Контроль температуры в виноделии - Повышение температуры при брожении вина

Расчеты, произведенные на основе термодинамических данных (Конн и Штумпф, 1972), дают для химического уравнения спиртового брожения изменение свободной энергии, т. е. высвобождает энергию примерно 168 кДж на 1 молекулу:
С₆Н₁₂О₆ - 2С2Н₅ОН + 2СО₂.
Но в процессе брожения часть этой энергии используется дрожжевыми клетками для обеспечения их жизненных функций, и в частности роста и размножения. В томе 2 (гл. 15) было показано, что разложение одной молекулы сахара сопровождается образованием двух молекул АТФ, имеющих высокий энергетический потенциал и непосредственно используемых дрожжевой клеткой. Энергия, соответствующая образованию одной молекулы АТФ, изменяется в зависимости от условий и составляет около 30 кДж. Таким образом, из 168 кДж, высвобождаемых согласно уравнению брожения, примерно 61 кДж фактически используется клеткой. Разница, составляющая около 107 кДж, выделяется в виде теплоты и вызывает повышение температуры бродильной среды. Это теоретически найденное значение довольно близко к полученному экспериментальным путем посредством колориметрических измерений (от 80 до 101 кДж).
Принимая значение 105 кДж, нетрудно заметить, что оно соответствует количеству тепла, которое необходимо, чтобы повысить температуру воды до 25°С. Поскольку сбраживание 1 г-молекулы, или 180 г глюкозы, высвобождает в виде тепла 105 кДж, из 200 г сахара, находящегося в 1л сусла, высвобождается энергии в форме тепла 112 кДж. Это означает, что во время брожения температура сусла должна повыситься на 28°С, т. е. от 20 до 48°С, что губительно для дрожжей. Но такое повышение температуры верно лишь для теоретического случая, например для процесса мгновенного характера или же для брожения в изотермической оболочке без какого-либо теплового обмена с внешней средой.
На практике же брожение длится многие дни, что ведет к спонтанному рассеиванию значительной части высвобожденного тепла и, следовательно, к меньшему повышению температуры, чем вычисленное теоретически. Эта потеря тепла будет тем меньше, чем более спокойным будет брожение. Потеря тепла происходит при выделении огромной массы углекислого газа, уносящего с собой тепло, а также за счет испарения воды и спирта. Наконец, потери тепла объясняются теплообменом с окружающей средой через поверхность жидкости с воздухом, а также через стенки бродильных емкостей. Эти теплопотери во многом зависят от планировки бродильного отделения и в частности от расположения и формы резервуаров, а также от материалов, использованных для их постройки.
Жаке и сотрудники (1972) предложили методы расчета потерь тепла при выделении углекислого газа, испарении воды и спирта; при этом вторые являются более значительными. Эти потери тем больше, чем выше температура брожения. При брожении 100 гл сусла они меняются от 25 кДж при 15°С до 77 кДж при 35°С. Такое брожение высвобождает 1050 кДж, и, следовательно, потери находятся в пределах от 2,5 до 7,5%. Ими нельзя пренебрегать, но они не имеют решающего значения. Наиболее важную роль играет теплообмен с окружающим воздухом, рассмотрению которого посвящен следующий раздел.