CC BY
85
НОВЫЕ ИДЕИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ
ТЕМА НОМЕРА]
УДК 663.83.
Новые активные угли
в технологии приготовления водок
B.А. Поляков, академик, д-р техн. наук, профессор, И.И. Бурачевский, канд. техн. наук,
C.С. Морозова, канд. хим. наук Е.В. Устинова, Н.А. Шубина
ВНИИ пищевой биотехнологии
A.С. Мартиросян
ООО «Традиции качества»
B.М. Мухин, д-р техн. наук ОАО «ЭНПО «Неорганика»
В настоящее время при производстве водок на большинстве ликеро-водочных заводов применяют динамический способ обработки сортировок; водно-спиртовую смесь обрабатывают на угольно-очистительных батареях, включающих песочный фильтр предварительной филь-
Ключевые слова: фильтрование; активные угли; водно-спиртовая жидкость; сортировка; дегустационная оценка.
Key words: filtering; activated coals; aqueous-alcoholic liquid; sorting; tasting assessment.
Проведены исследования по определению оптимальных условий очистки водно-спиртовой жидкости с новой партией угля ВСК.
трации, угольную колонку и песочный фильтр окончательной фильтрации (классическая технология). В качестве фильтрующего материала в угольной колонке используют, как правило, березовый активный уголь марки БАУ-А.
Активный уголь - высокопористый продукт обугливания материала органического происхождения, характеризующийся большой площадью поверхности пор и обладающий
высокой адсорбционной активностью. Поры внутри угля классифицируются по категориям в зависимости от их размера: микропоры (менее 10 нм), мезопоры (10-25 нм) и микропоры (более 25 нм).
Пористая структура активированного угля с огромной площадью внутренней поверхности пор (более 500 м2/г) позволяет ему эффективно адсорбировать широкий спектр молекул. Адсорбция происходит за счет межмолекулярных вандерваальсо-вых сил.
В технологии получения активных углей из древесины предусматривается использование угля-сырца из твердых пород деревьев - березы, бука, дуба.
Таблица 1
Характеристики углей
Показатель Уголь марки
БАУ-А МеКС 850 МеКС 900
Насыпная плотность, г/дм3 240 589 575
Прочность (на сите 1,0 мм),% 48 6 0 89,3 2 8 87,5 3,4
Зола водорастворимая, % 1,44 1,40
Зола кислоторастворимая, % - 1,80 2,00
Содержание железа3+, % 0 2 0,19 0 445 2,25 0,448
Объем микропор, см3/г Адсорбционная активность по йоду, % 0,237 60 0,17 69 0,20 72
Адсорбционная активность по метиленовому голубому, мг/г 60 42 42 53 25
Размер зерен, мм 1,0-3,6 1,0-3,6
Однако, как показали исследования, за последние 10-15 лет лесохимические заводы для производства древесного угля-сырца используют не только березу, и тем более бук или дуб, но и мягкие породы деревьев. В результате активный уголь получается низкого качества - малопрочный и с малоразвитой микропористой структурой.
Объясняется это тем, что при активации древесного угля, полученного из мягкой (рыхлой) древесины, образуется «балластная пористость» -большое количество макропор угля, являющихся «транспортными артериями», но не принимающих участия в процессах адсорбции, тогда как известно, что определяющая роль при очистке водно-спиртовых растворов принадлежит микропорам активного угля.
В связи с этим весьма актуален поиск новых современных адсорбентов с целью интенсификации технологии производства водок и повышения качества готовой продукции.
Во многих странах для производства активных углей применяют косточки плодовых фруктов и скорлупу кокосовых орехов.
В настоящее время на заводах отрасли очистка сортировок проводится на установках «серебряной фильтрации» с патронными сорбционно-фильтрующими элементами, загруженными гранулированным обеззо-ленным углем из скорлупы кокосового ореха, импрегнированным серебром [1, 2].
Проведены исследования по обработке водно-спиртовой жидкости активными углями [\lorit вСЫ 830 РШБ и [\lorit РК 1-3, изготовленными из особых сортов кокосовой скорлупы, с сильно развитой структурой микропор и высокими адсорбционными свойствами, что позволяет им удалять из водно-спиртовых растворов примеси, придающие нежелательные запахи и привкусы [3].
В отделе технологии ликероводоч-ного производства были проведены исследования по обработке водно-спиртовой жидкости активными углями серии МеКС (Болгария), приготовленными на основе косточек абрикоса и персика. Сравнительная характеристики приведена в табл. 1.
Насыпная плотность углей МеКС в 2,4-2,45 раза больше, прочность выше в 1,8-1,9 раза, а содержание золы в углях в 1,8 - 2,1 раза меньше, чем в активном угле БАУ-А.
Суммарный объем пор больше, чем в два раза, но содержание мик-ропор, ответственных за адсорбцию нежелательных примесей, несколько ниже, чем в угле БАУ-А, и составляет
0,17-0,20 см3/г (для БАУ-А 0,237 см3/г).
Активность углей по адсорбции йода несколько выше, чем у БАУ-А, по адсорбции уксусной кислоты она значительно ниже, особенно, для угля МеКС 900, что, вероятно, объясняется их «нейтральными», а не «щелочными» свойствами.
В лабораторных условиях фильтровали водно-спиртовую жидкость по следующей методике: образцы углей предварительно замачивали на сутки в 40 %-ной сортировке, затем просушивали между слоями фильтровальной бумаги до влажности 60 % и загружали в 11-образную трубку-колонку. Первые порции фильтрата (200 мл) отбрасывали и затем отбирали по 250 мл для проведения органолеп-тических и физико-химических анализов. Высота фильтрующего слоя составляла 48 см, диаметр - 1,5 см, загрузка угля - 60 г.
Результаты определения оптической плотности, жесткости, щелочности, окисляемости, величины рН, содержания микроэлементов и газо-хроматографического анализа до и после фильтрования приведены в табл. 2.
После обработки щелочность повышалась с 0,5 до 1,0-1,4 см3 0,1 н раствора НС1 на 100 см3 и величина рН от 7,6 до 8,64 и 9,6 (наибольшее повышение отмечено для угля МеКС 900), но снижалось содержание сульфатов, хлоридов и силикатов.
По результатам газохроматогра-фического анализа отмечено увеличение содержания уксусного альдегида от 1,1 до 2,0-2,5 мг/дм3 в 1 дм3 безводного спирта.
В водно-спиртовой жидкости после фильтрования снижалась оптическая плотность, увеличивалась окисляемость на 2,5-3,75 мин и ор-ганолептические показатели на 0,28-0,31 балла, что свидетельствует об эффективности обработки активными углями серии МеКС.
ОАО «ЭНПО «Неорганика» на основе карбонизированной скорлупы кокосового ореха вырабатывает уголь марки ВСК (ТУ 2568-38404838763-2010), объем микропор в котором в 1,44 раза больше, чем в БАУ-А, прочность на истирание больше в 2,3 раза, а содержание золы в 2,7 раза меньше.
На основании исследований по обработке водно-спиртовых растворов активным углем [1, 2] установлено, что ресурс работы угольных колонок, загруженных углем ВСК в 3 раза выше, чем при загрузке углем БАУ-А. Масса загруженного в колонку угля ВСК в 2,2-2,3 раза больше, чем угля БАУ-А, в связи с этим ско-
Таблица 2
Результаты анализов, характеризующих обработку водно-спиртовых растворов углями
Определяемый показатель Исходная сортировка После обработки на угле
МеКС 850 МеКС 900
Физико-химический анализ
Щелочность, объем соляной кислоты концентрацией 0,1 н моль/дм3, израсходованный на титрование 100 см3 водки,см3 0,5 1,0 1.4
Окисляемость по Лангу, мин 9,0 11,5 12,75
Разность в окисляемости, мин - 2,5 3,75
Водородный показатель, рН 7,6 8,64 9,6
Содержание, мг/дм3: железа (общего) сульфатов хлоридов силикатов Следы 2,0 4,4 2,2 Следы Следы 0,4 1,4 Следы Следы Следы 1,3
Газохроматографический анализ
Массовая концентрация, мг/дм3 в 1 дм3 безводного спирта
уксусного альдегида 1,1 2,0 2,5
2-пропанола 1,8 1,9 1,8
Объемная доля метилового спирта в пересчете на безводный спирт, % 0,0033 0,0033 0,0033
Оптическая плотность в кюветах 50 мм при длине волны, нм 220 240 260 0,18 0,065 0,035 0,11 0,015 0,02 0,035 -0,005 0
Органолептический анализ, балл
Дегустационная оценка 9,0 9,28 9,31
Разность в дегустационной оценке - 0,28 0,31
Таблица 3
Технические характеристики угля ВСК
Показатель Норма Фактические результаты
Фракционный состав, %
Массовая доля на сите с полотном № 20, не более № 10 № 05, не более На поддоне, не более 30,0 Не реглам. 8,0 2,0 5.6 86,5 6.7 1,2
Массовая доля влаги, %, не более 10,0 6,7
Адсорбционная активность по йоду, %, не менее 60,0 64,5
Прочность при истирании, %, не менее 80,0 83,5
Массовая доля золы, %, не более 7,0 4,5
рость фильтрования водно-спиртовой жидкости на нем должна быть не менее 160-170 дал/час, так как при более низких скоростях начинается повышенное образование альдегидов.
Отделом технологии ликероводоч-ного производства совместно с ООО «Традиции качества» проведены исследования по определению оптимальных условий очистки водно-спиртовой жидкости с новой партией угля ВСК, технические характеристики которой приведены в табл. 3.
Как видно из табл. 3, все определяемые показатели угля ВСК лучше нормируемых.
Предварительно подготовленный уголь (500 кг) загружали в колонку. В ходе подготовки уголь выдерживали в 40 %-ной сортировке в течение 30
мин и отмывали от угольной пыли, для чего через колонку с углем было пропущено 645 дал сортировки.
После предподготовки угля фильтрование водно-спиртовой жидкости на угольной колонке проводили со скоростью 80 дал/ч.
В процессе фильтрования отбирали пробы водно-спиртовой жидкости для газохроматографического анализа, измеряли оптическую плотность на спектрофотометре, определяли щелочность, окисляемость, величину рН, содержание микроэлементов.
Результаты газохроматографического анализа приведены в табл. 4, определения оптической плотности - в табл. 5, физико-химического и микроэлементного анализа (величины рН, жесткости, щелочности, окисляемости) - в табл. 6.
^ НОВЫЕ ИДЕИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ
ТЕМА НОМЕРА
Таблица 4 Таблица 5
Результаты газохроматографического анализа Результаты определения оптической плотности
Проба Массовая концентрация, мг/дм3 в 1 дм3 безводного спирта Объемная доля метилового спирта в 1 дм3 безводного спирта, %
уксусного альдегида сивушного масла (2-пропанол)
Предельно допустимая величина 3,0 5,0 0,02
Исходная сортировка 0,93 0,98 0,0023
Первый слив после обдержки угля 2,4 1,9 0,0025
Профильтровано, дал
200 2,2 0,98 0,0023
4560 1П 37П 2,25 1 7 1,0 1 3 0,0052 п пппо
10 320 14160 1 о ППП 1,6 1 А1^ 1,3 1,2 1 71 0,0009 0,0009 П ПП1А
18 00U 21 840 1С СОП 1,45 1,26 1 3 1,2 1 1,26 1 3 0,0014 0,0023 п пппс
25 68U 29 520 DD D СП 1.3 1.4 1 1 1,3 1,37 1 1/1 0,0005 0,005 П ПП77
33 36U 37 200 41 040 1,2 1,24 1 35 1, 14 0,51 1 26 0,00// 0,0015 0,0037
44 880 48 720 1,35 1 40 1,17 1 11 0.0034 0,0039
66 000 1,54 0,74 0,0005
71 000 1,43 0,94 0,0008
Наименование пробы Оптическая плотность в кюветах 50 мм при длине волны, нм
220 240 260
Исходная сортировка 0,07 -0,02 -0,03
Первый слив после обдержки угля 2,0 0,8 0,35
Профильтровано, дал
200 дал (начало фильтрования) 0,15 0,04 0,025
4560 0,04 -0,03 -0,04
8400 1П DDH 0,035 п тс -0,03 — П П/1 -0,04 —п п/1 с:
10 32U 14 160 0,025 0,03 0,04 -0,03 -0,045 -0,04
18 000 0,035 -0,03 -0,04
21 840 0,035 -0,03 -0,04
25 680 0,03 -0,03 -0,04
29 520 DD DC П 0,03 П П*)Й -0,03 — П ПЗС -0,04 — П П/1 с
33 36U 37 200 /11 П/1П 0,02с 0,04 П П/1 0,03 5 -0,03 —П ПЗ -0,045 -0,04 —П П/1
4 1 04U 44 880 0,04 0,04 0,03 -0,03 -0,04 -0,04
48 720 0,04 -0,035 -0,045
52 560 66 000 0,040 0,065 -0,03 -0,025 -0,04 -0,02
UU \J\J\J 71 000 0,060 -0,025 -0,02
Газохроматографический анализ показал, что в первом сливе после обдержки увеличивалось содержание уксусного альдегида от 0,93 до 2,4 мг/дм3 и 2-пропанола от 0,98 до 1,9 мг/дм3 в 1 дм3 безводного спирта. В процессе дальнейшего фильтрования содержание уксусного альдегида колебалось в пределах от 1,3 до 2,3 мг/дм3 в 1 дм3 безводного спирта.
Содержание 2-пропанола изменялось от 0,51 до 1,2 мг/дм3 в 1 дм3 безводного спирта, метилового спирта -от 0,0005 до 0,0052 об. %, что, очевидно, объясняется различными показателями этилового спирта, используемого для приготовления сортировок.
Несмотря на различные физико-химические показатели спиртов не-идентифицированных пиков, свидетельствующих о появлении посторонних примесей, не появлялось.
По содержанию микропримесей (уксусного альдегида, сивушных масел и метилового спирта) все образцы, отобранные в процессе фильтрования, отвечают требованиям ГОСТ Р 51355-99 «Водки и водки особые. Общие технические условия».
Как видно из табл. 5, оптическая плотность резко возрастала в водно-спиртовой жидкости, слитой после обдержки угля, и оставалась достаточно высокой в первых 200 дал, отобранных в начале фильтрования, что свидетельствует о вымывании из угля посторонних примесей.
Снижение оптической плотности водно-спиртовой жидкости, подтверждающее эффект очистки, отмечено после того, как было профильтровано 4560 дал сортировки, после фильтрования 66000 дал оптическая плотность начала возрастать.
В водно-спиртовой жидкости, слитой после обдержки угля, увеличивались все показатели: жесткость -от 0,03 до 0,24 °Ж; щелочность - от 0,03 до 0,6 см3 0,1 н раствора НС1 на 100 см 3; величина рН - от 7,2 до 10,0; содержание железа и хлоридов - от следовых количеств до 0,12 и 5,0 мг/дм3 соответственно, силикатов - от 0,28 до 5,0, что свидетельствует о вымывании из угля зольных примесей.
В процессе фильтрования изменялись физико-химические показатели: жесткость снижалась после того, как было профильтровано 200 и 21840 дал до 0,06 °Ж и 0,02 °Ж соответственно; щелочность увеличивалась после фильтрования 18 000 дал до 0,13 см3 0,1 н раствора НС1 на 100 см 3 и оставалась практически постоянной (0,07-0,05 см3 0,1 н раствора НС1 на 100 см 3) после того, как было профильтровано 25680 дал; величина рН увеличивалась после фильтрования 8400 дал до 10,4-9,8, после чего начинала постепенно снижаться от 9 до 7,46 и оставалась в пределах 6,65-7,1 после фильтрования 21840 дал; концентрация железа возраста-
ла в первой порции фильтрата от следовых количеств до 0,09 мг/дм3, при дальнейшем фильтровании вновь снижалась до следов; содержание силикатов увеличивалось в начале фильтрования до 1,0 мг/дм3, после того как было фильтровано 10320 дал и 41040 дал их концентрация снижалась до 0,4-0,3 мг/дм3; содержание сульфатов и хлоридов в процессе фильтрования не изменялось.
По жесткости, щелочности и содержанию железа, сульфатов, хлоридов и силикатов все пробы, отобранные в процессе фильтрования, соответствуют оптимальным значениям физико-химических и микроэлементных показателей водок, изложенных в Изменений № 2 к ПТР 10-12292-99 «Производственный технологический регламент на производство водок и ликероводочных изделий».
Разность в окисляемости между водкой и сортировкой, свидетельствующая об эффективности обработки, составляла 8,2-15,7 мин при фильтровании первых 14160 дал, при последующем фильтровании снижалась до 1,7-2,0 мин, вплоть до фильтрования 66000 дал, после чего окисляемость составила 7 мин, что ниже, чем в исходной сортировке.
Отмечено улучшение органолепти-ческих показателей - в процессе фильтрования до 52560 дал дегуста-
Таблица 6
Результаты физико-химического и микроэлементного анализа
Жест- Щелочность Окисляе- Разность в Дегустационная Содержание, мг/дм
Проба кость, ° Ж см3 0,1 н р-ра HCl на 100 см3 мость по Лангу, мин окисляе-мости оценка, балл (разность) рн железо, общ. сульфаты хлориды силикаты
Предельно допустимая величина для сортировок на спирте «Люкс» 0,12 2,0 - 1,5 9,2 8,0 0,10 18,0 18,0 3,0
Исходная сортировка 0,08 0,03 8,3 - 9,20 7,2 Следы 3,0 Следы 0,28
Первый слив после обдержки угля 0,24 0,60 12,25 3,95 - 10,0 0,12 2,0 5,0 5,8
Профильтровано, дал
200 дал (начало фильтрования) 0,06 0,4 11,25 2,95 10,35 0,09 2,5 1,0 0,96
4560 0,04 0,3 19,0 10,7 10,4 Следы 2,0 Следы 0,5
8400 0,06 0,25 24,0 15,7 - 9,85 То же 2,0 То же 0,5
10320 0,06 0,14 18,6 10,3 9,41 (0,21) 9,0 « 2,0 « 0,4
14160 0,06 0,13 16,5 8,2 - 8,2 « 2,0 « 0,4
18000 0,06 0,13 13,6 5,3 - 7,46 « 2,0 « 0,4
21840 0,02 0,10 10,1 1,8 9,38(0,18) 7,10 « 1,8 « 0,4
25680 0,02 0,07 10,0 1,7 - 7,0 « 2,2 « 0,35
29520 0,02 0,06 10,4 2,1 - « 2,0 « 0,5
33360 0,02 0,07 10,5 2,2 9,45(0,25) 7,2 « 2,0 « 0,45
37200 0,02 0,05 1,0 - 6,9 « 2,1 « 0,4
41040 0,02 0,05 9,4 1,1 - 6,65 « 2,0 « 0,3
44880 0,02 0,05 9,2 0,9 9,38 (0,18) 6,7 « 2,0 « 0,3
48720 0,02 0,05 9,1 0,8 - 6,72 « 2,0 « 0,3
52560 0,02 0,05 10,3 2,0 9,39(0,19) 6,8 « 2,0 « 0,3
66000 0,02 0,05 7,3 -1,0 9,24 (0,24) 7,0 « 2,0 « 0,44
71000 0,02 0,05 7,1 -1,2 - 7,02 « 2,0 « 0,28
ционная оценка возрастала на 0,180,21 балла. После того, как было профильтровано 6600 дал водно-спиртовой жидкости, органолепти-ческие показатели практически не изменялись - дегустационная оценка увеличилась на 0,04 балла.
В процессе дальнейшего фильтрования (71000 дал) разность в окисля-емости и дегустационных показателях между водкой и сортировкой не улучшилась, и колонка была остановлена.
Одновременно на заводе проводили фильтрование на угольных колонках, загруженных активным углем БАУ-А со скоростью 30-35 дал/ч.
Окисляемость водно-спиртовой жидкости увеличивалась только в начале фильтрования для 11500 и 16800 дал, после чего окисляемость водно-спиртовой жидкости резко снизилась, разность в окисляемости между водкой и сортировкой стала отрицательной, что свидетельствовало об исчерпании активных свойств угля.
Разность в дегустационной оценке между водкой и сортировкой, отмеченная только в начале фильтрования, составила 0,09-0,18 балла.
Таким образом, проведенные в лаборатории исследования показали эффективность обработки углями
серии МеКС (Болгария), приготовленными на основе косточек абрикоса и персика (улучшение органических показателей и возрастание окис-ляемости).
Производственные испытания по очистке сортировки кокосовым углем ВСК показали эффективность его использования при скорости фильтрования на угольной колонке не менее 80 дал/ч при загрузке 500 кг угля.
Эффективность очистки водно-спиртовой жидкости при соблюдении технологического режима подтверждается разностью в окис-ляемости водно-спиртовой жидкости после обработки (ее повышением), что свидетельствует об удалении из нее нежелательных органических примесей, и улучшением ее органолептических показателей.
Водки предприятия ООО «Традиции качества», профильтрованные на активном угле ВСК, по физико-химическим и микроэлементным показателям отвечают требованиям ГОСТ Р 51355-99 «Водки и водки особые. Общие технические условия» и ПТР 10-12292-99 «Производственный технологический регламент на производство водок и ликероводочных изделий».
ЛИТЕРАТУРА
1. Применение установок «серебряной фильтрации» в технологии приготовления водок: Сб. «Теоретические и практические аспекты развития спиртовой, ликероводочной, ферментной, дрожжевой и уксусной отраслей промышленности / И.И. Бурачевский [и др.]. - М., 2006.
2. Применение установок «серебряной фильтрации» в технологии приготовления водок/А.В. Тарасов [и др.]//Индустрия напитков. -2006. - № 4.
3. Бурачевский, И.И. О перспективности применения углей «[\lont» для очистки водно-спиртовых ра-створов/И.И. Бурачевский, С.С. Морозова, Е.В. Устинова//Ликерово-дочное производство и виноделие. -2010. - № 7-8. - С. 30-32.
4. Новые марки активных углей для водочного производства: Сб. «Прогрессивные технологии и современное оборудование - важнейшие составляющие успеха экономического развития предприятий спиртовой и ликероводочной промышленности»/
A.Н. Макеева [и др.]. - М.: Пищепро-миздат, 2003. - С. 152-157.
5. Активные угли марки ВСК в производстве водок и их реактивация/
B.М. Мухин [и др.]//Ликероводоч-ное производство и виноделие.-2009. - № 5. - С. 15-17.
