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.