Брожение виноградного сусла - Технология брожения сусла винограда в резервуарах вместимостью 15-50 тыс. дал

Брожение виноградного сусла в резервуарах большой вместимости имеет ряд технологических преимуществ по сравнению с существующими способами: высокая производительность, малооперационность. Однако решающее значение для дальнейшего широкого внедрения этой технологии имеет ее экономическая эффективность.
Технико-экономическое обоснование применения в промышленности сверхкрупных бродильных резервуаров предполагает выбор их оптимального объема, определение необходимого количества емкостей в зависимости от уровня специализации и концентрации производства. Объем бродильных резервуаров зависит от мощности заводов (уровень концентрации производства), количества основных сортов винограда в сырьевой зоне (уровень специализации производства), количества наименований виноматериалов, вырабатываемых из одного сорта винограда, и коэффициента оборачиваемости резервуаров. Специализация и концентрация виноградных насаждений и увеличение мощности заводов первичного виноделия предполагают наличие в сырьевой зоне предприятия 4—6 основных сортов винограда и выработку из каждого сорта 2—3 наименований виноматериалов.
Объем резервуаров для сбраживания белых сухих виноматериалов ориентировочно можно определить по формуле:
где Р- мощность завода по переработке, винограда в сезон, тонн;
60 — количество сусла, используемого для приготовления белых сухих виноматериалов, дал/тонн;
Κ1 — коэффициент заполнения резервуара, принимается равным 0,7 при периодическом способе брожения и 1,0 — при поточно-доливном способе брожения;
К2 — коэффициент оборачиваемости резервуаров, принимается равным 4 при периодическом способе брожения и 1 — при поточно-доливном способе брожения, так как в этом случае бродильные резервуары в дальнейшем используются для хранения виноматериалов;
С — количество основных сортов винограда;
В — количество наименований виноматериалов, вырабатываемых из одного сорта винограда.

По формуле (10) составлена таблица объемов бродильных резервуаров для заводов различной мощности при использовании периодического и поточно-доливного способов брожения (табл. 15). Предполагается, что из одного сорта винограда вырабатывается два вида виноматериалов, например столовые и шампанские.
При существующем сортовом составе виноградных насаждений, включающем 8—12 основных сортов, применение периодического способа брожения в металлических резервуарах вместимостью более 15 тыс. дал целесообразно на заводах мощностью более 10 тыс. тонн винограда в сезон для 8 сортов и на заводах мощностью более 20 тыс. тонн винограда в сезон для 12 сортов. Применение поточно-доливного способа брожения в металлических резервуарах вместимостью более 15 тыс. дал рекомендуется на заводах мощностью 10 тыс. тонн и более винограда в сезон.

Таблица 15
Объем бродильных резервуаров для заводов
по переработке винограда различной мощности (тыс. дал)

На основе ориентировочного расчета подобраны металлические резервуары, выпускаемые промышленностью (табл. 16), которые по вместимости равны указанным в таблице 15 или меньше их. Необходимое количество бродильных резервуаров для заводов первичного виноделия различной мощности можно определить по формуле:

(11)
где V2 — объем типовых резервуаров, тыс. дал. Остальные обозначения те же, что и в формуле (10).
Для определения эффективного применения технологии брожения сусла в резервуарах большой вместимости составлена таблица основных технико-экономических показателей различных способов брожения (табл. 17). Приведенные данные показывают, что схемы брожения с использованием резервуаров вместимостью 50—100 тыс. дал значительно превосходят по производительности установки непрерывного сбраживания БА-1 и ВБУ-4н. Таблица 16

Количество типовых бродильных резервуаров для заводов по переработке винограда (в числителе) и их объемы (в знаменателе) (тыс. дал)

Таблица 17
Технико-экономические показатели различных способов брожения

Удельная металлоемкость линии брожения периодическим способом в резервуарах вместимостью 15-100 тыс. дал меньше, чем установки непрерывного сбраживания и линий брожения поточно-доливным способом. Удельная поверхность металлических резервуаров вместимостью 15—100 тыс. дал в 2—5 раз меньше удельной поверхности установок непрерывного сбраживания, что позволяет в несколько раз уменьшить себестоимость защитных покрытий, однако удельный расход холода увеличивается значительно. Следует отметить, что расход холода при поточно-доливном способе брожения вследствие увеличения продолжительности процесса в 3—4 раза по сравнению с периодическим способом уменьшается в 2—3 раза и позволяет экономить искусственный холод.
Рассматривая в целом технико-экономические показатели способов брожения, можно отметить, что применение металлических резервуаров большой вместимости экономически оправданно, особенно для схем брожения периодическим способом в резервуарах вместимостью более 50 тыс. дал.
На основе разработанных режимов брожения сусла предложено 5 основных аппаратурно-технологических схем брожения поточно-доливным и периодическим способами (рис. 7).
Удельная металлоемкость линии брожения периодическим способом в резервуарах вместимостью 15-100 тыс. дал меньше, чем установки непрерывного сбраживания и линий брожения поточно-доливным способом.
По первой аппаратурно-технологической схеме брожение проводится поточно-доливным способом без применения искусственного холода. Сусло-самотек из сусло сборника 11 сульфитируется до 50 мг/л и насосом 9 подается в отстойник 13, где осветляется в течение 18— 21 часов при температуре 18—20°С. Отстоенное сусло подается в сверхкрупный резервуар 15 па брожение. Первоначально подается отстоенное сусло в количестве 15—20% объема резервуара и разводка чистых культур дрожжей в количестве 2—4% объема введенного сусла. Когда содержание остаточного сахара снижается до 10—20 г/л, на брожение подается ежесуточно отстоенное сусло в количестве 10—16% объема бродящего сусла в зависимости от среднесуточной температуры воздуха и сахаристости сусла. Основное брожение продолжается в течение 10—15 суток при температуре 24—26°С. После заполнения резервуара на 90% последние ежесуточные порции сусла уменьшаются до 4—6% объема бродящего сусла. После прекращения брожения виноматериал обрабатывается по существующим технологическим схемам.

Рис. 7. Аппаратурно-технологические схемы приготовления белых сухих виноматериалов в металлических резервуарах вместимостью 15—50 тыс. дал: А — брожение поточно-доливным способом без применения холода; Б — брожение поточно-доливным способом при температуре 24—26°С с одноступенчатым предварительным охлаждением сусла; В — брожение поточно-доливным способом при температуре 18—20°С с двуступенчатым предварительным охлаждением сусла; Г — брожение периодическим способом при постоянной температуре; Д — брожение периодическим способом при переменной температуре:
1 — контейнер виноградный; 2 — приемный бункер; 3 — валковая дробилка- гребнеотделитель; 4 — транспортер для гребней; 5 — мезговой насос; 6 — шнековой стекатель; 7 — пресс шнековой; 8 — транспортер для выжимки; 9 — насос поршневой; 10 — сборник для мезги; 11— сборник для сусла-самотека; 12 — сборник для сусла прессовых фракций; 13 — отстойник; 14 — насос центробежный; 15 — охладитель; 16 — бродильный резервуар.

Удельная металлоемкость линии брожения периодическим способом  в резервуарах вместимостью 15-100 тыс. дал меньше, чем установки непрерывного сбраживания и линий брожения поточно-доливным способом с применением искусственного холода. Сусло-самотек из суслосборника 11 сульфитируется до 50 мг/л и насосом 9 подается в охладитель 15, где охлаждается до температуры 10—12°С, осветляется в течение 10—12 часов. Отстоенное сусло подается в сверхкрупный резервуар на брожение. Первоначально подается отстоенное сусло в количестве 15—20% общего объема резервуара и разводка ЧКД в количестве 2—4% объема введенного сусла. После сбраживания бродильной смеси до содержания остаточного сахара 10—20 г/л на брожение ежесуточно подается отстоенное сусло с температурой 10—12°С в количестве 12—28% объема бродящего сусла в зависимости от среднесуточной температуры воздуха и сахаристости сусла. Брожение продолжается в течение 6—12 суток при температуре 24— 26°С. После заполнения резервуаров на 90% последние ежесуточные порции сусла уменьшаются до 4—6% объема бродящего сусла. По окончании брожения виноматериал обрабатывается по существующим технологическим схемам.
Брожение по третьей схеме проводится так же, как и по второй, только после отстаивания сусло охлаждается в охладителе до температуры 1—9°С в зависимости от среднесуточной температуры воздуха и сахаристости сусла.
Аппаратурно-технологические схемы, не предусматривающие применение искусственного холода, являются самыми простыми в аппаратурном оформлении, однако они не могут быть применены в районах со среднесуточной температурой воздуха в сезон виноделия выше 18°С. Для ординарных столовых и коньячных виноматериалов, очевидно, целесообразной является схема брожения в сверхкрупных резервуарах при 24—26°С, так как для одинаковой производительности количество охладителей уменьшается в 1,6 раза.
По четвертой схеме брожение проводится периодическим способом при постоянной температуре с применением искусственного холода. Сусло-самотек из сусло сборника  11 сульфитируется до 50 мг/л; насосом 9 подается в отстойник, где осветляется в течение 18—24 часов при температуре 18—20°С. Отстоенное сусло подается насосом в бродильный резервуар на брожение. Поддержание температуры брожения на заданном уровне осуществляется периодической циркуляцией бродящего сусла через охладитель с помощью центробежного насоса.
Брожение по пятой схеме проводится периодическим способом при переменной температуре с предварительным охлаждением сусла, поступающего в бродильный резервуар. Сусло-самотек из сусло сборника 11 сульфитируется до 50 мг/л и насосом 9 подается в охладитель, где охлаждается до температуры 10—12°С, осветляется в течение 10—12 часов. Отстоенное сусло с температурой 12—14°С подается насосом в бродильный резервуар на брожение в количестве 60% его вместимости. Одновременно в резервуар подается разводка ЧКД с температурой 16—18°С и сахаристостью 20—40 г/л в количестве 8—10% объема бродящей смеси. Начальная температура брожения должна быть 12—14°С, а сахаристость бродящей смеси—140—160 г/л. Брожение сусла протекает с возрастающей скоростью, и ожидаемая конечная температура брожения не должна превышать 24—26°С. По данной аппаратурно-технологической схеме можно сбраживать сусло только в металлических резервуарах вместимостью до 50 тыс. дал.
В качестве хладоагента в охладителях для предложенных аппаратурно-технологических схем рекомендуется использовать охлажденную воду с температурой 2—4°С на входе и 8—10°С на выходе из охладителя типа ВХБ. Можно использовать и рассол, но поверхность охладителей, соприкасающуюся с суслом, необходимо периодически промывать содовым раствором для удаления осадка винного камня. Четвертая аппаратурнотехнологическая схема брожения позволяет полностью автоматизировать процесс.
Устройство автоматического регулирования температуры брожения сусла (рис. 8) состоит из следующих элементов: датчика температуры ТСМ-Х, полупроводникового пропорционального терморегулятора типа ПТР-П-04 и исполнительных механизмов.

Рис. 8. Функциональная схема автоматизации регулирования температуры брожения в крупных металлических резервуарах:
1 — соленоидный вентиль; 2 — охладитель; 3 — магнитный пускатель; 4 — полупроводниковый пропорциональный терморегулятор ПТР-П-04; 5 — бродильный резервуар; 6 — центробежный насос; 7 — датчик температуры тсм-х.

При увеличении температуры сусла на 0,5°С выше заданной с ТСМ-Х поступает сигнал на ПТР-П-04, который усиливается и подается в обмотку управления магнитного пускателя, включающего насос, перекачивающий бродящее сусло через охладитель типа ВХБ. При охлаждении сусла на 0,5°С ниже заданной температуры исполнительные механизмы отключаются и возвращаются в исходное положение.
Учитывая то, что температура бродящего сусла в центре резервуара на 2—3°С выше, чем у его стенок, на шкале терморегулятора ПТР-П-04 следует устанавливать пределы регулирования температуры с учетом этой разности. Если датчик температуры установлен в геометрическом центре бродящей массы, такая необходимость отпадает.
Аппаратурно-технологические схемы брожения поточно-доливным способом позволяют использовать резервуары, предназначенные для хранения виноматериалов. Они не сложны и могут быть скомпонованы из существующего на предприятиях оборудования, где имеются металлические резервуары вместимостью 15—50 тыс. дал. Недостатком схем брожения поточно-доливным способом является переменная производительность, что затрудняет их использование в существующих поточных линиях переработки винограда и приготовления виноматериалов.

Автоматизация процесса брожения поточно-доливным способом очень сложна, так как необходимо регулировать температуру брожения, содержание сахара в бродящем сусле, температуру и объем сусла, поступающего на брожение.
Автоматизация процесса брожения периодическим способом в сверхкрупных металлических резервуарах осуществляется очень просто с помощью существующих серийно выпускаемых приборов. Однако верхний предел температуры брожения, устанавливаемый на шкале терморегулятора, следует подбирать очень тщательно, так как скорость сбраживания зависит не только от температуры брожения, но и от расы дрожжей, содержания взвесей в сусле, азотистых веществ и витаминов.
Периодический способ брожения с использованием индивидуальных охладителей позволяет полностью автоматизировать процесс, эффективно использовать бродильные резервуары, производственную площадь и может быть использован при создании поточных схем производства белых и красных столовых, шампанских и коньячных виноматериалов.
Так, при производстве красных столовых виноматериалов с экстракцией красящих и дубильных веществ путем нагревания мезги и последующим сбраживанием сусла по белому способу могут быть использованы аппаратурно-технологические схемы брожения периодическим способом. Сусло, поступающее со стекателей с температурой 30—40°С, в бродильных резервуарах охлаждают до 14—18°С и сбраживают периодическим способом с регулированием температуры брожения.
Для всех описанных аппаратурно-технологических схем брожения сусла обязательно применение разводки чистых культур дрожжей в количестве 10% от первой порции заливаемого сусла для поточно-доливного способа брожения и 2—4% для периодического способа брожения.