В.А. Виноградов, д.т.н., начальник отдела технологического оборудования,
В.А. Загоруйко, д.т.н., проф., член-кор. НААН, зам. директора по научной работе (виноделие),
А.Ю. Макагонов, аспирант,
О.О. Садлаев, ст.н.с. отдела технологического оборудования,
Д.В. Ермолин, к.т.н., м.н.с. лаборатории игристых вин
Национальный институт винограда и вина «Магарач»
КИНЕТИКА ОБРАЗОВАНИЯ «ШАПКИ» ПРИ БРОЖЕНИИ МЕЗГИ
Приведены результаты исследований кинетики образования «шапки» при брожении мезги в процессе производства красных вин.
Ключевые слова: мезга, «шапка», брожение, кинетика образования, бродильный аппарат.
При брожении мезги в процессе производства вин по красному способу твёрдые частицы под действием выделяющегося диоксида углерода перемещаются в верхнюю часть бродильного аппарата и образуют так называемую «шапку», представляющую тело пористой структуры [1-3].
«Шапка» может находиться в плавающем либо в погруженном состоянии, если это предусмотрено конструкцией бродильного аппарата. При брожении она оказывает сопротивление проходу диоксида углерода. Объемная плотность «шапки» является переменной величиной и зависит от отношения диаметра поперечного сечения к величине столба сбраживаемой массы [4, 5]. Установлено, что при отношении, равном 0,2-0,4, для цилиндрических сосудов сопротивление «шапки» проходу через неё диоксида углерода является достаточно большим. Это приводит к тому, что давление диоксида углерода создаёт усилие на шапку, превышающее силы массы и трения мезги о стенки сосуда. В результате «шапка» выталкивается из бродящей массы. Отмечается, что в начальной стадии брожения «шапка» образуется за относительно длительное время, а при повторном формировании после перемешивания она образуется за один час и не зависит от степени сброженности сусла [4].
Остро в винодельческой промышленности стоит задача снижения энергоемкости технологических процессов и энергопотребления используемого технологического оборудования. Ранее проведенными исследованиями установлено, что энергию СО2, выделяющегося при брожении, можно использовать для управления перемещением «шапки», образующейся при брожении мезги [5-9].
Установка, в которой предложено использовать энергию диоксида углерода, состоит из двух бродильных резервуаров (камер), сообщающихся между собой нижними частями с помощью короткого горизонтального отрезка трубы большого диаметра, а также разгрузочного патрубка и электромагнитного клапана для выпуска газов брожения. Первый резервуар выполнен открытым, а второй - герметичным. Герметичный резервуар снабжен электромагнитным клапаном и краном выпуска воздуха. В открытом резервуаре установлены датчики верхнего и нижнего уровней, подсоединенные к сигнализатору уровня, управляющему электромагнитным клапаном. Резервуары снабжены перемешивающими пластинами, наклонно закрепленными по хордам окружностей.
Работа установки осуществляется следующим образом. При открытом кране выпуска воздуха в первый открытый резервуар загружают мезгу и дрожжевую разводку до заданного уровня, после чего кран закрывают. После забраживания мезги происходит её расслоение, при котором твердая фаза в виде «шапки» всплывает на поверхность жидкой. В первом открытом резервуаре выделяющийся при брожении диоксид углерода удаляется в атмосферу, а во втором герметичном резервуаре газы брожения скапливаются в его верхней части, создавая избыточное давление. Под действием избыточного давления диоксида углерода часть мезги из второго резервуара по отрезку горизонтальной трубы большого диаметра вытесняется в первый открытый резервуар. После подъема мезги в первом резервуаре до датчика верхнего уровня срабатывает сигнализатор уровня и открывает электромагнитный клапан, выпуская диоксид углерода из второго герметичного резервуара. Под действием разности уровней мезга в открытом резервуаре опускается, а в герметичном - поднимается. После опускания мезги до датчика нижнего уровня электромагнитный клапан закрывается, и процесс повторяется по описанной схеме.
В каждом цикле перемещения сквозь наклонные пластины «шапка» мезги перемешивается с её жидкой фазой, обогащая последнюю экстрактивными веществами. При этом в «шапке» мезги разрушаются заполненные газом полости, что предупреждает закисание мезги и развитие в ней болезнетворных микроорганизмов.
При проектировании бродильных установок подобного типа для определения вместимости бродильного резервуара с учётом объёма «шапки» и высоты установки перемешивающих пластин важно знать геометрические и кинетические параметры «шапки», образующейся при брожении мезги.
Целью настоящей работы явилось исследование кинетики образования «шапки» при брожении мезги красных сортов винограда.
Предметом исследований явилась мезга сортов винограда Каберне-Совиньон с массовой концентрацией сахаров 196 г/дм3; Сира с массовой концентрацией сахаров 191 г/дм3; Мерло с массовой концентрацией сахаров 220 г/дм3; Саперави с массовой концентрацией сахаров 255 г/дм3 (АФ «Магарач», с.Вилино Бахчисарайского района; ДП «Черноморье», Ай-Даниль, АР Крым, 2011 г.).
Сбраживание мезги осуществляли в градуированных стеклянных сосудах вместимостью 10 дм3. Отношение диаметра поперечного сечения к величине столба сбраживаемой массы в исследованиях составляло 0,2-0,4.
В результате проведенных исследований установлена сильная корреляционная связь между временем образования «шапки» и её высотой: для винограда сорта Сира r = 0,974; для винограда сорта Каберне-Совиньон r = 0,970; для винограда сорта Мерло - r = 0,819; для винограда сорта Саперави - r = 0,817.
Установлены регрессионные зависимости между высотой бродящей массы Н (мм) и временем образования «шапки» т (ч) :
для винограда сорта Сира
Н = Но (1,0000 + 0,005638т - 0, 00003614т2);
R2 = 0,9779;
для винограда сорта Каберне-Совиньон
Н = Но (1,0000 + 0,01510т - 0, 0001664т2);
R2 = 0,9874;
для винограда сорта Мерло
Н = Но (1,0000 + 0,001404т);
R2= 0,6712;
для винограда винограда сорта Саперави
Н = Но (1,0000 + 0,001514т);
R2= 0,6676,
где Но - высота бродящей массы до начала брожения, мм.
Исследована корреляционная зависимость между массовой концентрацией сахаров в сусле и максимальной высотой «шапки». Установлено, что между данными показателями по шкале Чеддока существует слабая корреляционная зависимость, коэффициент корреляции r=0,216.
Анализ полученных данных свидетельствует, что в процессе брожения мезги «шапка» относительно исходной массы мезги увеличивается по высоте на 16,1- 32,9%.
Полученные зависимости будут использованы при проектировании бродильных установок, предназначенных для производства красных вин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Валуйко Г.Г. Технология столовых вин. - М.: Пищевая промышленность,1969. - 303 с.
- Риберо-Гайон Ж., Риберо-Гайон П., Сюдро П. Теория и практика виноделия. Т.3. Пер. с франц. / Под ред. Г.Г. Валуйко. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 480 с.
- Стрельцов А.П., Моисеенко А.С. Перемещение «шапки» при брожении мезги // Известия вузов. Пищевая технология. - 1983. - №1. - С.63-65.
- Стрельцов А.П. Исследование кинетики брожения виноградного сусла мезги: автореф. дис. к.т.н.: спец. 05.18.08 «Технология виноградных и плодовоягодных напитков и вин». - Краснодар, 1975. - 28 с.
- Стрельцов А.П., Моисеенко А.С., Стрельцова Л.А. Влияние геометрических параметров формирования «шапки» на её плотность // Известия вузов. Пищевая технология. - 1979. - №3. - С.141-143.
- Садлаев О.О., Виноградов В.О., Бобров О.Г., Макагонов А.Ю. Установка для зброджування сусла на меззі Заявка № а2006 07652 от 10.07.2006. Положительное решение от 19.02.2008 г. Патент Украины №82429, Бюл. №7.
- Розробка та впровадження енергозберігаючої технології й установки для зброджування виноградного сусла на м’яззі / Виноградов В.О., Садлаев О.О., Макагонов А.Ю., Бойко В.А., Ведернікова Т.Г, Кропіна Т.В. // «Магарач». Виноградарство и виноделие. - 2008. - №4. - С.35.
- Виноградов В.А., Макагонов А.Ю., Садлаев О.О. Совершенствование технологии и оборудования для производства красных столовых вин // Reflizari inovative in domeniul viti vinicol: Ed. speciala a Conf. Intern. consacrate comemorarii m.c. ASM Petru Ungurean (1894-1975). 18-19 sept. 2008: Luer. stiintifice / Inst. Nat. penru Viticulture si Vinificatie din. Rep. Moldova. - Р.249-251.
- Энергосберегающая технология производства столового красного полусухого вина «Эврика» / Виноградов В.А., Загоруйко В.А., Макагонов А.Ю., Садлаев О.О., Губанов В.Д. // «Магарач». Виноградарство и виноделие. - 2009. - №3. - С.32-34.
