Тема 9.3. Переробка осадів та коньячної барди

Мета

навчальна: ознайомитись з основними етапами переробки осадів та коньячної барди.

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

розвиваюча: розвивати уміння користуватися всіма доступними джерелами знань.

План

  1. Віджим дріжджових осадів.
  2. Перегонка дріжджових осадів на спирт.
  3. Отримання виннокислого вапна кислотним методом.
  4. Отримання виннокислого вапна лужним методом.
  5. Технологія виноробства активних сухих дріжджів з відходів переробки винограду.
  6. Отримання біоактивних СО2 екстрактів із відходів виноробства, отримання білкового корму
  7. Переробка коньячної барди: сорбція винної кислоти аніонітом, здобуття зі смоли у вигляді концентрованого розчину (десорбція).
  8. Осадження винної кислоти з розчину у формі виннокислого вапна, промивка, центрифугування та сушіння виннокислого вапна.

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. Віджим дріжджових осадів.

Переливчасті рідкі дріжджові осадів містять до 5% по масі твердої фази (дріжджові клітини, зважені частинки сусла, солі винної кислоти, цукор та інші екстрактивні речовини) і 95% рідкої фази (вода, спирт і інші леткі компоненти). Якщо умовно вважати, що щільність рідкої і твердої фаз дорівнює одиниці, то в 100 дал рідких дріжджів міститься 95 дав виноматеріалу і 5 дал твердої фази. Від рідких дріжджів виноматеріал відокремлюють. Вихід виноматеріалів з рідких дріжджів 75-80%. Основна увага звертають на якість відокремлюваних виноматеріалів, збереження спирту і виннокислих з'єднань в віджатих дріжджах. Під час першої переливки виноматеріалів рідкі дріжджі групують за типами вироблюваних виноматеріалів, по сортам винограду при виробництві сортових виноматеріалів і по фракціям сусла, з яких виноматеріали приготовлені. Для вторинного відстою і для переробки рідкі дріжджі закладають на зберігання. Зберігають у великих ємностях з систематичної долівкою і при оптимальній температурі. При зберіганні дріжджові опади ущільнюються до змісту твердої фази 7-10%, а виноматеріали освітлюються. Освітлити виноматеріали декантують і використовують для купажів вин. Вихід виноматеріалу при декантування 50% і вище. Густі дріжджові осади фільтрують, а віджаті негайно переробляють. Фільтрування та переробку дріжджових опадів закінчують до настання весняного тепла, тобто до 1 квітня. Густі дріжджові осадів фільтрують (віджимають) на рамному фільтрі-пресі типу ПМ-56-820

Для фільтрування осадів в якості фільтрувальної тканини використовуються бязь, равентух, лавсан, фільтробельтінг. Густі дріжджові осади подають в приймальний резервуар з мішалкою для додання всій масі однорідної консистенції. З приймального резервуара насосом НПМ-28 осади перекачують в ємність-накопичувач (ресивер), а з нього – в міжпліточне простір фільтра-преса. Ресивер забезпечений електроконтактну манометром і системою запірної апаратури. Стрілки контактного манометра перед запуском встановлюються в межах оптимального тиску пресування 0,3-0,4 МПа. При досягненні в ресивері тиску 0,4 МПа насос відключається, а за рахунок тиску в ресивері опади надходять в фільтр. При зниженні в ресивері тиску до 0,3 МПа насос включається. Фільтрат з фільтра-преса стікає в піддон і з піддону до збірки. Обсяг виноматеріалів заміряють. Після закінчення пресування (при тиску 0,4 МПа) фільтрпрес розбирають, опади у вигляді пластин вивантажують на транспортер. Установка для фільтрування дріжджів складається з одного насоса НПМ-28, одного ресивера і для безперервності фільтрування двох фільтрів-пресів, розташованих паралельно. Продуктивність такої установки 1000 дал дріжджових осадів на добу. Віджаті дріжджі з вмістом в середньому 25% твердої фази зважують, визначають щільність і перераховують їх масу в обсяг (в дал). Визначають якісні показники віджатих дріжджів: вміст спирту, цукру і винної кислоти. На ряді підприємств впроваджено автоматичний камерний фільтрпрес ФПАКМ-25 продуктивністю 100-125 дал/год при товщині шару осаду 20-30 мм.

2. Перегонка дріжджових осадів на спирт.

Пресовані дріжджові осади змішують з водою до отримання однорідної текучої сметано-подібної маси з вмістом сухих речовин 8-10%. При вмісті сухих речовин в пресованих дріжджах 20% їх розбавляють водою 1: 1, а з вмістом 30% - 1: 2. Розбавляють дріжджі в спеціальних апаратах-змішувачах СМК-125, 9003-10-ТВ-31 і модифікованої глиномішалку ГКЛ-2М. Дріжджові осади, що містять цукор, зброджують періодичним способом або в потоці. Для перегонки дріжджових осадів застосовують апарати всіх систем. Кращими вважаються апарати для перегонки браги. Спирт-сирець надходить до збірки, а барда, яка містить виннокислі з’єднання, направляється на отримання ВКВ.

3. Отримання виннокислого вапна кислотним методом.

У технологічних схемах отримання ВКИ передбачається переклад важкорозчинних солей винної кислоти в вільну винну кислоту або її легкорозчинні солі. Для перекладу виннокислих з’єднань в більш розчинні форми барду обробляють мінеральними кислотами або кальцинованої содою.

Для обробки мінеральними кислотами гарячу барду перекачують в реактори з мішалками. Реактори заповнюють бардою на 1/3 об’єму і обробляють соляною або сірчаною кислотою. Мінеральні кислоти вступають у взаємодію з солями винної кислоти:

КНС4Н4О6 + НСl → Н2С4Н4О6 + КСl;

СаС4Н4О6 + 2НСl → Н2С4Н4О6 + СаСl2;

2КНС4Н4О6 + H24 → 2Н2С4Н6О6 + K24;

CaC4H4O6 + H24 → Н2С4Н4О6 + CaSО4.

Реакція виннокислих з’єднань з мінеральними кислотами йде повільно і при температурі 65-70°С закінчується через 3 годин. Кислоту вводять в барду невеликими порціями при постійному перемішуванні і закінчують при рН 2,2- 2,5.

Масу в реакторах після обробки мінеральної кислотою розбавляють в 3 рази гарячою водою з дефлегматора, перемішують і відстоюють протягом 8-12 год. Прозорий розчин декатирують і направляють в реактор-нейтралізатор, а осад двічі промивають чистою водою, при цьому відстояну рідину після першої промивки направляють для нейтралізації, а після другої – на розведення барди, обробленої мінеральної кислотою. Для прискорення освітлення барду обробляють бентонітом і ПАА.

Нейтралізацію розчину винної кислоти проводять при температурі не нижче 45-50 °С 10%-ним розчином вапняного молока (одна частина вапна на 9 частин води) або крейдою до рН 6. ВКИ відокремлюють від розчину, промивають і сушать так само, як при отриманні ВКИ з дифузійного соку.

4. Отримання виннокислого вапна лужним методом.

При лужному способі барду в реакторах обробляють 20%-ним розчином кальцинованої соди. Розчин соди доливають поступово, але при безперервному перемішуванні до тих пір, поки лакмусовий папірець не покаже, що реакція середовища стала лужної (рН 7-7,5). Барду в реакторах розбавляють водою в 3 рази і освітлюють, як і при кислотному способі. Осадження винної кислоти з розчину виробляють 20%-ним розчином хлористого кальцію. ВКВ відокремлюють від розчину, промивають і сушать. Найбільш широко у виробництві застосовується лужний спосіб, так як спостерігається менша корозія обладнання, спрощуються лабораторний контроль і техніка безпеки. При кислотному і лужному способах отримання ВКВ дріжджі втрачають свої кормові властивості.

Для отримання ВКВ і кормових дріжджів застосовують нейтральний спосіб. В дріжджовий барде, що виходить з перегінного апарату, кислий виннокислий калій знаходиться в розчині, так як його розчинність при температурі 90 °С становить 57 г/дм3, при 70 °С - 32 г/дм3, а в барде його міститься 20-30 г/дм3. Тому для попередження кристалізації кислого виннокислого калію в період освітлення в барде необхідно зберігати температуру 75-80 °С.

5. Отримання біоактивних СО2 екстрактів із відходів виноробства, отримання білкового корму

Дріжджовий осад, отриманий після фільтрації дріжджової барди в рамних фільтр-пресах, щоб уникнути забивання очисних споруд заборонено спускати в каналізацію. Після промивання холодною водою і сушки він є хорошим білковим кормом для худоби

Промивання дріжджового осаду водою поєднують з фільтрацією дріжджової барди в рамних фільтр-пресах. Для цього після забивання фільтр-преса припиняють подачу дріжджової барди і підключають воду з водопроводу. Промивання ведуть водою з таким розрахунком, щоб в дріжджовому осаді не залишилося вільної сірчаної кислоти. Подачу води припиняють, коли рН промивної води на виході з фільтрпреса буде не нижче 5,0.

Добре промитий і віджатий дріжджовий осад дрібнять на кусочки величиною 1-2 см і направляють на сушку, яку можна проводить в сушарках будь-якого типу. Добрі результати отримують при сушці в агрегаті для сушки АВМ- 065, вживаному для отримання кормового борошна з вичавки.

При сушці температура продукту не повинна перевищувати 60-70°С. Сушка виробляється до вологості не більше 10%. Висушені дріжджі в агрегаті подрібнюються, засипаються в мішки і прямують до споживача для згодовування худобі.

Дріжджовий білковий корм повинен містити не менше 25% сирого протеїну і мати рН 4,0, вміст жиру – не менше 2%.

6. Технологія виноробства активних сухих дріжджів з відходів переробки винограду.

Окрім виннокислої вапна, серед виннокислої сировини, що поступає на заводи, значне місце займають сушені дріжджі. Після віджимання вина з дріжджів, що отримуються після переливок, в них залишається так мало спирту, що немає чіткого економічного розрахунку витрачати паливо і працю на його отримання. Доцільніше такі дріжджі сушити.

Перш ніж приступити до сушки дріжджів, потрібно перевірити в лабораторії можливість отримання з них доброякісної виннокислої сировини. Для сушки придатні дріжджові осади столового виноробства, добре відпресовані і промиті холодною водою для витягання спирту, в які містять після сушки не менше 24 % винної кислоти.

Промивання водою поєднують з пресуванням дріжджів в рамних фільтр-пресах. Для цього після забивання фільтр-пресах осадом припиняють подачу дріжджів і подають холодну воду у кількості 15-20 дал. При цьому витісняються залишки вина і вимивається спирт. Промивання припиняють, як тільки на виході з пресу в промивній воді не буде виявлятися присмак вина. Промивний водно-спиртовий розчин для закріплення 2-3 рази використовується на наступні промивання свіжих дріжджів, після чого його використовують для отримання спирту.

Дріжджі після промивання і віджимання мають бути негайно висушені. Навіть короткочасне зберігання віджатих дріжджових осадів щоб уникнути великих втрат винної кислоти не допускається.

Добре віджаті дріжджі або виннокисле вапно, що є тістоподібною масою розділяють на шматки величиною з волоський горіх і сушать. Влітку виннокислу сировину можна сушити на сонці. Для цього дріжджі і вапно (у шматочках) розкладають на дротяних на дошках, покритих рогожею.

Сушка  на сонці вимагає великої уваги: дріжджі або вапно необхідно час від часу перевертати, оскільки щонайменший недогляд може довести до утворення цвілі, яка розкладає виннокислі солі. Надійніші результати дає штучна сушка в спеціальних печах.

Печі для сушіння виннокислої сировини бувають різного роду.

Найпростішою є так звана піч-лежанка, яка застосовується в невеликих господарствах

  Температуру дріжджів під час сушки підтримують не вище 150°С, при якій винний камінь не розкладається.

7. Переробка коньячної барди: сорбція винної кислоти анаонітом, здобуття зі смоли у вигляді концентрованого розчину (десорбція).

Коньячна барда містить всі компоненти виноматеріалу, за винятком летких, що видаляються в процесі перегонки. Основну цінність барди представляє винна кислота. Її зміст в коньячних виноматеріалах становить від 2 до 5г/дм3 в основному в формі кислого виннокислого калію. Для отримання ВКИ з коньячної барди застосовують іонообмінний спосіб. Метод іонообміну особливо ефективний при добуванні речовин, що знаходяться в розчині в невеликій концентрації. Зокрема, він застосуємо для вилучення винної кислоти з коньячної барди і дифузійного соку. Основні стадії процесу: сорбція винної кислоти аніонітом, витяг її з смоли у вигляді концентрованого розчину (десорбція), осадження винної кислоти з розчину у формі ВКИ.

Процес вилучення винної кислоти цим способом заснований на застосуванні аніонітових смоли АН-2-ФН в хлорідний формі R-С1. Перед початком роботи аніоніт, не вживаний, завантажують в колонку і замочують 16-18%-вим розчином хлористого натрію одну добу і розчин солі зливають; аніоніт заливають 2%-вим розчином соляної кислоти на 3-4 год, після чого його зливають. Цю операцію повторюють кілька разів до зникнення забарвлення розчину кислоти (8-10 разів). Аніоніт промивають водою до слабокислою реакції, а гарячу коньячну барду освітлюють. Для освітлення барду обробляють бентонітом з розрахунку 1-2 г/дм3 і ПАА з розрахунку 5-20 мг / дм3 і відстоюють протягом 3-6 год. Освітлений барду декантують і охолоджують до 35-40°С. Осади фільтрують. Охолоджену барду фільтрують на фільтрі з полістирольної насадкою (контрольне фільтрування). При забрудненні полістирол регенерують водою. Освітлену коньячну барду температурою 35°С подають на перший аніонітових фільтр. Витрата барди дорівнює 5-6 обсягами аніоніта в одному фільтрі в 1 ч (225-270 дал). При зіткненні зерен аніоніта з бардою відбувається обмін аніонами. Аніони винної кислоти сорбіруются аніонітом по реакції

2RCl + KHC4H4О6 → R2C4H4О6 + КСl + НСl.

Щоб забезпечити повне вилучення винної кислоти з барди, в процесі сорбції її пропускають через всі три фільтра послідовно. Після насичення аніоніту аніонами винної кислоти в першому фільтрі барду подають на другий. Контроль за насиченням аніоніту ведуть по рН. Межа насичення визначають досягненням рН на виході з аніонітових фільтра, близькою до вихідного рН сировини (для барди 3-4). Насичений винною кислотою перший іонообмінний фільтр промивають водою до повного видалення барди, залишки води зливають. Після промивання фільтр готовий до десорбції винної кислоти і регенерації. Десорбція і регенерація проводяться 25%-ним розчином хлористого натрію по реакції

R2C4H4О6 + 2NaCl → Na2C4H4О6 + 2RCl.

 

Під час регенерації протягом 2 годин смола розпушується повітрям 4-5 разів. Витрата розчину солі дорівнює двом обсягами аніоніту в 1 ч (90 дал). Розчин виннокислого натрію (елюат) зливають в реактори. Смолу повторно регенерують розчином солі 1: 2. Після цього фільтр готовий до сорбції винної кислоти. Через кожні 30 циклів процесу сорбції винної кислоти з барди аніоніт обробляють 4%-им розчином їдкого натру. Елюат підігрівають до температури 50-60°С, осаджують винну кислоту 40%-вим розчином хлористого кальцію по реакції

Na2C4H4О6 + СаСl2 → СаС4Н4О6 + 2NaCl.

Кінець реакції визначають по щавлевокислого амонію. Після закінчення обробки елюата хлористим кальцієм його охолоджують до 15-20 °С, потім ВКИ відокремлюють, промивають і сушать. 

При бродінні сусла, зберігання і витримці виноматеріалів утворюються кислий виннокислий калій і виннокислий кальцій. Вони кристалізуються і випадають в осад, а частина їх разом з домішками осідає на шорсткою поверхні ємностей. Такі відкладення на стінках ємностей називають сирим винним каменем на відміну від товарного, що відвантажується на заводи виннокаменной кислоти. З 1 дал виноматеріалу осідає на стінки ємності 5-8 г винного каменю. 

У ємностях з гладкими внутрішніми поверхнями (емаль, нержавіюча сталь) на стінках збирається незначний шар винного каменю або він відсутній. У таких резервуарах на дні утворюються друзи з кристалів кислого виннокислого калію з домішками дріжджів, зважених часток. Розмір таких друз (грудок) 2 см і вище. Такі друзи з осадів вибирають, промивають і сушать. Шар сирого винного каменю зі стінок ємностей витягають механічним і хімічним способами: при механічному способі з бочок винний камінь знімають бондарними стругами при їх ремонті. У великих ємностях шар винного каменю підсушують і знімають скребками. Винний камінь збирають, промивають водою і сушать.

8. Осадження винової кислоти з розчину у формі виннокислого вапна, промивка, центрифугування та сушіння виннокислого вапна.

Оскільки виннокислі з’єднання в коньячні барді складаються з бітартрата, необхідно додавати хлористий кальцій. При дистиляції вина (із змістом близько 0,25% винної кислоти) на 100 дкл барди додають близько 400 грама хлористого кальцію. Хлористий кальцій може бути замінений соляною кислотою, яку додають перед осадженням вапняним молоком в кількості 800 грама на 100 дкл барди.

Оскільки виннокисле вапно осідає досить швидко, то немає потреби чекати повного осадження, при якому окрім вапна, осідає значна кількість бруду. Якщо барда піддавалася попередньому відстоюванню у відстійних чанах і в реактивний чан спускалася прозора рідина, то відстоювання можна вести триваліший час (6-8 годин і навіть 12 годин); якщо ж барда поступила в реактивний басейн без відстоювання, то після реакції рідини дають відстоюватися не більше 3-4 годин.

Не можна залишати виннокисле вапно на тривалий час в реактивному басейні, оскільки може початися бактерійне бродіння, в результаті якого вона руйнуватиметься.

Після осадження виннокисле вапно збирають в мішечки, пресують і сушать. З приведеного опису процесу отримання виннокислою винищити з барди можна розрахувати число і об’єм резервуарів.

Вся установка повинна будуватися так, щоб відстійні чани були розташовані нижче за завод, а реактивні – нижче відстійних. Таке розташування чанів дає можливість рідини пересуватися самоплив із заводу у відстійні чани, з них – в реактивних, а з останніх – в стічні канави. У разі неможливості по рельєфу місцевості створити самоплив удаються до перекачування насосом. Тоді при заводі влаштовують невеликий приймальний цементний резервуар, з якого барду перекачують насосом у вищестоящі відстійні дерев’яні чани, а з них рідина, що вже відстоялася, самоплив поступає в реактивний басейн.