В 1974 и 1975 гг. на Севастопольском заводе виноградных соков и винзаводе «Качинский» винкомбината «Золотая балка» проводились исследования влияния основных технологических факторов на эффективность протеолиза белковых веществ в виноградных винах на качество готовой продукции.
Исследование флокулирующего действия высокомолекулярных веществ сусла и вин позволило выбрать в качестве носителей для иммобилизации ферментов материалы, отвечающие большинству предъявляемых к ним требованиям. Однако присутствие в виноградном сусле большого количества обрывков семян, кожицы и мякоти ягоды, а в молодых виноматериалах — дрожжевых клеток и других взвесей затрудняет процесс обработки их иммобилизованными ферментами. Это происходит в результате засорения препаратов в реакторах перемешивания или забивания насадки в колоночных реакторах и резкого повышения гидродинамического сопротивления в аппаратах.
Нами исследовалось влияние содержания взвесей в виноградном сусле на следующие технологические показатели работы аппаратов с иммобилизованной кислой протеиназой: продолжительность работы препарата и средняя производительность аппарата с иммобилизованным ферментом, условия, при которых обеспечивался технологический эффект обработки (получение отрицательного теста на склонность к белковым помутнениям и степень гидролиза белков до 90%). Для этого производственные партии сусла сорта Алиготе, отобранные из различных точек технологической схемы производства соко- и виноматериалов и отличающиеся по содержанию взвесей, обрабатывались при температуре окружающей среды (18—2ГС) в колоночном реакторе непрерывного действия. Использовали препарат протаваморина Г25х, иммобилизованного на титане ПТЭМ-1 с помощью TiCI4. Содержание белковых веществ в сусле различной степени осветления колебалось в интервале от 85 до 110 мг/л; на выходе из реакторов оно поддерживалось в интервале от 14 до 18 мг/л.
Снижение содержания взвесей в обработанном сусле от 13—14% (стекатель ВСН-20) до 1—3% (сепаратор «Вестфалия») позволило увеличить продолжительность работы колоночного реактора с ферментом в 3,8 раза и удельную скорость потока в 1,5 раза (табл. 56).
Таблица 56
Влияние содержания взвесей в сусле на продолжительность и производительность работы реактора с иммобилизованным протаваморином
Лучшие результаты были получены в колоночном реакторе при обработке сусла с минимальным содержаньем взвесей—0,25—0,50%. При этом продолжительность работы фермента увеличилась в 4,5 раза, а удельная скорость потока — в 2,4 раза по сравнению с первым вариантом обработки.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что эффективное использование иммобилизованных кислых протеиназ при стабилизации вин возможно только после предварительного осветления сусла и виноматериалов до минимального содержания взвесей. Это важное технологическое требование к содержанию гетерогенной фазы (взвеси, примеси, дрожжевые клетки и прочие) в сусле и виноматериалах, так как оно позволяет повысить эффективность использования колоночных реакторов с гетерогенным ферментным катализатором (иммобилизованный протаваморин на порошке титана).
На основании литературных данных (Дорохов, Коновалов, 1970; Фролова, 1974) и полученных нами результатов исследований показано, что растворимые и иммобилизованные кислые протеиназы, полученные из плесневых грибов, в сильной степени ингибируются в присутствии значительных количеств ионов солей тяжелых металлов и в первую очередь ионов железа Fe++ и Fe+++.
Данные, полученные при обработке производственных партий вин препаратами растворимых и иммобилизованных кислых протеиназ, показали, что проведение предварительной деметаллизации до остаточного содержания железа 3—5 мг/л позволяет повысить гидролитическую способность протеиназ на 36—50% в зависимости от исходного содержания ионов металлов. Деметаллизацию напитков можно осуществить одним из известных способов, в частности, при обработке производственных партий вин в нашей работе хорошо зарекомендовал себя фосфорный эфир целлюлозы.
Активность кислых протеиназ в винах снижается окисленными (конденсированными) формами фенольных веществ, очевидно, в результате наблюдаемого ингибирования ферментов. В нашей стране и за рубежом широко применяют обработку вин растворимым и нерастворимым поливинилпирролидоном с целью придания напиткам стабильности к помутнениям полифенольного характера (Шприцман, Кудрицкая, 1972; Мехузла, Липович, Точилина и сотр., 1975).
Большое практическое значение представляет возможность защиты активности кислых протеиназ от ингибирующего действия конденсированных форм фенольных веществ. В этой связи исследовалась зависимость двух важных показателей иммобилизованных протеиназ — полупериода работы фермента и объема эффективно обработанного продукта от содержания общего железа и суммы фенольных веществ в винах при различных обработках. Испытывались следующие варианты обработок:
гидролиз белка иммобилизованным протаваморином в колоночном реакторе (опыт 1);
деметаллизация вина ФЭЦ с последующим протеолизом белка (опыт 2);
обработка вин поливинилпирролидоном (ПВП), деметаллизация вин ФЭЦ и протеолиз белка (опыт 3).
Доза растворимого ПВП составляла 52—64 мг/л и определялась на основе результатов пробной обработки вин на склонность к фенольным помутнениям (выдержка в течение суток при—3,—4°С).
Таблица 37
Эффективность использования иммобилизованных кислых протеиназ при стабилизации вин в комплексе с другими приемами
Как видно из приведенных данных (табл. 57), полупериод работы иммобилизованной протеиназы при обработке вин после их деметаллизации (опыт 2) больше на 48—74 часа, а в опыте 3, включающем и обработку ПВП,— на 72—86 часов больше по сравнению с опытом 1, где вино обрабатывается только протеиназами.
Практическое значение также имеет деметаллизация виноградных виноматериалов для предупреждения помутнений с участием ионов металлов олова и меди (например, медные кассы). Последнее приобретает все большее значение и в связи со строгими ограничениями содержания меди в готовой продукции (не более 2,0 мг/л). Установлено, что при удалении ионов железа из вин одновременно удаляются также эффективно и ионы меди.
Рис. 26. Технологическая схема стабилизации вин иммобилизованными протеиназами в комплексе с другими приемами:
1 — емкость; 2 — насос; 3 — колоночные реакторы деметаллизации ФЭЦ; 4 — дозатор ЖКС и ПВП марки УДВ-Н; 5 — охладитель ВУД-0; 6— сепаратор «Вестфалия»; 7 — ультраохладитель ВУНО-90; 8 — емкость; 9 — пластинчатый фильтр; 10 — насос 1В20/5В; 11— колоночные реакторы ферментативной обработки.
Предварительная деметаллизация виноматериалов из сорта Алиготе с помощью ФЭЦ от 17,3 до 3,1 мг/л железа перед обработкой иммобилизованным протаваморином обеспечивала одновременно увеличение обработанного одним килограммом фермента объема на 2700 дал по сравнению с вариантом без деметаллизации и снижение содержания меди в вине от 5,2 до 0,7 мг/л.
Исследования, проведенные В. И. Ниловым и С. Т. Огородник (1971 —1973), показали, что обработка виноградных вип ФЭЦ с целью деметаллизации практически не обедняет продукт аминокислотами (снижение составляет в среднем 5—8 мг/л), как это наблюдается для других типов ионообменников.
Результаты производственных испытаний способа снижения содержания взвесей железа и фенольных веществ с целью повышения эффективности использования иммобилизованных кислых протеиназ при стабилизации вин против белковых помутнений позволили предложить следующие рекомендации производству:
стабилизацию вин против белково-коллоидных помутнений целесообразно проводить после обработки вин ФЭЦ (ЖКС), ПВП и холодом; молодые виноматериалы, снятые с дрожжевых осадков, перед обработкой в реакторах с иммобилизованными ферментами должны быть подвергнуты осветлению фильтрацией, декантацией или другим методом;
после обработки виноматериалов по рекомендуемой схеме с применением иммобилизованных протеиназ при необходимости производят и другие обработки для достижения гарантийной стабильности готовой продукции.
Разработанные технологические приемы и аппаратурно-технологическая схема комплексной стабилизации виноматериалов с использованием иммобилизованных кислых протеиназ, основывающиеся на полученных нами результатах исследований, представлены на рисунке 26.
Узел стабилизации вин включает колоночные реакторы, заполненные ФЭЦ (3) и препаратом иммобилизованного фермента (11), и другое оборудование может быть легко скомпановано из оборудования отечественных; поточных линий для комплексной обработки вин, осветлитель ВУД-0, фильтр-пресс ПМ-50-820 центрифуги «Вестфалия» и другие. Узел стабилизации вин, иммобилизованных протаваморином, в комплексе с другими приемами, смонтированный и испытанный нами на винзаводе «Качинский» (Крым), был скомпонован из оборудования линии ВЛО-600. Он включает следующие технологические операции: деметаллизацию вин до содержания железа 3—5 мг/л (ФЭЦ — в реакторах или ЖКС — дозированием раствора в потоке)→обработку ПВП (дозированием раствора в потоке) —непрерывное осветление вин (ВУД-0) и отделение осадка центрифугированием → обработку холодом (при необходимости) → обработку иммобилизованными кислыми протеиназами (в колоночных реакторах).
Разработанный узел в составе установки для обработки вин иммобилизованными кислыми протеиназами в комплексе с другими приемами рекомендован к широкому внедрению в винодельческое производство страны. На этой основе создана опытно-промышленная установка для стабилизации вин различных типов в колоночных реакторах с иммобилизованными ферментами.
Образцы производственных партий виноградных вин различного типа, полученные обработкой виноматериалов в реакторах с иммобилизованным протаваморином, подвергались органолептическому анализу дегустационной комиссией ВНИИВиВ «Магарач» в течение трех лет (1973, 1974 и 1975 гг.), дегустационной комиссией винкомбината «Золотая балка» с участием специалистов Крымсовхозвинтреста и ВНИИВиВ «Магарач».
Результаты дегустационной оценки показывают, что опытные образцы столовых вин, стабилизированные в отношении белковых помутнений иммобилизованными протеиназами, отличались тонким сортовым букетом, гармоничным вкусом и отсутствием тонов переокисленности.
В винах типа портвейн белый отмечалось более яркое проявление плодового тона и хорошая ассимиляция спирта.
Нарядной зеленовато-соломенной окраской, чистым сортовым букетом и свежими тонами во вкусе характеризовалось полусладкое белое из Муската белого, приготовленного по разработанной нами технологии.
В среднем опытные образцы вин получали более высокий (0,1—0,3) балл по сравнению с контрольными (табл. 58).
Таблица 58
Результаты дегустационной оценки виноматериалов, полученных обработкой иммобилизованным протаваморином
Все без исключения опытные образцы вин выдержали срок стабильности год и более при хранении в стандартных условиях.
Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности применения гетерогенного энзимного катализа в виноделии как по достигаемому технологическому эффекту, так и экономической целесообразности.
Проведенная , работа подтвердила предположение, сделанное на основе детального анализа научно-технической и патентной литературы, о возможности повышения эффективности использования ферментативного катализа в виноделии в комплексе с другими приемами на основе применения иммобилизованных кислых протеиназ, а также для получения напитков высокого качества и стабильных к белковым и другим коллоидным помутнениям при хранении в течение года и более.
Выдвинутое нами предположение (Датунашвили, Павленко, Ганна, 1974) о возможности создания системы автоматического контроля и регулирования процессов пектолиза и протеолиза в сусле и вине на основе использования иммобилизованных пектиназ и кислых протеиназ в непрерывнодействующих реакторах подтвердилось:
На основании полученных результатов испытаний новой технологии в условиях производства были проведены обоснованные расчеты экономической эффективности: применение 1 кг протаваморина П10х, иммобилизованного на порошкообразном титане ПТЭМ-1, позволяет получить 17—21 рубль экономии на каждые 1000 дал обработанного вина (столового, полусладкого, крепленого).
Современные методы прикладной биохимии и микробиологии, инженерной энзимологии позволили авторам решить ряд вопросов применения гетерогенного ферментативного катализа в современной технологии винодельческого производства.
*
Повышение производительности труда в виноградарстве, перевод технологических процессов на поток, их автоматизация, снижение затрат труда, улучшение качества продукции предполагают решение таких важных задач, как механизация процесса уборки урожая, создание высокоэффективных и малооперационных технологий путем увеличения производительности бродильных аппаратов и уменьшения их стоимости, совершенствования отдельных технологических приемов с помощью процесса биологического кислотопонижения и применения гетерогенного катализа.
Технология приготовления виноматериалов из винограда машинной уборки является новым направлением в виноделии. В настоящее время в качестве основы для разработки и совершенствования виноградоуборочных комбайнов принят вибрационный принцип действия. Проведенные исследования позволили разработать приемы защиты винограда машинного сбора от окисления кислородом воздуха и вредного действия микрофлоры, показали важность сокращения до минимума (0,5 ч) времени между сбором и переработкой урожая и возможность получения из различных сортов винограда виноматериалов хорошего качества. Комбайновая уборка окажется эффективной не только при производстве вин различных типов, но и виноградного сока, вакуум-сусла, виноградного меда, бекмеса, изюма и других пищевых продуктов. Машинную уборку винограда можно будет успешно использовать при производстве коньячных виноматериалов и получении ординарных коньяков.
Одним из основных направлений повышения производительности бродильных аппаратов является увеличение их вместимости с 2—5 тыс. дал до 15—50 тыс. дал. Исследование процесса брожения виноградного сусла позволило разработать технологию приготовления столовых и шампанских виноматериалов в металлических резервуарах вместимостью до 50 тыс. дал поливным и периодическим методами при постоянной и переменной температуре. Брожение сусла со скоростью менее 0,5 г/(л-ч) сахара позволяет поддерживать равномерность температурного поля в бродильном резервуаре большой вместимости, избежать перегрева в его центре и необходимость применения устройств для перемешивания бродящей массы.
В процессе брожения виноградного сусла с помощью известных технологических режимов и приемов можно регулировать количественный состав вторичных ароматических веществ. В сложении аромата различных типов вин определенную роль играет 2-фенилэтанол. Во многих случаях он оказывает положительное влияние на аромат вин благодаря образованию этиллаурината при брожении, содержание которого коррелирует с содержанием 2-фенилэтанола.
Особого внимания заслуживают вопросы регулирования биохимических и микробиологических процессов, протекающих в сусле и вине на всех технологических стадиях их приготовления. Всестороннее изучение процесса биологического кислотопонижения и дрожжей- кислотопонижателей, осуществляющих этот процесс, показало перспективность их применения при получении сухих и крепленых виноматериалов из высококислотного винограда, а также позволило создать местный штамм дрожжей расы «Виерул», обладающий высоким кислотопонижающим эффектом. Перевод биологического кислотопонижения на непрерывный режим на основе иммобилизации клеток дрожжей шизосахаромицетов — важное направление в современной технологии производства высококачественных вин.
Разработанная нами технология стабилизации виноматериалов на основе использования иммобилизованных кислых протеиназ позволяет приготовить стабильные против белковых помутнений вина, исключить последействие ферментных препаратов и улучшить вкусовые достоинства соков и вин.
Высокопроизводительные виноградоуборочные машины, рациональные технологии уборки и переработки урожая будут способствовать получению соков, вин, коньяков и других продуктов виноделия хорошего качества и с большим экономическим эффектом.
