Во Франции холод рассматривается как регулирующий фактор брожения и как агент физико-химической стабилизации (Сабуйе, 1974; Бружирар, 1976). Французские специалисты считают, что в будущем холод будет использоваться еще шире в связи с общей тенденцией к применению физических методов в виноделии. Для охлаждения бродящего сусла используется преимущественно охлажденная вода, циркулирующая через змеевик, охладительные рубашки, и орошение бродильных резервуаров холодной водой (Баррийон и др., 1970).
В США (Кук, Берг, 1969) для охлаждения используются фреоновые и аммиачные холодильные установки, а также вода. Охлаждение бродящего сусла в металлических резервуарах вместимостью 10—25 тыс. дал осуществляется с помощью охладительных рубашек и выносных теплообменников (Шайтуро, Мехузла, 1976). В Греции (Кураку, 1975) для охлаждения бродящего сусла предлагают использовать морскую воду.
Предлагаемые способы охлаждения бродящего сусла через охладительные рубашки неприемлемы для резервуаров вместимостью 15—50 тыс. дал потому, что удельная поверхность теплообмена через них уменьшается в 2—3 раза. Компенсировать уменьшение теплопередачи через стенки резервуаров увеличением в несколько раз разности температуры хладоагента на входе и выходе из охладительных рубашек нельзя, так как это может привести к гидравлическим ударам в холодильных аппаратах. Использование различных типов охладителей, установленных внутри резервуаров вместимостью 15— 50 тыс. дал, может привести к созданию громоздких металлоемких конструкций. Эффективное охлаждение выносными теплообменниками без исследования температурных режимов брожения, кинетики процесса и температурного поля трудно осуществимо.
Все вышеописанные устройства предназначены для поддержания постоянной температуры брожения. Считается, что температура брожения должна быть постоянной в течение всего процесса. Однако имеются сведения, что при брожении в бочках температура сусла изменяется на 5,9°С (Баштанная, 1966) и получаются вина хорошего качества. М. А. Джослин и М. У. Турбовский (1959) считают, что лучше охладить сначала сусло на 6°С ниже желаемой температуры, а затем снова проводить охлаждение в период активного брожения, когда концентрация сахара уже снизилась вдвое. И. И. Баштанная сбраживала сусло при переменной температуре от 12 до 27°С в железобетонных резервуарах и получила виноматериалы хорошего качества. Ж. Риберо- Гайон и др. (1976) считают, что предварительное охлаждение сусла до 12°С и брожение при переменной температуре от 12 до 25°С является рациональным приемом в виноделии.
Полной однородности температурного поля трудно достигнуть, однако необходимо стремиться к минимальной разности температур брожения в центре резервуара и у его стенок. Большинство энологов (табл. 10) рекомендуют температуру брожения с разностью между нижним и верхним пределами 2°С, реже 3—4°С и совсем редко более 5°С или с указанием только верхнего предела. По нашему мнению, при оценке однородности температурного поля в бродильных резервуарах ее следует считать достаточной, если разность температур в центре емкости и у ее стенок не превышает 2°С.
Исследование температурного поля в резервуаре вместимостью 41 тыс. дал показало, что в некоторых случаях разность температур в центре резервуара и у его стопок превышает 3—4°С. Внешние факторы (изменение среднесуточной температуры воздуха, долив охлажденного сусла) на однородность температурного поля прямого влияния не оказывают. В то же время отмечено, что с уменьшением скорости сбраживания снижается и разность температур между точками, расположенными в центре и у стенок резервуара.
Рис. 1. Функциональная схема автоматического контроля температуры брожения в бродильном резервуаре вместимостью 41 тыс. дал:
1—7 — термометры сопротивления; 8 — электронный многоточечный самопишущий мост МС-1; 9 — бродильный резервуар.
Рис. 2. Влияние скорости сбраживания на однородность температурного поля
Для подтверждения этих данных изучалась зависимость между скоростью сбраживания и разностью температур брожения в центре резервуара и его нижней левой и верхней правой стенками. Другими словами, исследовали зависимость разности температур брожения между точками 1 и 4 резервуара и между точками 4 и 7 (рис. 1) от скорости сбраживания.
Брожение сусла в металлических резервуарах вместимостью 15—50 тыс. дал, называемых еще сверхкрупными, связано со значительным увеличением напряженности зеркала пенообразования, что может привести к необходимости снижения коэффициента их заполнения и, следовательно, к уменьшению производительности бродильных аппаратов.
Известно (Субботин и др., 1971), что основным критерием пенообразования является критерий Рейнольдса:
(1)
где ξ — активность процесса брожения, ч-1;
V — объем бродящей массы, м3;
L — высота столба бродящей массы, м;
F — поверхность раздела жидкости и газа, м2;
V—кинематическая вязкость, м2/ч.
По нашему мнению, в винодельческой практике удобнее пользоваться скоростью сбраживания α вместо активности процесса брожения ξ. Тогда формула (1) примет вид:
(2)
В формуле (2) отношение 0,249/ν для постоянной температуры брожения заданной партии сусла является величиной постоянной. Отношение VL/F зависит от геометрической формы резервуара и его объема. Известно (Валуйко, 1969), что коэффициент заполнения резервуаров вместимостью 2 тыс. дал не должен превышать величину 0,75. Для резервуаров вместимостью 2 тыс. дал с отношением высоты к диаметру, равным единице и для средней скорости сбраживания сахара, равной 1,5г/(л-ч), обычно принимаемой при проектировании бродильных цехов, и L = 2,21 м, v= 49,3·10-4 м2/ч, F=6,79 м2, критерий Рейнольдса равен 493. По теории подобия, для сохранения напряженности зеркала пенообразования постоянной и, следовательно, коэффициента заполнения сверхкрупных резервуаров на уровне 0,75, критерий Рейнольдса не должен превышать величину 493. Наиболее простым способом сохранения критерия Рейнольдса постоянным в сверхкрупных резервуарах является ограничение скорости сбраживания сахара.
Рис. 3. График определения скорости сбраживания сахара для резервуаров различной вместимости и геометрической формы:
1 — отношение высоты к диаметру равно 0,5; 2 — отношение высоты к диаметру равно 1,0; 3 — отношение высоты к диаметру равно 1,5.
Брожение без ограничения скорости сбраживания при температурах более 16°С в сверхкрупных резервуаpax необходимо вести с использованием пеногасительных устройств, так как при более высоких температурах брожения скорость сбраживания превышает 0,5 г/(л-ч) (Субботин и др., 1971). Необходимо отметить, что низкие температуры брожения предпочтительнее применения пеногасительных устройств: во-первых, при низких температурах брожения в винах накапливается меньше азотистых веществ (Валуйко, 1969) и они малоокисленны; во-вторых, лучше всего сохраняется сортовый аромат сусла и ароматические вещества, образующиеся при брожении; в-третьих, при низких температурах брожения можно снизить в 3—5 раз мощность индивидуальных охладителей по сравнению с температурой брожения 20—25°С.
Очевидно, что увеличение продолжительности процесса брожения вследствие снижения скорости сбраживания виноградного сусла приведет к снижению производительности сверхкрупных бродильных резервуаров и, следовательно, к уменьшению технико-экономических показателей процесса. Однако, если брожение проводить периодическим способом и виноматериалы по окончании процесса хранить в этих же резервуарах, то увеличение продолжительности брожения не повлияет на экономическую эффективность технологии.
