06 марта 2016г.
Перспективным сырьем для производства глюкозо-фруктозных сиропов является виноградная выжимка – вторичный ресурс виноделия, содержащая значительное количество сахаров (9-11%). Виноградный сахар, благодаря разностороннему воздействию на организм человека, давно считается ценным лечебным диетическим продуктом. Но этот продукт или вообще не используется или применяется в производстве малоценного, с точки зрения пользы для организма человека, этилового спирта.
Глюкозо-фруктозный сироп является серьезным конкурентом сахара, он обладает более высокой растворимостью в воде, чем сахароза. Является предпочтительным подслащивающим веществом в диете больных диабетом, обладает пониженной калорийностью, может использоваться в кондитерской промышленности, при производстве безалкогольных напитков, для шаптализации и др.
Экстракт сладкой виноградной выжимки, кроме большого количества полезных сахаров содержит и балластные вещества, такие, как – фенольные вещества, органические кислоты, белки и др. Поэтому, освобождение экстракта от этих веществ является приоритетной задачей в технологии получения глюкозо-фруктозных сиропов. В своей работе мы исследовали 7 различных сорбентов и анионитов, разработанных и полученных в Российском химико-технологическом университете имени Д.И. Менделеева. Эти материалы нейтральны к пищевым средам и могут использоваться в пищевой промышленности.
В задачи исследования входило:
1) Изучение сорбционной способности различных сорбентов по отношению к фенольным веществам, возможность их применения для обесцвечивания диффузионного сока из выжимок.
2) Подбор ионита для понижения кислотности диффузионного сока.
3) Изучение динамики концентрирования раскисленного и обесцвеченного глюкозо-фруктозного раствора.
4) Разработка технологической схемы получения глюкозо-фруктозного сиропа.
На начальном этапе исследования проводили на модельных растворах, а также на белом и красном виноградных соках. Стеклянные колонки заполняли сорбентами и анионитами (100 г) и с одинаковой скоростью пропускали исследуемые образцы через его слой. Отбирали для анализа каждые 200 мл, определяли в них общее содержание фенольных веществ (титруемых кислот) и по формуле рассчитывали динамическую обменную емкость сорбента (ДОЕ).
С1 – исходная концентрация фенольных веществ (титруемых кислот) в растворе, мг/дм³.
С2 – концентрация фенольных веществ (титруемых кислот) в растворе после сорбции, мг/дм³. V – объем раствора, проходящего через сорбент, дм³.
Y – навеска сорбента (анионита), г.
В результате предварительных исследований были выделены 2 лучших варианта, имеющих максимальную ДОЕ: сорбент П-3 (нерастворимый макропористый сополимер N-винилпироллидона с дивинилбензолом) и анионит А -15 ( макропористый соролимер стирола и дивинилбензола), которые были использованы в дальнейшей работе с выжимочным экстрактом. Перед обработкой экстракта сорбентом и анионитом, его предварительно центрифугировали и подвергали ультрафильтрации с целью удаления мутящих и белковых веществ.
Изучали влияние скорости потока на процесс сорбции фенольных веществ на сорбенте П-3. Установлено, что чем больше скорость потока, тем больший объем экстракта проходит через сорбент и тем быстрее он загружается. Однако, наибольшего значения ДОЕ достигает при скорости потока - 20 мл/мин. Так, при пропускании 100 мл выжимочного экстракта при скорости 10 мл/мин - ДОЕ = 5,8 мг/г, при пропускании того же объема экстракта при скорости 20 мл/мин значение ДОЕ достигает 6,3 мг/г, а при пропускании того же объема экстракта при скорости потока 60 мл/мин значение ДОЕ = 5,85 мг/г, т.е. начинается процесс проскока фенольных веществ через слой сорбента. Следовательно, скорость потока 20 мл/мин на объем сорбента 100 см3 является оптимальной. Сделав пересчет, можно рекомендовать для разрабатываемой технологии оптимальную скорость процесса 545,5 дал/час на 1м3 сорбента. При этом, обработка экстракта с использованием вышеуказанного сорбента обеспечивает достаточно полную чистоту очистки от фенольных соединений (75,4% - 80,3%).
Следует заметить, что по истечении определенного времени происходит снижение сорбционной емкости сорбента, так как количество фенольных веществ в обработанном выжимочном экстракте снижается очень незначительно. Это, по нашему мнению, связано с забиванием пор сорбента и его необходимо регенерировать. Изучив различные варианты восстановления сорбционной способности, была выбрана обработка сорбента 3% раствором соляной кислоты, затем тщательная промывка горячей водой температурой 55-60˚С до нейтральной реакции и затем обработка 3% раствором гидроокиси натрия также с промывкой водой.
На следующем этапе работы, с целью снижения титруемой кислотности, обработанный ранее экстракт пропускали через анионит А-15, выбранный в предыдущих опытах. При изучении титруемой кислотности выжимочного экстракта при различных скоростях потока и сорбционной характеристики по отношению к органическим кислотам, установлено, что оптимальной скоростью является 10 мл/мин, что в промышленных масштабах составит 275 дал в час на 1 м³ анионита. При этом титруемая кислотность снижается на 63,7 %. При начальном содержании титруемых кислот в выжимочном экстракте 5,8 г/дм³, их количество в обработанном экстракте составило -2,1 г/дм³.
В дальнейшем, обесцвеченный, с низкой кислотностью глюкозо-фруктозный раствор подавали на концентрирование на роторную вакуум-выпарную установку, где проводили его концентрирование при различных температурах и давлении. Установлено, что оптимальными режимами концентрирования являются: температура - 50-55ºС и давление – 0,93-0,94 кг/см³. При этом, количество сухих веществ в растворе увеличивается с 9,5% (в начальном растворе) до 70% в течение часа.
На основании проведенной работы была усовершенствована аппаратурно-технологическая схема получения глюкозо-фруктозного сиропа из сладкой виноградной выжимки, состоящая в следующем: выжимка белых сортов винограда в диффузоре промывается горячей водой, с целью извлечении из нее ценных составляющих компонентов. Диффузионный сок подвергается центрифугированию и далее поступает на ультрафильтрационную установку с диаметром пор мембраны -0,45 мкм – для отделения белковых веществ. Далее экстракт насосом перекачивается в колонну, заполненную сорбентом П-3 с целью удаления фенольных соединений. Скорость подачи экстракта составляет 540-560 дал в час на 1 м³ сорбента. Для снижения органических кислот обесцвеченный экстракт проходит обработку на анионите А-15 при скорости потока 270-280 дал в час на 1 м³ анионита. Перед подачей на вакуум-выпаривание, для предупреждения процесса карамелизации сахаров - в результате длительного температурного воздействия, экстракт рекомендуется сконцентрировать на обратноосмотической установке до 30- 35% сухих веществ. Вакуум- выпаривание проводится при температуре 50ºС и давлении 0,94 кг/м³ до 70-75 % сухих веществ в готовом сиропе.
Список литературы
1. Коваленко Г.А., Перминова Л.В. Современные технологии переработки растительного сырья в сахаристые крахмалопродукты (патоки, сиропы) // Фундаментальные исследования. – 2008. – № 1, с. 80-89
2. Разуваев Н.И. Рациональное использование и комплексная переработка отходов винодельческой промышленности, - Киев: Высшая школа, 1986. - 302 с.
3. Таран Н.Г. Адсорбенты и иониты в пищевой промышленности, - М.: Легкая и пищевая промышленность, 2003. - 346 с.
4. Сидоренко Ю.И., Славянский А.А. и др. Удаление красящих веществ непористыми и пористыми адсорбентами. «Виноград и вино России», №6. 2001, с. 27-29.
5. Справочник по виноделию. Под. ред. Валуйко Г.Г. и Косюры В.Т., - Симферополь: Таврида, 2005. - 587 с.
