Системы и оборудование для охлаждения и нагревания сусел, вин и воздуха в бродильных отделениях
Проблемы теплового хозяйства на винодельческих предприятиях сложны, часто противоречивы, особенно когда ищут решений рациональных, практичных и экономически выгодных путем сочетания ряда переменных факторов, главными из которых являются следующие:
продукты (сусла и вина) и термические аспекты виноделия;
способы регулирования температуры;
доступное теплотехническое оборудование (винодельческое и промышленное) и автоматизация;
размещение резервуаров;
строение помещений (зданий);
источники энергии (электрическая, двигатели на жидком топливе, солнечная) и естественные факторы (холодная вода, вентиляция).
Действительно, глобальное решение, учитывающее все эти факторы, ведет к оптимизации капиталовложений и расходов на эксплуатацию, что, в конечном счете, представляет собой экономический идеал. Пока что такая глобальная работа не стала предметом углубленных исследований в целом, а изучаются только отдельные аспекты.
Тепловые процессы при приготовлении и хранении вин.
Спиртовое брожение. Наиболее опасным в виноделии является избыток теплоты, образующейся в процессе спиртового брожения с чрезмерным нагреванием сусла до температур выше допустимых, вызывающих остановку брожения, довольно значительные потери спирта (до 0,3% об.), потери ароматических веществ, привкусы уваренности.
Количество образующейся теплоты значительно. Проведенные измерения показали, что 175 г сахара выделяют при сбраживании 24 ккал. Это означает, что в изотермической оболочке, когда вся образующаяся теплота остается в жидкости, сусло, содержащее 10% об. спирта (175 г/л сахара), нагрелось бы в конце брожения до 82°С.
В действительности, поскольку брожение растягивается по времени, часть теплоты выделяется через стенки резервуаров, а также с газами и парами, образующимися в ходе брожения. Но это выделение теплоты часто бывает недостаточным, и приходится искусственно удалять избыток теплоты. Такое вмешательство должно обеспечить поддержание температуры в довольно точных пределах. Оно должно предупреждать резкие повышения температуры, прежде чем они достигнут верхнего предела. Когда это происходит, нужно охлаждать слишком нагретые чаны. Эта операция протекает медленно, так как нагревается не только жидкость, но и стенки резервуаров, в результате этого ускоряется брожение, приток теплоты становится более интенсивным. Отсюда следует, что охлаждение нужно начинать заблаговременно, обычно в начале брожения. При производстве красных вин такое вмешательство проводят в среднем один-два раза за время брожения по традиционному способу на заводах юго-запада, используя установки достаточно мощные для того, чтобы в течение нескольких часов понизить температуру бродящего сусла на 4—5°С. Вилка температур определяется виноделом в зависимости от продукта, условий года и т. д. (см. главу 4 «Производство вина по-красному способу», т. 3).
Количество удаляемой теплоты представляет разницу между образующейся теплотой и потерями с током углекислого газа. Теплота, содержащаяся в вине и мезге, повышает их температуру и увеличивает потери теплоты через стенки резервуара. Все эти утечки теплоты очень непостоянны. Сюдро (1963) и Дюселье (1967) отмечают, что реальное повышение температуры колеблется от 0,8 до 1,4°С на 1 % об. спирта.
Средний поток теплоты, образующейся при брожении, можно вычислить следующим образом.
Пример. 100 гл сусла потенциально возможной концентрацией 10% об. (175 г/л сахаров) сбраживают в течение 5 дней (120 ч). Если 1% об. спирта (соответствующий 17,5 г сахаров) дает 3,2 ккал, то средний поток теплоты в час составит: 3,2-10· 10 000/120=2600 ккал (100 гл= 10000 л).
Этот результат выражает количество теплоты, необходимой для подъема температуры 2600 л воды на ГС, если допустить, что 1 л сусла или вина имеет удельную теплоту, равную удельной теплоте воды, т. е. 1 ккал.
Такой расчет позволяет определить избыток теплоты, который должен быть удален. Например, 100 гл сусла с потенциально возможным содержанием спирта 10% об., претерпевая постепенное повышение температуры от 20 до 28°С в течение 120 ч, выделяют избыток тепла (от 0 до 500 ккал/ч).
В энологическом плане охлаждение сусла можно осуществить как включением сусла в наружный кругооборот, так и без него и проводить при необходимости переливку с доступом или без доступа воздуха.
Яблочно-молочное брожение и дображивание.
В противоположность выше описанной технологии яблочно-молочное брожение и дображивание сахара обычно протекают после главного брожения в течение ноября и требуют поддержания температуры в пределах 18—20°С. Следовательно, нужно, как правило, слегка подогревать вино или воздух в помещении. Некоторые энологи считают желательным нагревать не вино, а окружающий воздух.
В начале спиртового брожения иногда требуется подогревание сусла, для того чтобы облегчить забраживание дрожжевой разводки. Иногда следует прибегать и к другим операциям термического воздействия, в частности к извлечению окраски путем мацерации при повышенной температуре (способ, который нуждается в специальном оборудовании, обеспечивающем получение теплоты и холода). По этой технологии количества используемой теплоты достигают больших значений. Например, если температуру мезги требуется повысить от 45 до 50°С, то каждый килограмм сусла поглотит от 45 До 50 ккал и от 35 до 40 ккал для последующего немедленного охлаждения. Для небольшого аппарата производительностью 3 т/ч потребуется котел производительностью не менее 150 000 ккал и мощная система охлаждения (минимум 120 000 ккал).
Хранение и выдержка вин.
При хранении вин с целью выдержки нужно также поддерживать температуру в заданных пределах тем строже, чем меньше емкости (это чаны, бочки или бутылки), так как площадь теплообмена возрастает с уменьшением объема резервуара. Температуру воздуха в винохранилищах следует регулировать во всех случаях. Обычно рекомендуют температуры от 14 до 18°С.
Наконец, в некоторых случаях технология предусматривает термические способы обработки, которые можно включить в общий анализ проблемы. Сюда относятся, например, обработка вин холодом, проводимая перед розливом в бутылки, пастеризация во время розлива и др. Эти способы обработки, для которых в каждом данном случае целесообразно уточнять физические величины и время проведения, осуществляются на оборудовании, имеющем некоторые общие элементы (котел, холодильная машина, машина воздушного охлаждения, винодельческие теплообменники, насосы и т. п.).
Традиционные способы, изменяющие тепловые процессы. Эти способы описал Рейно (1971), поэтому нет необходимости возвращаться к ним. Некоторые из них представляют собой незаконченные решения, не требующие больших затрат, но иногда имеют много недостатков с точки зрения виноделия, в частности, таких, как слишком сильная аэрация. Это, например, струйное охлаждение сусел в желобках или в «медокских» прессах; внесение свежей мезги в уже зародившееся сусло или, что хуже, в вино предыдущего года; одновременная загрузка нескольких чанов, что увеличивает продолжительность загрузки и брожения; внесение льда в полиэтиленовых мешках, способ очень эффективный, но требует довольно значительных количеств его (например, для охлаждения сусла на 5°С требуется количество льда, масса которого составляет 1/20 массы сусла); поочередное наполнение железобетонных резервуаров, которое замедляет нагревание бродящей массы и резервуаров.
