Дослідження активованого вугілля з виноградних кісточок

В.А. Виноградов, д.т.н., завідувач кафедри технологічного обладнання,
І.В. Кречетов, к.т.н., зав. лабораторія тихих вин,
В.А. Загоруйко, д.т.н., проф., чл.-кор. УААН, заступник директора інституту з наукової роботи (виноробство),
О.О. Садлаєв, вул. Науковий співробітник відділу технологічного обладнання
В.Д. Коржов, науковий співробітник відділу технологічного обладнання
Т.Р. Шалімова, мл. Науковий співробітник відділу технології виноробства
Національний інститут винограду і вина «Магарач»

ДОСЛІДЖЕННЯ АКТИВОВАНОГО ВУГІЛЛЯ З КІСТОЧОК ВИНОГРАДУ

Наведено результати досліджень з технологічної оцінки активованого вугілля з виноградних кісточок.

Активоване вугілля – це вугільний сорбент з високорозвиненою пористою структурою, без запаху і смаку, який останнім часом знаходить все більше застосування у виноробній, лікеро-горілчаній, консервній та інших галузях промисловості.
У виноробстві активоване вугілля використовують для знебарвлення вин і усунення дефектів аромату і смаку при виробництві ароматизованих вин [1]. Обробка виноматеріалів активованим вугіллям дуже ефективна для виправлення таких дефектів, як присмак цвілі, дуба, бочки, дьогтю, лаку, креозотових тонів та ін. Відзначено, що при обробці виноматеріалів активованим вугіллям змінюється ряд фізико-хімічних показників: видаляються фарбувальні та ароматичні речовини; зменшується масова концентрація фенольних речовин, титрованих і летких кислот, сірчистої кислоти; Вміст кальцію і калію дуже істотно підвищується, а значення pH змінюється. Обробка активованим вугіллям також впливає на органолептичні показники виноматеріалів: спостерігається зміна кольору, смак стає водянистим, втрачається характерний винний букет і специфічний сортовий аромат винограду [2].
Використання активованого вугілля у виробництві вермутів підвищеної якості є ефективним для знебарвлення виноматеріалів перед купажуванням та ароматизацією [3,4]. При застосуванні активованого вугілля (доза 1,5 г/дал) марки Granukol GE (Erbsle Haizenhaim, Німеччина) відзначено наступний вплив активованого вугілля на якість виноматеріалів: виноматеріал збагачений іонами кальцію до 3 %; масові концентрації летких кислот і ароматичних речовин знизилися на 32-40%, фенольних речовин на 10%. Відзначено також зміни органолептичних показників перероблених виноматеріалів: колір значно світлішає, аромат втрачає сортові ознаки [5].
Окрім знебарвлення виноматеріалів, активоване вугілля можна використовувати для адсорбції сполук, що погіршують колір освітлених соків [6]. Окрім покращення кольору соку, відзначено підвищення рН соку та зниження вмісту розчинних сухих речовин.
При застосуванні активованого знебарвлюючого вугілля для обробки сусла та вин встановлено, що ефективність вугілля та підбір доз залежать від його фізико-хімічних показників якості (рН, вміст барвників та ін.) та колоїдного складу. Існує тенденція білих вин, оброблених активованим вугіллям, до окислення, імовірно, через наявність кисню в структурі вуглецю, який хімічно адсорбується і важко видаляється. У той же час обробка сусла деревним вугіллям практично не впливає на аромат одержуваних вин навіть при великих дозах. Також не виявлено негативного впливу на аромат вин від обробки сусла сорту Піно чорний знебарвлюючим активованим вугіллям, яке використовується для приготування шампанських виноматеріалів [7].
Відзначено ефективну дію активованого вугілля разом з іншими окрашувачами (танін, риб'ячий клей, бентоніт та ін.) при переробці виноматеріалів у виробництві ігристих вин [8]. Виноматеріали, оброблені в поєднанні з активованим вугіллям, мали меншу окислюваність за рахунок видалення заліза і частини фенольних речовин. При цьому за результатами дегустації збережені властиві вину букетні властивості.
Використання активованого вугілля для обробки алкогольних напоїв дозволяє зменшити вміст сивушних масел і речовин, що викликають небажаний присмак; гіркі речовини в пиві; речовини, що викликають небажаний смак і запах у плодово-ягідних соків, а також знижують надмірну інтенсивність забарвлення цих напоїв [9].
Дослідження використання активованого вугілля для обробки червоних вин для видалення залишків пестицидів показали, що процес обробки видаляє значну кількість пестицидів [10]. При цьому порошкоподібне активоване вугілля ефективніше гранульованого.
Активоване вугілля використовують для доферментації виноградного сусла при приготуванні коньячних виноматеріалів [11]. Зазначається, що його застосування покращує органолептичні властивості коньячних виноматеріалів, виготовлених з дослідних зразків виноградного сусла, обробленого вугіллям, а також підвищує вихід коньячного спирту на 3%.
Активоване вугілля широко використовується у виробництві пива для видалення органічних домішок і дезінфекції питної води, яка використовується для приготування пива [12].
Для виробництва активованого вугілля можуть використовуватися різні види органічної сировини: тверде паливо, деревина та продукти її переробки, відходи шкіряного виробництва, кістки та шкаралупа горіхів, насіння плодів та інші рослинні матеріали [13]. Проведено дослідження виробництва активованого вугілля з шкаралупи арахісу [14], виноградних [15] і яблучних [16] вичавок. Відзначено, що на якість, властивості та вихід активованого вугілля впливають типи та кількість активаторів, час і температура активації, а також спосіб активації.
Крім активованого вугілля останнім часом все більш широке застосування знайшли комбіновані органомінеральні сорбенти. Для одержання органомінеральних сорбентів використовують тверді та рідкі харчові відходи (дріжджові та клеєві опади, виноградні та томатні вичавки, висівки, знежирене соєве борошно, дубову клепку та ін.), а також дисперсні мінеральні речовини (палигорскіт, монтморилоніт) [17]. Сорбційні властивості комплексних сорбентів значною мірою залежать від режиму переробки і співвідношення мінеральної та органічної частин і меншою мірою від типу твердих харчових відходів, взятих для отримання сорбентів.
При переробці винограду утворюється велика кількість виноградних вижимок, до складу яких входять кісточки, які також можуть бути використані для виробництва активованого вугілля. Масова частка виноградних кісточок становить 2-6% від маси винограду [18]. Для отримання активованого вугілля можна використовувати виноградні кісточки, отримані з винограду, обробленого як білим, так і червоним способами. Особливістю виноградних кісточок як сировини для виробництва активованого вугілля є їх однорідність за складом. Однорідність затравок забезпечує стабільність сорбуючих властивостей активованого вугілля, а використання готових гранул дозволяє виключити стадію таблетування з використанням зв'язуючих речовин, які утворюють продукти осмолу.

Метою даної роботи було вивчення сорбційної здатності активованого вугілля з кісточок винограду та його технологічна оцінка при проведенні різних процесів у виноробстві.

Предметом дослідження було активоване вугілля з кісточок винограду: гранули та порошок, виноградне сусло, виноматеріали.
Піроліз виноградних кісточок з отриманням активованого вугілля проводили на дослідній установці в муфельній печі при температурі 750°С протягом 40 хв. до припинення виділення рідких і газоподібних продуктів піролізу. Після завершення процесу піролізу та охолодження частину вугілля зволожували розчином карбонату амонію та повторно обробляли при температурі 750°С. В результаті термічного впливу карбонат амонію розкладається з утворенням газоподібних продуктів, в результаті чого відбувається процес активації вугілля. Отримані проби вугілля оцінювали на сорбційну активність метиленовим синім згідно з ГОСТ 4453-74. Для цього наважку вугілля збовтували з розчином метиленового синього і за різницею оптичних густин вихідного та обробленого розчинів розраховували адсорбційну активність у мг/г вугілля. Фізико-хімічні показники сусла і виноматеріалів до і після їх обробки активованим вугіллям визначали загальноприйнятими методиками, атестованими в енохімії [19].
В результаті випробування режимів піролізу насіння винограду з метою отримання вугілля з сорбційною активністю отримано наступні зразки: вугілля гранульоване, вугілля порошкоподібне, вугілля гранульоване активоване, вугілля порошкоподібне активоване. Як контроль використовували активоване деревне вугілля OU-A.
Дані досліджень сорбційної здатності активованого вугілля з кісточок винограду наведено в табл. 1.

Результати дослідження показали можливість отримання активованого вугілля з виноградних кісточок шляхом піролізу. Відмічено, що хімічна активація дослідних зразків вугілля підвищує сорбційну здатність у гранульованого вугілля, але знижує цей показник у порошкоподібного. Порівняльні дослідження з контролем (вугілля марки ОУ-А) також показали, що сорбційна здатність вугілля з кісточок винограду в два рази нижча, ніж вугілля з деревних порід. У зв’язку з цим необхідно продовжити подальші дослідження виробництва активованого вугілля з виноградних кісточок з метою оптимізації режимів піролізу та умов активації для підвищення адсорбційної здатності до значень, порівнянних з контролем.
Попередні випробування сорбційної здатності активованого вугілля з виноградних кісточок перевіряли під час освітлення виноградного сусла. Дослідження проводили на виноградному суслі сорту Аліготе з масовою концентрацією цукрів 18,0 г/100 см3 і титрованих кислот 8,48 г/дм3, отриманому на шнековому зливнику К1-ВСН-20 у складі технологічної лінії з переробки винограду ВПЛ-20Е3. Освітлення проводили відстоюванням протягом 18 годин з обробкою сусла активованим вугіллям з виноградних кісточок (у гранулах) і без неї. При обробці сусла активованим вугіллям з виноградних кісточок доза становила 2 г/дм3. В якості контролю використовували обробку сусла бентонітом «холодного» приготування, отриманим на установці УСБ-0,5 (доза 1 г/дм3). Результати аналітичного дослідження сусла, освітленого різними способами, і виноматеріалів, виготовлених з цих сусел, в умовах мікровиноробства наведено в табл. 2.

Аналіз результатів представлено в табл. 2 свідчить, що обробка активованим вугіллям виноградних кісточок, порівняно із самоосвітленням, сприяє деякому зниженню масової концентрації фенольних речовин у суслі та виноматеріалах та збільшенню виходу сусла. Проте обробка виноградних кісточок бентонітом та активованим вугіллям сприяла погіршенню якості одержуваних виноматеріалів порівняно із самоочисткою.
Для технологічної оцінки активованого вугілля з виноградних кісточок нами були проведені дослідження зміни кольору виноматеріалів. Як модельний виноматеріал використовували сухий столовий виноматеріал із сорту винограду Мерло. Ми використовували активоване вугілля з виноградних кісточок, як у формі гранул, так і у вигляді порошку. Доза активованого вугілля становила 2 г/дм3. Тривалість обробки виноматеріалу вугіллям при періодичному перемішуванні становила 1, 8, 24, 48 і 72 години.

Таблиця 3
Вплив типу активованого вугілля з виноградних кісточок на фізико-хімічні показники виноматеріалу (після 8 годин контакту)

Таблиця 2
Фізико-хімічні показники сусла та виноматеріалів

Результати фізико-хімічного аналізу контрольних і дослідних зразків виноматеріалів після 8-годинного контакту з активованим вугіллям представлені в табл. 3. Математична обробка результатів досліджень в діапазоні тривалості контакту від 1 до 72 годин на зміну кольору модельного виноматеріалу дозволила отримати кореляційні та регресійні залежності змін фізико-хімічних показників, які представлені в табл. 4.
Таблиця 1
Сорбційна активність активованого вугілля з кісточок винограду

Таблиця 4
Рівняння регресії залежності зміни фізико-хімічних показників виноматеріалу при знебарвленні активованого вугілля з виноградних кісточок

Примітка: Fo, Ao... Io, To - фізико-хімічні показники виноматеріалу без обробки активованим вугіллям.

Аналіз отриманих даних показує, що порівняно з контролем у дослідних зразках спостерігається зниження масових концентрацій фенольних речовин, у тому числі антоціанів, титрованих кислот, а також жовтизни та інтенсивності забарвлення (в середньому від 6 до 17 % у досліджуваному діапазоні тривалості обробки). Також було відзначено, що найбільш ефективним є використання активованого вугілля з виноградних кісточок у вигляді порошку. Порівняно з активованим вугіллям у гранулах зниження цих фізико-хімічних показників становить у середньому 5-10%. Про високу ефективність порошкоподібного активованого вугілля також свідчить сильна кореляція між фізико-хімічними параметрами та часом обробки.
На основі патентної інформації та експериментальних досліджень розроблено спосіб одержання активованого вугілля шляхом піролізу виноградних кісточок з подальшою активацією та охолодженням, захищений патентом України № 69307 на винахід [20]. Процес отримання активованого вугілля з виноградних кісточок полягає в піролізі в муфельній печі, в якій автоматично підтримується температура не менше 400°С без доступу повітря. Рідка частина продукту, що виділяється, видаляється з печі, а газоподібна частина у вигляді вуглекислого газу і водяної пари використовується для активації твердої частини (вугілля) з метою утворення в ній пористих тіл.
В цілому, попередні дослідження активованого вугілля з виноградних кісточок свідчать про те, що цей препарат можна ефективно використовувати у вітчизняному виноробстві. Результати досліджень використано при розробці технічного завдання на проектування та впровадження лабораторної установки для виробництва активованого вугілля з кісточок винограду марки УЛУС-5.
Дослідження з технологічної оцінки активованого вугілля з виноградних кісточок будуть продовжені.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

Ще почитати:

Міжнародні відносини о найменуванні шампанського та хереса

В чому різниця між шампанським, просеко та ігристим вином?

Отримання червоних ігристих вин пляшковим способом з винограду перспективних сортів

Ігристі вина

Токайські вина

У нашому блозі «Приватна Марка» багато цікавого контенту: новинки ринку виноробства, крафтові рецепти наших технологів, влоги на різні теми. Дистиляція, крафтові винокурні, виробництво крафтового сидру, крафтовий квас, рецептура сидру, виробництво крафтових напоїв за нашими рецептами, виробництво спирту в промислових масштабах. Це та багато іншого цікавого у блозі «Приватна Марка Україна» та мережі магазинів «Винороб».

Наприклад, ви вирішили відкрити сироварню, ковбасний цех або почати пекти крафтовий хліб — welcome! Ми завжди допоможемо: надамо рецептуру, забезпечимо всі витратні матеріали, відправимо нашого технолога, складемо технологічну карту, встановимо все обладнання, сертифікуємо виробництво, відкриємо для вас завод з нуля, виноробні, цехи, виноградники, налагодимо готовий продукт із виходом на ринок. Ми — компанія повного циклу: маємо багато представництв по всьому світу. Потрібна склотара, склобанки, медичний посуд, лабораторний посуд чи лабораторне обладнання — звертайтеся! У наших складах понад 900 тис. найменувань товарів та обладнання. Звертайтеся, не вагайтеся! Не важливо, де ви знаходитесь — у СНД, Європі, Америці чи Азії: ми маємо великий досвід. Privatna Marka йде в ногу з технологіями та інноваціями. Ми 20 років на ринку та відправили понад 1 млн посилок своїм клієнтам. Втілили багато креативних проєктів. Відкрили низку підприємств харчової промисловості, а також у непродовольчій та продовольчій групах технічних виробів. Втілили 147 комерційних проєктів у країнах СНД. Виробляємо 70 видів продукції власного виробництва в Україні, Німеччині та Китаї. У блозі ще більше цікавого та корисного.

Консультації за тел. +380 (67) 440-70-90
https://privatnamarka.com/
https://www.instagram.com/privatnamarka?igsh=MWt0NzNxbHJrbXh4ZQ==\
https://www.facebook.com/Privatnamarka
https://youtube.com/@privatnamarkacom?si=P5RH_spetEP3x_RQ\