Глубокая переработка отходов виноделия с применением экстракции диоксидом углерода

УДК 663.252.6, 663.266

Глубокая переработка отходов виноделия

с применением экстракции диоксидом углерода

А.Л. Панасюк, д-р техн. наук, Е.И. Кузьмина, канд. техн. наук, Д.А. Свиридов, мл. науч. сотр.

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности

Т.Е. Косцова, канд. техн. наук ВНИИ жиров (филиал), г. Москва

В настоящее время в качестве одной из основных задач в обеспечении продуктивности перерабатывающих отраслей специалистами признается использование вторичных ресурсов. При этом основными факторами является стремление, с одной стороны, смягчить влияние на окружающую среду, с другой - получить дополнительно новые виды продукции.

Эта тенденция является особенно актуальной в отраслях, занятых переработкой сельскохозяйственного сырья, поскольку так называемые отходы производства имеют биологическое происхождение и могут являться исходным материалом для производства кормовых, а в ряде случаев и пищевых продуктов.

В производстве винодельческих продуктов основными отходами являются сладкие и сброженные виноградные выжимки, дрожжевые и клеевые осадки. Российская Федерация производит ежегодно 280320 тыс. т винограда, при этом в результате его переработки за каждый сезон виноделия образуется свыше 60 тыс. т виноградной выжимки.

Во времена СССР переработкой отходов занимались кустовые предприятия, имевшие цеха переработки отходов, куда свозились выжимки и осадки с близлежащих заводов. Из выжимок получали спирт-сырец, винный камень, из дрожжевых осадков - этиловый спирт. Производство других продуктов было слабо развито из-за отсутствия прогрессивных технологий их получения.

В то же время в ряде стран с развитым виноградарством построены специальные предприятия по переработке вторичных ресурсов с целью получения высококачественной и дорогой продукции (виноградное масло, винная кислота, энокраситель, биологически активные добавки, средства косметики).

Одним из новых направлений является использование вегетативных частей виноградного растения, имеющих сезонный характер. К ним прежде всего относятся красные листья винограда, обладающие большим запа-

сом антиоксидантов и других ценных веществ [1-3].

Однако основным видом отходов при переработке винограда являются виноградные выжимки. Основной проблемой, возникающей при их утилизации, является то, что после извлечения спирта, сахаров, винной кислоты, антоцианового комплекса остается значительное количество липидных, белковых и других высокомолекулярных веществ, которые при попадании на поле или отвалы разлагаются длительное время. Это приводит к значительному загрязнению окружающей среды за счет развития гнилостных бактерий. Поэтому задача глубокой переработки выжимки является актуальной.

Одним из перспективных способов глубокого воздействия на состав и структуру выжимки с целью ее деструкции и возможности использования в качестве легко разлагающегося удобрения с комплексом ценных биологически активных соединений является СО2-экстракция.

Сжиженный диоксид углерода является неполярным растворителем и в качестве экстрагента обладает действием, аналогичным подобным растворителям. Он полностью извлекает из сырья липофильную фракцию, которая хорошо смешивается с маслами, спиртом, пропиленгликолем и не вызывает расслоения в эмульсиях и гелях. При этом растворитель полностью испаряется, не оставляя следов в экстракте.

В начале процесса бункер с измельченной виноградной выжимкой наполняют сжиженным диоксидом углерода, который проникает через клеточную мембрану в органоиды клетки. Затем резко снижают давление, вследствие чего происходит взрыв. Диоксид углерода в клетках вскипает и, увеличиваясь в объеме в несколько раз, разрывает мембрану и органоиды клетки, что значительно увеличивает выход липидной фракции и других неполярных труднораз-лагаемых компонентов.

«Взорванный» шрот после СО2-эк-стракции представляет собой сухой высокодисперсный продукт, который

обладает комплексом питательных, в том числе азотсодержащих, веществ и легко разлагается при внесении в почву. Это связано с тем, что при экстрагировании виноградной выжимки остающиеся в ней высокомолекулярные компоненты, включая белковую фракцию, подвергаются глубокой деструкции. Кроме того, в отличие от виноградных выжимок шрот удобен при транспортировке и не требует особых условий при хранении.

В ГНУ ВНИИПБиВП совместно с ГНУ ВНИИЖиров (Московский филиал) была проведена работа по изучению состава СО2-экстрактов, полученных из различных частей виноградной выжимки.

В сезон переработки винограда была отобрана виноградная выжимка и приготовлены пять образцов СО2-экстрактов:

1. СО2-экстракт семян белого виног-

рада;

2. СО2-экстракт семян красного винограда;

3. СО2-экстракт кожицы белого винограда;

4. СО2-экстракт кожицы красного винограда;

5. СО2-экстракт выжимок красного винограда.

Образцы экстрактов были произведены в производственных условиях ООО «Биоцевтика». Использовали метод докритической экстракции сжиженным диоксидом углерода при давлении 70 атм и температуре 30,5 °С. В экстрактах были определены показатели окислительной порчи, массовая концентрация неомыляемых веществ и жирнокислотный состав.

Физико-химические показатели СО2-экстрактов приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, кислотное число СО2-экстрактов из разных видов сырья колеблется в очень широком диапазоне. Такое различие в кислотных числах может быть обусловлено как качеством исходного сырья, так и его природой. Кроме того, метод определения кислотного числа основан на титровании раствором едкой щелочи навески продукта, растворенной в спирт-эфирной смеси. В этом случае в раствор переходят не

О

ХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

\ТЕМА НОМЕРА

Таблица 1

Физико-химические показатели СО2-экстрактов

Наименование показателей

№ п/п Наименование СО2-экстрактов Кислотное число, мг ОН/г Перекисное число, ммоль 1ЛО/кг Анизидиновое число, у.е. Массовая доля неомыляемых веществ %

1 СО2-экстракт семян белого винограда 3,74 18,17 4,62 2,00

2 СО2-экстракт семян красного винограда 6,93 12,56 1,71 1,50

3 СО2-экстракт кожицы белого винограда 5,88 29,10 13,83 3,67

4 СО2-экстракт кожицы красного винограда 22,60 10,28 13,11 4,55

5 СО2-экстракт выжимок красного винограда 16,51 17,11 24,81 4,05

Таблица 2

Жирнокислотный состав СО2-экстрактов

Массовая доля жирных кислот (%) в СО2-экстрактах

Наименование жирных кислот семян белого винограда семян красного винограда кожицы белого винограда кожицы красного винограда выжимок красного винограда

Каприловая С 8:0 1,0 Отсут. 1,1 Отсут. 0,6

Каприновая С 10:0 1,4 0,1 0,6 0,3 0,8

Лауриновая С 12:0 0,5 0,2 0,8 0,8 1,7

Миристиновая С 14:0 0,7 0,2 2,3 0,5 2,8

Пальмитиновая С 16:0 10,8 16,0 11,5 20,1 16,3

Пальмитолеиновая С 16:1 0,7 0,2 1,0 1,3 1,0

Гидроксикислоты пальмитинового и стеаринового ряда 1,2 Отсут. 5,8 Следы Следы

Маргариновая С 17:0 Следы 0,2 Следы Отсут. Следы

Стеариновая С 18:0 3,1 2,9 2,4 3,8 3,4

Олеиновая С 18:1 16,4 18,1 16,1 14,2 16,5

Линолевая С 18:2 62,9 60,2 54,8 54,3 54,6

Линоленовая С 18:3 1,3 1,9 3,5 4,3 2,3

Арахиновая С 20:0 Следы Следы 0,1 0,4 Следы

только свободные жирные кислоты (образующиеся в результате гидролиза триглицеридов), но и другие кислоты, характерные для винограда. Они также частично растворяются в спирт-эфирной смеси и оттитровыва-ются щелочным раствором, что может давать завышенный результат при расчетах кислотного числа некоторых экстрактов.

Что касается показателя «перекис-ное число», то для СО2-экстрактов из семян и кожицы белого винограда оно в 1,4-2,8 раза выше, чем для аналогичных продуктов красного винограда. Несмотря на то что СО2-экст-ракты являются липофильными, они не относятся к растительным маслам в традиционном понимании и наряду с триглицеридами жирных кислот содержат большой комплекс извлеченных из исходного сырья сопутствующих веществ, в частности обусловливающих полезные свойства СО2-экст-рактов, которые могут оказывать существенное влияние на кислотное число и перекисное число.

Показатель «анизидиновое число» для различных видов СО2-экстрактов также находится в довольно широком диапазоне. Наименьшие значения анизидинового числа обнаружены для СО2-экстрактов из семян как красного, так и белого винограда. СО2-эк-стракты из кожицы белого и красного винограда имеют достаточно высокие анизидиновые числа, самое высокое анизидиновое число показал СО2-эк-стракт выжимок из красного винограда. Такой разброс анизидиновых чисел связан с различием в составе исходного сырья, из которого получены СО2-экстракты. Очевидно, что в выжимках из красного винограда присутствует наибольшее количество экстрагируемых карбонильных соединений. Таким образом, высокие карбонильные числа могут быть обусловлены как наличием вторичных продуктов окисления, так и природой веществ, перешедших из сырья в СО2-экстракты.

Исходя из проведенных исследований кислотного, перекисного и ани-

зидинового чисел СО2-экстрактов можно сделать вывод, что данные показатели в основном имеют достаточно высокие значения. Поэтому для уточнения причин таких высоких показателей желательно заложить СО2-экстракты на хранение в течение определенного времени (6 мес. и/или 1 год), а затем провести их анализ по вышеназванным показателям. Если кислотные, перекисные и анизидино-вые числа СО2-экстрактов по истечении времени не изменятся либо возрастут незначительно, значит, их высокие значения связаны с природой веществ, входящих в состав СО2-экст-рактов. Если же рост данных показателей будет существенным, это будет обусловлено низкой окислительной стабильностью СО2-экстрактов.

Неомыляемые вещества в СО2-эк-страктах семян красного и белого винограда находятся в пределах, характерных для нерафинированных растительных масел - от 1 до 2 %. В СО2-экстрактах из кожицы белого и красного винограда, а также из выжимок красного винограда неомыляемых соединений больше в среднем в 2 раза, чем в СО2-экстрактах из семян. Предположительно в результате экстракции в них в большей степени перешли воски, высокомолекулярные углеводороды, стерины, фенолы, терпены, частично антиоксиданты, частично красящие вещества и другие эфирораство-римые соединения, не реагирующие со щелочью в результате омыления.

Жирнокислотный состав СО2-экст-рактов представлен в табл. 2.

Жирнокислотный состав всех СО2-экстрактов характеризуется преобладающим содержанием линолевой кислоты. Также в СО2-экстрактах достаточно много олеиновой и пальмитиновой жирных кислот. Насыщенные жирные кислоты от С 80 до С 140 также присутствуют практически во всех СО2-экстрактах, но в незначительных количествах.

В СО2-экстрактах семян и кожицы белого винограда обнаружены гидро-ксикислоты пальмитинового и стеаринового ряда. По справочным данным [4], присутствие гидроксикислот в количестве до 12,5 % характерно и для виноградного масла, которое получают из выжимок либо из выделенных из них косточек.

Таким образом, экстракция виноградной выжимки и отдельных ее компонентов сжиженным диоксидом углерода позволяет не только получить легко разлагаемые отходы, но и извлечь из нее липидную фракцию, содержащую ценные вещества, которые могут найти свое применение в пищевой и косметической отраслях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Оганесянц, Л.А. Перспективы использования красных листьев винограда в качестве вторичного сырья / Л.А. Оганесянц [и др.] // Виноделие и виноградарство. - 2012. - № 5. -С. 24-26.

2. Оганесянц, Л.А. Химический состав и биологически активные вещества красных листьев винограда / Л.А. Оганесянц [и др.] // Технологии и инновации. - 2012. - № 10. - С. 63-65.

3. Оганесянц, Л.А. Экстракты красных листьев винограда - природный источник биологически активных со-

Глубокая переработка отходов виноделия с применением экстракции диоксидом углерода

Ключевые слова

биологически активные соединения, виноградная выжимка, вторичные ресурсы, жирнокислотный состав, окислительная стабильность, СО2-экстракты.

Реферат

В настоящее время одной из основных задач в обеспечении продуктивности перерабатывающих отраслей является использование вторичных ресурсов. Эта тенденция особенно актуальна в отраслях, занятых переработкой сельскохозяйственного сырья, поскольку так называемые отходы производства имеют биологическое происхождение и могут стать исходным материалом для производства кормовых, а в ряде случаев и пищевых продуктов. Основным видом отходов при переработке винограда являются виноградные выжимки. Основной проблемой, возникающей при их утилизации, является то, что при попадании на поле или отвалы выжимки разлагаются длительное время, что приводит к значительному загрязнению окружающей среды. Поэтому задача глубокой переработки выжимки признана актуальной. Одним из перспективных способов глубокого воздействия на состав и структуру выжимки является СО2-экстракция. В работе приведены результаты научных исследований по изучению биохимического состава СО2-экстрактов из различных структурных частей виноградных вы2-жимок. Представлены данные по показателям окислительной порчи, жирнокислотному составу, содержанию неомыляемых соединений.

Авторы

Панасюк Александр Львович, д-р техн. наук, профессор, Кузьмина Елена Ивановна, канд. техн. наук, Свиридов Дмитрий Александрович, мл. науч. сотр. ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности, 119021, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7, institute@vniinapitkov.ru

Косцова Татьяна Евгеньевна, канд. техн. наук,

ВНИИ жиров (Московский филиал), 109518, Москва, 1-й

Грайвороновский проезд, д. 5, mailto:kfe66@nifoox.ru

Природа города глазами Пермских фотографов

Пермь, 10 июня 2014 г. - объявлены победители Третьего городского экологического фотоконкурса «Спасти и сохранить -2014», посвященного году экологической культуры в Пермском крае и приуроченного к празднованию Всемирного дня охраны окружающей среды. Организатором конкурса выступила компания ОАО «САН ИнБев» при поддержке Министерства природных ресурсов, лесного хозяйства и экологии Пермского края, Управления по экологии и природопользованию Администрации города Перми и Пермского регионального отделения Общероссийской общественной организации «Центр экологической политики и культуры» (ПРО ООО «ЦЭПК»).

В конкурсе приняли участие 55 фотографов, среди них любители и профессионалы в возрасте от 18 лет. Было представлено 170 фотографий в четырех номинациях: «Зеленый пояс Перми», «В мире животных», «Магия воды», «На лоне природы». Помимо этого фотоработы оценивались в специальной номинации «Экология пространства», посвященной Году экологической культуры в Пермском крае. А интернет-голосование пользователей социальной сети

единений / Л.А.Оганесянц [и др.] // Пищевая промышленность. - 2013. -№ 3. - С. 40-42.

4. Руководство по методам исследования, технохимическому контролю и учету производства в масложиро-вой промышленности. - Л.: Тип. ВНИИЖ, т. V. - С. 116.

Deep processing of waste of winemaking with application of extraction by carbon dioxide

Key words

secondary resources, grape pomace, CO2-extracts, oxidizing stability, fatty acid composition, biologically active connections.

Abstracts

Using of secondary resources is one of the main task in ensuring the productivity of processing industries. This tendency is especially actual in the industries which is engaged in the processing of agricultural raw materials, as the so-called waste products have a biological origin and can be a raw material for the feed products production, and in some cases for food products. Grape pomace is the main type of waste in the processing of grape. The main problem in the utilization of grape pomace is that they in contact with the field or dumps decompose for a long time, which leads to significant the environmental pollution. Therefore the problem of deep processing of a grape pomace is actual. CO2-extraction is one of perspective ways of deep impact on structure and structure of a grape pomace. The results of scientific studies of the CO2-extracts biochemical composition from various structural parts grape pomace are given in work. Data on indicators of oxidative damage, fatty acid composition, the content of unsaponifiable compounds are represented.

Authors

Panasyuk Alexandr Lvovich, Doctor of Technical Science, Professor, Kuzmina Elena Ivanovna, Candidate of Technical Science, Sviridov Dmitriy Alexandrovich, Junior scientific employee Research Institute of Brewing, Nonalcoholic and Wine Industry RAAS, 7, Rossolimo St., Moscow, 119021, institute@vniinapitkov.ru Kostsova Tatyana Evgenyevna, Candidate of Technical Science, Research Institute of Fats(Moscow branch) RAAS, 5, 1st Grayvoronovskiy Proezd, Moscow, 109518, mailto:kte66@inbox.ru

«В Контакте» определило победителя в номинации «Общественное признание».

Задачи конкурса - привлечение внимания фотолюбителей к миру природы и содействие формированию ответственного отношения за сохранение уникального природного наследия Перми.

«Охранять природу - значит охранять Родину». Сказано не мной, но на тему сегодняшнего дня. Фотоконкурс - это тоже форма охраны природы, способная привлечь внимание к сохранению «живой» природы», - говорит начальник управления по охране окружающей среды Министерства природных ресурсов, лесного хозяйства и экологии Пермского края Людмила Ивановна Харун.

Церемония награждения победителей Конкурса и фотовыставка конкурсных работ состоялась в сквере у Пермского государственного театра кукол. Призеры и победители были награждены дипломами, подарочными сертификатами и специальными призами.

Члены экспертного совета объявили победителей. Наибольшее число голосов в номинации «Общественное признание получила работа «Мир под ногами», автор - Алексей Тутынин. Безусловно, главной интригой церемонии стало оглашение имени обладателя Гран-при конкурса, им стала Ксения Лобова с фотографией «Вверх».