- •Глава 1. Виноград как сырье
- •Глава 2. Переработка винограда, обработка мезги и сусла
- •I Сульфитация мезги
- •1Епловая
- •1 Сульфитация мезги
- •Глава 3. Брожение
- •Глава 4. Выдержка виноматериалов
- •Глава 5. Осветление и стабилизация вин
- •П родо лжительность отстаивания на холоде
- •Глава 6. Обеспечение кондиционности вин
- •Глава 7. Розлив и выдержка вина в бутылках
- •Глава 8. Болезни и пороки вина
- •Глава 9. Специальные приемы, используемые при получении вин различных типов
- •Глава 10. Технология столовых вин
- •Глава 12. Технология десертных вин
- •Глава 13. Технология ароматизированных вин
- •Глава 14. Технология вин, пересыщенных диоксидом углерода
- •Глава 15. Технология плодово-ягодных вин
- •Глава 16. Технология коньяка
- •Глава 17. Технология безалкогольных продуктов переработки винограда
- •Глава 18. Технология продуктов переработки вторичного сырья винодельческой промышленности
Глава 2. Переработка винограда, обработка мезги и сусла
Технологические приемы переработки винограда, обработки получаемых полупродуктов, выделения и осветления сусла основаны главным образом на физико-механических и гидродинамических процессах. От физических условий и, в частности, динамического режима этих процессов в значительной мере зависят качество и количество продуктов виноделия.
Кроме того, в отдельных случаях применяют различные дополнительные обработки: ферментными препаратами, теплом, электрическим током и другие, которые интенсифицируют основные процессы, повышают выход сусла из 1 т винограда, обеспечивают в случае необходимости более полное извлечение высокомолекулярных соединений из твердых элементов мезги.
ПРИЕМКА ВИНОГРАДА НА ПЕРЕРАБОТКУ
К 1 августа специальная комиссия окончательно определяет величину ожидаемого урожая и валового сбора винограда, на основании чего уточняется план переработки винограда по сортам и разрабатывается график его сбора и приемки на переработку. В соответствии с утвержденным планом переработки винограда завершают подготовку к сезону виноделия технологических емкостей, производственных помещений, технологического, общезаводского и вспомогательного оборудования, а также транспортных средств.
Главное внимание при этом обращают на наличие, необходимых мощностей технологического оборудования, емкостей для сусла и вина и производственных площадей. Готовность виизавода к сезону переработки винограда подтверждается до 74
10 августа актом специальной комиссии, назначаемой вышестоящей организацией.
Массовый сбор винограда для промышленной переработки начинается при достижении им технологической зрелости. Сборщики собирают его в корзины, из которых затем осторожно высыпают в транспортную тару: автомобильные контейнеры или прицепные тракторные тележки. В настоящее время основным способом доставки винограда на переработку является бестарная перевозка с применением виноградных контейнеров, в которых слой винограда не превышает 60 см, что исключает сильное повреждение ягод. Наряду с контейнерами для доставки винограда на переработку применяют автомобили-самосвалы, поверхности кузовов которых имеют специальные покрытия и обложены пленкой, исключающей потери сока. В процессе перевозки виноград защищают от солнца, дождя и пыли.
Транспортную тару, в которой доставляют виноград на переработку, ежедневно тщательно моют холодной и горячей водой, при необходимости применяют раствор соды. Деревянную тару после мойки ополаскивают 1 %-ным раствором диоксида серы.
Виноград должен быть доставлен на винзавод не позднее чем через 4 ч после его сбора, так как вытекающий из поврежденных ягод сок легко забраживает и закисает.
Виноград принимают на переработку обычно в течение 10 ч в сутки. Поступление винограда рассчитывают с учетом коэффициента неравномерности 1,4. Доставляемый на винзавод виноград принимают по количеству и качеству.
Количество каждой поступающей партии винограда определяют путем взвешивания на автовесах, установленных при въезде на винзавод, автомашины с виноградом и затем машины после разгрузки. Используемые для этой цели цифропоказыва-ющие весы автоматически регистрируют массу винограда в таре и порядковый номер взвешивания с фиксацией этих данных на квитанции и табло.
При контроле качества поступающих партий винограда проверяют сорт винограда, примесь других сортов, степень повреждения и наличие гнилых ягод. Контроль этих показателей проводят перед взвешиванием. Затем из каждой автомашины отбирают среднюю пробу винограда для определения содержания сахара и титруемой кислотности, а также других показателей химического состава, если в этом есть необходимость. Средние пробы отбирают вручную или специальными пробоотборниками, которые устанавливают над автовесами. Пробоотборник имеет устройства для отбора пробы по всей высоте слоя винограда в автомашине и отжатия сока из отобранной пробы. Пробоотборник обычно делает три погружения в различных местах, и полученный сок подается вакуум-насосом в автоматический рефрактометр для определения концентрации сахара и в титрометр для измерения титруемой кислотности. Величины
75
сахаристости и титруемой кислотности сока регистрируются пишущим потенциометром. Анализы средних проб винограда проводят чаще в лаборатории завода химическими методами по соответствующим методикам. Однако применение автоматических приборов значительно ускоряет и упрощает получение необходимых данных, которые регистрируются на квитанциях и табло одновременно с показаниями автовесов.
Для установления сорта винограда и контроля его технологического состояния (отсутствие повреждений, гнили, посторонних примесей и т. п.) одновременно отбирается проба гроздей с помощью специального устройств*, находящегося рядом с пробоотборником.
Виноград, соответствующий перерабатываемому сорту и удовлетворяющий кондициям, принимают на переработку и выгружают из транспортных средств в бункер-питатель, откуда он равномерно подается на дробление. Если на переработку одновременно поступают различные сорта винограда, их разгружают в отдельные приемные бункера. Вместимость каждого приемного бункера должна быть такой, чтобы виноград находился в нем не более 30 мин.
РАЗДАВЛИВАНИЕ ЯГОД И ОТДЕЛЕНИЕ ГРЕБНЕЙ
Раздавливание (дробление) ягод проводят с целью облегчения выделения сока и повышения его выхода. После дробления ягод проницаемость их тканей резко увеличивается и диффузионные процессы ускоряются.
Степень измельчения ягод при дроблении выбирается в зависимости от требований, предъявляемых к составу вина того или иного типа. В производстве столовых вин, а также шампанских, хересных и некоторых других малоэкстрактивных виноматериалов дробление виноградных ягод проводят в наименее интенсивном механическом режиме, чтобы избежать сильного нарушения клеточной структуры ягод и исключить чрезмерный переход в сусло из кожицы экстрактивных веществ, в особенности фенольной природы, которые ухудшают типичность и качество таких вин. При получении виноматериалов для высокоэкстрактивных вин (например, токая, кагора, портвейна, мадеры) ягоды дробят в наиболее интенсивном механическом режиме, иногда даже с растиранием кожицы, что способствует обогащению вина экстрактивными веществами.
Во всех случаях при раздавливании ягод исключают деформацию и дробление семян, так как переход в сусло излишнего количества содержащихся в них веществ (конденсированных полифенолов) ухудшает вкусовые качества вина.
Отделение гребней от ягод является, как правило, обязательным:, потому что из зеленых гребней в сусло могут перехо-
76 www.ovine.ru
дить вещества, сообщающие вину неприятный травянистый привкус (гребневой привкус), а также дубильные вещества (полифенолы), придающие вкусу вина излишнюю грубость и терпкость. Особенно неблагоприятно па качество вина влияют гребни винограда, пораженного грибными болезнями или гнилью.
Гребни не отделяют только в редких случаях, например при получении некоторых высокоэкстрактивных вин специального типа, в основном в южных винодельческих районах, где гребни хорошо вызревают и содержат мало сока в своих клеточных тканях.
В процессе дробления винограда гребни смачиваются соком. Потери сока за счет уноса с гребнями составляют в среднем 2 % (15 % массы гребней).
В результате дробления ягод и отделения гребней получают два полупродукта: мезгу и гребневую массу.
Мезга является основным полупродуктом, который поступает на дальнейшую обработку для выделения из него сусла и получения вина. Виноградная мезга представляет собой грубую суспензию, состоящую из двух резко разграниченных фаз: жидкой— сусла и твердой — кожиц и семян. Семена технически зрелого винограда — твердые частицы, а кожица обладает большой упругостью, благодаря чему обеспечивается хорошее дренирование всей массы мезги и создаются благоприятные условия для выделения из нее сока.
Относительная плотность виноградной мезги рот несколько больше плотности ягод, так как при дроблении происходит частичное разрушение их тканей и заполнение межклеточников соком. Мезга из более зрелого винограда имеет обычно большую величину рот-Объемная масса мезги т, зависит главным образом от ее пористости 5 и, следовательно, от степени дробления кожицы. С уменьшением величины частиц твердой фазы мезги ть, и 5 увеличиваются. Мезга, полученная из более зрелого винограда, т. с. содержащая сок большей плотности, обладает меньшей пористостью вследствие лучшей раздробленности ягод и большего общего сокосодержания. У такой мезги рот и /?г„ имеют обычно большую величину.
О структуре виноградной мезги судят по величине предельного напряжения сдвига Р0, которая характеризует пластическую прочность материала, т. е. количественно оценивает прочность его структуры. Мезга, получаемая при переработке красных сортов винограда, при прочих равных условиях имеет большую величину Р0, чем мезга белых сортов, в связи с большим содержанием в ягодах красных сортов винограда высокомолекулярных соединений (полифенолов, белково-танидных комплексов и т. п.), которые вследствие своей способности к структурообразованию увеличивают сопротивление мезги деформации. Предельное напряжение сдвига виноградной мезги уменьшается с повышением температуры, что объясняется понижением вязкости жидкой ее фазы и отсутствием заметного изменения структурообразующих факторов.
Гребневая масса представляет собой отход основного производства. Из 1 т этой массы можно отделить прессованием до 2—3 дал так называемого гребневого сусла. Сахар,
77
Мезга "
-*\У
IМезга
безгрешней Ягодыисо1\
Ш7Г77Гт-.
Раздавливание ягод с отделением гребней проводят на специальных машинах — дробилках-гребнеотделителях двух типов: валковых и ударно-центробежных. Эти машины существенно различаются по интенсивности и характеру механического воздействия на гроздь и отдельные ее элементы, обладают различными технико-эксплуатационными характеристиками и неодинаково влияют на качество сусла, выделяемого из мезги.
Валковая дробилка-гребнеотделитель (рис. 2) представляет собой агрегат, состоящий из двух рабочих элементов: валков для раздавливания ягод и гребнеотдели-теля.
Грозди попадают в зазор между поверхностями валков, которые вращаютсй^в противоположные стороны. Ягоды раздавливаются в результате сближения и сдвига дробящих поверхностей валков. При правильном регулировании величины рабочего зазора между поверхностями валков и скоростей их вращения раздавливание ягод приближается к наиболее рациональным условиям параллельного сближения плоских дробящих поверхностей.
Технологическая эффективность раздавливания и измельчения ягод на валковых дробилках зависит от модуля разрыва и профиля нарезки поверхности валков. Модуль разрыва М— отношение разности окружных скоростей валков к окружной скорости медленно вращающегося валка [М= (v2—v1)/vu где v{ и у2 — окружные скорости вращения валков, м/с]. Для виноградных дробилок М = 0,33 -^-0,75. Чем больше М, тем интенсивнее раздавливание и измельчение ягод.
При одинаковом рабочем зазоре между валками дробилки степень дробления винограда зависит не только от профиля поверхности валков и частоты их вращения, но и от размеров и структуры грозди. По данным А. Д. Лашхи и М. Л. Хосита-швили, эта зависимость может быть выражена следующим соотношением: / = |//б/г, где / — степень дробления; | — коэффициент плотности грозди; / — длина грозди; б — величина рабочего зазора между валками; /г — модуль грозди, величина которого для большинства винных сортов винограда близка к единице. По опытным данным, при одинаковых рабочих зазорах между валками максимальная разница в степени дробления между отдельными сортами винограда достигает 36 %. С увеличением зазора в интервале 3—9 мм, т. е. с уменьшением степени дробления, качество получаемых виноматериалов для столовых вин улучшается и становится наиболее высоким при 6 = 9 мм и / = = 7-т-10. В связи с этим для повышения выхода высококачественного сусла при переработке винограда рекомендовано заменить одноступенчатые двухвалковые дробилки двухступенчата '
Рис. 3. Схема ударно-центробежной дробилки-греб-неотделителя:
/ — корпус; 2 — перфорирован ный цилиндр; 3— малый сплошной цилиндр; 4 — прием ный бункер; 5 — дробильные биты; 6 — патрубок для уда ления гребней; 7 — гребневы- носные лопасти; 8 — сборник мезги
Рис. 2. Схема валковой дробилки-греб-неотделителя:
/ — валки для раздавливания ягод; 2 — перфорированный цилиндр; 3 — вал с бичами для отделения гребней; 4 — шнек для выгрузки мезги
тыми трехвалковыми дробилками, в которых виноград сначала раздавливается при рабочем зазоре 6i = 9 мм, а затем (во второй ступени дробления) при бг = 3 мм и частоте вращения валков 90 об/мин.
Гребни отделяются от раздавленных ягод в камере гребне-отделителя, расположенной ниже валков и представляющей собой горизонтальный перфорированный цилиндр, внутри которого находится вал с бичами. Отделение гребней осуществляется ударным воздействием бичей, расположенных на валу по одно- и двухзаходной винтовой линии. Этими же лопастями отделенные от ягод гребни выносятся из камеры.
При применении валковых дробилок можно в достаточно широких пределах регулировать интенсивность механических воздействий на гроздь путем изменения формы рифлей, величины рабочего зазора между поверхностями валков, частоты их вращения и разности окружных скоростей.
Валковые дробилки обеспечивают возможность переработки винограда в наиболее, мягком механическом режиме с незначительным перетиранием кожицы и измельчением гребней, благодаря чему сусло не переобогащается фенольными веществами и взвесями. Поэтому валковые дробилки целесооб-
79
разно применять при получении шампанских виноматериалов и белых столовых вин, которые должны иметь низкую экстрак-тивность и нежное вкусовое сложение.
Ударно-центробежные дробилки-греб неотделители (рис. 3) осуществляют раздавливание ягод и отделение гребней за счет ударного воздействия на гроздь специальных лопастей и бичей, а также движения гроздей по перфорированной поверхности. В этих дробилках операции раздавливания ягод и отделения гребней совмещены. Интенсивность механического воздействия на гроздь в центробежных дробилках можно регулировать, изменяя частоту вращения приводного вала. В зависимости от сорта винограда, прочностных характеристик грозди и типа получаемого вина частота вращения вала выбирается в пределах 270—500 об/мин.
На ударно-центробежных дробилках-гребнеотделителях гребни отделяются более полно, с ними уносится меньшее количество сока, мезга содержит свободного сока больше, чем при дроблении на валковых дробилках. Однако ягоды подвергаются более интенсивному механическому воздействию, в связи с чем сусло сильнее обогащается взвесями и содержит больше экстрактивных веществ, в том числе полифенолов. Сусло, полученное из винограда, прошедшего ударно-центробежное дробление, хуже осветляется в процессе отстаивания вследствие большого содержания мелкодисперсной твердой фазы, самоуплотнение осадков протекает медленнее. После отстаивания на холоде в течение суток количество осадков в сусле-самотеке при ударно-центробежном дроблении достигает 18— 22 % по объему, а в случае валкового дробления не превышает 13-14%.
При ударно-центробежном дроблении создаются более благоприятные условия для последующего окисления сусла, что связано с большим содержанием в нем фенольных соединений и азотистых веществ.
На ударно-центробежных дробилках получается сусло, содержащее по сравнению с суслом, полученным на валковых дробилках, на 80—100 мг/л больше дубильных и красящих веществ (после суточного отстаивания на 40—50 мг/л) и на 100 мг/л больше азотистых веществ (в пересчете на минеральный азот).
Ударно-центробежный принцип дробления винограда обеспечивает лучшие технологические результаты при получении виноматериалов для вин, обладающих высокой экстрактив-ностью (кагора, токая, мадеры, портвейна), в производстве которых необходимо интенсивное дробление ягод с разрывом и частичным перетиранием кожицы для большего извлечения фенольных и азотистых веществ.
Центробежные дробилки-гребнеотделителн имеют хорошие технические и эксплуатационные характеристики.
80
ОБРАБОТКА МЕЗГИ
Полученная при дроблении винограда мезга подвергается различным обработкам, в результате которых происходят экстрагирование растворимых веществ и обогащение ими жидкой фазы, а также окисление содержащихся в ней веществ, главным образом фенольной природы.
При получении виноматериалов для крепких и некоторых десертных вин физические и химические процессы стимулируют с целью обогащения сусла экстрактивными и ароматическими веществами, содержащимися в кожице и семенах, усиления окраски, накопления окисленных продуктов и т, п. Для этого применяют различные технологические приемы: настаивание на мезге, спиртование мезги, обработку теплом, ферментацию мезги с внесением ферментных препаратов и др. Эти приемы дают возможность изменять состав и технологические свойства мезги и содержащегося в ней сусла в нужном направлении для формирования типичности и качества будущих вин, а также облегчают выделение из мезги сусла и повышают его выход.
Настаивание на мезге при невысокой температуре способствует обогащению сусла ароматическими веществами, экстрагируемыми из кожицы и мякоти ягод, и сопровождается биохимическими, в основном окислительными, ферментативными, процессами. Главную роль в этих процессах играет фермент о-дифенолоксидаза, адсорбированный на твердых элементах мезги, активность которого у различных сортов винограда существенно варьирует. Этот фермент достаточно полно может быть сорбирован дисперсными минералами (бентонитом, па-лыгорскитом, гидрослюдой, каолином, диатомитом) и в случае необходимости удален из сусла в процессе отстаивания и центрифугирования или изолирован от кислорода, пересыщающего среду.
При контакте сока с окислительными ферментами происходит окисление полифенолов (дубильных и красящих веществ) свободным кислородом. Полифенолы окисляются до хинонов, которые могут окисляться дальше с образованием продуктов конденсации. В процессе настаивания на мезге фенольные вещества переходят в сусло, часть их в дальнейшем осаждается на частицах мезги в результате адгезии, а также выпадает в осадок вследствие окисления и конденсации.
После раздавливания ягод и разрыва клеточных тканей кожицы усиливается гидролизующее действие ферментов, содержащихся в ягоде. Происходит распад части полифенолов, гид-ролизуются белки и пектин с образованием легкорастворимых продуктов. В результате этих процессов уменьшается концентрация в сусле высокомолекулярных соединений, способных к структурообразованию, вязкость сока понижается, облегча-
81
ется отделение его от твердых частиц мезги и увеличивается общий выход сусла.
Скорость и полнота ферментации мезги зависят от степени дробления ягод. В тех случаях, когда желательно получить не-ферментированное, малоокислеиное сусло (в производстве шампанских виноматериалов и белых столовых вин), необходимо ограничивать степень дробления мезги и продолжительность контакта сусла с мезгой. В производстве красных вин, окисленных столовых вин южного типа (кахетинское, эчмиад-зинское и т. п.) или виноматериалов для крепких окисленных вин (мадеры, портвейна) необходимо сильное дробление ягод и продолжительное настаивание сусла на мезге для обеспечения более глубокого прохождения ферментации.
Продолжительность и температура процесса настаивания сусла на мезге зависят от типа получаемого вина и конкретных технологических целей. Например, для крепких вин типа мадеры и портвейна настаивание ведут при более высокой температуре и продолжительное время. При получении вин типа муската и токая, когда необходимо. извлечь преимущественно ароматические вещества и предотвратить переход в сусло излишнего количества фенольных соединений, процесс ведут при более низкой температуре, и, как правило, кратковременно. Для ускорения извлечения ароматических веществ мезгу перед настаиванием иногда сульфитируют.
Для настаивания сусла на мезге применяют металлические и железобетонные резервуары или дубовые чаны.
Обработка мезги ферментными препаратами проводится с целью ускорения процесса ферментации, облегчения выделения сусла из мезги и увеличения его выхода. Очищенный ферментный препарат, внесенный в мезгу, значительно ускоряет гидролиз белков и полисахаридов, в результате чего выход сусла-самотека увеличивается на 10—20 %, вязкость его уменьшается, что ускоряет осветление сусла при отстаивании и облегчает его фильтрацию.
Применяют очищенные ферментные препараты, представляющие собой порошки серого цвета, в небольших дозах — от 0,0005 до 0,03 % к массе винограда или мезги. Дозы препарата зависят от его активности и в каждом конкретном случае устанавливаются путем пробной обработки в лабораторных условиях.
Ферментные препараты достаточно эффективны при температуре 10—20 °С, но наибольшая их активность достигается при температуре 40 СС. При этом значительно сокращается продолжительность ферментации мезги.
При применении ферментных препаратов в мезгу вносят диоксид серы в количестве 50—120 мг/л в зависимости от температуры: чем выше температура, тем больше доза S02.
При внесении ферментного препарата время контакта сусла 82
с мезгой при брожении на мезге сокращается до 24—48 ч в зависимости от сорта винограда и района.
Обработка мезги теплом проводится с целью более полного и быстрого извлечения экстрактивных веществ из кожицы виноградных ягод. Этот технологический прием применяют в производстве виноматериалов для высокоэкстрактивных крепленых вин и красных ординарных столовых вин.
Мезгу нагревают до температуры, при которой оболочки клеток тканей кожицы утоньшаются и частично разрушаются, протоплазма денатурируется и сжимается, внутриклеточное давление понижается, в результате чего значительно облегчается переход экстрактивных веществ из клетки в окружающую жидкую среду.
Температура, до которой мезгу подогревают, зависит от конкретных технологических требований. По данным Г. Г. Ва-луйко, для обогащения виноматериала красящими веществами мезгу следует нагревать до 70 °С, а для извлечения из кожиц оптимального количества дубильных веществ — до80°С. Однако при нагревании мезги до 80 °С сусло становится мутным вследствие чрезмерного обогащения высокомолекулярными соединениями (пектином, камедями и др.). Поэтому такая температура допустима только при производстве крепленых вин.
Фенольные соединения, извлекаемые из клеток кожицы при обработке мезги теплом, отличаются малой стойкостью. При брожении сусла, полученного из такой мезги, и последующем хранении виноматериалов основная часть этих веществ выпадает в осадок и необратимо теряется.
Режим обработки мезги теплом (температура, продолжительность нагревания и др.) зависит от типа получаемого вина. При производстве красных столовых вин поддерживают наиболее низкую температуру при минимальной продолжительности ее воздействия на мезгу; при получении некоторых марок вин типа кагора (кагоры Узбекистон, Таджикистон и т. п.), мезгу выдерживают при наиболее высокой температуре.
Обязательным технологическим требованием является обеспечение равномерного распределения тепла во всей массе мезги и исключение ее местных перегревов, что достигается перемешиванием мезги в процессе нагревания-.
Мезгу обрабатывают теплом в деревянных чанах с расположенными внутри них змеевиками, по которым проходит пар (этот способ в настоящее время применяется редко вследствие его малой производительности, затруднения перемешивания мезги и значительных ее перегревов при соприкосновении с поверхностью змеевика), в теплообменпых аппаратах периодического и непрерывного действия.
В аппаратах периодического действия (рис. 4), несмотря на их большую вместимость, исключаются перегревы
83
К аппаратам непрерывного действия относятся трубчатые и шнековые подогреватели мезги, представляющие собой кожухотрубные теплообменные аппараты. Они снабжены мешалками для перемешивания мезги. Нагревание производится паром, поступающим в рубашки. Мезга, подаваемая насосом, проходит по межтрубному пространству, подогревается до требуемой температуры при непрерывном перемешивании и в подогретом состоянии выходит из аппарата.
В шнековых подогревателях (рис. 5) мезга обрабатывается теплом, проходя через горизонтальный цилиндрический резервуар, помещенный в паровую рубашку и имеющий внутри шнек-змеевик, расположенный на пустотелом валу. Греющий пар поступает одновременно в рубашку и вал шнека. Мезга подается непрерывно насосом и перемешивается внутри корпуса шнеком, нагреваемым паром. Аппараты шнекового типа имеют невысокий коэффициент теплоотдачи и не исключают полностью пригорания мезги вследствие недостаточной интенсивности перемешивания из-за малой скорости движения продукта.
Трубчатые подогреватели (рис. 6), снабженные лопастными мешалками, обеспечивают лучший теплообмен и меньшие перегревы мезги. В них подаваемая насосом мезга постепенно подогревается при непрерывном перемешивании во внутренней трубе, затем поступает в наружное межтрубное пространство с лопастной мешалкой и здесь нагревается до требуемой температуры.
Обработка мезги переменным электрическим током промышленной частоты, так называемый электроплазмолиз, дает положительный эффект при переработке винограда на крепкие и сладкие вина, обладающие высокой экстрактивностью.
При электроплазмолизе происходит частичная мацерация (размягчение и распад) клеток тканей кожицы, в результате чего увеличивается проницаемость клеточных оболочек и облегчается диффузия их содержимого в окружающую жидкую среду.
Обработку электрическим током проводят на специальных дробилках одновременно с раздавливанием ягод. При этом количество поврежденных клеток ягоды увеличивается в 3— 4 раза по сравнению с обычным дроблением. По данным С. Н. Бирковой и Б. Л. Флауменбаума, степень повреждения тканей ягоды находится в прямой зависимости от градиента потенциала и продолжительности воздействия электротока. При градиенте потенциала 628—733 В/см и продолжительности
84
Рис. 4. Схема аппарата периодического действия для термической обработки мезги:
/_ выгрузочный шнек; 2 — резервуар; 3 — мешалка-подогреватель; 4 — выгру-
зочный нож; 5 — пробоотборный кран; 6 — змеевик; 7 — разгрузочный люк
Рис. 5. Схема шнекового подогревателя мезги:
CfcO
^44^-Nvi^V^^v-.^,:W^
/ — передняя крышка; 2 — корпус; 3 — шнек-змеевик; 4 — манометр; 5 — вал; 6 — предохранительный клапан; 7 —термометр
Рис. 6. Схема трубчатого подогревателя мезги:
/ — внутренняя труба с двухлопастной мешалкой для обработки мезги; 2 — наружное межтрубное пространство с лопастной мешалкой; 3 — корпус с термоизоляцией
воздействия 0,2—0,4 с обеспечивается такое же повреждение тканей виноградных ягод, как при нагревании до температуры 70 °С.
В результате электроплазмолиза содержание полифенолов в сусле увеличивается в среднем на 42 %, азотистых веществ — на 18—22%, железа — на 6,5—25% в зависимости от режима обработки и сорта винограда; рН повышается на 0,07—0,35; незначительно возрастает содержание пектиновых веществ.
ВЫДЕЛЕНИЕ ИЗ МЕЗГИ СУСЛА-САМОТЕКА
Виноградная мезга содержит до 80 % сока. Этот сок выделяют из мезги двумя способами, осуществляемыми последовательно: стеканием под действием силы тяжести (гравитационной силы) и прессованием '. Общий выход неосветленного сусла из мезги в пересчете на 1 т переработанного винограда находится в пределах 70—80 дал в зависимости от механического состава гроздей и эффективности прессования при окончательном отжатии мезги.
В результате стекания из мезги выделяется в среднем 58 % сусла от общего его выхода по объему. Это сусло, называемое суслом-самотеком, по химическому составу и технологическим свойствам представляет собой самую ценную фракцию (имеет наибольшую сахаристость, среднюю кислотность, содер-
1 Известны также другие способы, например центрифугирование мезги, отсасывание сока в вакууме (нутчирование), но они пока не получили широкого применения в винодельческой промышленности. 86
жит наименьшее количество фенольных и азотистых веществ), из которой получают наиболее высококачественные вина. Для гарантии высокого качества отбор сусла-cajpjreKa в отдельных случаях ограничивают определенными предельно допустимыми нормами, предусмотренными соответствующими технологическими инструкциями.
Сусло вытекает из мезги в результате гравитационного разделения ее фаз. В первую очередь стекает та часть сусла, которая не удерживается твердыми частицами за счет адгезии (прилипания) к их поверхности. Выделение сусла из мезги можно рассматривать как гидродинамический процесс течения жидкости через пористую среду, который сопровождается более или менее полным разделением твердой и жидкой фаз суспензии.
Отделение сусла от мезги проводят обычно на перфорированных перегородках с размером отверстий 4—5 мм и величиной живого сечения более 10 %. В таких условиях сопротивление перегородки стеканию мало. Поэтому скорость процесса выделения из мезги сусла-самотека зависит в основном от величины сопротивления твердой фазы, точнее, от величины сопротивления постепенно уплотняющегося слоя твердых частиц мезги. При этом наибольшее сопротивление создает слой осадка мезги, расположенный непосредственно на перфорированной перегородке.
Основной характеристикой физико-механических свойств виноградной мезги, определяющей ее способность к отделению жидкой фазы, является удельное сопротивление образующегося плотного слоя твердых частиц (осадка) гт. Дисперсная фаза виноградной мезги содержит в большом количестве твердые (семена) и упругие (кожица) частицы, которые дренируют слой мезги и способствуют сохранению в. нем достаточно рыхлой структуры. Однако в виноградной мезге может образоваться неоднородный, сравнительно легко сжимаемый осадок. С течением времени из него выделяется сок, что изменяет структуру и свойства слоя осадка и, следовательно, условия процесса суслоотделения. В связи с этим величина гт виноградной мезги имеет сложную зависимость от многих условий процесса.
Удельное сопротивление осадка виноградной мезги в условиях, обеспечивающих постоянство параметров, которые характеризуют процесс разделения суспензий, подчиняется следующей зависимости: zm = ptl\ihV, где р— давление прессования, Па; t — длительность процесса, с; (х — вязкость сусла, Па-с; h — высота слоя осадка мезги, м; V—относительное количество сусла вязкостью ц, получаемое с единицы площади поверхности перегородки при давлении р, м3/м2. Это уравнение предусматривает постоянство zm во времени. Для большинства промышленных суспензий с однородным сжимаемым осадком гт является функцией давления и не зависит от времени процесса г.
Опытным путем установлено, что зависимость скорости прохождения сусла v через постоянный слой осадка мезги от давления р характеризуется наличием двух зон: в первой зоне при р = 0-М00 кПа и возрастает с увеличением р; во второй зоне, когда р становится больше 100 кПа, v уменьшается. Таким образом, критическим является давление 100 кПа, при котором происходят значительные изменения свойств слоя твердых частиц мезги, формирующегося на перфорированной поверхности разделяющей перегородки,
87
v,
дал/мин
V,
дал/(т-мт)
0 4 8 12 16 20 24 28 32 t.MUH
Рис. 7. Динамика стенания сусла через перфорированную перегородку при гравитационно-статическом воздействии на виноградную мезгу. Сорта винограда и концентрация Сахаров в сусле (в г на 100 мл):
1 — Альбильо, 19,5; 2 и 3 — Матраса, 29,3 и 19,6; 4 — Цимлянский черный, 24,2; 5 — Саперави, 19,8; в — Гибрид, 20,5; выход сусла V; скорость про цесса v
В первой зоне давлений zm возрастает почти пропорционально р, а во второй — намного быстрее р. Этим объясняется незначительное увеличение скорости процесса в первой зоне и заметное ее уменьшение во второй. Следовательно, нецелесообразно повышать давление для интенсификации отекания сусла из мезги. Незначительное увеличение скорости процесса в пределах давления 0—100 кПа не оправдывает усложнения конструкции стека тел я. Давление выше 100 кПа недопустимо, так как вызывает уменьшение скорости выделения сусла.
Кроме того, при свободном стенании сусла через перфорированную перегородку высокая активность процесса наблюдается только в начальный период времени — до 6—10 мин, после чего скорость резко уменьшается (на 95—97%) и в дальнейшем остается на низком уровне. На рис. 7 приведены опытные данные, полученные Г. А. Ждановичем, при величине живого сечения перегородки 20 % и высоте слоя мезги 500 мм для различных сортов винограда.
Установлена зависимость стенания виноградного сусла от следующих факторов, определяющих технологические условия процесса и конструктивные особенности стекателей: скорость процесса возрастает с увеличением высоты слоя мезги h до 500 мм и затем уменьшается при дальнейшем увеличении /г; содержание в сусле-самотеке взвесей и его химический состав практически не зависят от h, только при очень малом h (менее 100 мм) не обеспечивается достаточный фильтрующий слой мезги для очистки сусла и в самотеке может наблюдаться увеличение содержания взвесей; величина живого сечения перфорированной перегородки, если она выше 10%, а также форма отверстий и их размеры в диапазоне 2—4 мм не влияют на процесс отделения сусла и его качество, уменьшение же живого сечения перфораций менее 10 % приводит к снижению скорости процесса и увеличению содержания взвесей.
Процесс стенания сусла можно значительно интенсифицировать, проводя рыхление мезги. Скорость сокоотдачи возрастает с повышением степени рыхления др опред'-лсиного предела. Если степень рыхления L характернее
3toeafb скоростью смещения частиц относительно перфорированной перегородки или соседних слоев мезги, .то увеличение сокоотдачи мезги наблюдается только до L = 7 м/мин.
На основании экспериментальных данных стекания сусла из виноградной ме^^ рекомендован следующий технологический режим этого процесса. В первый период стекания, ограниченный временем 6—8 мин, сусло должно отделяться только под действием гравитационной силы без механического воздействия на мезгу. При таком режиме не обеспечивается необходимый по технологическим условиям выход сусла-самотека — 50—55 дал/т. Для его получения нужно извлечь также ту часть сусла, которая непрочно удерживается в клетках мякоти раздавленных ягод. Это может быть достигнуто путем интенсификации процесса во второй его период (8—10 мин) за счет рыхления частично стекшей мезги, которая находится в вязко-пластичном состоянии. Степень рыхления L должна составлять 0,7—1,2 м/мин при слабом давлении на мезгу в пределах 60— 80 кПа. При более интенсивном перемешивании и увеличении продолжительности процесса соковыделения содержание взвесей может повыситься до 150 г/л, сусло обогатится экстрактивными веществами, в том числе фенольными, в результате чего качество самотека ухудшится.
Для отделения сусла-самотека применяют специальные аппараты—стекатели, которые по принципу их работы и воздействию на мезгу подразделяются на следующие основные типы:
аппараты, в которых процесс протекает без перемещения частиц мезги относительно друг друга или разделяющей перфорированной перегородки. Такие аппараты дают сусло-самотек с малым содержанием взвесей, так как в процессе их загрузки образуется фильтрующий слой из мезги, который задерживает частицы, поэтому такое сусло легко осветляется, но стекание в них проходит медленно, выгрузка мезги после стекания сложна, они требуют для размещения больших производственных площадей. Более совершенными являются стекатели с механизмами для разгрузки мезги (камерные стекатели) ;
аппараты, обеспечивающие перемещение мезги по разделяющей перегородке под действием гравитационной или внешних механических сил (рис. 8). Выход сусла-самотека в таких аппаратах зависит от содержания свободного сока в мезге, высоты ее слоя и, как правило, не превышает 40—45 дал/т. Основным недостатком стекателей этого типа является более высокое содержание в сусле взвесей. Быстрого отделения сока и ограничения его контакта с воздухом они не обеспечивают;
аппараты с перемешивающими устройствами, в которых сок извлекается при периодическом или непрерывном
89
Рис.
9. Схема стекателя с перемешивающими
устройствами: 1 — корпус;
2 — перфорированный
цилиндр; 3
— лопасть перемешивающего
устройства
[Мезга 3^ Т
Мезга
Сусло jпрессовых франций Сусло-самотек
Рис, 8. Схема стекателя, работающего с перемещением мезги по разделяющей перегородке: / — корпус; 2 — загрузочный люк для мезги, поступающей на отделение сусла-самотека; 3 — перфорированная перегородка для отделения сусла-самотека; 4 — люк для выгрузки стекшей мезги
Рис. 10. Схема стекателя, работающего с перемешиванием и подпрес-совыванием мезги:
/ — шнек; 2 — валок; 3 — загрузочный бункер; 4 — звездочка для рыхления мезги; 5 — перфорированный цилиндр; 6 — разгрузочное устройство
перемещении частиц относительно друг друга (рис. 9). В таких стекателях всегда происходит большее или меньшее перетирание частиц мезги, которая находится в состоянии повышенной рыхлости, становится легко проницаемой для сока, но плохо задерживает взвеси, так как не образуется фильтрующий слой или он разрушается в ходе процесса. Эти стекатели обеспечивают сравнительно легкое, быстрое и достаточно полное отделение сусла-самотека;
аппараты, извлекающие самотек при частичном под-прессов ывании и одновременном перемешивании мезги (рис. 10), обеспечивают высокий выход сусла за короткий период времени, но сусло сильно обогащается экстрактивными веществами и взвесями. Такие стекатели (эгут-форы) находят ограниченное применение;
аппараты, совмещающие различные способы
в|ёдействия на
Сусло Т давления
Рис. 11. Схема стекателя, совмещающего различные способы воздействия на мезгу:
/ — приемный бункер; 2 — перфорированная перегородка; 3 — рыхлитель; 4 —- перфорированный цилиндр; 5 — шнек
II фракции). Выход сусла на этих
мезгу (рис. 11), в оп тимальных режимах обеспечивают наилуч шие результаты. Секци- онно-шнековые стека тели этого типа имеют три зоны отделения су сла: зону свободного гравитационного отделе ния без механического воздействия на мезгу (получается сусло-само тек) ; зону рыхления мезги (выделяется сусло I фракции) и зону сла бого давления на мезгу с одновременным ее рых лением (отбирается сусл( стекателях составляет 55—60 дал/т при содержании взвесей 65—95 г/л. и фенольных соединений до 2 г/л.
Извлечение из виноградной мезги' сусла-самотека может быть осуществлено на центрифугах, в частности с. коническим ротором.
Скорость извлечения сусла при центрифугировании мезги значительно выше по сравнению со стеканием и прессованием, особенно в начале процесса, когда отходит до 65—69 % сусла (средний выход сусла при центрифугировании достигает 59,5 дал/т при хороших технологических показателях).
Проводились исследования по применению вакуума в целях интенсификации процесса отекания. Под вакуумом можно отделить от мезги до 90 % свободной части сока в течение 1—2 мин. Полученное в таких условиях сусло содержит не более 11% взвесей, не обогащено фенольными и другими экстрактивными веществами, кислорода в нем в 2—3 раза меньше, чем в сусле, выделенном без вакуумирования. Недостатком этого способа является потеря части ароматических веществ вследствие вспенивания сока. Сам способ не отработан и сопряже:) с дополнительными трудностями: при переработке недостаточно измельченной мезги легко нарушается герметичность и теряется вакуум, при чрезмерном ее измельчении или увеличении толщины слоя происходит быстрое уплотнение мезги, что удлиняет время выделения сока и снижает его выход.
Остающаяся после стекания сусла-самотека мезга называется стекшей. Она представляет собой менее подвижную и более плотную массу по сравнению с исходной «жирной» мезгой. Содержание жидкой фазы в стекшей мезге составляет в среднем 28—30 % мае. Стекшую мезгу прессуют или подвергают иной обработке для выделения всего содержащегося в ней сока.
Относительная илотность р0т стекшей мезги зависит от соотношения в ней твердой и жидкой фаз: ч«м - меньше последней, тем больше рег, тек
й»
1,4
раза по сравнению р,МПат,пг
В ходе стекания и последующего прессования относительная плотность остающейся мезги постепенно увеличивается. Зависимость рот мезги от содержания в ней сока V имеет прямолинейный характер. После выделения из мезги сусла-самотека дальнейшее уменьшение р0т связано с разрушением межклеточных тканей мякоти ягод, не поврежденных при дроблении. Начиная с этого момента прямолинейность p0T=f(V) нарушается.
Плотность (объемная масса) mv стекшей мезги меньше, чем мезги до стекания сусла. Она зависит в основном от содержания в стекшей мезге жидкой фазы, т. е. от полноты стекания. В связи с этим большое значение имеет тип применяемого стекателя. Секционно-шнековые стекатели дают, например, более рыхлую мезгу с меньшим mv по сравнению с ротационными. Сортовые особенности винограда и степень его зрелости в значительной мере определяют ход процесса стекания, но не оказывают заметного влияния на mv. В среднем т„ стекшей мезги, полученной на секционно-шнеко-вом стекателе, составляет 0,9 и на ротационном — 1 т/м3.
ПРЕССОВАНИЕ МЕЗГИ
Для отделения сусла, остающегося в стекшей мезге, применяют прессование, т. е. всестороннее сжатие мезги за счет внешнего давления, создаваемого в специальных механических устройствах — прессах. При прессовании сусло проходит через поры мезги, преодолевая их сопротивление, а твердая масса уплотняется.
В процессе прессования стекшей мезги происходит сближение частиц кожицы и семян под действием сил давления. В начале процесса сок вытекает в основном по каналам между частицами, а с началом деформации самих частиц— также по капиллярам, составляющим их внутреннюю пористую структуру. В общем случае отжим сока идет одновременно как по каналам между частицами, так и по капиллярам внутри частиц.
Процесс отжима сока рассматривают как движение несжимаемой жидкости в деформируемой пористой среде. Экспериментально установлено, что движение жидкости в этом случае носит ламинарный характер.
В процессе прессования получают сусло I, II и III фракции (давления) и выжимки.
Ход процесса прессования виноградной мезги зависит от скорости перемещения сока по дренирующим каналам под действием давления внутри прессуемой массы. Эффективность прессования определяется не только величиной давления и продолжительностью процесса, но и свойствами мезги: площадью сечения и длиной дренажных каналов в ней, реологическими характеристиками, вязкостью сока и др. В связи с этим большое значение имеет способ подготовки сырья перед прессованием. Воздействия, способствующие биологической инактивации клеток ягоды, плазмолизу, нарушению их структуры и т. п., облегчают и ускоряют выделение сока при прессовании в 1,2—*
92
п i v~t л7~ ~
ш\
45 t, мин
Рис. 12. Выход сусла т в зависимости от величины давления р и продолжительности прессования виноградной мезги:
а, б и в — соответственно I, II и III прессования
с
прессованием необработанной мезги.
К таким воздействиям относятся
сульфитация мезги, обработка ее
ферментными препаратами, теплом,
электрическим током, предварительное
подбраживание мезги и др.
При прессовании сусло из мезги выделяется неравномерно (рис. 12): в первый период процесс идет быстро, затем его скорость
резко снижается и остается до конца малой. Выход сусла из мезги, загруженной в пресс, зависит от величины давления на мезгу и последовательности его изменения, продолжительности прессования, толщины слоя и температуры мезги, начального содержания в ней сока, характера клеточной структуры частиц мезги и степени ее разрушения при предварительной обработке. Наиболее существенно он зависит от скорости возрастания удельного давления на мезгу и продолжительности прессования.
Для эффективного извлечения сусла из виноградной мезги прессованием в статических условиях в начале процесса достаточно увеличивать давление в среднем на 6 кПа/мин. В таком режиме прессования за 30 мин извлекается до 80 % сусла от общего его выхода, в полученном сусле содержится не более 100 г/л взвесей. При прессовании свежедробленой мезги прирост удельного давления не должен превышать (в кПа/мин): в начале процесса 30, в середине 130—145, в области докрити-че'ских давлений 1600—2000.
Быстрое наращивание рабочего давления в процессе прессования виноградной мезги недопустимо, так как оно создает местные переуплотнения, вызывает сильные гидравлические удары, увеличивает перепады давления в слоях мезги и на разделяющей перегородке. Все это приводит к разбрызгиванию сусла, обогащению его взвесями и фенольными веществами и в то же время не способствует сокращению общей продолжительности извлечения сусла. Прессование мезги при повышенных темпах роста давления (50— 100 кПа/мин) увеличивает скорость выделения сока в начале процесса, средняя же скорость сокоотдачи за полный цикл прессования оказывается ниже, и сусло обогащается взвесями. При увеличении толщины слоя прессуемой мезги падает относительная скорость сокоотделения и снижается содержание взвесей в сусле.
В процессе прессования сечение пор мезги уменьшается и сопротивление их прохождению сусла увеличивается. В связи с этим стремятся уменьшить толщину слоя и объем отжимаемой массы и принимают меры для периодического или непрерывного устранения переуплотнения твердых частиц мезги. Эффсктив-
93
Ш^ШШШШ^Щ^
ис.
13. Схема прессов, работающих
без перемещения мезги по дренирующей
поверхности: а — корзиночный
пресс верхнего давления',
б — горизонтальный пневматический
пресс
Рис. 14. Схема шнекового пресса, обеспечивающего перемещение мезги по дренирующей поверхности с одновременным сжатием
Сусло
ность прессования особенно повышается при рыхлении мезги. Периодическое ее перемешивание способствует более быстрому извлечению сока, сокращает продолжительность процесса, по-, вышает выходы сусла. Химический состав сусла при этом изменяется незначительно, но содержание взвесей увеличивается на 20-25%.
Интенсивное или продолжительное рыхление способствует более полному извлечению сока из мезги при меньших величинах прессующего давления, ускоряет процесс, но приводит к значительному увеличению количества взвесей в сусле и заметному ухудшению его технологических свойств.
Способ прессования в динамических условиях в режиме постепенно возрастающего удельного давления наиболее приемлем для переработки стекшей мезги, из которой предварительно отобрано не менее половины содержащегося в ней сока.
Прессование виноградной мезги осуществляют на виноградных прессах, разнообразных по принципу действия рабочих органов и конструкции, двумя способами: изменением объема мезги под действием силы Р без перемещения мезги по отношению к дренирующей поверхности (рис. 13) и изменением объема мезги при ее перемещении по отношению к дренирующей поверхности с помощью шнека, имеющего переменный шаг (рис. 14).
Независимо от принципа работы прессов процесс прессования всегда сопровождается деформацией и разрывом твердых ча-94
стиц мезги, что способствует переходу в жидкую фазу растворимых компонентов, содержащихся в кожице и семенах. В зависимости от типа пресса и режима его работы сусло в большей или меньшей мере обогащается веществами, переходящими из кожицы и семян, а также взвесями. В одних случаях, например при получении высокоэкстрактивных вин типа кагора, портвейна, мадеры, это допустимо или желательно, в других, например при получении белых столовых вин и шампанских виноматериалов, должно быть сведено к минимуму. Поэтому тот или иной тип пресса выбирают в зависимости от конкретных условий и технологических требований.
Прессование мезги без ее перемещения по отношению к дренирующей поверхности осуществляется в корзиночных прессах периодического действия. При прессовании на этих прессах мезги или целых гроздей в нормальном режиме процесс проходит в мягких механических условиях, кожица ягод деформируется незначительно, семена не дробятся. Основной недостаток прессов периодического действия — их малая производительность.
На прессах периодического действия получают сусло доста^ точно высокого качества при соблюдении следующих технологических требований: начальная толщина слоя прессуемой мезги должна быть не более 1,2 м; прессование начинают немедленно после загрузки пресса; давление увеличивают постепенно, каждый раз давая стечь основной массе сусла; после резкого падения скорости отделения сусла давление снимают и проводят равномерное рыхление (перелопачивание) недожатой мезги. За полный цикл прессования делают не менее двух рыхлений мезги. В результате такого прессования получают обычно три фракции прессового сусла: I, II и III давлений.
В шнеков ых прессах непрерывного действия изменяется объем мезги при одновременном перемещении ее по отношению к дренирующей поверхности. Эти прессы, получившие в винодельческой промышленности наиболее широкое распространение, высокопроизводительны, компактны, удобны в эксплуатации и хорошо комплектуются с другим оборудованием. Однако в них мезга подвержена наиболее интенсивным механическим воздействиям. В процессе прессования твердые частицы мезги сильно деформируются, кожица частично разрывается и перетирается, отдельные семена могут дробиться вследствие сильного трения мезги о поверхности рабочих органов. При таких условиях получаемое сусло интенсивно обогащается фенольными и азотистыми веществами, железом, а также содержит много взвесей. Поэтому шнековые прессы можно использовать для отжатия сусла только в том случае, если из него планируется готовить вина, в которых допустимо или желательно повышенйое содержание полифенолов и других экстрактивных веществ,
95
'. / . ;- м ' !>' niiiiiH <&1 'М'М : ' i 1 ■
Более высокое качество сусла обеспечивается при прессовании гроздей или мезги в тонком слое на ленточных прессах непрерывного действия, в которых сжатие происходит в клиновом зазоре между двумя эластичными перфорированными бесконечными лентами при их вращении на барабанах.
Иногда на винодельческих предприятиях применяют одновременно прессы различных типов: для первого прессования — корзиночные прессы, обеспечивающие высокое качество сусла для получения столовых вин, а для последующих прессований при высоких уровнях давления — шнековые прессы, сусло с которых используют для получения крепленых виноматериалов.
Распространены также схемы, предусматривающие отделение всего высококачественного сусла на секционно-шнековых стекателях с последующим окончательным прессованием стекшей мезги на шнековых прессах непрерывного действия. В этом случае обеспечивается высокая производительность и получаются отдельные фракции сусла для шампанских виноматериалов или столовых марочных вин, а также ординарных столовых вин и крепленых виноматериалов.
Выходы отдельных фракций прессового сусла зависят от количества сусла-самотека, отделяемого перед прессованием, механического состава гроздей перерабатываемого винограда и типа применяемого пресса. При технологических расчетах принимают следующие средние объемные количества отдельных фракций сусла от общего его выхода из 1 т винограда (в %): I давления — 27, II — 11, III — 4.
Прессовое сусло по своему химическому составу и технологическим свойствам отличается от сусла-самотека. Оно содержит меньше сахара, больше фенольных и азотистых веществ. Прессовое сусло I давления используют частично или полностью для получения марочных вин. Сусло II и частично I давления идет на ординарные столовые и крепленые вина. Сусло III давления, имеющее наиболее низкое качество, используют в производстве ординарных крепких вин.
Выжимки, остающиеся после выделения из мезги сусла прессованием, состоят в основном из кожицы и семян виноградных ягод. Содержание сока в выжимках зависит от величины прессующего давления и продолжительности прессования.
Выход выжимок с гребнями зависит от типа применяемого пресса и в среднем составляет (в % от массы перерабатываемого винограда): для прессов непрерывного действия 13—15 и периодического действия 17—21. В выжимках, получаемых при переработке винограда с отделением гребней, в среднем содержится (в %): кожицы ягод 65, семян 32, обрывков гребней 3.
Хорошо отпрессованные выжимки представляют собой рыхлую массу, легко рассыпающуюся и не оставляющую следов капель после сильного сжатия в руке.
96
Выжимки по сравнению с мезгой имеют значительно меньшую величину mv, которая практически зависит от степени отжатая, т. е. от влажности. Величина mv хорошо отжатых выжимок (влажностью около 50 %) у белых винных сортов винограда составляет в среднем 0,51—0,52 т/и3. Для выжи-ыок с очень малым содержанием сока величины углов скольжения ср и коэффициента трения f имеют большее значение, чем у жирной и стекшей мезги, а их зависимость от материала поверхности становится несущественной. Различия Ф и / для выжимок зависят не только от микрорельефа поверхности скольжения, но и от смачивания се соком и характера когезионного отрыва частиц друг от друга.
Виноградные выжимки — ценный вторичный продукт виноделия. Они поступают на специальную переработку для получения спирта и виннокислотного сырья.
ОСВЕТЛЕНИЕ СУСЛА
Осветление сусла проводят с целью удаления из него загрязняющих примесей, частиц виноградной грозди, а также дикой микрофлоры. Вместе с твердыми мутящими частицами отделяются сорбированные на них ферменты, что способствует уменьшению окисления сусла. От полноты осветления сусла в значительной мере зависит качество будущего вина. В частности, осветление сусла положительно влияет на ход брожения и формирование букета. Вина, получаемые из хорошо осветленного сусла, имеют более гармоничный вкус, развитый аромат, отличаются лучшей прозрачностью и стабильностью.
Хорошее осветление сусла создает благоприятные условия для медленного брожения и более полного сохранения ароматических веществ, переходящих из винограда и возникающих во время брожения. Поэтому, чем выше температура брожения, тем меньше взвесей должно содержать сусло.
Полное осветление сусла не всегда является необходимым. В сусле, направляемом на брожение, допускается содержание 2—5 % взвесей.
В зависимости от назначения получаемого виноматериала и конкретных технологических условий в винодельческой промышленности применяют различные способы осветления сусла: отстаивание, центрифугирование, электросепарирование (электрофлотацию) и др.
Отстаивание является основным и наиболее широко применяемым способом осветления сусла перед брожением. Оно обеспечивает многосторонний технологический эффект и приводит к формированию свойств сусла, наиболее благоприятных для получения высококачественных вин.
Осветление сусла в процессе отстаивания основано на способности дисперсных систем разделяться на составные фазы в поле сил тяжести. При отстаивании оседают содержащиеся в сусле взвеси, а также дополнительно образующиеся осадки
4 Заказ ,4» 1927 97
нерастворимых соединений, от которых осветленную часть сусла отделяют декантацией.
Отстаивание виноградного сусла сопровождается физическими процессами, связанными с адгезией, флокуляцией, седиментацией, а также биохимическими превращениями, обусловливающими ферментацию сусла, при которой проходят окислительные и другие химические реакции. Все эти реакции приводят к образованию соединений, выпадающих в осадок, что способствует лучшему осветлению сусла.
Таким образом, отстаивание как технологический процесс имеет своей целью не только осветление, но и созревание сусла и удаление из него значительной части нежелательной микрофлоры.
Физические процессы, протекающие при отстаивании сусла, сводятся к гравитационному разделению жидкой и твердой фаз. Скорость этих процессов зависит от сопротивления жидкой среды движению в ней твердого тела, т. е. от физических свойств суспензии и размеров твердых частиц.
Размеры оседающих частиц можно определить по кривым их распределения в сусле и виноматериалах, построенным на основе замера оптической плотности системы при седимента-ционном анализе. На рис. 15 показана такая кривая, полученная для сусла сорта Алиготе, содержащего около 10 % твердых частиц. При этом идет свободное осаждение частиц. Когда содержание твердой фазы в осветляемой жидкости становится больше 10 %, сами взвешенные частицы начинают препятствовать седиментации. В таком случае происходит так называемое стесненное осаждение, при котором скорость осаждения меньше, так как она зависит не только от величины частиц и силы тяжести, но и от их концентрации. Например, при концентрации твердой фазы 10 % скорость стесненного осаждения в 2 раза меньше, чем свободного, а при концентрации твердой фазы 25 % — почти в 6 раз меньше. Скорость стесненного осаждения
Ч» = vo [ V^25C^C^- 4,5C0],
где v0 — скорость свободного осаждения, м/с; С0 — концентрация частиц в суспензии, кг/м3.
Биохимические процессы, проходящие при отстаивании, существенно влияют на качество и формирование технологических свойств сусла. В результате биокаталитического действия о-дифенолоксидазы, содержащейся в виноградном сусле, в присутствии растворенного кислорода протекают окислительные реакции. Содержание в сусле о-дифенолоксидазы колеблется в широких пределах в зависимости от сорта винограда, поэтому скорость окисления компонентов сусла, полученного из ягод винограда разных сортов, неодинакова. 98
В созревании сусла участвуют также С,% пектолитические и протеолитические фер- 1Z5\\ менты. В результате изменяется химиче- ' ч ский состав- сусла: накапливаются продукты окисления фенольных соединений, уменьшается количество белкового и общего азота, протопектин превращается в пектин, коагулируют и выпадают в осадок высокомолекулярные соединения и коллоиды.
Распределение виноградном
Рис. 15. частиц в сусле
Большое значение при отстаивании сусла имеет взаимодействие фенольных и азотистых веществ, в результате чего образуются нерастворимые танаты, которые коагулируют и увлекают в осадок более мелкие частицы, а также клетки дрожжей и других микроорганизмов, что обеспечивает благоприятные условия для последующего брожения сусла на дрожжах чистой культуры.
После отстаивания и ферментации изменяются цвет, аромат и вкус сусла. Цвет становится более темным с желто-коричневыми тонами, аромат усиливается, вкус приобретает зрелость и специфику, свойственную сорту винограда.
При переработке плесневелого винограда получается сусло с большим содержанием окислительных ферментов, в присутствии которых окислительные процессы проходят более глубоко и с большей скоростью. Такое сусло вскоре теряет свои нормальные качества, буреет, и в вине развивается порок — окси-дазный касс. В этих случаях применяют специальные технологические приемы, направленные на подавление окислительных процессов, и сокращают продолжительность отстаивания.
Продолжительность процесса зависит от назначения и состава сусла, содержания в нем взвесей и микроорганизмов и колеблется от 14 до 24 ч. В большинстве случаев достаточное осветление и ферментация сусла обеспечиваются за 14—16 ч.
Одно из основных технологических условий нормального осветления сусла при отстаивании — исключение его забражива-ния. Выделение из сусла диоксида углерода даже в незначительном количестве в самом начале забраживания приводит к фиксации мельчайших газовых пузырьков на поверхности взвешенных в сусле частиц и препятствует их осаждению. Для предупреждения забраживания сусла применяют сульфитацию, охлаждение перед отстаиванием или комбинацию этих двух приемов.
Применение сульфитации для предупреждения забражива ния сусла во время отстаивания основано на способности S02 (диоксида серы) угнетать жизнедеятельность микроорганиз мов, в том числе дрожжей. 4* 99
Диоксид серы в сусле или вине находится в четырех формах: газообразного S02, недиссоциированной сернистой кислоты H2S03, ионов бисульфита HS03_ и сульфита S032~. Наибольшей антимикробной активностью обладает недиссоциированная форма сернистой кислоты, меньшей — S02 и HS03-. Содержание этих активных форм в сульфитированном сусле или вине увеличивается с уменьшением рН, но всегда составляет небольшую часть от общего количества сернистой кислоты. Поэтому в высококислотных сусле и вине токсическое действие сернистой кислоты при прочих равных условиях проявляется сильнее.
Помимо угнетения микроорганизмов сернистая кислота подавляет действие окислительных ферментов в сусле. Наряду с этим она обладает восстанавливающими свойствами и понижает окислительно-восстановительный потенциал. Сернистая кислота легко окисляется кислородом в серную, в результате чего предохраняются от окисления составные части сусла и вина.
Опытные данные М. А. Герасимова показывают, что свободная сернистая кислота удерживается в сусле в незначительном количестве —• всего 12—17 мг/л. Некоторая часть свободной сернистой кислоты окисляется в серную, но наибольшее ее количество вступает в химическое взаимодействие с компонентами сусла и переходит в связанное состояние. Поэтому в продуктах виноделия сернистая кислота содержится всегда в двух формах: свободной и связанной, каждая из которых имеет определенные физико-химические, химические и биологические свойства.
Связанная форма сернистой кислоты составляет 80—90%. В виноградном сусле она представлена в основном глюкозо- и альдегидсернистой кислотами. В внноматериалах преобладают соединения SO2 с уксусным альдегидом и кетокислотами. Способностью активно связывать SO2 обладают также уроновые кислоты, арабиноза, ксилоза, рамноза и отдельные анто-цианы, но их роль несущественна в связи с малой концентрацией этих веществ в сусле и вине. Сахара участвуют в реакции соединения с сернистой кислотой своей открытой формой. Реакция проходит по следующей схеме:
S02OH
/
R — СН = О + HS02OH ^ R — СН
Образовавшееся соединение диссоциирует по уравнению
S02OH S04
/ /
R—СН i: R-CH -+-H-,
\ \
OH OH
Состояние равновесия этих реакций зависит по закону действующих масс от концентрации связывающего компонента (альдегидов, Сахаров), сернистой кислоты, водородных ионов и температуры. С повышением рН количество связанных форм S02 уменьшается.
В настоящее время ия сульфитации применяют сжиженный диоксид серы, который вводят в сусло в определенном количе-100
стве. Дозировка SO2 зависит от качества перерабатываемого винограда, назначения сусла, его состава и содержания в нем микроорганизмов.
При переработке здорового, кондиционного винограда доза S02 при отстаивании сусла не превышает 120 мг/л. При более высоких дозировках S02 (порядка 120—150 мг/л) увеличивается образование альдегидсернистой кислоты при последующем брожении сусла. В дальнейшем во время выдержки вина уменьшается содержание в нем свободной сернистой кислоты и происходит распад альдегидсернистой. В результате освобождаются альдегиды и повышается их содержание в вине, что отрицательно сказывается на качестве белых столовых вин и шампанских виноматериалов. Поэтому при отстаивании сусла, идущего на приготовление этих вин, желательны низкие дозировки S02 (50—75 мг/л), не оказывающие существенного влияния на образование альдегидов. Большое количество S02 вводят только в исключительных случаях, когда сусло получено из гнилого винограда и содержит много окислительных ферментов, которые необходимо инактивировать.
Сусло из высококачественных сортов винограда, предназначенное для получения марочных столовых вин и шампанских виноматериалов, отстаивают в течение 14—16 ч после предварительного охлаждения до 10—12 °С и сульфитации из расчета 50—75 мг/л S02.
Сусло сульфитируют перед отстаиванием, используя суль-фитодозирующие аппараты. Сульфитодозаторы обеспечивают дозирование заданных количеств жидкого или газообразного S02. Газообразный диоксид серы вводят непосредственно в поток сусла, а жидкий — в смеситель, где он смешивается с суслом за счет турбулентного потока. Сульфитодозаторы могут работать в режимах дистанционного и автоматического управления с насосами различной подачи при погрешности дозирования в пределах 5—7 %.
При сульфитации сусла раствором S02 заранее готовят концентрированный раствор, который затем вводят в отстойные резервуары в строго определенном количестве по расчету. При этом в основной массе сусла, поступающего на отстаивание, после заполнения резервуара на 90 % его общей вместимости должно быть точно обеспечено нужное содержание S02. После заполнения резервуара сусло тщательно перемешивают для равномерного распределения 502.
В случае получения малоокисленных виноматериалов из сусла при отстаивании удаляют окислительные ферменты. Для этого в него вводят дисперсные минералы, эффективно сорбирующие ферменты, например 'бентонит. В результате ускоряется и улучшается осветление, уменьшается содержание в сусле азотистых веществ. Добавление к суслу дисперсных минералов дает особенно хороший технологический эффект при перера-
'■■- 101
ботке винограда, пораженного серой гнилью, когда необходимо удалить большое количество окислительных ферментов. Дозировки бентонита в этом случае колеблются от 1 до 3 г/л в зависимости от количества оксидазы в сусле. Бентонит и другие дисперсные минералы сорбируют ферменты и вместе с ними оседают на дно отстойных резервуаров. Инактивации ферментов при этом не происходит, поэтому осветленное сусло необходимо возможно быстрее и тщательнее отделять от выпавших осадков, чтобы окислительные ферменты вновь не перешли в сусло. При добавлении к суслу дисперсных минералов можно уменьшить дозировку SO2. Например, по подавлению окислительных процессов в виноградном сусле 2 г/л бентонита и 60 мг/л S02 эквивалентны 100 мг/л SO2.
Внося в сусло одновременно с бентонитом небольшое количество синтетических полиэлектролитов-флокулянтов, можно значительно увеличить скорость осаждения. Применение дисперсных минералов и флокулянтов особенно эффективно для ускорения осаждения наиболее мелких частиц, содержащихся в сусле. Время осветления сусла сокращается до 2—6 ч в случае применения полиоксиэтилена, полиакриламида, ферментных препаратов. При этом обеспечивается более быстрое выв'е-дение из мутного сусла взвесей с адсорбированными на них окислительными ферментами и дикой микрофлорой, что способствует улучшению качества осветленного сусла и получаемого из него вина. Время отстаивания сокращается, а выход осветленной части сусла увеличивается, если перед отстаиванием сусло кратковременно выдержать с коллоидным раствором S1O2 и желатином.
Отстаивание сусла проводят в основном в отстойниках периодического действия: деревянных, железобетонных, металлических. Вместимость отстойных резервуаров не должна быть очень большой, чтобы обеспечивалось достаточно быстрое их заполнение поступающим суслом, создавались благоприятные условия для процесса осаждения и упрощалось обслуживание. Рабочую вместимость каждого отстойного резервуара принимают обычно с таким расчетом, чтобы он заполнялся суслом за 2—3 ч.
Если осветленное сусло располагается слоем высотой Я0, то производительность отстойного резервуара (в м3/ч) выразится уравнением П— =FMt, где F0 — площадь свободной поверхности отстойника, м2; /г0 —высота слоя сусла в отстойнике, м; t — время отстаивания, ч. Поскольку продолжительность отстаивания t при заданной высоте слоя светлой жидкости /г0 зависит от скорости осаждения va (t=h0/3600v0), то Я=3600/:>о- Таким образом, производительность отстойника зависит не от его высоты в явном виде, а только от скорости осаждения взвешенных частиц и площади свободной поверхности отстойника. Однако для уменьшения общей продолжительности отстаивания и лучшего уплотнения выпадающих осадков желательно, чтобы рабочая высота отстойных резервуаров для сусла не превышала 2,5—3 м.
102
После окончание ; процесса отстаивания осветленное сусло снимают с оеадка (декантируют) и перекачивают в емкости или специальные бродильные аппараты для последующего брожения. При этом контролируют прозрачность сусла по стеклянному отрезку винопровода и не допускают попадания гущи в осветленное сусло.
Осветление сусла в отстой ных резервуарах — процесс малопроизводительный. Ему присущи все недостатки пери одических технологических про цессов. На крупных винзаводах требуется большое количество 'отстойных резервуаров, услож няется их обслуживание, зани маются значительные производ ственные площади.
Применение отстойников-осветлителей непрерывного дей- Рис 16 Схема аппарата для ос. ствия дает удовлетворительный ветления сусла в потоке:
результат При ОДНОВреМеННОЙ /-корпус; 2-нижний ввод; 3 —
обработке сусла бентонитом и ^°ея ™Га?Ч- вИ ™~bS другими дисперсными минера- ^ХТ^~Те™,, °T*;co^HP„e:
ЛаМИ, Обладающими ДОСТаТОЧНО тельная коммуникация; 9 — отвод
эффективными сорбирующими осадка свойствами к взвесям.
Аппарат для осветления виноградного сусла в потоке (рис. 16) работает по принципу стесненного осаждения частиц. В нем жидкость движется снизу вверх, скорость ее меньше скорости свободного осаждения частиц. Осветление сусла в таком аппарате проходит во взвешенной среде осадка. В нижней зоне аппарата, где концентрация взвесей значительна, образуется как бы «облако» частиц, которое способствует захвату и удержанию более мелких частиц, интенсифицирует их коагуляцию и увеличивает скорость осаждения суспензии.
Сусло или виноматериал, смешанные с осветляющими веществами, через патрубок 2 непрерывно подают в аппарат в зону коагуляции. В аппарате происходит стесненное осаждение взвеси и образуется взвешенно-контактный слой осадков с границей раздела осветленной жидкости и суспензии. Проходя через этот слой, сусло осветляется и поступает в сборник 5. Избыточный осадок из взвешенно-контактного слоч отводится
103
в осадкоуплотнитель через трубу 4. После уплотнения осадок удаляют через отвод 9. Осветленное сусло непрерывно отбирают через трубу 8 и выводят из аппарата через отвод 6.
Скорость потока в аппарате устанавливают в зависимости от физических свойств осветляемого материала. По опытным данным, продолжительность процесса осветления составляет 3—4 ч, если объемная концентрация взвешенно-контактного слоя 0,148—0,156 % и скорость восходящего потока в зоне коагулирования 0,3—0,9 мм/с.
В результате отстаивания получают два полупродукта: осветленное сусло и сусловую гущу. Осветленное сусло поступает на брожение, а сусловая гуща — в обработку. В зависимости от сорта, степени зрелости и состояния винограда (отсутствия или наличия повреждений вредителями, болезнями, гнилью и др.) содержание гущи составляет 15—25 % объема сусла, поступившего на отстаивание. Гущи может быть больше, если раздавливание ягод и отделение гребней проводят на дробилках ударно-центробежного типа, работающих в форсированном режиме. При правильном проведении отстаивания уплотненный осадок обычно составляет 6 % объема сусла, а отношение твердой и жидкой фаз в гуще — 1:2.
Центрифугирование для осветления сусла перед брожением применяют значительно реже отстаивания, в основном в тех случая, когда по технологическим условиям исключается возможность сульфитации, например в производстве коньячных виноматериалов.
В отличие от отстаивания, при котором помимо осветления происходят ферментация и созревание сусла, центрифугирование обеспечивает только отделение взвесей.
Технологически эффективное осветление сусла может быть достигнуто только при правильном выборе типа центрифуги и режима ее работы.
Наилучшие результаты получают при применении центрифуг герметического и полузакрытого типа, работающих в атмосфере инертных газов.
Выбирая центрифуги для осветления виноградного сусла, необходимо учитывать количество, гранулометрические характеристики и физические свойства взвесей и получаемых осадков. Совокупность этих факторов принято характеризовать величиной разделяемости гетерогенной системы Y — мерой способности смеси к выделению осадка в силовом поле. Для вычисления Y виноградного сусла Э. С. Гореньковым предложена следующая эмпирическая формула: У = (0,17/С — 0,0025)d32, где С —содержание сахара, г на 100 мл; da — эквивалентный диаметр частиц, мкм.
При обработке сусел с большим содержанием дисперсной фазы (сусловые гущевые осадки, сусло, полученное на шнеко-вых стекателях и прессах, с содержанием дисперсной фазы 104
больше 5—8%) между логарифмом средней скорости выхода фугата и продолжительностью центрифугирования существует прямолинейная зависимость. Полноту выхода фугата при данных условиях центрифугирования характеризует эмпирический коэффициент Кг, величина которого зависит от фактора разделения Fr и вида обрабатываемого материала (табл. 5).
Зная величины К\ для виноградных сусел и осадков вино-материалов, можно определить количество осветленного продукта, получаемого в результате центрифугирования с различными факторами разделения. Величина коэффициента выхода фугата для одного и того же фактора разделения зависит от вида обрабатываемого продукта. Например, при Fr = 999 величина К\ для виноградных сусел лежит в пределах 0,70—0,72.
Таблица 5
Обрабатываемый материал |
Значение коэффициента К, при факторе разделения Fr |
|||
444 |
999 |
1776 |
2775 |
|
Сусло сорта Алиготе 0,50 0,70 0,90 1,00
Сусло сорта Кумшацкий 0,53 0,72 0,88 0,98
Осадок виноматеоиала портвейна бе- 0,70 0,78 0,88 0,95
лого
Осадок виноматериала вермута 0,66 0,77 0,87 0,94
В процессе центрифугирования виноградного сусла с большим содержанием взвесей максимальный выход фугата достигается при Fr = 2775 и продолжительности процесса 8 мин. При меньших величинах фактора разделения полный выход фугата не обеспечивается даже в случае продолжительного ведения процесса.
Электросепарирование, или электрофлотация,— способ осветления сусла в потоке, основанный на прохождении через слой сусла пузырьков водорода, образующихся в результате электролиза воды, содержащейся в сусле, при напряжении электрического тока 20—30 В. Твердые частицы, взвешенные в сусле, прилипают к пузырькам и всплывают вместе с ними на поверхность, образуя плотную шапку, которую удаляют.
Процесс осуществляют в потоке, пропуская загрязненное сусло через специальный аппарат — электросепаратор.
Электросепарация обеспечивает достаточно полное осветление сусла и предохраняет его от окисления кислородом воздуха, но производительность процесса невелика.
105
ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ВИНОГРАДА
Качество вина и эффективность винодельческого производства зависят не только от применяемой технологии и режимов отдельных операций, но и от их взаимосвязи и последовательности по ходу производственного процесса, от применяемого технологического оборудования и его компоновки. Для каждого вида продукта эти условия определяются технологическими схемами. Помимо последовательности технологических операций, через которые проходит сырье в процессе превращения его в готовый продукт, на технологической схеме указывают вспомогательные материалы, вводимые в производство, получаемые полупродукты, оборудование, применяемое для выполнения отдельных операций, и компоновку этого оборудования. Технологические схемы непрерывно совершенствуются, в них вводятся новые процессы, более совершенное оборудование, современные средства автоматического контроля и регулирования.
При получении виноматериалов для вина одного и того же типа могут применяться один или несколько способов и соответственно одна или несколько технологических схем. В настоящее время разработан ряд рациональных технологических схем для производства различных вин и других продуктов виноделия. Эти схемы имеют типовое аппаратурное оформление и обеспечивают переработку винограда на виноматериалы в соответствии с требованиями действующих технологических инструкций.
С технологическими схемами производства отдельных продуктов виноделия, их обоснованием и построением, использованием при проектировании предприятий винодельческой промышленности студенты подробно знакомятся на лабораторном практикуме по курсу технологии вина, в курсе «Основы проектирования предприятий винодельческой промышленности» и при выполнении курсовых и дипломных проектов.
Для переработки винограда по этим схемам применяют поточные линии ВПЛ, на которых проводят следующие технологические операции: дробление (раздавливание) ягод и отделение гребней, выделение на стекателях из мезги сусла-самотека и сусла I фракции, отделение следующих фракций сусла на дожимочных прессах.
Линии ВПЛ выпускаются промышленностью в различных по назначению и производительности вариантах: ВП1Л-10К и ВПЛ-20К для переработки винограда на высококачественные белые столовые вина и шампанские виноматериалы; ВПЛ-10, ВПЛ-20МЗ, ВПЛ-ЗОЕЗ и ВПЛ-50 для белых ординарных вин; ВПКС-10А для красных столовых вин; ВПЛ-10К Для белых и красных крепленых вин,
106
ТёЩЬлогическая схема получения виноматериалов для столовых вин
Приемка винограда на переработку (взвешивание, отбор средней пробы, разгрузка в приемные бункера)
1 Раздавливание ягод с отделением гребней
