Наполнение заключается в том, что сосуд, признанный соответствующими нормативами в качестве мерной емкости, заполняют определенным количеством вина, оставляя необходимое пространство для возможного увеличения объема вина, и укупоривают.
Следует различать системы наполнения и способы наполнения бутылок. Согласно Гаубсу (1971), способы наполнения бутылок или розлива вина представляют собой приемы, которыми пользуются непосредственно перед наполнением бутылки для избежания развития микроорганизмов в вине (стерильный розлив на холоде, розлив при минимальном числе микроорганизмов, горячий розлив) или для ограничения окислительных процессов (розлив под нейтральным газом). Эти способы описаны в главах 6 и 7. Системы наполнения бутылок или розлива в них вина относятся только к техническим принципам, используемым для действия различных машин. В данной главе будут рассмотрены лишь различные системы наполнения, их преимущества и недостатки и их влияние на качество вин.
Классификация разливных машин
Машины для наполнения бутылок, называемые наполнителями, бутылкоразливными или просто разливными машинами, классифицируют согласно принципу действия, используемому для наполнения. Карон (1967) разделяет разливные машины на классы по восьми различным способам наполнения: сифонирование; изобарический; под общим вакуумом; под полувакуумом; объемное наполнение мерными стаканами; объемное наполнение поршнями; наполнение в потоке «переливанием через край»; под давлением.
Авторы предпочитают пользоваться классификацией, разработанной Гаубсом (1971), которая кажется наиболее приспособленной к различным машинам, используемым а винодельческой промышленности. Разливные машины разделены здесь на две большие группы: 1) разливные машины по объему, которые вводят в бутылку строго определенный объем жидкости; 2) разливные машины по уровню, которые наполняют бутылку до определенного уровня.
В каждой из этих групп машины подразделяют на подгруппы по принципу действия их. Машины обеих групп могут быть полуавтоматическими или автоматическими. В полуавтоматических машинах бутылки подают вручную, их производительность не превышает 800—1000 бутылок в час. Для получения более высокой производительности разливные машины изготовляют автоматическими, когда подача бутылок обеспечивается ленточным транспортером.
Принцип действия, преимущества и недостатки разливных машин различных типов
Машины для розлива по объему.
Эти машины подают определенную дозу с точностью от 2 до 5 тысячных. Их можно использовать для наполнения как жестких, так и полужестких сосудов, таких, как бутылки из стекла, пластмасс, пластиковые пакеты, металлические коробки.
Согласно закону, бутылки считают мерой измерения жидкостей, и декретом от 18 апреля 1976 г. определена номинальная вместимость, по краям горлышка и практическая и уточнены допуски между практической вместимостью и номинальной. Так, для номинальной вместимости между 500 и 1000 см3 этот допуск равен 10 см3. Следовательно, вместимость бутылок бывает неодинаковой и при узком горлышке, объемное наполнение ведет к значительной разнице в высоте уровня.
Это одна из причин сравнительно редкого использования машин объемного типа для розлива вин.
Схема классификации разливных машин различных типов
* Эти разливные машины практически не используются для розлива вин.
** В этой схеме фигурируют только разливные машины, применяемые для розлива вин.
Их применяют главным образом для очень вязких жидкостей или для получения большой точности объема, введенного в емкость (спирт, ликеры и т. п.). Гаубс (1970) считает, что такие разливные машины могут приобрести большое распространение в винодельческом производстве с дальнейшим развитием однооборотной тары. Он подразделяет объемные разливные машины на машины со стаканом и машины с поршнем.
Рис. 16.1. Схема разливной машины:
1 — разливная трубка в закрытом положении; 2 — расходный резервуар; 3 — поплавковое устройство, поддерживающее постоянный уровень жидкости в резервуаре; 4 — разливная трубка в открытом положении; 5 — винопровод для питания машины.
По мнению Фонлупта (1972), такие разливные машины следует классифицировать по конструкции дозатора: со стаканами, с неподвижным поршнем или с подвижным регулируемым поршнем (рис. 16.1, 16.2 и 16.3).
В системе со стаканами дозирование осуществляется погружением в резервуар разливной машины стакана, вместимость которого по уровню краев соответствует желаемому объему. Бутылка приподнимает стакан, чтобы он выступил, прежде чем откроется отверстие для впуска дозы вина в бутылку.
Дозирующий элемент в системе с неподвижными поршнями состоит из блока цилиндр — поршень, расположенного вне резервуара и выше выпускного соска. Положение поршня можно изменять, что позволяет регулировать подаваемый объем. Трубка, находящаяся выше поршня, обеспечивает контакт жидкости с воздухом и возможность свободного стекания вина в бутылку под действием силы тяжести.
Рис. 16.2. Принципиальная схема разливной машины с фиксированными поршнями: а — сосок в закрытом положении (конец наполнения поршневой камеры); б — сосок в открытом положении (жидкость стекает в бутылку); в — сосок в закрытом положении (наполнение поршневой камеры).
Рис. 16.3. Принципиальная схема действия разливной машины с подвижными регулируемыми поршнями:
а — сосок в закрытом положении (конец наполнения поршневой камеры); б — сосок в открытом положении (жидкость стекает в бутылку); в — сосок в закрытом положении (наполнение поршневой камеры).
Напорный резервуар должен находиться над разливными сосками, чтобы обеспечить наполнение дозаторов под действием силы тяжести.
Система с подвижным регулируемым поршнем включает поршень, приводимый в возвратно-поступательное движение. При подъеме он всасывает жидкость, поступающую из резервуара, при опускании нагнетает вино в бутылку. Подаваемый объем вина регулируется длиной хода поршня. Движение поршня при всасывании и при нагнетании позволяет производить наполнение бутылки быстрее, чем в двух других системах. С другой стороны, это позволяет вводить в бутылки жидкости с высокой степенью вязкости, полностью выдерживая темп розлива.
В разливных машинах объемного типа во избежание переполнения бутылки конструкторы предлагают ограничительные соски, сосок со свободным падением, сосок со стеканием вина по стенке.
У соска со свободным падением жидкость стекает через цилиндрическую насадку и падает прямо на дно сосуда. Этот сосок подходит для емкостей с широким горлом и для жидкостей, которые не пенятся.
В соске со стеканием по стенке жидкость направляется на стенку бутылки через трубку, герметически прижатую к горлу бутылки. Возврат воздуха обеспечивается центральной трубкой. Эта система характеризуется быстрым стеканием без образования эмульсии. Если центральная воздушная трубка отрегулирована на определенный уровень и связана с резервуаром, в котором поддерживается легкое разрежение, получают сосок, способный производить наполнение до определенного уровня. Разливная машина, снабженная таким соском, может работать либо при постоянном уровне, либо как простая разливная машина объемного типа. Этот тип соска хорошо подходит для бутылок.
Машины для розлива по уровню.
Разливные машины, входящие в эту группу, наполняют бутылки всегда до одного и того же уровня. Объем вводимой жидкости зависит только от вместимости бутылки. Такие машины используют для розлива всех типов вин (тихих и игристых).
Известны в зависимости от модели различные варианты монтажа этих машин. Поэтому действие разливных машин может быть основано на неодинаковых принципах наполнения, и из-за этого классификация их затруднена. Авторы ограничивают настоящее исследование разливными машинами, наиболее применяемыми в винодельческой промышленности. Будут последовательно рассмотрены способы наполнения сифонированием, изобарический и с использованием разности давлений.
Машины для розлива с помощью сифона.
Гаубс (1971) выделяет разливные машины, действующие по способу сифонирования, в особую группу. Эти машины изобарические, но система наполнения отличается от той, какая применяется в других разливных машинах, и, по мнению авторов, такой подход оправдан.
Действие всех машин для розлива сифонированием основано на принципе сообщающихся сосудов. Соединение между разливным соском и горлышком бутылки негерметично. Конец разливного соска находится ниже уровня жидкости питающего резервуары. Кран, закрывающий конец соска, приподнят бутылкой. Удаление воздуха происходит через просвет между соском и внутренними стенками горлышка. Когда уровень вина в бутылке достигает уровня вина в резервуаре, наполнение прекращается. При снятии бутылки клапан обтюрации опускается и сток прекращается. Скорость наполнения невелика, непостоянна и к концу наполнения уменьшается (рис. 16.4).
Рис. 16.4. Стекание вина в разливной машине сифонного типа.
Рис. 16.5. Схема разливной машины с неподвижными сифонами:
1 — разливной сосок в открытом положении; 2 — расходный резервуар; 3 — поплавковое устройство, поддерживающее постоянный уровень вина в резервуаре; 4 — винопровод для питания машины; 5 — разливной сосок в закрытом положении.
Рис. 16.6. Схема разливной машины с опускающимися сифонами:
1 — разливной сосок в нижнем положении (вино стекает в бутылку); 2 — расходный резервуар; 3 — поплавок, поддерживающий постоянный уровень вина в резервуаре; 4 — винопровод для питания машины; 5 — разливной сосок в верхнем (закрытом) положении.
Следует уточнить, что в автоматических машинах соединение между бутылкой и разливным соском может осуществляться двумя разными способами:
поднимая бутылку к разливному соску, который закреплен неподвижно по отношению к резервуару разливной машины. Это машины с фиксированными сифонами (рис. 16.5);
опуская разливной сосок в бутылке. При этом сосок является подвижным по отношению к резервуару машины. Это разливные машины с опускающимися сифонами (рис. 16.6).
Обе эти схемы имеют свои преимущества и свои недостатки. Конструкторы применяют ту или другую в зависимости от своего опыта и средств производства. Как схема с неподвижным сифоном, так и схема с опускающимся сифоном имеет своих сторонников. В первом случае все бутылки выравнивают по верхнему срезу горлышка, во втором — по дну. В этом случае различия в высоте отдельных бутылок выражаются в неодинаковом уровне наполнения.
В конструкциях с опускающимися сифонами разница в высотах уровней вина между двумя бутылками неодинаковой высоты корректируется разностью проникновения обтюратора сифона.
Карон (1967) считает, что «если с теоретической и технической точек зрения наполнение посредством неподвижных сифонов представляется более рациональным, то наполнение с помощью опускающихся сифонов, не менее точное, по-видимому, имеет то преимущество, что отпадает необходимость в подушечках для подъема бутылок. Возможно, что в этом случае будут чаще происходить перебои в работе системы».
Разливные машины, работающие по принципу сифонирования, приобретают все более широкое распространение. Единственное преимущество их заключается в простоте конструкции разливных сосков. Недостатками являются: необходимость обеспечивания пуска сифонов в ход; глубокое погружение разливных сосков в бутылки, вызывающее значительные изменения уровня вина; наполнение выщербленных бутылок. Однако некоторые разливные машины с опускающимися разливными сосками имеют оборудование для автоматического включения сифонов, другие — системы выравнивания уровней.
Разливные машины изобарического типа.
Эти машины имеют одну камеру, которая является резервуаром для вина. Их называют изобарическими, так как вино, содержащееся в резервуаре, находится под таким же давлением, как и вино, стекающее в бутылку. Давление не влияет на скорость наполнения, оно может быть равным атмосферному давлению, может иметь более или менее значительный вакуум или повышенное давление. Так, Гаубс (1971) различает разливные машины изобарического типа, действующие с использованием силы тяжести, под вакуумом, посредством противодавления или пониженного давления.
Рис. 16.7. Схема разливной машины, работающей на принципе гравитации (самотека):
1 — разливной сосок в закрытом положении; 2 — трубка обратного потока воздуха; 3 — поплавок, поддерживающий постоянный уровень вина в резервуаре; 4 — винопровод для питания машины; 5 — резиновая прокладка, обеспечивающая герметичность соединения разливного соска с горлышком бутылки.
Разливные машины, действующие с использованием силы тяжести. Эти машины действуют при атмосферном давлении, разливные соски здесь помещены ниже резервуара. Скорость истечения вина остается постоянной в течение всего времени наполнения. Она является функцией высоты жидкости в резервуаре разливной машины, точнее гидростатического давления. Разливные соски состоят из трубки возврата воздуха и трубчатого клапана, который плотно закрывает выпускное отверстие. Бутылка прижимается герметическим соединением, клапан приподнимается, и вино стекает в бутылку под действием силы тяжести (рис. 16.7). В конце наполнения вино поднимается по трубке возврата воздуха до уровня вина в резервуаре. Высота наполнения определяется глубиной погружения трубки вытеснения воздуха.
Эта система позволяет получать одинаковые уровни наполнения. Колебания уровня в этом случае значительно меньше, чем при розливе сифонированием. Зато она неудобна в том отношении, что наполняются также и поврежденные бутылки, кроме того, требуется надежная герметичность в месте присоединения горлышка бутылки к разливному соску. При нарушении герметичности бутылка переполняется. Необходимо периодически проверять состояние соединений. Обтюрация (плотное закрытие) разливного отверстия никогда не бывает совершенной, и сосок часто пропускает несколько капель жидкости.
Разливные машины, действующие под вакуумом.
Принцип действия таких машин схематически показан на рис. 16.8. В резервуаре разливной машины с помощью вентилятора или вакуум-насоса создают небольшое разрежение, примерно 500 мм вод. ст. Как и в случае наполнения под действием силы тяжести, горлышко бутылки герметически прижимается к разливному соску. Посредством трубки вытеснения воздуха разрежение передается в бутылку, и вино вытекает под действием силы тяжести. Когда уровень жидкости в бутылке достигнет отверстия трубки обратного потока воздуха, согласно принципу сообщающихся сосудов вино поднимется в ней до уровня жидкости в резервуаре разливочной машины, наполнение закончится и бутылка отделится от соска. Поскольку абсолютное значение разрежения (вакуума) несколько выше гидростатического давления у отверстия разливного соска, он не пропускает даже отдельных капель.
Степень разреженности не оказывает влияния на скорость истечения жидкости. Последняя зависит только от высоты уровня вина в резервуаре машины. Во время наполнения давление в резервуаре и давление в бутылке одинаковы. Такую разливную машину называют изобарической.
Рис. 16.8. Схема разливной машины с разрежением в камере:
1 — разливной сосок в закрытом положении; 2 — трубка обратного потока воздуха; 3 — поплавок, поддерживающий постоянный уровень вина в резервуаре; 4 — винопровод, питающий машину; 5 — всасывающий трубопровод, связывающий расходный резервуар с вентилятором или вакуум-насосом; 6 — резиновая прокладка, обеспечивающая герметичность соединения разливного соска с горлышком бутылки.
Рис. 16.9. Схема разливной машины с циркулярным каналом, работающей на принципе противодавления:
1 — разливной сосок; 2 — расходный резервуар в виде циркулярного канала; 3 — винопровод, питающий машину; 4 — трубопровод противодавления.
Современные машины имеют простую конструкцию, очень удобную в обращении и уходе. Разливные соски не подтекают. Уровень вина в горлышках бутылок получается одинаковым. Поврежденные бутылки не наполняются.
Недостатком машин такого типа является необходимость оставлять в работающем состоянии вакуум-генератор, если резервуар наполнен, даже во время остановки розлива. Единственное средство устранения этого недостатка — обеспечение герметичности разливного соска надежными соединениями (Лебре, 1972).
Следует также отметить, что в случае горячего розлива имеются значительные потерн углекислого газа.
Разливные машины, действующие посредством противодавления или низкого давления. Когда вина содержат углекислый газ (вина игристые, газированные и т. п.), то во избежание потерь газа и образования пены необходимо поддерживать над жидкостью избыточное давление. В таких случаях применяют разливные машины с противодавлением. Постоянное давление, поддерживаемое в надвинном пространстве, обычно составляет от 1 до 7 бар. Оно является функцией температуры наполнения и исходного содержания углекислого газа. Здесь рассматриваются только однокамерные разливные машины, применяемые в винодельческой промышленности. Разливные машины с несколькими камерами используются только в пивоваренном производстве.
Некоторые заводы-изготовители предлагают в настоящее время упрощенные модели разливных машин с противодавлением, а именно, машины с низким давлением, которые представляют интерес для розлива вин с большим, содержанием углекислого газа.
Принцип наполнения у разливных машин с противодавлением сложнее, чем принцип действия машин, работающих при нормальном, давлении. Поскольку здесь ставят целью сохранить все количество углекислого газа, растворенного в вине, то в резервуаре машины и в бутылке поддерживают контрдавление (обычно посредством сжатого воздуха), превышающее давление газа, растворенного в жидкости. Наполнение производят чаще всего при пониженной температуре. Чтобы ограничить поверхность контакта вина с газовой атмосферой, резервуар разливной машины с противодавлением обычно изготовляют в виде кальциевого канала (рис. 16.9).
В процессе наполнения бутылок (рис. 16.10) различают три фазы.
Первая фаза — создание давления. Горлышко бутылки герметически прижимается посредством резинового соединения к разливному соску. Одновременно происходит открытие клапана предварительного напряжения, который посредством трубки обратного потока воздуха создает давление в бутылке.
Рис. 16.10. Схема работы разливной машины, действующей на принципе противодавления: а — первая фаза (создание давления, открытие клапана предварительного напряжения 1); б — вторая фаза (наполнение, клапан предварительного напряжения 1 остается открытым; выпускной клапан 2 открывается, происходит наполнение бутылки); в — третья фаза (декомпрессия; когда бутылка будет полной, выпускной клапан 2 и клапан предварительного напряжения 1 закрываются, клапан декомпрессии 3 открывается; бутылка отделяется от разливного соска).
Вторая фаза — наполнение. Когда давление в бутылке ставится одинаковым с давлением в резервуаре машины, выпускной клапан открывается и происходит наполнение бутылки. Когда уровень вина в бутылке достигнет отверстия трубки обратного потока воздуха, вследствие закона сообщающихся сосудов, жидкость в трубке поднимается до уровня вина в резервуаре разливной машины. На этом наполнение заканчивается.
Третья фаза — снятие давления. По окончании наполнения клапаны выпускной и предварительного напряжения закрываются. Прежде чем бутылка отделится от разливного соска, открывается клапан декомпрессии. При этом давление на жидкость в бутылке постепенно переходит в атмосферное. Такое плавное понижение давления позволяет избежать слишком бурного выделения газа и значительного пенообразования.
В разливных машинах с одной камерой или при низком давлении во время заполнения вино в резервуаре машины находится под таким же давлением, как и вино, содержащееся в бутылке. Это машина изобарического типа.
Разливные машины, действующие по принципу противодавления, имеют много преимуществ. Выщербленные или нестандартные бутылки не наполняются. Точно так же, когда одна бутылка бьется при включении давления, выпускной клапан не может открыться и тем самым исключаются потери жидкости.
С целью ограничения контакта жидкости с кислородом воздуха в некоторых разливных машинах используют инертный газ для предварительной продувки бутылки, или для удаления воздуха, остающегося в горлышке до декомпрессии. Машины с контрдавлением или с низким давлением применяют для ограничения потерь углекислого газа.
Главный недостаток этих машин заключается в их высокой техничности. Они дорогостоящи и требуют хорошего ухода и точной регулировки для безотказной работы.
Разливные машины, действующие с использованием разности давлений. Эти машины называют также машинами с вакуум-наполнением, так как создаваемое разрежение достигает значительных величин, как правило, более 1000 мм вод. ст. В зависимости от положения разливного соска такие разливные машины можно подразделить на две группы: сифонирование под вакуумом и наполнение под действием силы тяжести в условиях вакуума. Принцип действия этих машин схематически показан на рис. 16.11 и 16.12.
Рис. 16.11. Схема вакуумной разливной машины с двумя камерами (сифонирование под вакуумом):
1 — разливной сосок с герметическим соединением; 2 — трубка обратного потока воздуха; 3 — всасывающий трубопровод (к вакуум-насосу); 4 — вакуум-камера; 5 — поплавок для поддержания постоянного уровня воды в резервуаре; 6 — винопровод для питания машины.
Рис, 16.12, Схема вакуумной разливной машины с двумя камерами (с использованием силы тяжести в вакууме):
1 — разливной сосок с герметическим соединением; 2 — поплавок, поддерживающий постоянный уровень вина в резервуаре; 3 — трубка обратного потока воздуха; 4 — вакуум-камера; 5 — винопровод, питающий машину; 6 — всасывающий трубопровод (к вакуум-насосу).
В обоих случаях в вакуумной камере создают разрежение примерно от 1000 до 3000 мм вод. ст. Процесс наполнения осуществляется созданием герметичности в месте присоединения разливного соска к горлышку бутылки. Разрежение сообщается внутреннему пространству бутылки посредством трубки обратного потока воздуха, и жидкость стекает в бутылку. Когда уровень: вина достигнет высоты отверстия трубки обратного потока воздуха, избыточное вино всасывается в вакуум- камеру и бутылка отделяется от разливного соска. Таким образом, разрежение предотвращает стекание через разливной сосок. На этом принципе основано большое количество вариантов машин такого типа (Лебре, 1972).
Во время наполнения: вино, содержащееся в бутылке, подвергается разрежению, тогда как вино, находящееся в резервуаре разливной машины, постоянно испытывает атмосферное давление. Поэтому такую разливную машину называют машиной с разностью давлений.
Скорость стекания вина будет тем больше, чем выше будет значение разрежения в вакуумной камере. Однако при значительном вакууме жидкость имеет тенденцию к пенообразованию и ее уровни в бутылках, бывают неодинаковыми.
В машинах последних конструкций разливные соски не текут и при правильной регулировке отклонения уровней вина в горлышках бутылок приемлемы. Этот принцип позволяет избегать наполнения поврежденных бутылок.
Практики считают, что эти машины труднее чистить, чем изобарические однокамерные Машины с разрежением. Наполнение возможно только при условии полной герметичности соединения горлышка бутылки и разливного соска, а это требует периодической проверки возможного смещения соединительной муфты. В случае горячего розлива потери углекислого газа достигают значительных величин.
