Использование отходов плодово-ягодного виноделия
При переработке плодов и ягод получаются различные отходы: некондиционное сырье, выжимка (кожица, семена, косточки, часть мякоти), отстой, осадки и др. Они составляют значительную часть сырья. Например, при производстве соков отходы при сортировке и прессовании достигают 24-52% по массе. Отходы могут быть использованы для получения пищевых красителей; сухого пектина или пектинового концентрата, семян и косточек для питомников или производства масла; для приготовления компостов, используемых как органическое удобрение; на корм скоту.
Кормовая ценность выжимки определяется наличием в ней клетчатки, крахмала, экстрактивных веществ, в том числе минеральных соединений, органических кислот, некоторого количества сахара, витаминов и др. Активные вещества, содержащиеся в плодах черники, рябины, земляники и других культур, оказывают большое влияние на обмен у животных, способствуют увеличению привеса. Отходы этих культур используют в виде стимулирующих добавок к основному корму. Выжимка содержит большое количество клетчатки и является хорошим «объемным» кормом (выжимка, полученная из подброженной мезги, для кормовых целей непригодна).
При сбраживании сусла и технологической обработке виноматериалов и вин образуются дрожжевые и клеевые осадки, отстой, которые также используют на различные цели. В частности, из дрожжевых осадков и отстоев вырабатывают спирт-сырец; из отдельных некондиционных вин можно получить плодовый уксус и т.д.
Рациональное использование отходов повышает экономическую эффективность перерабатывающих предприятий, создает дополнительные корма для животноводства. Придавая большое значение данному вопросу, ряд научных работников предлагают заменить термин «отходы виноделия» новым термином «вторичные продукты виноделия». Особенности утилизации отходов переработки плодов и ягод заключаются в том, что дробление, термическая и прочая обработка сырья уменьшают или полностью уничтожают его устойчивость к воздействию микроорганизмов. Отходы быстро загнивают, плесневеют или забраживают. Поэтому для получения дополнительной продукции высокого качества образовавшиеся отходы необходимо быстро использовать.
Получение пищевых красителей
Пищевые красители (натуральные) широко применяют при производстве кондитерских, ликеро-водочных изделий, пищевых концентратов, киселей, муссов, безалкогольных напитков и т. п. Синтетические красители применяют в ограниченных случаях.
Натуральные пищевые красители содержат не только различные красящие вещества, но и отдельные витамины, органические кислоты, минеральные и ароматические соединения и др. Поэтому они, улучшая цвет продукции, одновременно повышают ее питательную ценность. Натуральные пищевые красители (красный) в значительных количествах получают из выжимки черной смородины и черноплодной рябины. Для получения красителя высокого качества необходимо использовать свежеотжатую выжимку, однако период поступления такого сырья непродолжителен. Поэтому для получения красителя в более свободный на предприятии период выжимку консервируют.
Для консервирования свежеотжатой выжимки применяют сернистый ангидрид, сорбиновую кислоту или хранение в холодильниках при -10, -12° С. Выжимку помещают в бочки с полиэтиленовыми вкладышами вместимостью до 100 л, заливают 6%-ным рабочим раствором сернистого ангидрида с таким расчетом, чтобы в сульфитированной выжимке ангидрида было около 0,1%. Если консервацию проводят 10%-ным раствором сорбиновой кислоты, то раствора берут 0,1% от массы выжимки. Выжимку тщательно перемешивают с консервантом, хорошо уплотняют, туго завязывают полиэтиленовый вкладыш и вставляют дно бочки. Бочки с консервированной выжимкой хранят при температуре не выше 15° С в сухих, вентилируемых помещениях в течение не более шести месяцев. Срок хранения выжимки в холодильниках в замороженном состоянии около 1 года.
При получении красителя из черной смородины и черноплодной рябины существенное значение имеет замораживание выжимки перед экстрагированием. При замораживании до 40° С происходит разрыв клеток тканей, что увеличивает выход красящих веществ. Кроме того, при замораживании сильно замедляются биохимические процессы, развитие микроорганизмов прекращается. Замораживанию перед экстрагированием красящих веществ необходимо подвергать все виды выжимки: свежие, консервированные сернистым ангидридом или сорбиновой кислотой, хранящиеся при отрицательной температуре в холодильниках.
Замораживание проводят в морозильных аппаратах различных конструкций при температуре 30-40° С. Продолжительность замораживания 90-30 мин, в зависимости от температуры замораживания. Толщина слоя выжимки в морозильных аппаратах должна быть не более 10-12 см. После замораживания выжимку направляют на экстрагирование, не допуская предварительного оттаивания (дефростации). В противном случае снижается качество красителя.
Красящие вещества извлекают горячей водой. В экстракторы или двутельные котлы заливают воду (1,5 части на 1 часть выжимки), доводят до кипения, добавляют лимонную кислоту (0,2% массы выжимки) и загружают выжимку. Экстрагирование ведут при температуре 65-70° С в течение 1 ч при постоянном перемешивании до накопления в экстракте не менее 5% сухих веществ. Затем жидкую фракцию сливают, а твердую прессуют на пакпрессе. Лучшие результаты дает экстрагирование в две стадии: экстрагирование, прессование и опять экстрагирование, прессование.
Полученные жидкие фракции объединяют и фильтруют на фильтр-прессах или центрифугируют. В таком экстракте обычно содержится 5-7% сухих веществ. Концентрацию сухих веществ повышают увариванием в вакуум-аппаратах при температуре не выше 70° С. Уваривание ведут до накопления в концентрате не менее 40% сухих веществ. Концентрированный краситель охлаждают до 50-60° С, фасуют в стеклотару (обычно в баллоны вместимостью 3 л), укупоривают металлическими крышками и пастеризуют при 85° С в течение 30 мин (10 мин нагрев, 10 мин собственно пастеризация и 10 мин охлаждение) при давлении в автоклаве 0,12 МПа.
Для получения 1 т красителя требуется 3,1 т выжимки черноплодной рябины или 4 т выжимки черной смородины и 6 кг лимонной кислоты. Хранят концентрат в темноте, так как свет разрушает красящие вещества, при температуре 0-20° С. Срок хранения в этих условиях один год. По такой же технологии получают пищевые красители из выжимки ежевики, черники, вишни и других ягод.
Утилизация отходов семечковых плодов
В плодово-ягодном виноделии плоды семечковых используют в наибольшем количестве, особенно яблоки. Основным отходом семечковых плодов является выжимка, которую широко используют на корм скоту в свежем или сушеном виде. Проще использовать выжимку в свежем виде, но она быстро портится и потери питательных веществ при хранении и транспортировке на фермы достигают более 25%. Поэтому наиболее целесообразно использовать выжимку в сушеном виде. Для сушки используют сушильный агрегат АВМ-0,65 (рис. 48) производительностью 2,4-2,7 т/ч (в колхозах и совхозах агрегат применяют для сушки травяной кормовой муки).
После отжатия сока выжимку разрыхляют и не позднее чем через 2 ч подают транспортером через дозатор в сушильный барабан. Сушку начинают при температуре 32° С и заканчивают при 90° С. Время сушки зависит от температуры теплоносителя (воздуха), влажности выжимки и равномерности загрузки сушилки сырой выжимкой. Продолжительность сушки обычно не превышает 25-27 мин. Сушка при низкой температуре снижает кормовую ценность выжимки и требует более длительного нагревания, что повышает стоимость кормов. Сушеная выжимка из сушильного барабана и циклона поступает в разгрузочный люк. После остывания ее затаривают в крафт-мешки.
Сушеная выжимка первого сорта должна иметь размер частиц до 0,4 мм, цвет от светло-серого до кремового, вкус слабокислый, без запаха; содержание влаги не более 8%. Если выжимка получена из сброженной мезги, то для кормовых целей ее не используют, а компостируют с навозом. Для снижения кислотности добавляют известковую муку. После компостирования применяют как органическое удобрение. Выжимку семечковых плодов можно использовать и более полноценно, получая из нее пищевой пектин.
Получение сухого пектина
Сырьем для получения пектина является выжимка яблок, полученная при выработке сока. Сразу же после отжатия сока ее разрыхляют на молотковой дробилке до размера кусочков не более 5 мм и сушат в сушилках различного типа при температуре нагрева сырья не выше 90-100° С (при более высокой температуре пектин разрушается). Часто выжимку сушат на барабанных сушилках, вначале при температуре сушильного агента 300-350° С, а в конце сушки - 85-95° С. Сушеную выжимку охлаждают, просеивают через сито с диаметром отверстий 10 мм, инспектируют и фасуют в джутовые, крафт-бумажные или полиэтиленовые мешки вместимостью до 80 кг.
Сушеные яблочные выжимки очень гигроскопичны, поэтому хранят их при температуре 20° С и относительной влажности воздуха не выше 65-75%. Мешки с сухой выжимкой укладывают на поддоны, которые устанавливают в хранилищах высотой до 4-5 м. Согласно требованиям ОСТ 18-71-72, массовая доля влаги должна быть не более 8%, а пектиновых веществ не менее 5%. Допускается сдача сушеной выжимки заводом с влажностью до 10%, но со скидкой на сверхнормативную влажность.
Пектин из сушеной выжимки получают на специальных заводах. Вначале определяют количество и качество пектина в различных партиях выжимки, затем их смешивают для получения однородной партии. Сухая выжимка содержит до 20-25% сахаров, кислот и других растворимых веществ, которые мешают получению чистого пектина. Поэтому выжимку вначале промывают 1-2 раза теплой водой (температура смеси воды и выжимки 25-30° С), затем гидролизуют протопектин сернистым ангидридом и экстрагируют пектин горячей водой (температура смеси 70-72° С).
Экстракт от выжимки отделяют сначала самотеком, а потом прессованием на пакпрессах. В экстракте имеются различные примеси, которые удаляют фильтрацией с применением кизельгура. После фильтрации экстракт концентрируют в двухкорпусных вакуум-выпарных установках непрерывного действия.
Из концентрата пектин осаждают 90-95%-ным этиловым спиртом, на пакпрессах отделяют от жидкости сырой пектин (коагулят), который сушат в барабанной вакуум-сушилке. Отработанный спирт перегоняют и повторно используют в производстве. Из 2 т сушеной яблочной выжимки получают 100 кг сухого пектина, на выделение которого требуется 75 л спирта (неулавливаемые потери). Пектин яблочный сухой в зависимости от желирующей способности выпускают высшим, 1-м и 2-м сортами (ОСТ 18-68-72), с массовой долей влаги не более 8%.
Получение семян
Семена семечковых плодов имеют большую ценность в питомниках, где их используют для выращивания подвоев. Плоды заготавливают в садах или собирают с отдельных деревьев. Перед заготовкой проводят специальное обследование садов, устанавливают пригодность плодов для выделения семян. Семена для питомников выделяют из плодов айвы, груши, ирги, рябины, яблони различных видов. В качестве подвоев особенно широко используют семена яблони хорошо известных и давно районированных сортов: Антоновка обыкновенная, Анис, Боровинка, Грушовка московская, Сары синап, Розмарин белый.
На переработку плоды должны поступать партиями по отдельным помологическим сортам. В некоторых случаях допускается переработка смешанных партий (разных помологических сортов), если сорта районированы в данной зоне и рекомендованы питомниководами в качестве подвоев.
В массовом соковом и винодельческом производстве плоды собирают в состоянии технической зрелости, а полученные из выжимки семена используют для производства масла. В семеноводческих хозяйствах плоды на переработку снимают в состоянии биологической зрелости, так как в этой фазе семена наиболее пригодны для выращивания подвоев. Производство сока и вина здесь является побочным производством (выход сока из 1 т плодов может быть значительно ниже).
Семена, выделяемые из плодов, должны сохранить высокую всхожесть. Поэтому необходим более тщательный контроль за работой дробилки и пресса. В дробилке КДП-4М расстояние между барабаном и колодками регулируют с учетом крупности семян так, чтобы не было дробления семян.
Большое значение имеет режим прессования мезги, от которого зависит выход и качество семян. Выход семян семечковых около 0,2% массы плодов. Поэтому необходимо принимать все меры, повышающие выход семян. Если при отжатии сока на пакпрессах давление бывает выше 19 МПа, то семена деформируются, на их оболочках образуются трещины. При отмывке большое количество семян всплывает и уходит с выжимкой в отходы. Чтобы не допустить повреждения семян и их потерь, давление на пакпрессе устанавливают не более 15 МПа. Иногда оно может быть и меньше: при отжатии сока из мезги плодов груши и айвы - 8 МПа, а плодов яблок - 11-12 МПа. В каждом конкретном случае необходимо проводить пробное прессование и определять количество поврежденных семян.
Выделяют семена из выжимки сухим или мокрым способом. При сухом способе наблюдаются большие потери семян. Семена груши и айвы получают, как правило, сухим способом. Выжимку разрыхляют на протирочных машинах, переоборудованной соломорезке или на плодоовощных дробилках и направляют на сельскохозяйственные машины ВИМ, ОС-4,5М или ОВС-2 для отделения семян от крупных частичек выжимки, подбирая необходимые сита. После отделения крупных частичек выжимки семена с мелкими примесями (кожицы, плодоножки) пропускают через очистительную машину «Петкус-Гигант». Полученные семена направляют на сушку, а выжимку - на корм скоту.
При выделении семян мокрым способом выжимку разрыхляют на дробилках или других машинах и подают в шнековую или лопастную мойку (рис. 49) для отделения семян от мезги. Семена имеют большую массу, чем кожица и мякоть плодов, поэтому они оседают на дно сборника, а все остальное уходит с водой. В дальнейшем вода через решета попадает в канализацию, а выжимка - в накопительный бункер. Такая выжимка содержит в основном клетчатку, ее используют на компосты для удобрений.
Отмытые или полученные сухим способом семена сушат тонким слоем (3-5 см) на специальных стеллажах или решетах из металлической сетки или мешковины при постоянном помешивании. В хорошую погоду сушат на воздухе под навесом, а в плохую - в специальных помещениях с подачей в них теплого воздуха или в сушилках типа СЗЦ-1,5 при температуре 30-35° С. Влажность сухих семян должна быть в пределах 9-11%, в зависимости от культуры.
Высушенные семена очищают от примесей на очистительных машинах «Петкус-Гигант». После очистки семян от примесей их калибруют и направляют на хранение. Основной вид тары для хранения семян - стеклянные, герметически укупоренные бутыли. Допускается хранение семян в чистых мешках. Семена хранят в хорошо проветриваемых помещениях при относительной влажности воздуха 60-70%. Бутыли с семенами устанавливают на стеллажи.
При получении семян или косточек подбраживание и термическая обработка мезги для увеличения выхода сока не разрешаются. В этих случаях можно применять пектолитические ферментные препараты.
Утилизация косточек
Косточки являются хорошим сырьем для производства пищевого ядра или масла. Жмых, остающийся после отжима масла, используют для получения горько-миндального масла, на топливо или на удобрение.
Ядра косточек и жмых без специальной обработки нельзя применять для корма скота, так как они содержат амигдалин. В организме животных, так же как и в организме человека, амигдалин под воздействием фермента эмульсина распадается с образованием ядовитой синильной кислоты. Скорлупа косточек является сырьем для производства активированного угля, который обладает хорошими адсорбционными свойствами.
Содержание косточек в плодах зависит от культуры: у вишни - 14%, персиков - 6-12, абрикосов - 5-12, сливы - 4-7, черешни - 5-16% массы плодов. Выход масла у абрикосов около 13%; вишни, черешни и сливы - 6-7, персиков - около 3% массы косточек. Косточки, выделенные после дробления плодов и отжатия сока из мезги или полученные на косточковыбивных машинах, имеют на поверхности остатки мякоти, которая быстро портится. Поэтому их отмывают на барабанных или других моечных машинах, а затем сушат в сушилках различных систем до влажности 13%. После отмывки косточки сразу же сушат, так как хранение более 7-8 ч ведет к их плесневению.
Сушку проводят в паровых конвейерных сушилках при 50-60° С в течение 70 мин или в шахтных сушилках при 90-110° С в течение 65 мин. Для колхозов и совхозов удобно использовать туннельную сушилку (рис. 50), в которой косточки вначале сушат при 35-40° С, а в конце - при 80-85° С. Общая продолжительность сушки 6 ч. По качеству сушки лучшими являются вихревые сушилки, в которых сушат при температуре 120° С в течение 12 мин или при 100° С в течение 30-40 мин. Воздушная сушка нежелательна, так как она слишком продолжительна.
Высушенные косточки затаривают в мешки (льно-джуто-кенафные) или в трехслойные крафт-мешки вместимостью до 30 кг и отправляют на специализированные заводы для дальнейшей переработки. Большие партии косточек разрешено перевозить навалом в тщательно очищенных вагонах. Транспортировка в контейнерах возможна только в мешках.
На предприятиях, где перерабатывают большое количество косточковых плодов, применяют поточные технологические линии (рис. 51). Хранят косточки в сухих складах или под навесом при относительной влажности воздуха не более 70-75%.
Для посевных целей используют косточки плодов, заготовленных в производственных насаждениях или с отдельных деревьев, специально обследованных перед массовой заготовкой. Косточки неизвестного происхождения использовать для посева не рекомендуется. Лучшими сортами вишни являются Владимирская, Жуковская, Гриот Остгеймский, Украинка, Шубинка, Любская.
Так же как и при получении семян из плодов семечковых, необходимо строго контролировать работу дробилок и прессов, не допуская повреждения косточек. Для увеличения выхода сока и получения качественных семян вишни косточки извлекают с помощью косточко-выбивной машины 2Ф-63 (Польша).
После извлечения из плодов косточки сразу промывают на лопастной или шнековой мойке для удаления остатков мякоти. При запаздывании с отмывкой возможно потемнение оболочки ядра. После отмывки косточки сушат, размещая их на решетах слоем не более 3-5 см при хорошей циркуляции воздуха в помещении. Можно сушить семена и под навесом на воздухе. В плохую погоду косточки сушат на сушилках типа СЗЦ-1,5 при 30-35° С. Содержание влаги в сухих косточках должно быть 8-12%, в зависимости от культуры.
Высушенные косточки очищают от остатков мякоти и других примесей на машине «Петкус-Гигант» или на других очистительных машинах с подбором необходимых сит. Очищенные и сухие семена засыпают в чистые мешки. Крупные партии косточек можно хранить в ящиках и закромах. При хранении косточек для семенных целей воздух в помещениях должен иметь относительную влажность 60-70%. Каждая партия косточек должна иметь паспорт и документ о качестве семян: влажность, сортность, класс, всхожесть, чистота и т.д.
Утилизация дрожжевого осадка, отстоя, сброженной выжимки
При сбраживании сусла образуется дрожжевой осадок, а при технологической обработке виноматериалов и вин - отстой, которые содержат значительное количество спирта. Определенное количество спирта имеется в сброженной выжимке. Из данных отходов получают спирт-сырец. Спирт-сырец из сброженной выжимки извлекают отгонкой на трехкубовых перегонных аппаратах УПК-58-02 (рис. 52). Этот аппарат имеет небольшую производительность и наиболее удобен для совхозов.
При отгонке спирта на трехкубовом перегонном аппарате выжимку загружают в перегонный куб на 2/3 емкости (1,5 м3) и через барботер впускают пар. Выжимка быстро прогревается, и начинается отгонка спирта. Пары спирта поступают в колонку с колпачковыми тарелками, где они конденсируются. Полная конденсация спирта происходит в холодильнике. Перегонный аппарат работает периодически: в двух кубах идет отгонка спирта из выжимки, а третий куб находится на разгрузке. Если на предприятии перерабатывают большие партии сырья, то отгонку спирта-сырца из сброженной выжимки проводят на непрерывно действующих установках. Аналогично спирт-сырец отгоняют и из дрожжевых, гущевых и клеевых осадков.
Спирт-сырец, полученный из вторичных продуктов виноделия, согласно требованиям, должен содержать не менее 40% об. этилового спирта, а метилового спирта - не более 0,2% об. По внешнему виду он должен быть прозрачным, бесцветным, без посторонних частиц и мути; иметь чистый аромат, без запаха гари; вкус чистый, спиртовой, без горелого привкуса. Спирт-сырец подвергают дальнейшей очистке на ректификационных установках для получения пищевого спирта-ректификата.