Тема 9.2. Переробка вичавок

Мета

навчальна: ознайомитись з основними етапами переробки вичавок.

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

розвиваюча: розвивати уміння користуватися всіма доступними джерелами знань.

План

1. Комплексна переробка солодких вичавок з екстрагуванням цукру і винної кислоти.

2. Збродження дифузійного соку.

3. Відгін спирту з отриманої бражки.

4. Нейтралізація дифузійного соку та осаджування винної кислоти.

5. Сушіння промитих вичавок.

6. Відділення насіння.

7. Приготування кормового борошна.

8. Екстрагування забарвлюючих речовин з вичавок червоних сортів винограду.

9. Отримання енобарвника.

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. Комплексна переробка солодких вичавок з екстрагуванням цукру і винної кислоти.

Солодку вичавку доцільно переробляти у сезон виноробства. Основні етапи з за схемою проводяться такі: екстрагування цукру і ВКС, збродження дифузійного соку, відгонка спирту з отриманої бражки, нейтралізація дифузійного соку і осадження ВКВ, сушка промитих вичавок, виділення виноградного насіння, виготовлення кормового борошна, екстрагування забарвлюючих речовин з вичавок червоних сортів винограду.

Процес видобування цукру і виннокислих з’єднань залежить від великого числа чинників, у результаті спільної дії яких визначаються кінцеві результати: склад дифузійного соку і величина втрат компонентів з відпрацьованими вичавками. Усі чинники ділять на дві групи: чинники, що відносяться до якості вичавків, і чинники, що впливають на режим роботи екстракторів.

Якість виноградних вичавків обумовлюється їх станом і фізико-хімічним складом. Вичавки на переробку поступають без гребенів і рідко з гребенями. Гребені збільшують пористість вичавків і їх проникність. Важливе значення має міру дроблення вичавків. Кращі результати виходять при розмірі часток вичавків 3-7 мм. На екстрагування вичавки повинні поступати свіжими, безпосередньо з-під пресів. Підбродження вичавків збільшує втрати цукру і ВКК. Чим більше цукру і виннокислих з'єднань у вичавках, тим більше їх переходить в дифузійний сік.

Застосування жорсткої води знижує вихід BKK з вичавків. Дія жорсткої води відбувається по реакції

2KHC4H4O6 + Ca (НСО3)2 → CaC4H4O6 + K2C4H4O6 + 2H3O + 2CO3.

Виннокислий кальцій осідає і віддаляється разом з вичавками. Жорстку воду зм’якшують. Ступінь витягування виннокислих з’єднань залежить від їх складу. У вичавках BKK міститься у формі KHC4H4O6 і CAC4H4O6, KHC4H4O6 легко розчиняється в гарячій воді, CaC4H4O6 – сіль, практично нерозчинна. Вміст виннокислого кальцію у вичавках коливається від 3 до 20 % до загального змісту ВКК. Для повного витягання солей винної кислоти застосовують сірчану кислоту. Хімізм процесу наступний:

CaC4H4O6 + H2SO4 → CaSO4 + H3C4H4O6;

2KHC4H4O6 + H2SO4 → 2H2C4H4O6 + K3SO4.

Винна кислота легко розчиняється, а гіпс залишається у відпрацьованій вичавці. Сірчана кислота в надлишку у вичавці не залишається. Норму сірчаної кислоти розраховують для зм’якшування жорсткої води - 0,1 г на 1 дав води на кожен градус жорсткості і для розкладання солей винної кислоти 0,6-0,8 кг на 1 кг ВКК, що міститься у вичавках.

Екстрагуванням зм’якшеної і слабоподкисленою водою (pH 3) з вичавків витягається до 98 % цукру і 82-86 % BKK без зниження якості шкірки і насіння.

Сірчану кислоту застосовують, коли екстрактор виготовлений з нержавіючої сталі. У разі виготовлення екстрактора із звичайної вуглецевої сталі сірчану кислоту замінюють кальцинованою содою. Сода, вступаючи в реакцію з солями некарбонатної жорсткості, облягає їх у вигляді карбонату

Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3 + Na2SO4.

На відміну від сірчаної кислоти, яка в першу чергу вступає в реакцію з виннокислим кальцієм, сода вступає у взаємодію з кислим виннокислим калієм і потім з виннокислим вапном по наступних реакціях:

2KHC4H4O6 + Na2CO3 → 2KNaC4H4O6 + H2O + CO2;

CaC4H4O6 + Na3CO3 → CaCO3 + Na3C4H4O6.

Солі виннокислий калій-натрій і виннокислий натрій добре розчині у воді і легко переходять в дифузійний сік, pH якого 6,5-7 (1 - 1,2 кг соди на 1 кг ВКК).

З підвищенням температури збільшується швидкість руху молекул і зменшується в'язкість розчинника, внаслідок чого зростає швидкість екстрагування.

При температурі вище 75°С вичавки набрякають, швидкість дифузії сповільнюється, а отриманий дифузійний сік збагачується продуктами гідролізу протопектину, які перешкоджають освітленню соку і кристалізації ВКИ. Оптимальною температурою екстрагування в перші 5-10 мін вважається температура 70-75 °З, потім вона має бути понижена до 55-70 °С.

Тривалість процесу екстрагування чинить вплив на міру витягання цукру і солей винної кислоти з вичавків. До 70 % цукру переходить в розчин за перші 15 мін екстрагування. Витягання солей винної кислоти в порівнянні з цукром запізнюється. Оптимальна тривалість одночасного екстрагування цукру і солей винної кислоти 35-45 хв.

Спосіб дії розчинника на t вичавки – важливий чинник дифузії. Розчинник подається на вичавку під тиском насоса, внаслідок чого збільшується швидкість проникнення розчинника всередину вичавків і руху розчинника, що прискорює процес екстракції.

Кількість розчинника впливає на повноту і швидкість екстрагування компонентів. Із збільшенням кількості розчинника збільшується різниця концентрацій цукру і солей винної кислоти у вичавках і розчиннику, в результаті збільшується швидкість дифузії. При екстрагуванні об'ємом води, рівним 50% маси вичавок, цукор і BKK витягаються відповідно на 77,8 і 63%; при екстрагуванні об’ємом води, рівним 100% мас вичавків, вихід цукру збільшується до 96,7 %, ВКВ – до 86,2 %.

Підвищення об’єму води більше 100% маси вичавків призводить до зниження концентрації цукру і BKK в дифузійному соку. Концентрація цукру в соку має бути не менше 6%, BKK - 0,7%. При зниженні концентрації цукру і BKK в дифузійному соку зменшується витрата води для екстрагування до 70-80 % маси вичавків.

Число ступенів екстракції впливає на швидкість і повноту витягання цукру і ВКК. Кількість видобутих речовин збільшується як із збільшенням об’єму розчинника, так і із збільшенням числа східців екстрагування. Економічно доцільніше збільшити число східців екстрагування, яких повинно бути від 4 до 6.

2. Збродження дифузійного соку.

Для екстрагування цукру і BKC використовують гарячу зм'якшену воду або гарячу воду з додаванням кальцинованої соди або сірчаної кислоти. Продуктивність екстрактора по вичавці 12 т/год, міра витягання цукру 83 %, BKK 71 %; вихід екстракту 100 дал/т.

Дифузійний сік з екстрактора насосом подається на гідроциклон або фільтр грубого очищення, де очищається від суспензій, потім на теплообмінник для підігрівання води, що поступає на екстрактор, і для його охолодження до 25-30°С. Охолоджений дифузійний сік зброджують періодичним способом і в потоці. Для бродіння соку періодичним способом до нього додають 2 % розводки чистої культури дріжджів, приготованої в дифузійному соку, або від 10 до 30 % бурхливо бродячого соку.

Для бродіння соку в потоці в системі резервуарів до нього додають 4-6 % дріжджової розводки. Температуру бродіння підтримують 28-30°С. Тривалість бродіння 24-36 год. Зброджений сік із змістом спирту 3-5% об. називають бражкою.

3. Відгін спирту з отриманої бражки.

Бражка з низьким вмістом спирту, з високим pH – нестійкий продукт і легко піддається оцтовому скисанню. Отриману брагу не зберігають, а переганяють на  апаратах для перегонки браги. При перегонці отримують спирт-сирець місткістю не менше 60 % об. Облік спирту-сирцю ведуть в перерахунку на безводний спирт. Зберігають спирт-сирець в сталевих емальованих резервуарах або в резервуарах з нержавіючої сталі.

Гаряча бражка освітлюється шляхом відстоювання або фільтруванням на фільтрі-пресі ФПАКМ-25. Освітлена брага поступає в реактори-нейтралізатори для отримання ВКВ.

4. Нейтралізація дифузійного соку та осаджування винної кислоти.

Барду нейтралізують для перетворення добре розчинної винної кислоти і її розчинних солей на важкорозчинну сіль СаС4Н4О6. У складі дифузійного соку, отриманого із застосуванням сірчаної кислоти, містяться КНС4Н4Об і H2C4H4O6. Для прискорення хімічної реакції нейтралізацію соку проводять при температурі не нижче 45-50°С. Для нейтралізації соку застосовують вапняне молоко з концентрацією сухого вапна 8 % або мелена суха крейда з попереднім введенням хлористого кальцію у вигляді 20 %-ного розчину у воді або соку.

У процесі нейтралізації соку відбувається наступна хімічна реакція :

2KHC4H4O6 + CaCl2 → H2C4H4O6 + CaC4H4O6 + 2KCl.

Хлористим кальцієм осідає 50 % BKK. BKK, якій залишився в розчині осідає вапняним молоком або крейдою:

H2C4H4O6 + Ca(ОН2) → CaC4H4O6 + 2H2O,

чи

H2C4H4O6 + CaCO3 → CaC4H4O6 + H2O + CO2.

Розчин CaCl2 вводять в сік повільно при постійному перемішуванні. Хлористий кальцій вводять в невеликому надлишку. Наявність іонів кальцію в надлишку визначають якісною реакцією по щавлевокислому амонію. Для цього в профільтрований дифузійний сік (5-10 см3) додають 1-2 краплі 10%-ного розчину щавлевокислого амонія. Випавший білий осад показує, що реакція проведена правильно. Хлористий кальцій додають за розрахунком, коли відома кількість BKK в соку. Після його додавання в сік вводять вапняне молоко, але не допускаючи надлишку. Вапняне молоко свіжого гасіння готується з концентрацією сухого вапна 8 %. До шматків негашеного вапна в резервуар з мішалкою додають воду з розрахунку 12 кг на 1 кг винищити. Негашене вапно має бути білим, добре обпаленим, без домішок піску і недопал а, з низьким вмістом заліза і алюмінію. Перед вживанням суспензію фільтрують через сито для видалення великих часток і домішок. Вапняне молоко вводять самопливно з напірного резервуару з механічною мішалкою.

Нейтралізацію соку вапняним молоком і крейдою закінчують при pH 5,5-6. Кінець реакції визначають pH-метром, датчик якого поміщений в реакторі-нейтралізаторі, або за допомогою універсального паперу або індикатора бромкрезоловий зелений (синій).

Бромкрезоловий зелений (синій) застосовується і у вигляді папірця, просоченою 0,1 % спиртовим розчином індикатора, нейтралізованого 0,1 % розчином їдкого натру до зеленого забарвлення (pH 8-9). При визначенні точки нейтралізації бромкрезоловий зелений дає в потрібний момент різкіший перехід забарвлення від жовтої до блакитної в середовищі при кислотності pH 5,4.

При заміні вапняного молока крейдою застосовують мелену крейду у вигляді 10 %-ной суспензії.

Для нейтралізації соку передбачається не менше трьох реактори-нейтралізаторів, з яких один безперервно заповнюється дифузійним соком, в другому ведуть процес нейтралізації, а третій звільняють від соку.

5. Сушіння промитих вичавок.

Сушіння вичавок здійснюють на установках АВМ-0,65А. Після промивки та пре совки вичавка потрапляє до сушильного барабану, де відділяється одночасно і очищується від домішок насіння в очищувачі ОВС-25. Зберігають у сухому приміщенні.

При зберіганні вичавок відбувається процес самоотпресування, внаслідок чого з вичавків виділяється спиртоутримуюча рідина (брага). Збереження браги в масі вичавків або її збір підвищує вихід спирту на 0,2-0,3 дал з 1 т.

Зберігають вичавки в траншеях шириною 2-3 м і завглибшки 1,5-2 м і на відкритих цементованих майданчиках в буртах. Трамбують їх гусеничними тракторами. У 1 м3 сховища поміщається 800-900 кг вичавків. Закривають вичавки поліетиленовими плівками.

6. Відділення насіння.

Для виділення насіння з виноградних вичавок застосовують відцентрове поле гідроциклонів. Завдяки слабкому варіюванню розмірів виноградного насіння і відносно великої їх щільності забезпечується хороша повнота відділення і чистота насіння.

Свіжі вичавки подають через розпушувач в резервуар змішувача, а звідти насосом на гідро циклон. З гідроциклону відокремлене насіння поступає в резервуар змішувача другого ступеня, потім насосом спрямовуються для остаточного очищення на гідро циклон і для відділення від рідини на установку. Чисте насіння прямує на сушку. Відокремлені від насіння частки вичавків поступають на подальшу обробку

При тиску на вході 100-150 кПа, діаметрі верхнього сопла 40X20 мм, діаметрі патрубка верхнього сходу 68 мм, діаметрі насадки нижнього сходу 20 мм, змісті домішок 13-20%, гідро циклон відділяє 98-99 % насіння, продуктивність установки по вичавці 3-3,5 т/ч. Другий ступінь забезпечує чистоту 90-93 % насіння без ушкодження.

Для обезводнення виноградного насіння застосовується їх сушка. Сушка викликає хімічні зміни у виноградному насінні: дещо знижуються кислотність масла і зміст вільних ліпідів. Проте цього можна уникнути, якщо проводити сушку при температурі не вище 95°С (при вищій температурі спостерігається зростання кислотного числа) відразу після виділення насіння з вичавків, поки вони не піддалися гідролітичним діям (тим самим виключається зниження кількості вільних ліпідів).

Виноградне насіння можна сушити різними способами, але кращі результати забезпечує сушка в зваженому стані – в «киплячому шарі». Для такої сушки виноградне насіння має сприятливі властивості: коефіцієнти їх лобового опору досить великі, а енергія зв’язку вологи виноградного насіння відносно невелика, що згідно гідродинамічної теорії тепло – і масообміну сприяє конвективній сушці в зваженому стані.

Очищене насіння зберігає навалом шаром заввишки не більше 50 см в сухих приміщеннях. Термін зберігання насіння до переробки не більше 3 міс.

Насіння відвантажують на оліє-жирова заводи для виготовлення дубильних речовин та олії. Шкірка подрібнюється у борошно і відвантажується на корм худобі.

7. Приготування кормового борошна.

Із збродженої вичавки шкірка і насіння подрібнюються в борошно на млині. Готове кормове борошно відвантажується на корм тваринам.

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.

Кормове борошно із вичавок та виноградного насіння повинна мати наступну характеристику (у % до сухої речовини):

Білок

борошно із вичавок

борошно із насіння

- сирий………………………………………

10,6

12,7

- засвоюваний ………………………………

1,6

1,9

Безазотні екстрактивні речовини………….

59,9

61,3

Клейковина…………………………………

18,7

17,8

Жири………………………………………..

4,47

5,3

Зола………………………………………….

5,9

1,9

Кальцій……………………………………...

1,06

0,88

Фосфор………………………………………

0,22

0,36

Калій…………………………………………

1,29

0,38

8. Екстрагування забарвлюючих речовин з вичавок червоних сортів винограду.

Для витягання фарбувальних речовин з вичавків в перші роки застосовували 1 % розчин соляної кислоти. Нині застосовують розчин SO2. Вироблення екстракту із застосуванням розчину сірчистої кислоти виробляється на потоковій лінії Б2-ВЕВ, що складається з п’яти дифузорів місткістю по 125 кг вичавків. Дифузійна батарея працює по цикловому графіку з триразовою протитечійною екстракцією вичавків. Робота батареї: завантаження вичавків в 1, 2 і 3-й дифузори; подача 0,4 % розчину сірчистої кислоти в перший дифузор до виходу екстракту з третього; в цей час завантажують четвертий дифузор, а головний дифузор розвантажують, потім розчин діоксиду сірки подають в другий дифузор, що став головним. Витрата розчину сірчистої кислоти 100 дал на 1 т вичавків. Тривалість екстрагування і відбору екстракту 2 год. Продуктивність лінії 100 дал екстракту в 1 год.

Промивна вода використовується для приготування розчину сірчистої кислоти. Відпрацьована вичавка для подальшої переробки непридатна, оскільки разом з фарбувальними речовинами витягаються спирт, цукор, BKC. Зміст фарбувальних речовин в екстракті 8,5-20 г/дм3.

Концентрат барвника, приготований із застосуванням сірчистої кислоти, пройшов перевірку при виробництві кондитерських виробів.

9. Отримання енобарвника.

Енобарвник готують із вичавок червоних сортів винограду. Спочатку готують екстракт у системі дифузорів. В ролі розчину для отримання барвистих речовин використовують 0,4%-ий розчин сірчаної кислоти.

Отриманий екстракт відстоюють і десульфітують до залишкового змісту діоксиду сірки в екстракті 300 міліграм/дм3. Для десульфітації екстракт підігрівають до 96-98 °С в теплообміннику і у ваннах доводиться до кипіння гострою парою. Після закінчення десульфітації екстракт охолоджують до температури 28-30 °С і зброджують до залишкового цукру 0,2- 0,5 г/100 см3.

Для видалення іонів металів з екстракту застосовують катіоніт КУ-2 у водневій формі.

Екстракт випаровують на вакуум-випарній установці для отримання концентрату із змістом фарбувальних речовин до 50 г/кг Концентрат фасують в скляну тару місткістю 3 дм3.