Мержаниан А. А. 'Ц, К38 Технология вина

Приведенные принципиальные схемы комплексной перера­ботки выжимок, дрожжевых осадков показывают также, что основу технологии различных продуктов составляют общие фи­зические, физико-химические и биохимические процессы. Важ­ное место среди них занимают экстракция, брожение, перегонка, осаждение, сушка и др.

В производстве продуктов из вторичного сырья проводится экстракция виноградных выжимок и дрожжевых осадков, барды. Помимо общих факторов на ход экстракции-Сахаров и виннокислых соединений из выжимок влияют многие частные условия: химический состав и физико-механические свойства сырья, состав экстрагента, число ступеней обмена, давление, общее количество растворителя, скорость его циркуляции и др.

Опытные данные показывают, что экстракция тартратов рас­творами минеральных кислот обеспечивает наилучшее раство­рение и более полное извлечение их из выжимок. Однако аг­рессивность кислотных растворов, сложность хранения и транс­портировки затрудняют их применение в производственных ус­ловиях.

При экстракции горячими щелочными растворами тартраты извлекаются не полностью. Содержащийся в выжимках тар-трат кальция в этом случае выделяется в виде студенистой кол­лоидной массы, загрязняющей экстрактивную вытяжку. По­мимо этого щелочной метод дорогой, так как расход кальци­нированной соды и хлорида кальция значителен.

Установлено, что экстракция растворами кислот и щелочей существенно не увеличивает извлечения сахара по сравнению с экстракцией горячей водой. Если из воды полностью уда­лены соли жесткости и она слабо подкислена (рН 4—5), то водная экстракция обеспечивает извлечение из выжимок до 98 % сахара и 82—86 % виннокислых соединений. Количество сахара и кислот, перехо'дящих в раствор при экстракции во­дой, зависит от температуры и длительности процесса. В тече­ние первых 15—30 мин, когда разница концентраций в выжи­мочном соке и растворе значительна, экстракция идет с боль­шой скоростью и в единицу времени извлекается относительно большое количество сахара и виннокислых соединений, но уже через 45 мин градиент концентрации приближается к нулю и процесс почти прекращается. При температуре 70—80 °С про­должительность экстракции выжимок составляет 45—60 мин. Дальнейшее ведение процесса нецелесообразно, так как полу­чаемый раствор наряду с тартратами будет обогащаться ве­ществами коллоидной природы, затрудняющими дальнейшую очистку экстрактивной вытяжки.

С увеличением числа ступеней экстракции извлечение са--.кара и виннокислых соединений увеличивается (рис. 81). При

478

S о 3		CJ a	\		Qj
S:		u	CT	CI	з-
'3	I		3	rS	3
	J			и	C^
« =*■			<*1	,o	4	ti
а — 1 ;	a		^	о	3
	■i-		4		cu	-3- c?
	S	Impc		ЭТ1Н	pucp
з! &			Ф	тделе	b
		Cvl	/		Qj
У		л:	/		^T
Е		CO /		<Л
		a'

>3		'3
		«o
S		^
		5
	ti	'3 О a i:
	*	чо ;
'3 £	*3" 3>
■Q		£
Плот	Cj	4

3

3

s~s	*>-—
a 80
k	/y/^zz
Sffl
=>
*:	1/ Z^^^1
gw
n

Экстракция выжимок горячей водой и получаемым затем диффузионным соком при температуре 70 "С в условиях непрерывной многократной рециркуляции при установившемся режиме обеспечивает переход в раствор в среднем 94,5 % са-480

хара и 83 % кислот. В производственных условиях удовлетво­рительные выходы сахара и ВКС из выжимок достигаются при пяти ступенях экстракции. Из них четыре проводят рециркули-рующим диффузионным соком, а последнюю — водой.

На эффективность экстракции существенно влияет скорость циркуляции экстрагента, которая зависит в основном от каче­ства выжимок и их фильтрующей способности. Скорость филь­трации через слой выжимок снижается с увеличением темпе­ратуры, продолжительности процесса и толщины слоя выжи­мок. Например, при температуре 70 °С скорость фильтрации при толщине слоя 100 мм в 2 раза больше, чем при 300 мм, а при увеличении до 500 мм-она снижается незначительно. При температуре 70 °С средняя скорость фильтрации экстрагента через слой толщиной 100 мм равна 0,012 л/(см²-мин), толщи­ной 500 мм — 0,006 л/(см²-мин). Перемешивание выжимок увеличивает извлечение сахара на 4,5 % и виннокислых соеди­нений на 15,2 %, но диффузионный сок в этом случае полу­чается более мутным.

Процент извлеченного сахара и виннокислых соединений из виноградных выжимок повышается с увеличением количества экстрагента (см. рис. 81). Опытные данные показывают следую­щую количественную зависимость: при экстракции объемом воды, равным половине массы выжимок, извлекается в сред­нем 77,8 % сахара от общего его содержания в выжимках, а виннокислых соединений — 63 %. С увеличением количества воды до одного объема и откачкой экстрагента в количестве 100 % к массе выжимок процент извлечения составляет со­ответственно 96 и 86. Дальнейшее увеличение объема экстра­гента и его откачки повышает количество извлекаемых ве­ществ, но приводит к снижению их концентрации в экстрак­тивной вытяжке, что нежелательно.

При проведении экстракции виноградных выжимок в произ­водственных условиях их предварительно измельчают до час­тиц размером 3—7 мм. Экстракцию ведут при высоте слоя из­мельченных выжимок 120—150 мм. Воду, используемую как экстрагент, умягчают до полного удаления солей жесткости и добавлением минеральных кислот доводят ее рН до 4—5. В первые 5—10 мин экстракцию ведут при температуре 70— 75 °С (при этом достигается достаточный прогрев слоя выжи­мок), затем температуру понижают до 65—70 °С. Оптимальное время экстракции выжимок 45 мин. Откачка получаемой экстрактивной вытяжки не должна превышать 100,% массы выжимок. При низком содержании в выжимках сахара (5%) и виннокислых соединений (0,5 %) откачка должна состав­лять не более 70%. Число ступеней экстракции принимают не менее четырех при скорости циркуляции экстрагента 0,006—0,01 л/(см²-мин). Процесс ведут с перемешиванием вы­жимок.

481

Экстракцию виннокислых соединений и сахара из виноград­ных выжимок проводят также при алкогольном брожении и последующем кипячении водных суспензий предварительно из­мельченных выжимок. Скорость процесса экстракции при таком способе находится в прямой зависимости от степени измельче­ния частиц, концентрации твердой фазы в суспензии, величины ее рН и времени кипячения. Степень измельчения выжимок ока­зывает большое влияние на скорость экстракции виннокислых соединений. Размер частиц должен быть не более 1 мм, при этом допустимо содержание до 25 % частиц с размером от 1 до 3 мм. Дальнейшее измельчение не оказывает существен­ного влияния на переход виннокислых соединений в раствор. С увеличением степени разбавления выжимок водой и соответ­ствующим уменьшением концентрации твердой фазы суспензии процент перехода виннокислых соединений (ВК.С) в дисперси­онную среду возрастает (рис. 82). Наиболее резкие изменения наблюдаются в области больших величин концентраций твер­дой фазы, особенно от 14,5 до 20%. Оптимальная концентра­ция твердой фазы находится в пределах 13,5—14,5%. Если са­хара, содержащиеся в выжимочных суспензиях, предварительно сбродить, то экстракция всех виннокислых соединений заканчи­вается после 10 мин кипячения.

Применяют ленточные, ротационные, шнековые, лопастные экстракторы непрерывного действия- Ленточные экстракторы позволяют получать диффузионный сок с концентрацией из­влекаемых веществ, близкой к исходной в выжимках. К другим их преимуществам относятся интенсификация процесса экстрак­ции за счет многократной непрерывной рециркуляции раство­рителя, уменьшение тормозящего действия пограничного слоя при диффузии, поскольку нет принудительного перемещения выжимок и их перетирания, получение чистого диффузион­ного сока благодаря самофильтрации растворителя через слой выжимок, возможность нормальной работы на любом вторич­ном сырье (выжимки, гребни). К недостаткам экстрактора от­носится низкий коэффициент использования объема.

Ротационные экстракторы, напротив, конструктивно ком­пактны, однако они могут работать только при большом гид­ромодуле.

Экстракторы шнекового типа надежны в работе, но качество получаемого на них сока низкое за счет обогащения взвесями, а также экстрактивными веществами вследствие перетирания мезги.

Диффузионный сок, полученный на ленточных экстракторах, имеет следующие физико-химические показатели:

482

Спирт, % об. До 1 Коллоиды, г на 100 мл 0,5—1,0

Винная кислота, % 0,6—1,2 " Пектиновая кислота, % 0,02—0 1

рН 3,5—4,0 Взвеси, г/л 15—50

Плотность 1,02—1,05

В последнее время для извлечения винной кислоты из вто­ричного сырья находят применение ионообменные процессы — анионирование в сочетании с осаждением. В основу технологии положена сорбция винной кислоты на анионите в гидроксиль-ной форме. Поскольку отделение винной кислоты от сопутствую­щих кислот происходит лучше в свободном состоянии, исход­ные растворы виннокислых соединений (барду, экстракт из выжимки) предварительно обрабатывают катионитом в водо­родной форме. При прохождении в дальнейшем раствора вин­нокислых соединений через слой анионита происходит концен­трирование на нем винной кислоты и удаление основной массы сопутствующих кислот с отработанной жидкостью. Затем анио-нит промывают раствором хлорида натрия (элюируют), в ре­зультате чего винная кислота десорбируется и переходит в раствор в виде натриевой соли. Этот раствор, обычно содер­жащий до 6 % винной кислоты, нагревают и осаждают винную кислоту известковым молоком. Выход винной кислоты состав­ляет до 76,2% содержащейся в сырье и не менее 52.% — в виннокислой извести.

Проведенные в последние годы экспериментальные исследо­вания свидетельствуют об эффективности использования для выделения и очистки виннокислых соединений мембранной тех­нологии (гиперфильтрация или обратный осмос). Путем под­бора соответствующих мембран этот способ дает возможность получать винную кислоту более высокого качества.

При извлечении виннокислых соединений из барды, получен­ной после отгонки спирта из осадка винных дрожжей, проводят ее обработку в реакторах при температуре 75—80° С водным раствором серной кислоты (3 % по массе барды или 6—9 % по массе отжатых дрожжей) в течение 3 ч. Затем ее разбав­ляют в 3 раза горячей водой, фильтруют или отстаивают в те­чение 8—12 ч. Полученную чистую суспензию винной кислоты направляют на нейтрализацию.

При использовании щелочного метода барду обрабатывают 20%-ным раствором кальцинированной соды, который подают в реактор постепенно, при непрерывном перемешивании, чтобы не образовалась пена. Реакция проходит более быстро, чем при кислотном способе. Дальнейшую обработку суспензии ве­дут так же, как и при кислотном способе.

Более полно можно извлечь виннокислые соединения из осадков винных дрожжей методом высокого давления, путем автоклавирования барды. В результате скорость ее отстаивания увеличивается примерно вдвое.

483

Перед извлечением виннокислых соединений из коньячной барды ее фильтруют на фильтр-прессах или отстаивают для удаления образовавшегося в процессе перегонки вина осадка белков, фенольных веществ, белково-танидных и других сое­динений. При кислотном методе ее обрабатывают в горячем состоянии водным раствором серной кислоты (из расчета 0,8 кг H2SO4 на 1 кг винной кислоты, содержащейся в барде), затем фильтруют или отстаивают и направляют на нейтрализацию.

Как и в случае дрожжевой барды, при извлечении винно­кислых соединений из коньячной барды щелочным методом обработку ведут 20%-ным раствором кальцинированной соды.

Экстракция пектиновых веществ из выжимок может прово­диться горячей водой, водой, подкисленной лимонной, сернистой и щавелевой кислотами, оксалатом аммония и др. При экстрак­ции пектиновых веществ из выжимок 2 %-ным раствором со­ляной кислоты их выход составляет 2—2,5 % от массы воз­душно-сухих виноградных выжимок при чистоте 79—88,4 %, что значительно выше, чем при использовании кипящей воды.

Промышленным способом пектиновые вещества из вино­градных выжимок в Советском Союзе не получают. Для этой цели используют вторичное сырье плодово-ягодного виноделия и сокового производства.

Экстракция пищевого красителя (антоцианов) из выжимок проводится водным раствором сернистой кислоты. Эксперимен­тальные данные показали, что при извлечении красящих ве­ществ в противотоке концентрация раствора сернистой кислоты при двукратной промывке выжимок должна быть 0,4 %, при трехкратной — 0,6%. Соотношение сырья и раствора экстра-гента составляет по массе 1:1.

Получение спирта из бражки (сброженного диффузионного сока), непосредственно из сбродивших выжимок, а также дрож­жевых осадков осуществляется перегонкой. При этом вна­чале получают спирт-сырец, содержащий наряду с этиловым спиртом различные примеси, затем ректификованный спирт. Для этих целей используют трехкубовые, одно- и двухколон­ные брагоперегонные и брагоректификационные аппараты.

Трехкубовые перегонные аппараты УПК-58-02 используются на небольших предприятиях. Крупные предприятия оснащены обычно одноколонными брагоперегонными аппаратами непре­рывного действия, в которых спирт-сырец получают из бражки. Конструкция такого аппарата с вихревым паровым потоком, позволяющая получать этиловый спирт-сырец из грубых суспен­зий, содержащих большое количество взвешенных частиц, по­казана на рис. 83. Установка включает исчерпывающую и ук­репляющую части колонны, два дефлегматора, холодильник и вспомогательную аппаратуру. Подготовленные дрожжевые осадки или виноградные выжимки подаются через сетку и кам-неловушку в кожухотрубные дефлегматоры, где за счет теп-

484 www.ovitie.ru

Рис. 83. Ректификацион­ная установка для полу­чения спирта-сырца из вторичного сырья:

/ — емкость для подготовки

лоты конденсации спиртовых паров дрожжевая суспензия нагревается и затем подается в приемную царгу ректификаци­онной колонны. Для контакта фаз применяются устройства с вихревым и секционным вихревым паровым потоком.

Пройдя колонну истощения, суспензия через бардорегулятор направляется в сборник для получения виннокислых соедине­ний. Спиртовые пары, пройдя колонну укрепления, последова­тельно конденсируются в дефлегматорах и в виде флегмы на­правляются в верхнюю часть колонны укрепления. Оставшаяся часть паров конденсируется и через спиртовой фонарь направ­ляется в сборник готового продукта. Эта установка может быть использована также для промышленного получения энантового эфира при соответствующем изменении режима работы- аппа­рата.

Небродившие выжимки в процессе их хранения в специ­альных хранилищах (выжимочных ямах либо траншеях) сбра­живаются спонтанно. При использовании диффузионного метода переработки выжимок, а также осадков сбраживается диффузионный сок периодическим либо непрерывным спосо­бами. Для проведения брожения могут быть использованы ус­тановки, применяемые для сбраживания виноградного сусла.

485

При извлечении виннокислых соединений из подкисленных растворов, полученных при экстракции выжимок, а также об­работки барды кислотным способом, осаждение проводят пу­тем их перевода в кальциевую соль винной кислоты (виннокис­лую известь, ВКИ) с помощью известкового молока Са(ОН)₂ или мела СаСОз и хлорида кальция СаСЬ. Использование двух осадителей связано с тем, что в отдельности ими не осажда­ются полностью содержащиеся в растворах виннокислые сое­динения. Так, известковым молоком или мелом полностью из раствора осаждается только свободная винная кислота. Рас­творы средних солей калия и натрия ими не осаждаются, а кислые соли калия или натрия выделяются лишь наполо­вину. Такое же действие оказывает на кислые соли и СаСЬ. Это происходит потому, что половина кислой соли винной кислоты выпадает в виде виннокислой извести, а другая поло­вина остается в растворе, переходя в среднюю соль {в случае Са(ОН)₂ и СаСОз] или свободную винную кислоту (при ис­пользовании СаСЬ):

2КНС₄Н₄0₆ + Са (ОН), = СаС₄Н₄0₆ + К₂С₄Н₄0₆ + 2Н₂0; 2КНС₄Н₄О_в + СаС1₂ = CaC₄H₄0₆ -f- H₂C₄0₆ + 2KC1.

Поскольку виннокислые растворы наряду со свободной вин­ной кислотой содержат ее соли, в особенности кислый тартрат калия, то при их осаждении вначале вносят хлорид кальция, а затем известковое молоко или мел. Под де*ист'вйем хлорида" кальция основные"«""частично кислые соли калия и натрия вы­деляются в осадок в виде виннокислой извести. Последующим введением известкового молока или мела осаждают свобод­ную винную кислоту.

При использовании для извлечения тартратов из вторич­ного сырья щелочного способа осаждение проводят одним хло­ридом кальция. В результате такой обработки образующиеся легкорастворимые основная натриевая и калий-натриевая соли винной кислоты в дальнейшем полностью осаждаются СаСЬ при нейтрализации. Осаждение тартратов известковым моло­ком проводят обычно на мелких предприятиях, на крупных применяют молотый мел. Осаждение известковым молоком,щю-ходит быстрее и ,лехые_т--ц£м. мелом, однако качество bjihhokhc^ -"ло'й извести^несколькд__ху_же. Процесс~осаждения тартратов из диффузионного сока илиоарды с помощью хлорида кальция, известкового молока или мела называют нейтрализацией.

Важным условием для наиболее полного выделения в оса­док виннокислой извести при нейтрализации является соблю­дение температурного режима и рН. Нейтрализацию необхо­димо проводить при температуре 50—55°С (но не ниже 45 °С) до слабокислой реакции (рН 5,5). Отклонение от температур­ного режима приводит к снижению выхода ВКИ вследствие

486 www.ovine.ru ,

При использовании щелочного способа извлечения винно­кислых соединений нейтрализацию проводят хлоридом кальция в сухом виде или в виде 20 %-ного раствора. Его количество должно быть в 2 раза больше количества израсходованной соды. Нейтрализацию проводят в реакторах-нейтрализаторах, оборудованных мешалками. Осадок виннокислой извести отде­ляют одним из возможных способов.

Для выделения семян из виноградных выжимок при­меняют центробежное поле гидроциклонов. Благодаря слабому варьированию размеров виноградных семян и относительно большой их плотности обеспечивается хорошая полнота отделе­ния и чистота семян.

Схема процесса выделения семян из выжимок на гидро­циклонах показана на рис. 84. Свежие выжимки подают через рыхлитель 1 в смесительный резервуар 2, а оттуда насосом 3 на гидроциклон 4. Из гидроциклона отделенные семена посту­пают в смесительный резервуар второй ступени 5, затем насо­сом направляются для окончательной очистки на гидроциклон 6 и для отделения от жидкости на установку 7. Чистые семена направляются на сушку. Отделенные от семян частицы выжи­мок поступают на дальнейшую обработку.

487