Тема 9.1. Економічна доцільність переробки відходів виноробства та їх характеристика  

Мета

навчальна: вивчити та визначити економічну доцільність переробки відходів виноробства.

виховна: виховувати зацікавленість дисципліною, прагнення отримувати нові знання з теми.

розвиваюча: розвивати уміння користуватися всіма доступними джерелами знань.

План

1. Види відходів виноробства, їх кількість, хімічний та технологічний склад.

2. Основні продукти, отримані від відходів виноробства.

Література

1. Валуйко Г.Г. Технологія вина: підручник для студентів вищих навчальних закладів / Г.Г. Валуйко, В.А. Домарецький, В.О. Загоруйко. – К.: Центр навчальної літератури, 2003. – 592 с.

2. Кашковский З.Н., Мержаниан А.А. Технология вина. – М.: Легкая и пишевая пром-сть, 1984. – 504 с.

3. Мальцев П.М. Общая технология бродильных производств: Учебник для студентов высших учебных заведений /П.М. Мальцев. – М.: Пищ. пром-сть, 1980. – 560 с.

4. Виноградарство і виноробство: Навч. посібник /Ф.І. Малик, В.А. Домарецький, В.М. Ісаєнко та ін. – К.: ІСД0, 1994. –304 с.

5. Справочник по виноделию /Под. ред. Г.Г. Валуйко. – М.: Агропромиздат, 1985. – 447 с.

1. Види відходів виноробства, їх кількість, хімічний та технологічний склад.

При переробці винограду у виноробницькій і безалкогольній промисловості утворюється значна кількість (від 15 до 20%) відходів, раціональне використання яких дає можливість отримати додатково Продукти, що представляють значну цінність для ряду галузей народного господарства.

Необхідно максимально використовувати всі відходи виноробства.

До відходів виноробної промисловості відносяться продукти, які залишаються від винограду або плодово-ягідної сировини при переробці їх на вино і складають 20 % від об’єму сировини. З нього отримують вторинні продукти виноробства - етиловий спирт, винну кислоту, виноградне масло, енобарвник, корми для тваринництва, добрива. При більш повному використанні вторинної сировини з нього можна отримати енантовий ефір (коньячне масло), танін, ферментні та вітамінні препарати, амінокислоти, кормові дріжджі та ін.

Вторинну сировину отримують безпосередньо в сезон виноробства при переробці винограду, плодів і ягід, а також протягом усього року в процесі обробки вина, при його дистиляції, шампанізації. Його переробка проводиться відразу після отримання або після зберігання. Вторинною сировиною є гребені, вичавки, насіння і осади.

Гребені. Гребені у винограді складають 1,8-8,5% маси грона (в середньому 3,5%). Відокремлені від ягід вологі гребені містять деяку кількість сусла, яке змочує їх поверхню. Його можна відокремити пресуванням або промиванням гребенів водою. Вихід становить 1 дал з 1 т. Отримане сусло або його водний розчин (після промивання гребенів) зброджують і використовують для приготування спирту. Вміст цукру в самих гребенях незначний і становить 1 -1,5%, винної кислоти – до 0,1, таніну – 1,3-3,2 в зрілих гребенях і до 5 в зелених, мінеральних речовин – до 2,4 %. Використовують гребені для отримання винного спирту, винно-спиртових екстрактів, добрив.

Вичавки. Виноградні вичавки по своїй масі складають найбільшу частину вторинної сировини виноробства – 7-17%. Кількість вичавок, які не зброджувались (солодких) вичавок, отриманих при переробці винограду становить приблизно 80%, набрід – близько 20%. До складу вичавок входять шкірка, насіння, залишки сусла.

В солодкій вичавці містися у середньому 0,7% виннокислих з’єднань і приблизно 5% цукру, по відношенню до ваги вичавки.

У зброджених вичавках: ВКС – 0,7-0,25%, спирту – 4-5%.

У спиртованих вичавках: цукру – 4-6%, спирту – 4-8%, ВКС – 1,2-3%.

Вагове співвідношення складових частин у вичавці варіює в значному діапазоні і залежить від сорту винограду, з якого отримана вичавка, від метеорологічних умов року і від того, як і на яких пресах проводилося пресування, в середньому вагове співвідношення шкірки, гребенів та насіння складає 2:1:1

Вичавки переробляють на етиловий спирт, ВКВ, енобарвник, насіння та кормове борошно.

Осади. Переробка осадів займає значне місце при утилізації вторинної сировини виноробної промисловості.

Розрізняють осади, отримані при відстоюванні сусла (сульфітовані осади), бродінні (дріжджові осади), спиртуванні бродячого сусла, обробці вин (обклеювання - клейові осади, обробці бентонітами, ЖКС, при кислото знижуванні - крейдяні осади, при зберіганні вин, при термічній обробці, при фільтрації та ін.).

Сульфітовані осади містять механічні домішки сусла, винний камінь, мікроорганізми, білкові речовини, полісахариди, фенольні сполуки. Кількість сухих речовин в ущільненому осаді становить (без цукрів) 10-12%, їх цукристість - 85-90% цукристості сусла. Вміст виннокислих солей в сухому осаді коливається в межах 5-6% при короткочасному відстоюванні і 15-18% при тривалому. Зі збільшенням дози діоксиду сірки в суслі кількість виннокислих солей в осаді у зв’язку з їх кращою розчинністю зменшується.

При обробці сусла бентонітами останні входять до складу осаду. Використовують сульфітовані осади для отримання спирту і виннокислої сировини.

Діоксид вуглецю (СО2). Утворюється при бродінні сусла, При зброджуванні 1 кг цукру виходить близько 0,49 кг CO2. Діоксид вуглецю виділяється з сусла з парами спирту і ефірних олій. Залежно від температури бродіння, кількості збродженого цукру і способу бродіння втрати спирту з CO2 складають 0,17-1,5% безводного спирту, що утворився, в суслі.

Дріжджові осади. За типом виноматеріалів, що виробляються, дріжджові опади ділять на дві групи. Дріжджові осади, отримані при приготуванні сухих виноматеріалів, називають сухими; дріжджові осади, отримані при приготуванні кріплених виноматеріалів, називають кріпленими.

За змістом сухої речовини (у %) розрізняють: рідкі дріжджові осади - 12, густі - 12-30, віджаті (пресовані), - 30-60.

Вміст спирту у сухих дріжджах – 6%, у міцних – 6-12%, а цукру – 3,5-8%; у десертних винах: спирту – 6,8%, цукру – 5-8%.

Вихід дріжджових осадів становить 3-8% обсягу вина. Крім дріжджів вони містять солі винної кислоти, полісахариди (пектинові речовини, камеді), фенольні сполуки, білки і продукти їх взаємодії, ліпіди, фосфати, сульфати та інші речовини.

Осади, які одержують при обклеюванні (клейові) і обробці вин мінеральними освітлювачами, складаються з білкових речовин, полісахаридів, фенольних сполук. Ці продукти являють основну масу осаду. Спиртуозность таких осадів становить до 90% спиртуозності вина, вміст виннокислих солей в них незначна. Їх використовують в основному для отримання спирту етилового. Переробку цих осадів ведуть окремо, оскільки об’єднання їх з іншими осадами (наприклад, дріжджовими) ускладнює надалі отримання виннокислого вапна.

Крейдяні осади. Крейдяні осади отримують при обробці виноматеріалів і сусла крейдою (CaCO3). У складі осадів CaC4H4O6. Осади фільтрують, промивають, сушать і застосовують для отримання виннокаміної кислоти (BKK).

Сирий винний камінь. Сирий винний камінь відкладається на внутрішній поверхні місткостей. До складу відкладень в середньому входять: KHC4H4O6 – 83%, CaC4H4O6 – 5,4 % і домішки –11,6%. Відкладення винного каменю збирають як цінна сировина для винної кислоти.

Осад винного каменю є дуже цінною виннокислою сировиною. Утворюється на стінках резервуарів при зброджуванні сусла, зберіганні вин, особливо при обробці їх холодом, в кількості – 5-20 кг (в середньому 10 кг) на 1000 дал вина. До його складу входять кислий тартрат калію (45-80%, в середньому 65%), тартрат калію (2-5%, в середньому 4%), а також дріжджі, які виділилися з сусла і вина, органічні і мінеральні речовини. Вихід винної кислоти з цього осаду становить 50-65% (в середньому 60%).

Виноградне насіння складає до 40 % свіжих виноградних вичавок. Із нього отримують виноградну олію і танін.

Коньячна барда. При перегонці виноматеріалі в барде залишаються виннокислі з’єднання. Вихід барди, що містить виннокислі з’єднання, залежить від способу перегонки виноматеріалів: при двократній перегонці на ВПКС - 60%, при одноразовій перегонці на КУ–500 і К–5М – 85% об’єму виноматеріалу.

Зміст ВКК у барді коливається від 2 до 5 г/дм3. Коньячна барда переробляється на ВКВ.

2. Основні продукти, отримані від відходів виноробства.

При раціональній організації використання вказаних відходів виходять наступні продукти.

Основними продуктами, одержуваними на даний час з вторинної сировини виноробної промисловості, є етиловий спирт, винна кислота, виноградне масло, харчовий барвник, кормове борошно, добрива. Ці продукти виробляються практично у всіх виноробних країнах. Більше уваги приділяється отриманню етилового спирту (переробляється для цієї мети 50-85% вичавок) і винної кислоти.

Спирт-сирець, отриманий із вторинної сировини виноробства, повинен бути по міцності не нижче 40% об., прозорим, без сторонніх запахів, з чистим спиртовим ароматом і смаком.

Вихід спирту-сирцю з 1 т вичавки дал а/а, з 100 дал дріжджів 0,7-8,5 дал а/а. спирт-сирець піддають ректифікації, а спирт ректифікований виноградний використовують для спиртування ординарних вин.

Виннокисле вапно (ВКВ). Вихід ВКВ з 1 т вичавків від 7 до 8,5 кг, з 100 дал дріжджових осадів від 12 до 14 кг в перерахунку на 100%-ву винну кислоту.

ВКВ має бути сухим (із змістом гігроскопічної вологи не більше 3%), таким, що легко розсипається, з нейтральним або злегка кислою реакцією (pH 6,5-7), без слідів плісняви і запаху гнилизни.

Винна кислота. СООН–CHOH–CHOH–COOH уперше була виділена з винного каменю, тому її називають виннокаменной кислотою, скорочено – BKK.

Винна кислота, будучи двоосновною, утворює два види солей : кислі і середні. З солей винної кислоти при переробці відходів виноробства мають значення чотири: кислий виннокислий калій, виннокислий калій, виннокислий кальцій і виннокислий калій-натрій.

1. Кислий виннокислий калій KHC4H4O6 кристалізаційної води не містить.

У водно-спиртових розчинах розчинність його зменшується із збільшенням змісту спирту.

2. Виннокислий калій К2C4H4O6 у воді добре розчиняється. Так, при температурі 20 0C розчиняється 1550 г/дм3.

3. Виннокислий кальцій (ВКИ) CaC4H4O6 х 4H2O кристалізується з чотирма молекулами води. При температурі 100 °С втрачає дві молекули кристалізаційної води. Розчинність у воді значно нижча, ніж у кислого виннокислого калію; при температурі 25 °С розчиняється 0,436 г/дм3, при 100°С – близько 3 г/дм3. Розчинність ВКИ збільшується з пониженням pH.

4. Виннокислий калій-натрій KNaC4H4O6 х 4H2O добре розчиняється у воді: при температурі 100 °С – 3000 г/дм3, при 20°С – 900 г/дм3. У вичавках і дріжджових осіданнях винна кислота міститься у формі солей KHC4H4O6 і CaC4H4O6 (виннокислі з'єднання, BKC).

Кристали винної кислоти володіють піроелектричними (набувають електричний заряд при нагріванні) і п’єзоелектричними властивостями (набувають електричний заряд при стисненні або розширенні і змінюють свій обсяг в електричному полі). Ці властивості визначають деякі види практичного використання винної кислоти в електронній та електротехнічній промисловості.

Вихід ВКК з 1 т вичавок від 7 до 8,5 кг; з 100 дал дріжджів від 12 до 14 кг, в перерахуванні на 100% вину кислоту.

Виноградне насіння. Сухе виноградне насіння повинне задовольняти наступним вимогам: колір темно-червоний або коричневий; запах без сторонніх затхлих тонів; наявність пошкодженого насіння не більше 5%, домішок не більше 3%, вміст масла при екстракції сірчаним ефіром не менше 10%, вологість не більше 7%, кислотне число масла в насінні не більше 4,0 міліграма КОН.

Насіння відвантажують на масло-екстракційні заводи, де з них витягають масло. Виноградну олію отримують пресуванням або екстракцією виноградного насіння. За останній час в ряді країн (Італія, Франція, Іспанія та ін.) збільшилось її виробництво. Пояснюється це тим, що виноградна олія містить підвищену кількість (до 85%) ненасичених жирних кислот, які перешкоджають підвищенню холестерину в крові. Характерним для нього є високий вміст лінолевої кислоти (60-70%), що є попередником у організмі людини арахідонової кислоти, побічно пов’язаної з високою антихолестериновою здатністю олії. Дуже низький вміст ліноленової кислоти і високий вміст токоферолів забезпечує маслу високу стабільність до окислення, що дозволяє використовувати його також як добавка до інших менш стійким до окислення олій.

Кормові продукти. До числа кормових продуктів, отриманих з вторинної сировини виноробства, відносяться кормове борошно і кормові дріжджі.

Кормову муку, або гранульований корм, отримують з висушених вичавок після відділення насіння, а також макухи, що залишається після вилучення з насіння олії.

Кормове борошно повинне мати коричневий колір, приємний запах вичавків, вологість до 6 % і містити в перерахунку на суху речовину (у %): протеїнів не менше 10, жирів не менше 2, сирої клітковини не більше 30, БЕВ 50-60, золи не більше 9, pH не менше 4,5. У 100 кг кормового борошна повинне міститися 35-50 кормових одиниць. Середній вихід кормового борошна з 1 т вичавків 270 кг

Кормові дріжджі (білковий корм) отримують з дріжджових опадів після відгону спирту і виділення виннокислих з’єднань. Їх використовують у вологому і сухому вигляді. Кормові дріжджі можуть бути отримані шляхом культивування спеціальних штамів дріжджів на вичавках

Висушені дріжджі повинні містити вологу не більше 12%, протеїну не менше 25, золи не більше 14 %, pH не менше 4

Харчовий виноградний барвник. З вичавків червоних сортів винограду отримують екстракт, який надалі випаровують на вакуум-апаратах і отримують концентрат.

Концентрат – прозора рідина, інтенсивно забарвлена, темно-гранатового кольору, з ароматом вина і терпким, солонувато-кислим смаком, із змістом сухих речовин не менше 30%, фарбувальних речовин не менше 50 г/дм3, золи не більше 7% і pH 3%-ного розчину 2,2-2,5.

Харчовий виноградний барвник застосовують в кондитерській промисловості, в газованих напоях.

Вихід екстракту з 1 т вичавків 100 дав із змістом фарбувальних речовин 19-20 г/дм3.

Танін. Танін міститься у вичавці, гребенях і насінні. Середній вміст таніну в шкірці від 0,15 до 4,23%. у гребенях – від 0,22 до 2,5% і в насінні – від 0,31 до 5,56%. Як правило, більше всього таніну міститься в насінні, тому вони служать зазвичай основною сировиною для його отримання. Виноградне насіння треба відокремлювати від вичавки зараз же після пресування винограду. Насіння, відокремлене від вичавки, що перебродила, а тим більше від отриманої після дистиляції, для отримання таніну непридатні.

Амінокислоти та вітамінні препарати. Вихід амінокислот з 100 кг дріжджів становить 1,5 кг. В основі їх отримання знаходяться іонообмінні процеси. Дріжджові осади можуть бути базою отримання вітамінних препаратів (вітамін D, групи В та ін.).

Пектинові речовини. Згідно з наявними даними виноградний пектин володіє хорошими желюючий властивостями і не поступається яблучному, айвовий і лимонному. Він може бути використаний в кондитерській промисловості. Промислове виробництво його з виноградних вичавок ще не налагоджено

Винний оцет. Хоча винний оцет готують в основному з вина, його виробництво налагоджено також з вичавків, дріжджових і гущевих осадів, коньячної барди.

На відміну від оцту, приготованого з водно-спиртових розчинів, винний оцет має приємні смак і аромат. Для приготування кращого за якістю оцту Використовують вина міцністю 7-9% об.