НПЦ СКЭ - центр практической экологии

М.В. Гернет, А.Н. Кречетникова

Московский государственный университет пищевых производств

Обработка сортировок активированным углем

По материалам сайта  http://duplo-sova.narod.ru

В соответствии с технологической схемой производства водок сортировку подвергают обработке активированным углем.

Эффективность очистки сортировки древесным углем с целью придания водке специфических аромата и вкуса была доказана в результате исследований русских ученых Д.И. Менделеева, Н.Д. Зелинского, М.Г. Кучерова. В дальнейшем значительный вклад в совершенствование процесса очистки сортировок внесли сотрудники ВНИИПБТ. Московского ликероводочного завода "Кристалл".
Отличительная особенность активированных углей - развитая удельная поверхность, обусловливающая их большую адсорбционную способность. Увеличение внутренней поверхности угля происходит при активации угля-сырца. В его порах находится большое количество смол и других продуктов пиролиза, которые удаляются в процессе термической активации водным паром, и внутренняя поверхность угля увеличивается во много раз. Наибольшее распространение получил активированный уголь марки БАУ-А, который относится к классу зерненых активированных углей, масса 1 дм3 260 г, удельный суммарный объем пор 1,5 см3/г. Основу строения угля составляет графитовая решетка, периферийные атомы которой имеют свободные валентности, способные насыщаться кислородом. В угле выделяют три вида пор - макро-, мезо- и микропоры. Макропоры имеют размеры на 2-3 порядка больше, чем размеры молекул адсорбируемых веществ, способствуют проникновению веществ внутрь угля. Размеры мезопор по сравнению с макропорами меньше на 1-2 порядка, поэтому на их поверхности возможна частичная адсорбция примесей спирта. Так как размеры микропор и молекул адсорбируемых веществ являются величинами одного и того же порядка, то основная часть адсорбционных свойств угля проявляется на уровне микропор. Химический состав активированного угля представлен органическими и неорганическими соединениями. Основную часть органических веществ составляет углерод, около 4 % приходится на долю таких элементов, как водород, азот, сера. Массовая доля золы не превышаете %. Зольные элементы: железо, магний, алюминий, калий, кальций, кремний - играют важную роль в процессе хемосорбции, так как оксиды металлов служат катализаторами химических реакций. Активированный уголь БАУ-А должен отвечать требованиям ГОСТ 6217-74 по таким физико-химическим показателям, как массовая доля влаги, массовая доля золы, суммарный объем пор, адсорбционная активность, насыпная плотность.

Применение угля определенного гранулометрического состава зависит от способа обработки им сортировки. Для обработки сортировки во взвешенном слое размеры зерен активированного угля находятся в интервале 0,2-0,4 мм. Для динамического способа диапазон зернения больше, но большая разница между размерами частиц угля также нежелательна. Это условие объясняется самосортированием угля в процессе его загрузки в колонну. Зерна больших размеров остаются в середине колонны, уголь мелких фракций оттесняется к ее стенкам, поэтому скорость движения сортировки в поперечном сечении неодинакова. Не учитывается такая важная характеристика активированного угля, как механическая прочность. От прочности угля зависит величина его износа и в конечном счете расход активированного угля на обработку сортировок. Следует отметить, что главный показатель эффективности действия угля - адсорбционная активность - не всегда коррелирует с качеством получаемой водки, в частности с ее органолептической оценкой. При обработке углем с более высокой адсорбционной активностью можно получить водку с более низкой балльной оценкой, чем при обработке углем с меньшей адсорбционной активностью. Очевидно, при разработке методов определения активности угля нужно учитывать изменения в составе сортировок и условия применения угля: способ обработки сортировок, степень дисперсности угля, продолжительность контакта сортировки с углем. Контроль процесса очистки сортировок углем осуществляют по разнице показателей окисляемости водки и сортировки, оптической плотности в ближней ультрафиолетовой области спектра. Первый показатель указывает на присутствие в водке непредельных соединений, второй - на присутствие альдегидов, кетонов, сложных эфиров, карбоновых кислот. Эти методы контроля характеризуют не только адсорбционную активность угля, но и его каталитические свойства, так как удаление из сортировки примесей спирта является не только следствием адсорбции, но и результатом окислительновосстановительных реакций. Кроме физической адсорбции активированный уголь обладает хемосорбцией [1]. При сорбции кислорода углем образуются окислы основного характера, дающие с водой основания:

Гидроксильные ионы переходят с поверхности угля в раствор, удерживаются противоположными зарядами поверхности и образуют двойной электрический слой. Подтверждением этого служит значительно большая сорбция углем кислот, чем щелочей. Схему хемосорбционного ионообменного процесса можно представить в следующем виде:  

В процессе обработки сортировок активированным углем происходят реакции окисления непредельных соединений и спиртов, реакции этерификации и омыления сложных эфиров.

Приведенные на рисунке реакции катализируются оксидами металлов, входящих в состав золы активированного угля. В качестве окислителей используются кислород в ионной форме, адсорбированный на графитовой решетке, в молекулярной форме, содержащийся в сортировке. Кроме указанных реакций в обрабатываемой углем сортировке происходит ряд других новообразований. Например, в сортировках были обнаружены эфиры каприлоаой, пеларгоновой, каприновой кислот и высших гомологов, энантовая кислота.

Таким образом, окисление спиртов продолжается до образования кислот, которые вступают в реакцию этерификации. Вновь образованные эфиры способствуют улучшению аромата и вкуса водок. При несоблюдении оптимальных параметров технологического режима обработки сортировок активированным углем возможно прекращение окислительных реакций на стадии образования альдегидов.

Накопление альдегидов приводит к ухудшению физико-химических и органолептических показателей водок, увеличению количества брака. Последнее обстоятельство - довольно распространенное явление для ликероводочных предприятий. Для устранения указанных причин на предприятии ОАО "Сорбент" были проведены мероприятия по проверке и стабилизации качества угля БАУ-А, связанные как непосредственно с технологическим процессом его получения, так и свойствами сырья [2]. В результате налажен выпуск угля из экологически чистой березовой древесины, выявлены факторы, позволяющие повысить качество угля. Более высоких органолептических показателей водок можно достигнуть пропусканием сортировок в течение 5-10 мин при 5...20 °С через три слоя активированного древесного угля с емкостью поглощения соответственно 0,6-0,8; 0,8-1,0; 1,0-1,4 мг-экв/дм3 и общим удельным объемом пор 1,4-1,6 см3/г [3]. Для улучшения ка чества водок предлагается использование мембранной технологии. С этой целью осуществляют предварительное фильтрование сортировки на двухкаскадном фильтре с микронажем разгрузочного каскада 30 мкм и основного фильтрующего каскада 6 мкм с последующей обработкой сортировки активированным углем. Окончательное фильтрование проводят на микрофильтрах с отрицательным дзетапотенциалом и микронажем 0,45 мкм [4]. Запатентованы способы очистки сортировок с применением дополнительных сорбентов, включая и обработку активированным углем. На стадии приготовления сортировки в нее вводят активированный уголь совместно с предварительно запаренной пшеничной мукой и белком яйца. Отношение активированного угля к муке и белку составляет 1:6:4-1:12:7. Использование данного способа обеспечивает упрощение процесса очистки, уменьшение содержания в водке нежелаемых примесей [5]. Удаление органических примесей из сортировки возможно путем введения сухого обезжиренного молока в количестве 2-4 кг на 1000 дал водки и выдержки в течение 1-3 ч. Смесь фильтруют, корректируют в ней крепость, дополнительно фильтруют и обрабатывают активированным углем [6].

Приготовление водки осуществляют обработкой не только активированным углем, ноимодицированным крахмалом.

Модифицированный крахмал готовят в специальном аппарате из расчета получения 2,5-5%-ного раствора с внесением ледяной уксусной кислоты. Термостатирование смеси проводят в течение 1 ч при 70 °С. Охлажденную клееобразную массу вносят в сортировочный аппарат, перемешивают с сортировкой в течение 30 мин. В напорном аппарате смесь выдерживают в течение 2 ч, фильтруют. Отработанный крахмал с фильтров смывают обратным потоком воды и используют для приготовления клея [7].

Проводили исследования возможности замены активированного угля синтетическими сорбентами на основе N-виниллактамов гелевой макросетчатой структуры [8]. Сортировку пропускали снизу вверх со скоростью, обеспечивающей образование кипящего слоя сорбента. В процессе очистки альдегиды и сложные эфиры, сольватированные в сортировке, вступают в комплексообразование с карбонильным кислородом лактамного кольца посредством водорода гидратной оболочки.

Показатель окисляемости сортировки до обработки сорбентом составлял 6 мин, после обработки - 9 мин. При сравнении физико-химических показателей сортировок, обработанных активированным углем и синтетическим сорбентом, было установлено, что при обработке синтетическим сорбентом массовая доля альдегидов снизилась на 30 %.

Снижение содержания альдегидов и сивушных масел на 14%, метанола на 80 %, ионов тяжелых металлов (ртуть, медь, кадмий, свинец) на 21 % было достигнуто при использовании биосорбента перед обработкой сортировки активированным углем [9]. Биосорбент представляет собой дезинтегрированные клетки микроорганизмов, использованных при сбраживании крахмал- и сахарсодержащего сырья, обладающих отрицательным поверхностным потенциалом от 25 до 70 мВ. Рекомендуется применять биосорбент толщиной слоя до 15 мм, не допуская его увеличения более чем на 15 %. Биосорбент получают дезинтегрированием клеток микроорганизмов, которое осуществляют термическим способом или с помощью сжиженного диоксида углерода. Дезинтегрированные клетки обладают способностью адсорбировать ионы тяжелых металлов, а также органические соединения, имеющие локальный положительный заряд, чем и объясняется высокая дегустационная оценка водки, равная 9,9 балла.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бачурин П.Я., Смирнов В.А. Технология ликероводочного производства. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1975.

2. Зорина Е.И. Об использовании активированных у глей в водочном производстве // Пиво и напитки. 1999. № 3. С. 34.

3. Патент 5370891 США, МКИ4 С12 С 3/08. Опубл. 06.12.94.

4. Патент 2044044 Россия, МКИ4С12С 3/06. Опубл. 20.09.95.

5. Патент 2044050 Россия, МКИ4С12 Н 1/64. Опубл. 20.09.95.

6. Патент 2043403 Россия, МКИ4С12С 3/08. Опубл. 10,09.95.

7. ПТР 10-12292-99, утвержд. Пищепромдепартаментом Минсельхозпрода России 21.10.99.

8. Луцкая Б.П., Славуцкая Н.И. и др. Приготовление водки в кипящем слое сорбента // Ферм. и спирт. промышленность. 1985. №3. С. 12-13.

9. Кухаренко А.А. Микроорганизмы очищают водку // Пиво и напитки. 2000. № 1. С. 44.

(Пиво и напитки. - 2000. - №3)

По материалам сайта  http://duplo-sova.narod.ru

Более подробную информацию Вы можете получить связавшись с нами по телефонам (87935) 50347 или по электронной почте vlr53@yandex.ru

Отправить сообщение для: vlr53@narod.ru с вопросами и замечаниями об этом веб-узле.
© 2006 ГУ СКО НИЦ ПУРО
Дата изменения: 16.06.2009