Создание малоотходных и безотходных производств — основной путь решения проблемы рационального использования природных ресурсов, охраны воздуха и воды от промышленных загрязнений, а следовательно, безопасности пищевого сырья и продуктов питания.
В соответствии с Декларацией о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов, принятой Европейской экономической комиссией ООН, безотходная технология определяется как практическое применение знаний, методов и средств, с тем чтобы в рамках потребностей человека добиться обеспечения рационального использования природных ресурсов, энергии и охраны окружающей среды.
В практике используют и другие понятия и термины: ресурсосберегающая и энергосберегающая технологии; вторичные сырьевые ресурсы; производство с замкнутым циклом; безотходное и малоотходное производство.
В настоящее время восстановление сырьевых ресурсов из отходов для многих развитых стран стало вопросом государственной важности, а производственная практика, как отечественная, так и зарубежная, показывает, что использование многих видов вторичных материальных ресурсов технически осуществимо и экономически выгодно.
Таким образом, перестройка традиционных технологических процессов с целью комплексного использования сырья, создания мало-и безотходных технологий обусловлена требованием повышения эффективности пищевой и перерабатывающей промышленности и максимального удовлетворения потребностей общества в отечественных продуктах питания. При этом производство должно обеспечивать выпуск высококачественной и экологически безопасной продукции.
Производство винограда в России в 2016 г. составило 551,7 тыс. т. За год сборы выросли на 16,1%, или на 76,5 тыс. т, за 5 лет (с 2011 г.) — на 33,8% (на 139,4 тыс. т).
В Топ-10 регионов по производству винограда в промышленном секторе в 2016 г. вошли: Краснодарский край (232,14 тыс. т, 53,4%), Республика Дагестан (72,16 тыс. т, 16,6%), Республика Крым (51,18 тыс. т, 11,8%), Ставропольский край (42,02 тыс. т, 9,7%), Кабардино-Балкарская Республика (15,64 тыс. т, 3,6%), г. Севастополь (14,61 тыс. т, 3,4%), Ростовская область (5,62 тыс. т, 1,3%), Чеченская Республика (1,23 тыс. т, 0,3%), Волгоградская область (0,21 тыс. т, 0,05%), Самарская область (0,05 тыс. т, 0,01%).
При переработке 1 т винограда также образуется вторичные сырьевые ресурсы, в том числе (в %):
• гребни — 1—7;
• выжимки — 10—14;
• семена — 3—4;
• дрожжевые осадки — 2,5—6.
При получении пиломатериалов получают:
• винный камень — 0,5—2,0 кг на 100 дал;
• коньячную барду (около 2/3 объема перегоняемого виноматериала);
• гущевыс осадки — до 3 дал на 100 дал сусла или виноматериала;
• клеевые осадки — до 0,9 на 1 дал 20%-й суспензии бентонита, применяемой для оклейки;
• осадок берлинской глазури — 0,7—1,2% от объема обрабатываемого виноматериала.
Гребни отделяют от винограда при его дроблении, при котором они смачиваются суслом. В таких гребнях содержание сахаров составляет 1,0—1,5% при массовой доле влаги 46—55%. Они также содержат винную кислоту (до 0,1%), танин (до 3,2), пентозаны (до 2,8), протопектин (до 0,7) и минеральные вещества (до 2,4%).
Выжимки состоят из твердой и жидкой фаз. Твердая фаза представлена 66% кожицы винограда и 34% семян. Нормативная влажность выжимок при отжиме на шнековых прессах не более 56%.
В зависимости от применяемой технологии различают выжимку сладкую (свежая) и сброженную (красный способ получения винома-териалов).
Массовая доля сахаров в сладкой виноградной выжимке колеблется от 5 до 10%, виннокислых соединений — от 0,5 до 2,0%. При этом виннокислые соединения в основном состоят из свободной винной кислоты (40%) и битартрата калия (10—12%). Следует отметить, что в сладкой выжимке присутствует также яблочная кислота, причем ее содержание при переработке винограда с технической зрелостью такое же, как и винной. Помимо перечисленных химических соединений выжимки содержат пентозаны (1,0—4,5), пектиновые (0,5—3,8), минеральные (1,2—3,6) и фенольные (до 11%) вещества.
В сброженной выжимке сахара отсутствуют. Основным компонентом является этиловый спирт, объемная доля которого составляет 4—5%. Присутствуют также виннокислые соединения (0,7—2,5%) и фенольные вещества, содержание которых на 20—30% ниже, чем в свежей.
Семена выделяют из свежих или экстрагированных виноградных выжимок. Основным пищевым компонентом, содержащимся в виноградных семенах, являются масла, массовая доля которых составляет 10—18%. Массовая доля фенольных веществ — 16% (на сухую массу).
Выход дрожжевых осадков обусловлен степенью осветления сусла, расой применяемых дрожжей, типом виноматериала и условиями брожения. Дрожжевые осадки могут быть жидкими, в виде гущи и отжатыми.
Жидкие дрожжи при длительном отстаивании уплотняются до консистенции гущи. Отжатые дрожжи получают при отделении жидких дрожжей и дрожжевой гущи путем фильтрации при избыточном или остаточном давлении.
Основную часть дрожжевых осадков составляет вода, массовая доля которой равна в среднем 75%. Сухая масса дрожжей главным образом представлена углеводами (25—30%), белками (30—75), липидами (2—5) и неорганическими веществами (5—10%). Углеводы в основном состоят из полисахаридов и гликогенов. Белки содержат аминокислоты, в том числе незаменимые. Липиды дрожжевых осадков являются смесью истинных жиров, восков, фосфолипидов и стеринов. Неорганические вещества состоят в основном из фосфорной кислоты (50%) и калия (25%).
Кристаллы винного камня выделяются из виноматериалов и сусла из-за увеличения спиртуозности или снижения температуры. Они осаждаются на дно и стенки резервуаров. Содержание винной кислоты в сыром винном камне достигает до 70%, количество нерастворимых примесей при этом — 3—10%.
Коньячная барда образуется при перегонке виноматериалов на коньячный спирт. Она содержит все нелетучие компоненты коньячных виноматериалов, в том числе 0,2—0,5% виннокислых соединений — калий кислый виннокислый и кальций виннокислый.
Гущевые осадки образуются при креплении сусла и виноматериалов и их последующей длительной выдержке. Они имеют весьма богатый химический состав. Так, они включают до 70% сахара и до 85% спирта к начальной их концентрации в сусле и виноматериале. В них также присутствуют соли винной кислоты, обрывки гребней, кожицы, виноградные семена и дрожжи.
Клеевые осадки формируются при обработке виноматериалов бентонитовой суспензией в сочетании с другими оклеивающими веществами — желатином, рыбьим клеем и др. В связи с этим они обогащаются белковыми, пектиновыми и фенольными веществами виноматериала и имеют аморфную структуру.
Осадок берлинской глазури образуется при деметаллизации виноматериалов с помощью ЖКС и является неутилизируемым отходом винодельческого производства. Имеет окраску от серо-голубой до синей при массовой доле влаги 55—95%. Массовая доля цианидов колеблется от 2 до 20 г/ дм3, этилового спирта — А—10%, винной кислоты — 2—8 г/дм3.
Одним из направлений использования гребней является экстрагирование фенольных, красящих и других экстрактивных веществ и получение водно-спиртовых экстрактов. Их применяют в производстве безалкогольных и слабоалкогольных напитков.
Другое направление — производство белкового корма — дрожжевой массы из виноградных гребней и выжимок. Сущность технологии заключается в следующем:
• вначале проводят гидролиз — осахаривание измельченной массы. Для этого ее смачивают стоками фильтратов, коньячной бардой или другими отходами. Процесс осуществляют под давлением 0,2—0,3 МПа в течение 1 ч;
• затем массу нейтрализуют до pH 4,2—5,0, добавляя раствор суперфосфата (300—500 мг/кг), и охлаждают;
• полученную массу засевают дрожжами рода Candida, которые культивируют при интенсивной аэрации, температуре 32—38°С и pH среды 4,2—5,6 в течение 24—36 ч. Для засева используют ЧКД или массу, частично возвращаемую (1/4 от общего количества) после биохимической обработки;
• по окончании биотехнологического процесса получения дрожжевой массы ее подвергают тепловой обработке или сушат.
Полученную таким образом дрожжевую массу применяют в качестве белкового корма на животноводческих фермах.
Содержание белков в нем составляет 25—27%.
Отходы от переработки винограда, в частности гребни, широко используются в качестве составных частей удобрений растительного происхождения. Их готовят в основном в виде компостов. Гребни закладывают в траншею слоем 0,3—0,4 м, заливают дрожжевой или коньячной бардой, перемешивают грейфером и закрывают сверху слоем земли 0,2—0,3 м. Используют такой компост через 6—7 месяцев после закладки, как правило, весной следующего года.
В качестве удобрений используют также золу, получаемую при сжигании гребней и выжимок.
Состав и выход выжимок зависят от способа переработки винограда и его сортовых особенностей. Выход выжимок (с гребнями) при использовании в технологической схеме прессов непрерывного действия в среднем составляет 13%, гидравлических — 17, винтовых — до 21%.
По химическому составу виноградные выжимки ценны тем, чем они имеют богатый полисахаридный комплекс, содержат значительное количество фенольных веществ и лигнина (табл. 11.1).
Химический состав кожицы винограда некоторых технических сортов
Полисахаридный комплекс выжимок характеризуется достаточно сложным составом высокомолекулярных соединений (табл. 11.2).
Таблица 11.2
Углеводный состав кожицы винограда
Легко гидролизуемая фракция кожицы (пектиновые вещества и гемицеллюлозы) отличается большим набором мономерных составляющих и достаточно широкой их вариабельностью.
Минеральный состав выжимок в количественном отношении колеблется незначительно и не зависит от места произрастания и сорта винограда. Особенно богаты выжимки железом и щелочными металлами (табл. 11.3).
Особый интерес с точки зрения безопасности готовой продукции представляет содержание тяжелых металлов — меди, свинца, олова (табл. 11.4).
Таблица 11.4
Из приведенных данных видно, что во всех сортах винограда тяжелые металлы либо отсутствовали, либо обнаружены только в следовых количествах.
Исследование фосфатов и нитратов показало, что их количество, обнаруженное в виноградной выжимке, нс превосходит допустимые нормы.
Виноградные выжимки — перспективное пектиносодержащее сырье
Пектиновые вещества винограда изучены мало. Общее количество пектиновых веществ в разных сортах винограда колеблется от 1,05 до 3,25%. Менее сочные ягоды содержат больше пектина; при этом при прессовании значительная часть нерастворимого пектина остается в выжимках. Большое количество общего содержания пектина и протопектина отмечено у поздно созревающих сортов.
Распределение пектиновых веществ в частях грозди и ягоды на примере двух технических сортов винограда приведено в табл. 11.5.
Из таблицы видно, что наибольшее содержание пектиновых веществ наблюдается в кожице ягод. При этом соотношение протопектина и общего содержания пектиновых веществ (ПП/ПВ) составляет в среднем 56,1—62,5%. Таким образом, виноградные выжимки являются промышленно значимым сырьем для пектинового производства.
Гидролиз-экстрагирование пектиновых веществ из виноградных выжимок осуществляют 0,37%-м водным раствором соляной кислоты при pH среды 1,1; гидромодуле 1 : 5, температуре 70°С в течение 4 ч. Виноградный пектин выделяют из экстракта осаждением этиловым спиртом с последующей спиртовой очисткой. Выход пектина в зависимости от условий выделения колеблется от 4,15 до 7,0%. Существенное влияние на физико-химические свойства виноградного пектина оказывают, как и на другие виды пектина, почвенно-климатические условия и зона возделывания. Так, например, чистота образцов пектина из сортов винограда, выращенных в Азербайджане, составляет 88,0— 97,5%, в сортах из Крыма — 75,0—85,7%, в сортах из Молдавии — 48,0—80,1%. Зольность виноградного пектина невысока и составляет в зависимости от района 0,7—1,6; 2,5—4,6 и 2,2—5,6% соответственно.
Однако экстрагирование пектина соляной кислотой приводит к снижению выхода пектиновых веществ из виноградных выжимок. При гидролизе-экстрагировании пектина 0,5%-й щавелевой кислотой выход его увеличивается на 0,9—1,1 пункта. Сравнительная характеристика пектина из различных видов растений показала, что студнеобразующая способность хлопкового и виноградного пектинов выше, чем яблочного и мандаринового (табл. 11.6).
Из таблицы видно, что качественные показатели виноградного пектина соответствуют требованиям пищевой промышленности. Это дает основание считать виноградные выжимки перспективным пектиносодержащим сырьем.
Технология комплексной переработки выжимок с получением пектинового экстракта
Одним из наиболее перспективных направлений переработки виноградных выжимок является получение из них пектинового экстракта.
Нами разработана принципиальная технологическая схема комплексной переработки виноградных выжимок с получением винной кислоты и пектинового экстракта (рис. 11.1).
Виноградные выжимки
I
Отделение семян
Семена
на переработку
Получение пектинового экстракта
Кожица
~г~
I
Пектиновый экстракт т
Концентрирование
I
Пектиновый концентрат
Рис. 11.1. Технологическая схема получения пектинового экстракта из виноградных выжимок
Сырьем для получения пектинового экстракта служат виноградные выжимки технических сортов винограда, являющиеся отходами винодельческого и сокового производства.
Содержание спиртоосаждаемых пектиновых веществ в выжимках должно составлять не менее 8% на абсолютно сухую массу. Свежие виноградные выжимки содержат 18—20% виноградных семян с мас-личностью 12—22%. Такие семена являются ценным сырьем для переработки, поэтому их необходимо отделить из выжимки для дальнейшей переработки. Выделение виноградных семян из выжимки может осуществляться всеми имеющимися средствами: применением машин ОВС-2, зерновых веялок, гидроциклонов, зернометов.
Виноградные семена, поставляемые маслодобывающим предприятиям для переработки на виноградное масло, не сортируются по сорту винограда. Они могут поставляться смешанными.
После отделения семян из отжатой выжимки оставшаяся кожица содержит 30—35% растворимых сухих веществ, в том числе сахаров, органических кислот, солей, крахмала и других, которые являются балластом в процессе извлечения пектиновых веществ. Эти вещества должны быть удалены, чтобы получить пектиновый экстракт высокого качества. Для этого выжимки промывают водой при температуре смеси 25—30°С, перемешивают 15 мин и отделяют промывную воду.
В зависимости от количества балластных веществ и с учетом разнородности выжимок проводят 1—3 промывки.
После промывки выжимки поступают в гидролизатор для проведения процесса гидролиза — экстрагирования пектиновых веществ, от рационального проведения которого в значительной мере зависят нс только качество и выход продукции, но и рентабельность производства в целом.
Процесс ведут 0,2%-м раствором винной кислоты, при 70 °С и гидромодуле смеси 1 : 3 в течение 3—4 ч.
По истечении времени гидролиза-экстрагирования массу выгружают на стекатели для разделения твердой и жидкой фаз. Обеспекти-ненные выжимки направляют на прессование для полного отделения экстракта.
Полученный пектиновый экстракт с содержанием спиртоосаждаемых пектиновых веществ 0,8—1,0% направляют на сепарирование и концентрирование.
Экстракт концентрируют в двухкорпусных вакуум-выпарных установках непрерывного действия или на роторном испарителе. При этом температура продукта в первом корпусе должна быть 70—75 °С, во втором — не более 45 °С. Содержание сухих веществ в пектиновом концентрате составляет 10—12% по рефрактометру, концентрация спиртоосаждаемого пектина — не менее 2,5%.
По окончании процесса концентрат охлаждают до 25 °С в трубчатом охладителе открытого типа и направляют на хранение.
По внешнему виду полученный концентрированный пектиновый экстракт представляет однородную, слегка вязкую жидкость, имеющую слабокислый, свойственный исходному сырью вкус. Цвет экстракта — от светло-коричневого до лилового, в зависимости от сортов перерабатываемого винограда.
Основными требованиями, предъявляемыми к качеству экстрактов, как основы для производства пищевых изделий, являются: использование высококачественного сырья, обеспечение срока хранения и биологической стойкости в течение одного года.
Кроме описанного способа получения виноградного экстракта, нами предложен способ получения пектинового виноградного экстракта без применения добавляемых кислот. Гидролиз-экстрагирование проводят чистой водой, используя выжимки, титруемая кислотность которых составляет на сырую массу не менее 1,2—3,0%. В этом случае количество кислот, содержащихся в выжимках, является достаточным для проведения гидролиза-экстрагирования протопектина, входящего в состав выжимок.
Пектиновый экстракт, полученный по предлагаемому способу, можно без дополнительной доработки использовать в качестве лечебно-профилактического напитка, который рекомендуется при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, а также для выведения шлаков после усиленного приема синтетических лекарственных средств, удаления тяжелых металлов и радионуклидов и других токсических соединений.
Следует отметить, что в последние годы устойчивой тенденцией в производстве безалкогольных напитков является увеличение выпуска напитков специального назначения, содержащих биологически активные вещества. Одним из природных биологически активных соединений является пектин, так как именно в гидратированной форме пектиновые вещества оказывает наилучшее физиологическое воздействие.
Для получения профилактических напитков на основе пектинового экстракта из виноградных выжимок была разработана технологическая схема производства негазированных, газированных и сухих виноградных напитков, обогащенных пектином (рис. 11.2).
Полученные по разработанной нами технологии напитки оценены по органолептическим и физико-химическим показателям.
Физико-химические показатели пектиносодержащих напитков на основе виноградного сока представлены в табл. 11.7.
Таблица 11.7
1 — мерник-сборник; 2 — центробежный насос; 3 — фильтр-пресс;
4 — вакуум-аппарат; 5 — охладитель; 6 — сатуратор; 7 — автомат-наполнитель; 8 — полуавтоматическая закаточная машина; 9 — бракеражная машина; 10 — распылительная сушилка; 11 — автомат для фасования сыпучих продуктов
409
Разработанные напитки характеризуются высокой пищевой ценностью. Виноградный пектиносодержащий напиток богат органическими кислотами: винной, содержание которой в напитке составляет 2,28 г/ дм3, лимонной — 0,85, яблочной — 2,31 г/дм3 и другими. Достаточно высоко содержание минеральными веществами, при этом преобладают калий — 1284 и кальций — 157,5 г/дм3.
Привлекательный красно-фиолетовый оттенок напитку придают антоцианы. Особенно богат антоцианами напиток, приготовленный на основе виноградного сока, полученного из красных сортов винограда. Содержание антоцианов в таком напитке составляет 176,5 мг %.
Органолептические показатели полученных напитков представлены в табл. 11.8
Получение этилового спирта-сырца и спирта-ректификата
Благодаря высокому содержанию сахаров виноградные выжимки являются сырьевым источником для получения виноградного спирта-сырца. Он представляет собой прозрачную бесцветную жидкость с характерным запахом и вкусом, крепостью не менее 40% об.
Крепость спирта-сырца, вырабатываемого в других странах, колеблется в более широких пределах. Так, в Португалии он имеет крепость 45—60% об., в Аргентине — 62% об., в Италии — 67—77% об. При этом содержание метилового спирта колеблется в зависимости от крепости от 0,16 до 1,30 мг на 100 мл.
Поэтому для использования виноградного спирта для крепления вин (портвейна, мадеры, марсалы) и приготовления граппы, ракии и других крепких алкогольных напитков спирт-сырец подвергают ректификации. Согласно требованиям стандартов его спиртуозность должна быть не ниже 95,8% об. при содержании метилового спирта не более 0,1% об., в пересчете на безводный спирт.
Для производства этилового спирта-сырца используют сладкую выжимку с массовой долей сахаров не менее 7% и сброженную или спиртованную выжимку с массовой долей этилового спирта не менее 4%. Содержание винной кислоты в выжимке не должно превышать 0,7%. Не допускается переработка гнилых и заплесневелых виноградных выжимок.
Принципиальная технологическая схема получения спирта-сырца из виногражных выжимок складывается из следующих основных стадий:
• промывка выжимок;
• сбраживание сахаросодержащего экстракта;
• перегонка бражки.
Промывку выжимок осуществляют водой температурой не менее 85 °С при переработке сладкой выжимки и не более 40 °С при переработке сброженной выжимки. Процесс экстрагирования осуществляют противоточно. Промытую и отжатую до влажности 50—55% выжимку используют для получения виноградных семян или кормопроизводства. Полученный экстракт направляют на брожение.
Сбраживание сахаросодержащего экстракта осуществляют в течение 3—7 суток. По окончании процесса брожения полученную бражку направляют на перегонку.
Перегонку бражки ведут в перегонных или ректификационных аппаратах. Выход спирта-сырца из 1 т переработанной выжимки составляет 0,3 дал а.а. (абсолютного алкоголя) на каждый процент сахаров в выжимке.
Образовавшуюся при перегонке и ректификации бражки барду используют для получения виннокислого кальция или направляют на очистные сооружения.
Для производства спирта виноградного ректификованного спирт-сырец подвергают ректификации на двухколонных ректификационных установках типа «Комсомолец».
После ректификации объемная доля метилового спирта снижается с 0,2 до 0,1%, массовая концентрация эфиров — с 2 до 0,15 г/дм3, альдегидов — с 0,5 до 0,01 г/дм3, сивушных спиртов — с 5 до 0,03 г/дм3 в пересчете на безводный спирт.
Производство винной кислоты
Одним из естественных источников получения винной кислоты является виннокислая известь, извлекаемая из виноградных выжимок.
Винная кислота широко применяется в пищевой, полиграфической, электронной и электротехнической промышленности.
Производство винной кислоты включает следующие технологические операции:
• извлечение виннокислых соединений;
• получение осадка виннокислого кальция;
• разложение виннокислого кальция;
• концентрирование раствора винной кислоты;
• кристаллизация винной кислоты;
• перекристаллизация винной кислоты.
Извлечение виннокислых соединений, в частности кислого виннокислого калия, ведут путем экстрагирования виноградных выжимок водой при 75 °С. Полученный экстракт обрабатывают 10%-м известковым молоком при температуре не менее 45 °С. Предварительно вводят 20%-й водный раствор хлористого кальция. При этом образуется нерастворимый виннокислый кальций:
2КНС4Н406 + СаС03 = СаС4Н406 + К2С4Н406 + С02 + Н20
К2С4Н406 + СаС12 = 2КС1 + СаС4Н406
Образовавшийся осадок виннокислого кальция отфильтровывают, промывают водой и обрабатывают серной кислотой при нагревании до 65 °С. 11ри этом получают свободную винную кислоту и гипс:
CaC4H406 + H2S04 = CaS04 + H2C4H406
Раствор винной кислоты отфильтровывают, а затем направляют на концентрирование. Для удаления осадка остатков гипса концентрированный раствор винной кислоты фильтруют и вновь концентрируют до получения пересыщенного раствора.
Кристаллизация винной кислоты из пересыщенного раствора продолжается 6—10 суток. Полученные кристаллы отделяют от маточного раствора центрифугированием, промывают, очищают и высушивают. Для очистки кристаллов от содержащихся в них загрязнений их подвергают перекристаллизации. Для этого кристаллы растворяют в воде. Полученный раствор обесцвечивают активированным углем, обрабатывают ЖКС для удаления железа и сульфидом бария для удаления тяжелых металлов. Образовавшийся осадок отделяют фильтрованием. Отфильтрованный раствор концентрируют до пересыщенного состояния и повторно проводят кристаллизацию винной кислоты.
Винная кислота кристаллизуется в виде прозрачных бесцветных кристаллов без запаха, имеющих кислый вкус. Содержание в них винной кислоты должно быть не менее 99%.
Искусственное выращивание съедобных грибов
Потребление грибов как продукта питания имеет многовековую историю, а за последние 3—4 столетия отдельные виды съедобных грибов стали выращивать в искусственных условиях. К настоящему времени разработаны методы культивирования свыше 10 съедобных грибов. Предполагают, что в недалеком будущем их будут выращивать в таких же количествах, как сейчас картофель и злаки, что значительно снизит дефицит в пищевом белке. Так, количество белковых веществ в плодовых телах шампиньона двуспорового, вешенки обыкновенной и зимнего гриба изменяется в пределах 28—33%. Кроме того, в белках шампиньона и вешенки содержится 18 аминокислот, в том числе 8 незаменимых. Мировое производство съедобных грибов достигло в настоящее время около 2 млн т в год, при этом на долю шампиньонов приходится примерно 70—75%. Потребление искусственно выращиваемых грибов на душу населения в большинстве экономически развитых стран составляет около 4 кг в год, однако в нашей стране пока не превышает 100 г. Поэтому проблема культивирования в России съедобных грибов весьма актуальна.
Виноградные выжимки после технологической обработки (измельчение, пастеризация, охлаждение) могут быть использованы в качестве субстрата для промышленного производства мицелия и товарных грибов вешенки обыкновенной и сиитаке. Технология выращивания съедобных грибов с применением в качестве субстрата виноградных выжимок разработана в Институте «Магарач».
Проращивание субстрата мицелием и плодоношение длится в течение 8—10 недель. Плодоношение происходит волнообразно: после активного плодоношения наступает спад. Продолжительность каждой «волны» составляет примерно неделю. В период плодоношения и сбора урожая поддерживают температуру воздуха в помещении на уровне 15—16°С.
Выход продукции составляет 200—300 кг товарных грибов (2—3 волны) с 1т субстрата.
Получение энокрасителя
Среди веществ, определяющих внешний вид пищевых продуктов, одно из важнейших мест принадлежит красителям. Для сохранения, улучшения или придания определенного внешнего цвета пищевым продуктам красители применяли издавна.
С точки зрения гигиены питания целесообразно полностью отказаться от использования красителей. Однако современная технология обработки пищевого сырья, например кипячение и стерилизация, приводят к изменению первоначальной окраски и появлению у пищевых продуктов непривлекательного или даже неэстстичного внешнего вида. Диетологами установлено, что такие продукты могут через психофизиологические механизмы снижать аппетит и угнетать процесс пищеварения. Кроме того, необходимость окрашивания пищевых продуктов вызвана также коммерческими требованиями: пищевые продукты должны иметь привычную окраску.
Источником для получения красных красителей служит растительное сырье, содержащее антоцианы
Наиболее известен из этой группы красителей энокраситель, получаемый из выжимок темноокрашенных сортов винограда. Он представляет собой жидкость интенсивно красного цвета, в состав которой входит смесь соединений, в том числе антоцианов и катехинов. Окраска пищевых продуктов зависит от реакции среды. Так, например, в подкисленной среде энокраситель придает продукту красный цвет, а нейтральная и щелочная реакция среды придает продукту синий оттенок. В связи с этим энокраситель применяют в кондитерской промышленности в сочетании с органическими кислотами. Антоцианы разрешены к применению во всех странах без ограничения.
Для промышленного получения энокрасителя применяют в основном два способа. По первому способу в качестве экстрагента используют 2%-й раствор сернистого ангидрида, по второму — 1%-й раствор химически чистой соляной кислоты. Экстрагирование красящих веществ осуществляют в противоточных экстракторах при соотношении расхода масс 1 : 1 в течение 2 ч.
Полученный экстракт с содержанием энина 15 г/дм3 отстаивают, фильтруют и направляют на десульфитацию.
11осле охлаждения до 30 °С экстракт направляют в бродильные аппараты для его сбраживания насухо при добавлении 3—4% хлебопекарных дрожжей. По окончании процесса брожения краситель фильтруют и подают в катионитовый фильтр для отделения минеральных примесей, затем — в анионитовый фильтр для удаления избытка кислот и диоксида серы. Очищенный краситель концентрируют в вакуум-выпарной установке до содержания сухих веществ не менее 30% и энина — 50 г/дм3.
Производство кормовой муки
Сухие виноградные выжимки содержат в своем составе 14% протеина, 10% жиров, микроэлементы, витамины и другие ценные химические соединения. По этой причине их целесообразно использовать в качестве сырьевого источника для получения кормовой муки или гранулированного корма.
Свежие виноградные выжимки измельчают, промывают и направляют на сушку. Полученную таким образом кормовую муку упаковывают в тканевые или крафт-мешки и хранят в сухих вентилируемых складских помещениях.
Муку используют в качестве наполнителя комбикорма (до 10%).
Для получения гранулированного корма применяют гранулятор типа ОГМ — 0,8, работающий спаренно с агрегатом АВМ — 0,4. В нем муку смешивают с паром и с помощью пресса продавливают через радиальные отверстия матрицы. Неподвижный нож отрезает гранулы нужного размера. Они проходят вентиляционные камеры, охладительную колонку и сортировочную установку. Полученный гранулированный корм фасуют в мешки.
Кормовая ценность муки из сладкой выжимки на 100 кг корма составляет 36—41 КЕ, из проэкстрагированной — 27—38 КЕ.
Виноградные семена являются сырьевым источником в основном масла и танина.
Следует отметить, что для их получения пригодны только выжимки полученные при переработке винограда по белому способу. Массовая доля виноградных семян в таких выжимках составляет в среднем 25%. При массовой доле влаги 30—40% в семенах массовая доля масла — до 10% и энотанина —до 7%.
Технологическая схема выделения семян из выжимки складывается из следующих стадий:
• промывки выжимок горячей водой;
• выделения семян из промытой выжимки;
• сушки семян;
• упаковки и складирования семян.
Промывка выжимок осуществляется противоточным экстрагированием водой при 50—55 °С.
Выделение семян. По окончании процесса экстрагирования виноградную выжимку отпрессовывают до влажности 50—55%, разрыхляют в центробежной дробилке и направляют на рассевы для разделения семян, кожицы и пульпы.
Сушку виноградных семян ведут горячим воздухом в конвективных сушилках до влажности 8—10%. Температура семян нс должна превышать 75—80 "С во избежание потери их качества.
Хранят семена в бумажных мешках или насыпью высотой не более 500 мм в сухих хорошо вентилируемых складских помещениях. Срок хранения до переработки — не более трех месяцев.
Виноградное масло получают двумя способами:
• прессовым;
• экстракционным.
Извлечение масла прессовым способом осуществляют следующим образом. Семена перед прессованием дополнительно сушат, измельчают и трижды прессуют на гидравлических или шнековых прессах. Выход масла при этом составляет 110 кг/т.
Для извлечения масла экстракционным способом измельченные сухие семена загружают в экстрактор. В качестве растворителя чаще применяют трихлорэтилен. Выход масла при таком способе достигает 150 кг/т. Образовавшийся жмых используют на корм скоту или гидролизуют для получения фурфурола.
Отличительной особенностью виноградного масла является высокое содержание ненасыщенных жирных кислот (до 85%), что обусловливает его высокую пищевую ценность. Известно, что ненасыщенные жирные кислоты препятствуют накоплению повышенного количества холестерина в крови человека.
Кроме того, для виноградного масла характерно высокое содержание линолевой кислоты (60—70%), что также определяет его антихолестериновую способность. Очень низкое содержание линоленовой кислоты и высокое содержание токоферолов обеспечивают маслу стабильность к окислению.
Прессовое и рафинированное экстракционное виноградное масло используют при производстве консервных изделий и маргариновой продукции.
Качественные показатели виноградного масла приведены в табл. 11.9.
Наибольшее применение виноградное масло находит в парфюмерной, фармацевтической и лакокрасочной промышленности.
Танин извлекают путем экстрагирования семян этиловым спиртом.
Производство этилового спирта-сырца
Для производства спирта-сырца применяют дрожжевые и гуще-вые осадки, находившиеся на отстое и хранении не позднее 1 апреля года, следующего за сезоном переработки винограда, а также клеевые осадки, кроме осадков берлинской глазури.
Принципиальная технологическая схема получения спирта-сырца из осадков складывается из следующих основных стадий:
• прессование дрожжей;
• разбавление отжатых дрожжей водой;
• дображивание;
• перегонка.
Переработку дрожжевых осадков начинают с отжима на рамных фильтр-прессах с целью максимального извлечения вина. Дрожжевое вино используют в кулажах вместо автолизатов (ферментный концентрат).
Отжатые дрожжи по шнековому транспортеру направляют в аппарат с мешалкой для разбавления водой в соотношении 1:1. Кроме воды применяют также слабый спирт, собранный с предыдущих отгонок, или коньячную барду. При необходимости жидкие или разведенные плотные осадки дображивают при 15—25 °С до остаточной массовой доли сахаров не более 0,4%.
После дображивания осадки подвергают перегонке или ректификации. Объемная доля этилового спирта должна быть не ниже 40%. Выход спирта-сырца из 100 дал осадков рассчитывается по нормативу 0,8 дал а.а. на каждый процент спиртуозности осадков.
Спирт-сырец хранят в вертикальных цилиндрических резервуарах. В случае необходимости его подвергают ректификации, получая спирт-ректификат крепостью не менее 95,8%.
Получение энантового эфира
Энантовый эфир (или коньячное масло) содержится в основном в винных дрожжах. В чистом виде — бесцветная жидкость, хорошо растворимая в спирте, серном и петролейном эфирах, нерастворимая в воде. Она представляет собой смесь этиловых эфиров высших жирных кислот— каприновой, каприловой, лауриновой и в меньших количествах капроновой, миристиновой, пальмитиновой и стеариновой. Из 1 т дрожжей получают 400 г энантового эфира, применяемого в пищевой и парфюмерной промышленности. Получают его перегонкой на специальных установках.
Белковый корм
Известно, что дрожжи являются источником белка, поэтому дрожжевые осадки применяют для получения белкового корма. С этой целью дрожжевые осадки отжимают на фильтр-прессах, измельчают и сушат при 60—70 °С до влажности не более 6%. Полученный таким образом белковый корм содержит перевариваемого белка не менее 20% в пересчете на сухое вещество.
При хранении молодых вин, брожении сусла и обработке вина возможно образование на дне и стенках резервуаров осадков винного камня.
Винный камень состоит из битартрата калия (кислого виннокислого калия — 83%), тартрата кальция (виннокислого кальция — 5,4%), кремнезема — 1,1%, дрожжевых клеток, красящих веществ и других примесей. Следует отметить, что чем больше битартрата калия в винном камне, тем выше в нем содержание винной кислоты (65—70%).
Собирают сырой винный камень в период мойки или ремонта резервуаров последовательно механическим и химическим способами.
Механический способ заключается в отбивании винного камня острыми молотками, буты и цистерны обогревают паяльной лампой. Сырой винный камень промывают холодной водой и сушат в сушилках.
Затем для полного удаления винного камня резервуары обрабатывают содовым раствором или 2%-м раствором серной кислоты. Из горячего раствора 20%-м раствором хлористого кальция осаждают виннокислую известь. Полученный осадок промывают, сушат, фасуют и хранят отдельно.
Винный камень должен быть сухим, без следов плесени и постороннего запаха. Хранят его в темных, сухих и прохладных складских помещениях в мешках.
Барду коньячную (винасс, кубовый остаток) получают в результате перегонки виноматериалов с отделением спирта-сырца или коньячного спирта. Она составляет около 2/3 объема перегоняемых виноматериалов.
В состав коньячной барды входят все компоненты исходного вина: органические и минеральные соединения, белковые, красящие вещества и др., за исключением летучих соединений, удаляемых при перегонке. Цвет барды коньячной — от светло- до темно-коричневого, вкус — винный с уваренными тонами.
Содержание виннокислых соединений в барде коньячной колеблется от 2 до 5 г/дм3 и зависит от состава вина и конструкции дис-тилляционной установки. Основным ее ценным компонентом является винная кислота, которая присутствует главным образом в виде кислого виннокислого калия, содержание которого в пересчете на винную кислоту составляет 30—40% от титруемой кислотности исходных виноматериалов. По этой причине коньячная барда используется для получения виннокислой извести (ВКИ), уксуса, удобрений, биогазов, корма для скота, глицерина и фурфурола.
Кроме того, перегонка виноматериалов с 5—15% барды коньячной улучшает качество коньячного спирта. После отгона коньячного спирта из спирта-сырца в кубе остается лютерная вода (кубовая жидкость), составляющая 1/3 объема перегоняемого спирта-сырца. Дистилляцией лютерной воды (сырцовой барды) и винасса получают душистые воды, обладающие сильным энантовым ароматом, которые в последующем используют в коньячном производстве.
Для получения ВКИ из коньячной барды применяют ионообменный способ.
Метод ионообмена особенно эффективен при извлечении веществ, находящихся в растворе в небольшой концентрации. В частности, он применим для извлечения винной кислоты из коньячной барды и диффузионного сока.
Основные стадии процесса складываются из сорбции винной кислоты анионитом, ее извлечения из смолы в виде концентрированного раствора (десорбция), осаждения винной кислоты из раствора в форме ВКИ.
Схема получения ВКИ анионитовым методом показана на рис. 11.3.
1 — анионитовые колонки; 2 — реактор-нейтрализатор; 3 — отстойник СаС12;
4 — емкость для приготовления раствора СаС12; 5 — сушилка ВКИ; 6 — шнек;
7 — центрифуга; 8 — отстойник NaCl; 9 — резервуар для приготовления раствора NaCl; 10 — емкость для барды
ВКИ должна быть сухой (с содержанием гигроскопической влаги не более 3%), легко рассыпающейся, с нейтральной или слегка кислой реакцией (pH 6,5—7), без следов плесени и запаха гнили. Качественные показатели ВКИ по сортам показаны в табл. 11.10.
Таблица 11.10
Физико-химические показатели качества ВКИ
Клеевые осадки образуются после оклейки пиломатериалов различными оклеивающими веществами с целью их осветления.
Клеевые осадки, полученные после обработки вин желатином или рыбным пищевым клеем, бедны виннокислыми соединениями и состоят в основном из спирта (до 90% от содержания его в вине), белков, фенольных, красящих и пектиновых веществ. Такие осадки отпрессовывают и используют для получения спирта-сырца.
Клеевые осадки необходимо отличать от осадков, получаемых при оклейке вина, охлажденного в холодильных камерах до температуры, близкой к криоскопической. В этом случае в осадок выделяется винный камень, бывший в перенасыщенном состоянии. При фильтрации мелкие кристаллы могут пройти через фильтр и вызвать помутнение вина. Чтобы освободиться от них, применяют оклейку. Полученные при этом осадки содержат спирт, винный камень и в некоторых случаях — сахар.
Осадки после оклейки вина с обработкой гексацианоферратом (II) калия составляют 0,7—1,2% от объема обрабатываемого виномате-риала. Они содержат этиловый спирт и другие компоненты. Однако при отгонке спирта возникает опасность образования токсичных цианистых соединений, поэтому такие осадки, как правило, уничтожают.
Известен способ переработки винных осадков, содержащих берлинскую лазурь, полученных обособленным выделением излишнего количества железа и других металлов осаждением гексацианоферратом калия (ЖКС) без склеивающих веществ и бентонита. Содержание берлинской лазури в таком пульпообразном продукте составляет 0,7 кг/ кг. Способ громоздок, при дистилляции спирта образуются цианистые соединения, которые, несмотря на предпринимаемые меры предосторожности, представляют опасность для работающего персонала.
Известна также модификация этого способа, которая позволяет утилизировать спирт с меньшей интенсивностью образования циановодо-рода, однако не дает конкретных рекомендаций по переработке массы после извлечения спирта, где берлинская лазурь переводится в гексаци-аноферрат щелочного металла и находится в растворенном состоянии.
В последние годы разработан способ дезактивации винного клеевого осадка: его фильтруют до содержания в нем сухих веществ 20—30%, после чего термически обрабатывают при 400—900"С в течение 20—60 мин, причем процесс термообработки ведут с открытой поверхностью слоя осадка в присутствии кислорода воздуха.
Литература
1. Агеева, Н. М. Научно-практические рекомендации по вопросам стабилизации вина / Н. М. Агеева. — Краснодар, 1999.
2. Баланов, П. Е. Промышленное производство вина. В 2 ч. : учеб, пособие / II. Е. Баланов, И. В. Смотраева. — СПб. : Университет ИТМО, 2016.
3. Бурьян, И. И. Микробиология виноделия / Н. И. Бурьян ; Институт винограда и вина «Магарач». — 2-е изд., доп. — Симферополь : Таврия, 2002.
4. Вакарчук, Л. Т. Технология переработки винограда / Л. Т. Вакар-чук. — М. : Ai-ропромиздат, 1990.
5. Валуйко, Г. Г. Виноградные вина / Г. Г. Валуйко. — М. : Пищевая промышленность, 1978.
6. Валуйко, Г. Г. О гигиенической и пищевой ценности виноградных вин / Г. Г. Валуйко. — Ялта : ВНИИВиПП «Магарач», 1990.
7. Валуйко, Г. Г. Справочник по виноделию / Г. Г. Валуйко, В. Т. Косюра. — Симферополь : Таврида, 2000.
8. Валуйко, Г. Г. Стабилизация виноградных вин / Г. Г. Валуйко, В. И. Зинченко, И. А. Мехузла — Симферополь : Таврида, 1999.
9. Валуйко, Г. Г. Технологические правила виноделия. Том 1: Общие положения. Тихие вина / Г. Г. Валуйко. — Симферополь : Таврида, 2006.
10. Вторичные сырьевые ресурсы пищевой и перерабатывающей промышленности АПК России и охрана окружающей среды. Справочник / под общ. ред. Е. И. Сизенко. — М. : Пищепромиздат, 1999.
11. Гаина, Б. С. Энология и биотехнология продуктов переработки винограда / Б. С. Гаина. — Кишинев : Штиинца, 1999.
12. Герасимов, М. А. Технология вина / М. А. Герасимов. — М. : Пищевая промышленность, 1964.
13. Гугучкина, Т. И. Состояние контроля в первичном виноделии и возможные направления его развития / Т. И. Гугучкина. — Краснодар, 1999.
14. Джексон, Р. С. Дегустация вин / Р. С. Джексон. — СПб. : Профессия, 2006.
15. Донченко, Л. В. Технология пектина и пектинопродуктов / Л. В. Донченко. — М. : ДеЛи, 2000.
16. Дубровин, И. И. Все о белом вине / И. И. Дубровин. — М. : Научная книга, 2016.
17. Зайчик, И. Р. Оборудование предприятий винодельческой промышленности / Н. Р. Зайчик. — М. : Агропромиздат, 1988.
18. Зыбцев, Ю. А. Настольная книга дегустатора / Ю. А. Зыбцев. — М. : Издательство «Э», 2017.
19. Кишковский, 3. Н. Технология вина / 3. Н. Кишковский, Н. А. Мер-жаниан. — М. : Легкая и пищевая промышленность, 1984.
20. Кишковский, 3. Н. Химия вина / 3. Н. Кишковский, И. М. Скури-хин. — М. : Агропромиздат, 1988.
21. Коаора, В. Т. Игристые вина. История, современность и основные направления производства / В. Т. Косюра. — Краснодар, 2006.
22. Макаров, А. С. Производство шампанского / А. С. Макаров. — Симферополь : Таврия, 2008.
23. Малтабар, В. М. Технология коньяков / В. М. Малтабар, Г. И. Фер-тман. — М. : Пищевая промышленность, 1971.
24. Методические рекомендации по комплексной оценке винограда как сырья для переработки / С. В. Баранова [и др.]. — М. : АгроНИИ-ТЭИПП, 1988.
25. Методические рекомендации по технологической оценке сортов винограда для виноделия / Г. Г. Валуйко, Е. П. Шольц, Л. П. Трошин. — Ялта : ВНИИВиВ «Магарач», 1983.
26. Постная, А. Н. Рекомендации по использованию диетических, питательных и лечебных свойств виноградных вин / А. Н. Постная. — Кишинев : НПМП «Респект», 1992.
27. Простосердов, Н. Н. Основы виноделиия / Н. Н. Простосердов. — М. : Пищепромиздат, 1955.
28. Простосердов, Н. Н. Основы дегустации вина / Н. Н. Простосердов. — М. : Пищепромиздат, 1952.
29. Саенко, И. Ф. Херес / Н. Ф. Саенко. — М. : Пищевая промышленность, 1964.
30. Соболев, Э. М. Технология натуральных и специальных вин / Э. М. Соболев. — Майкоп : ГУРИПГ1 «Адыгея», 2004.
31. Фролов-Багреев, А. М. Труды по химии и технологии вина /
A. М. Фролов-Багреев. — М. : Пищепромиздат, 1958.
32. Шольц, Е. П. Технология переработки винограда / Е. П. Шольц,
B. Ф. Пономарев. — М. : Агропромиздат, 1990.
33. Якуба, Ю. Ф. Аналитика и технология виноградных дистиллятов / Ю. Ф. Якуба. — М. : Изд-во МГУ, 2013.