запахов в воду. Environ. Загрязнение. 227, 252–262. DOI: 10.1016 / j.envpol.2017.04.058

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли Дж., Ханссон Л. А. и Перссон К. М.(2018). Контроль питательных веществ для предотвращения цветения цианобактерий в эвтрофном озере на юге Швеции, используемом для питьевого водоснабжения. Вода 10: 919.

Google Scholar

Ли, З., Хобсон, П., Ан, В., Берч, М. Д., Хаус, Дж., И Янг, М. (2012). Землистый запах усугубляет образование и потерю у трех культур цианобактерий. Water Res. 46, 5165–5173. DOI: 10.1016 / j.watres.2012.06.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лукассен, М.Б., де Йонге, Н., Бьеррегаард, С. М., Поддутури, Р., Йоргенсен, Н. О., Петерсен, М. А., и др. (2019). Микробное производство геосмина с неприятным привкусом при выращивании тилапии в бразильских водоемах: важность бактерий в кишечнике и других связанных с рыбой средах. Фронт. Microbiol. 10: 2447. DOI: 10.3389 / fmicb.2019.02447

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Meteocat (2019). Servei Meteorològic de Catalunya. Bolletí Clim tic Anual del 2019 .Барселона: Generalitat de Catalunya. Departament de Territori i Sostenibilitat.

Google Scholar

Мерфи Дж. И Райли Дж. П. (1962). Модифицированный однократный метод определения фосфатов в природных водах. Анал. Чим. Acta 27, 31–36. DOI: 10.1016 / s0003-2670 (00) 88444-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

О, Х. С., Ли, К. С., Шривастава, А., О, Х. М. и Ан, К. Ю. (2017). Влияние факторов окружающей среды на продукцию цианобактериями пахучих соединений: геосмина и 2-метилизоборнеола. J. Microbiol. Biotechnol. 27, 1316–1323. DOI: 10.4014 / jmb.1702.02069

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Олсен, Б. К., Чизлок, М. Ф., Уилсон, А. Э. (2016). Эвтрофикация опосредует распространенное соединение с неприятным запахом, 2-метилизоборнеол, в резервуаре с питьевой водой. Water Res. 92, 228–234. DOI: 10.1016 / j.watres.2016.01.058

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Онгли, Э. Д., Сяолань, З., и Тао, Ю. (2010). Текущее состояние оценки загрязнения из неточечных источников в сельском хозяйстве и сельской местности в Китае. Environ. Загрязнение. 158, 1159–1168. DOI: 10.1016 / j.envpol.2009.10.047

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парр, Г. (2014). Разработка прогнозных геосминных моделей в озерах, водохранилищах и реках Северного Колорадо 2000-2019-CSU. к.э.н. Тезис. Форт Коллинз, Колорадо: Государственный университет Колорадо.

Google Scholar

Перкинс, Р.Г., Славин, Э. И., Андраде, Т. М. С., Бленкинсопп, К., Пирсон, П., Фроггатт, Т. и др. (2019). Управление производством метаболитов вкуса и запаха в резервуарах с питьевой водой: важность аммония как ключевого триггера питательных веществ. J. Environ. Manag. 244, 276–284. DOI: 10.1016 / j.jenvman.2019.04.123

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рэнд, М. К., Гринберг, А. Э., и Тарас, М. Дж. (1976). Стандартные методы исследования воды и сточных вод. Вашингтон, округ Колумбия: Американская ассоциация общественного здравоохранения.

Google Scholar

Рирдон Дж., Форман Дж. А. и Сирси Р. Л. (1966). Новые реактивы для колориметрического определения аммиака. Clin. Чим. Acta 14, 403–405. DOI: 10.1016 / 0009-8981 (66)

-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рубио-Грасиа, Ф., Гарсия-Берту, Э., Самора, Л., Марти, Э., Алмейда, Д., Эспиноза, К., и др. (2017). Комбинированные эффекты гидрологических изменений и карповых рыб в посредничестве биогеохимических процессов в средиземноморском потоке. Sci. Total Environ. 601–602, 1217–1225. DOI: 10.1016 / j.scitotenv.2017.05.287

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шиллинг, К. Э., Ким, С. В., и Джонс, К. С. (2017). Использование суррогатов качества воды для оценки общих концентраций фосфора в реках Айовы. J. Hydrol. Рег. Stud. 12, 111–121. DOI: 10.1016 / j.ejrh.2017.04.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шарма, Н. К., Чоудхари, К. К., Баджпай Р. и Рай А. К. (2011). «Цветение пресноводных цианобактерий (сине-зеленых водорослей): причины, последствия и контроль», в «Воздействие, мониторинг и управление загрязнением окружающей среды», , изд. А. Аль-Немр (Hauppauge, NY: Nova Science Publishers), 73–95.

Google Scholar

Ши П., Чжан Ю., Ли З., Ли П. и Сюй Г. (2017). Влияние характера землепользования и земного покрова на сезонное качество воды в многопространственных масштабах. Катена 151, 182–190. DOI: 10.1016 / j.catena.2016.12.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Smith, V.H., DeNoyelles, F., Pan, S., Sieber-Denlinger, J., Randtke, S.J., Strasser, V.A., et al. (2009). Решение проблем со вкусом и запахом в резервуаре с питьевой водой с достаточным содержанием воды. Lake Reserv. Manag. 18, 319–323. DOI: 10.1080 / 07438140209353938

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вилалта, Э. (2004). Структура и функция флювиальных биопленок: влияние на динамику DOC в реках и производство мешающих метаболитов. к.э.н. Тезис. Барселона: Университет Барселоны.

Google Scholar

Вилалта, Э., Гуаш, Х., Муньос, И., Наварро, Э., Романи, А. М., Валеро, Ф. и др. (2003). Экологические факторы, которые сопутствуют производству геосмина бентосными цианобактериями. Пример реки Льобрегат. Алгол. Stud. 109, 579–592. DOI: 10.1127 / 1864-1318 / 2003 / 0109-0579

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван З., и Ли Р. (2015). Влияние света и температуры на образование запаха продуцирующей 2-метилизоборнеол pseudanabaena sp.и продуцент геосмина Anabaena ucrainica (цианобактерии). Biochem. Syst. Ecol. 58, 219–226. DOI: 10.1016 / j.bse.2014.12.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уотсон, С. Б., Монис, П., Бейкер, П., и Джильо, С. (2016). Биохимия и генетика цианобактерий, вызывающих вкус и запах. Вредные водоросли 54, 112–127. DOI: 10.1016 / j.hal.2015.11.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Холка, Физ.Дж. А., и Джарви, Х. П. (2008). Доставка и круговорот фосфора в реках: обзор. Sci. Total Environ. 400, 379–395.

Google Scholar

Сюй, Х., Паерл, Х. В., Цинь, Б., Чжу, Г., Холл, Н. С., и Ву, Ю. (2015). Определение критических пороговых значений питательных веществ, необходимых для борьбы с вредоносным цветением цианобактерий в эвтрофном озере Тайху, Китай. Environ. Sci. Technol. 49, 1051–1059. DOI: 10.1021 / es503744q

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан Т., Ли, Л., Сонг, Л., и Чен, В. (2009). Влияние температуры и света на рост и производство геосмина Lyngbya kuetzingii (Cyanophyta). J. Appl. Phycol. 21, 279–285. DOI: 10.1007 / s10811-008-9363-z

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вода и вкус кофе

Рекламный контент предоставлен BRITA

Вода — отличный растворитель, который состоит не только из чистого химического соединения водорода (H) и кислорода (O), т.е.е. H ₂ O. Вещества из окружающей среды и минералы растворяются в питьевой воде, и они влияют на вкус кофе, поскольку определяют химические свойства и поведение воды в качестве растворителей. (1)

Какие вещества растворяются в воде?

1. Минералы — влияют на извлечение и могут взаимодействовать с извлекаемыми веществами

Вода без минералов (дистиллированная вода) извлекает различные вещества, от кофейной гущи до воды с большим количеством минералов.(2)

Вкус кофе зависит в определенной степени от общей минерализации (суммы всех минералов) и щелочности (другими словами, карбонатной жесткости воды).

Наиболее важные минералы, встречающиеся в природе в питьевой воде, включают кальций, магний, натрий и калий, а также хлорид, сульфат и гидрокарбонат. Последний отвечает за щелочность, а вместе с кальцием и магнием также за карбонатную жесткость воды.Это сильно влияет на развитие вкуса кофе. (3)

В БОЛЬШИНСТВЕ ПРИРОДНЫХ ВОД УРОВЕНЬ КАРБОНАТНОЙ ЖЕСТКОСТИ ТАК ЖЕ, КАК ЩЕЛОЧНОСТЬ. ЗДЕСЬ ТЕРМИНЫ «ЩЕЛОЧНОСТЬ» И «КАРБОНАТНАЯ ЖЕСТКОСТЬ» МОГУТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ СИННОНИМНО.

Карбонат водорода в воде оказывает химическое действие как так называемый «буфер». Это означает, что он нейтрализует кислоты. Однако кофейные кислоты являются решающим фактором вкуса кофе. (4)

Другие минералы, такие как натрий, магний и кальций, играют более незначительную роль с точки зрения вкуса кофе.Некоторые исследования недавно изучали эту тему, но теоретически лучшая экстракция за счет большей доли магния в питьевой воде не была обнаружена 14 участниками слепого вкусового теста (5) (4).

Когда много гидрокарбоната или вода слишком жесткая, она вступает в реакцию с мелкодисперсными кофейными кислотами. В этом случае кофе становится несбалансированным, горьким и безвкусным. В целом, однако, есть веские доказательства того, что большинство людей предпочитают кофе, приготовленный на мягкой воде.Тогда он имеет идеальный баланс кислотности и горечи, благодаря чему может развиться тонкий кофейный аромат. Кофейные ассоциации также рекомендуют для приготовления кофе мягкую воду с низкой карбонатной жесткостью. — Биргит Колер, руководитель отдела органолептики BRITA

2. Вещества для обработки воды — могут взаимодействовать с экстрагированными веществами и проявляться в кофе

Некоторые вещества специально добавляются для обработки воды, например, вещества для устранения помутнения (помутнения) или хлор для дезинфекции.Для дезинфекции водопроводной воды добавляется небольшое количество хлора. Однако хлор в сочетании с органическими остатками может придавать воде неприятный запах и неприятный вкус. (6)

В зависимости от связывающего партнера хлор имеет разные вкусовые / вкусовые качества и пороговые значения. (7) Если вода, которая будет использоваться для приготовления кофе, уже пахнет хлором, весьма вероятно, что кофе также приобретет послевкусие, напоминающее хлор. Тем не менее, даже если в воде не ощущается хлор, все равно могут быть реакции с тонкими кофейными ароматами.Эти взаимодействия могут изменить профиль аромата кофе.

Таблица 1: Некоторые примеры соединений, образующихся при очистке воды. (11)

3. Органические вещества могут ощущаться во вкусе кофе.

К органическим веществам относятся пластификаторы, остатки средств защиты растений и растворителей, а также природные вещества, такие как метаболиты водорослей. Органические вещества в питьевой воде строго контролируются. Многие из этих веществ, например пестициды, имеют очень строгие предельные значения.

Некоторые из этих веществ ощущаются по вкусу даже в крошечных количествах. Одним из примеров является геосмин — природный метаболит водорослей, небольшие количества которого могут давать землисто-затхлый вкус, напоминающий свекольный.

Многие из этих органических загрязнителей могут возникать как привкусы в воде, так и в кофе. Следовательно, геосмин также образуется в кофейных зернах, когда они неправильно высушены или подвергаются чрезмерному воздействию влаги при хранении. (9)

ДАЖЕ С ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫМИ КОФЕЙНЫМИ ЗЕРНАМИ НЕПРАВИЛЬНАЯ ВОДА МОЖЕТ СТАТЬ НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫМ ВКУСОМ, ТИПИЧНЫМ КОФЕ.

Таблица 2: Некоторые примеры соединений, образующихся при очистке воды. (10)

Источники:

1. Лиде, Дэвид Р. Справочник по химии и физике. s.l. : CRC Press, 1998.

.

2. Виолони, М. Вода для кофе во френч-прессе — Большой сенсорный тест. Брезика: Centro Studi Assaggiatori; Луиджи Оделло, 2015.
3. М. Веллингер, С. Смрке, К. Ерециан. Водная карта SCAE. 2015.
4. М. Колонна-Дэшвуд, К. Хендон. Вода для кофе. Бат, Великобритания: Colonna and Small‘s, 2015.
5. Роль растворенных катионов в экстракции кофе. К. Хедон, Л. Колонна-Дэшвуд, М. Колонна-Дэшвуд. 2014, Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, Bd. 62, с. 4947-4950.
6. GmbH, BRITA. Основы водных ресурсов. 2017.

Фонд

7. , Awwa Research. Долгосрочное влияние изменений дезинфекции на качество воды. s.l. : Агентство по охране окружающей среды США; Фонд исследований авва; Американская ассоциация водопроводных сооружений, 2007 г.
8. https://de.wikipedia.org/wiki/Geruchsschwelle.[Онлайн] [Zitat vom: 19 апреля 2018 г.]
9. Андреа Илли, Ринантонио Виани, Ринантонио Виани. Кофе эспрессо — наука о качестве. s.l. : elsevier, 2004.
10. М. Антонопулу, Э. Евгениду, Д. Ламбропулу, И. Константину. Обзор передовых процессов окисления для удаления соединений вкуса и запаха из водных сред. водные исследования 53.