Центрифугирование вин

Использование центробежных осветлителей в технике обработки вин началось сравнительно недавно, хотя первые исследования этого способа, которые провел Аструк, относятся к 1928 г. Некоторые из его экспериментов предвещали этому способу блестящее будущее. Если некоторые авторы не получили благоприятных результатов, констатируя снижение вкусовых качеств, то это Обусловлено тем, что первые опыты проводились на аппаратах, имеющих доступ воздуха.
В последующие годы этот способ стал намного более совершенным, главным образом благодаря созданию центробежных осветлителей, работающих совершенно без доступа воздуха, и начал широко применяться на установках, обрабатывающих большие количества виноматериалов. Энологические. исследования, расширяющие область применения центробежных осветлителей, провели Бремон (1955), Хаусхофер (1958), Сажэ (1965), Шопфер (1969), Шеффер и сотрудники (1970), Троост (1972), Коссон (1973).

Центробежная сила

Естественное разделение взвешенных частиц в вине осуществляется самопроизвольно в зависимости от характеристики их путем осаждения в виде наложенных один на другой слоев. Скорость падения частиц пропорциональна квадрату их диаметра и разности между удельной массой их и удельной массой жидкости и обратно пропорциональна вязкости среды. Цель осветления путем центрифугирования — ускорить выпадение взвешенных частиц в осадок и обеспечить быструю декантацию. Известно, что если какое-либо тело вращать с большой частотой вокруг оси, создается сила, которая стремится удалить это тело от центра вращения. Сила тяжести тела возрастает пропорционально квадрату скорости и прямо пропорционально радиусу вращения. Нормальное ускорение силы тяжести g (которое направлено вертикально) заменяют ускорением, где ω — скорость, r — радиус, которое в центробежных аппаратах действует в горизонтальной плоскости. Отношение ускорения центробежного разделения к ускорению свободного падения под действием силы тяжести равно. Центробежная сила, развиваемая в корпусе центрифуги при частоте вращения 4000 или 5000 об/мин, соответствует нескольким тысячам g.
Другими словами, центрифугирование обеспечивает в течение нескольких мгновений осаждение посторонних частиц или микроорганизмов, которые имеют более высокую плотность, в результате повышения в несколько тысяч раз их массы или, точнее, разности между плотностью частицы и плотностью жидкости. В винных емкостях высота падения, которую должны проходить частицы, очень велика. В центробежных аппаратах она сведена к минимуму. В конечном счете, за несколько секунд происходит разделение, которое потребовало бы нескольких дней или недель отстаивания при самопроизвольном осаждении. Аппараты проектируют так, чтобы одновременно осуществлялась и декантация. Жидкость входит в осветлитель мутной и выходит из него очищенной от взвешенных примесей и загрязнений.

Типы применяемых центрифуг

Известны три типа центрифуг: осветлители с камерами для осадка, осветлители с самоочисткой, осветлители герметические.
Рабочий орган центрифуги, в котором происходит осветление, называется корпусом. Осветлители классического типа, работающие периодически, имеют корпус, разделенный по вертикали раструбами кольцевых концентрических цилиндров, в которых осветляемое вино циркулирует снизу вверх и сверху вниз, из внутренней части корпуса к наружной (рис. 6.27). Жидкость находится под действием всевозрастающей центробежной силы на всем своем пути в корпусе (при удалении от оси радиус возрастает) и освобождается от все более и более мелких и легких элементов. Камеры размещены с таким расчетом, чтобы наиболее удаленная от центра корпуса камера заполнялась лишь после того, как будут заполнены все другие внутренние камеры.  

Рис. 6.27. Схема центрифуги, работающей в периодическом режиме; корпус имеет камеры для осадка.           

При этом эффект осветления остается постоянным, а пропускная способность не изменяется, пока не произойдет полное заполнение всех камер корпуса. Начиная с этого момента осветление прекращается. Нужно остановить корпус, открыть его и удалить образовавшийся осадок.
Крупные центрифуги имеют производительность до 60 гл/ч, вместимость их камер для осадка равна 65 л. Такая вместимость определяет объемы обработки и частоту разгрузки. Чем больше примесей содержит жидкость, тем быстрее забивается корпус. Центрифуги удобны для осветления вин, но не подходят для очистки сусел, слишком насыщенных твердыми веществами.

Рис. 6.28. Схема центрифуги, работающей в непрерывном режиме; корпус имеет автоматически открывающееся отверстие для периодического извлечения осадка.

В осветлителях, работающих на принципе самоочистки (автодебурбаж) в непрерывном режиме, корпус оборудован тарелками, которые разделяют жидкость на большое число тонких слоев, в результате чего сокращается пробег твердых частиц и усиливается эффект осветления. Угол наклона тарелок обеспечивает скольжение осаждающихся частиц в камеру для осадка (рис. 6.28). Когда она забивается, начинается удаление шлама. Такая очистка регулируется электрическим клапаном, который связан с программатором, действующим через установленные промежутки времени, или нефелометром, контролирующим прозрачность на выходе из осветлителя, или, наконец, механизмом обнаружения забивания корпуса. Осадок удаляется полностью в результате давления воды.
Герметические осветлители ничем не отличаются от описанных выше аппаратов, но, будучи совершенно непроницаемыми для воздуха, они обеспечивают осветление вин, насыщенных углекислотой, и приемлемы для обработки игристых вин.
Все эти осветлители включают аппараты контроля, манометры, расходомеры, тахометры, предназначенные для регулировки и обеспечивающие нормальную работу их.

Техника центрифугирования

В настоящее время центрифугирование применяют в различных целях. Оно особенно эффективно в тех случаях, когда нельзя применить непосредственно фильтрацию.
1. Для очистки сусел сразу же после прессования. Таким путем получают непосредственно и без задержек чистое сусло, свободное от загрязнений и примесей.

1. Для очистки от дрожжей во время брожения. Если бродящее сусло центрифугировать в момент, когда в нем образовалось 5—6% об. спирта, и если в этот момент удалить часть дрожжей, то получают замедленное завершение брожения, так как происходит обеднение среды азотом.

Новое центрифугирование в момент, когда в вине еще остается намеченное количество сахара, делает вино окончательно стабильным, пригодным для хранения с низкой концентрацией свободного сернистого ангидрида.

1. Для очистки от дрожжей и осветления в конце брожения или после сульфитирования при выработке сладких вин. Преимущество этого способа заключается в том, что он обеспечивает удаление большей части дрожжей, облегчая таким путем сульфитацию, уменьшение связывания сернистого ангидрида и немедленное получение почти прозрачного молодого вина, которое можно осветлить полностью путем фильтрации. Фактически центрифугирование позволяет немедленно переходить к фильтрации, тогда как в обычных условиях фильтровать молодое вино можно только после нескольких недель отстаивания. Использование центробежных осветлителей периодического действия возможно до тех пор, пока концентрация взвешенных частиц в жидкости не превышает 1% (выраженного в сухой массе).

Авторы провели много опытов по подсчету количества удаляемых дрожжевых клеток. В табл. 6.13 приведены результаты одного из опытов по зависимости скорости фильтрации вина от концентрации дрожжей.

Таблица 6.13
Помутнения и число дрожжевых клеток в зависимости от центрифугирования (по данным Мандро, 1973)

Удаление дрожжей бывает значительным даже при повышенной пропускной способности, так как удаляется 99,33% дрожжевых клеток. Эти цифры подтверждаются многочисленными опытами. Внесенный каолин или диатомит не способствует удалению дрожжей и не улучшает осветления.
Когда обрабатывают вина, содержащие меньшие концентрации дрожжей, используя аппараты с высокими частотами вращения (примерно 6000 об/мин) при производительности 20 гл/ч, то получают очень малые концентрации дрожжей, которые могут быть меньше обычно получаемых при фильтровании. Например, когда после фильтрации на диатомитовых пластинах осталось 2300 дрожжей на 1 см³ и после второй фильтрации на целлюлозно-асбестовых пластинах 500 дрожжевых клеток, после центрифугирования количество дрожжевых клеток сразу же понизилось до 250 на 1 см³. После предварительной оклейки и добавления бентонита эффективность центрифугирования не повышается.
Таким путем дрожжи удаляются лучше, чем при промышленном фильтровании, но в то же время не следует рассчитывать на стерилизацию жидкости даже с помощью суперцентрифуг, имеющих частоту вращения 15000—20 000 об/мин. Бактерии малых размеров удаляются намного лучше, чем дрожжи.
При использовании центробежных: осветлителей отмечают два факта, которые кажутся противоречивыми один другому: а) прозрачность, получаемая: путем прямого центрифугирования, намного ниже той, которая получается при фильтрации; б) удаление дрожжей обычно бывает лучше при центрифугировании, чем при фильтрации. Это объясняется тем, что поскольку скорость падения пропорциональна квадрату диаметра частиц, их удаление уменьшается по мере того, как уменьшаются размеры частиц, пока они не станут у самых маленьких частиц близкими к нулю.

Таблица 6.14
Число частиц и дрожжевых клеток в вине до и после центрифугирования (по данным Мандро, 1973)

В табл. 6.14 приведены результаты центрифугирования вина. В результате центрифугирования выведено из жидкости около 2/3 крупных частиц (диаметр более 2,8 мк) и лишь 1/2 более мелких частиц. Кроме того, уменьшение мутности составило только 20%. Это дает основание предполагать, что удаление частиц с диаметром меньше1,4 мк происходит в еще меньших количествах. Следовательно, если центрифугирование эффективно на не слишком мутном вине, оно не представляет большого практического интереса независимо от принятой производительности, так как выигрыш в прозрачности незначителен.
При центрифугировании очень молодых вин часто наблюдают небольшое снижение общей кислотности (от 0,1 до 0,2 г/л), вызываемое разделением микрокристаллов винного камня (кислого виннокислого калия). Центрифугирование сопровождается осаждением виннокислых солей, несомненно, в результате удаления коллоидных ингибиторов кристаллизации и очень сильного перемешивания.
4. Для быстрого получения полной прозрачности после оклейки вина. Вместо того чтобы осадить Клеевой осадок, для чего требуется 3—4 нед., прежде чем перейти к переливке, можно всего лишь через 1—2 дня после оклейки провести центрифугирование и получить за это время совершенно прозрачное вино.
В заключение можно сказать, что на достаточно оборудованных предприятиях (и в первую очередь при производстве белых вин) центробежные осветлители позволяют быстро получать вина, пригодные для потребления, стабильные при низких концентрациях сернистого ангидрида.