Условия и механические операции укупорки бутылок. Применяемое оборудование
Эти операции обусловлены рядом факторов, обеспечивающих получение желаемого результата. К ним относятся тип горлышка бутылки, укупорочная машина и ее характеристики, тип пробки, ее качество и подготовка.
Горлышки бутылок для тонких вин.
Форма этих горлышек претерпела с течением времени ряд изменений вследствие непрерывного совершенствования технологии производства бутылок. Но лишь совсем недавно (в 1971 г.) профиль бутылочного горлышка был, наконец, нормализован. Было сделано следующее: стандартизировали внешний профиль горлышка, с целью обеспечения возможности применения защитных колпачков, надеваемых на пробку, а также использования свинцово- оловянных укупорочных колпачков, требующих правильной конусности для получения лучшего результата; установили ширину горлышка, достаточную для того, чтобы обеспечить наполнение бутылок разливными сосками, лающими наибольшую производительность; разработали условия укупорки пробкой. Он был превосходным, так как его получали отвечал требованиям производителей укупорочных колпачков: внешний профиль горлышка был превосходным, так как его получали отливкой. Что касается внутреннего профиля горлышка (диаметр 18,5—0,5 мм в месте откупоривания и максимум 21 мм на глубине 45 мм), его фирмы-изготовители предпочитают иметь «возможность делать достаточно широкие пробки, обеспечивающие необходимое давление внутри горлышка и хорошую герметичность. Для пробок диаметром 24 мм это соответствует уменьшению их первоначального объема приблизительно на 50%.
Фирмы, производящие бутылки, испытывают значительные трудности в обеспечении точных размеров внутренней формы горлышка, так как бутылки производят дутьем.
Стандарт CETIE заменил прежнюю форму, диаметр выходного отверстия у которой был установлен стандартом АФНОР в 17,5 мм, утвержденную еще в конце прошлого столетия. Изучение внутреннего профиля горлышка старых бутылок в начале XX века, вполне удовлетворительно обеспечивавших хранение вин, показывает, что он близок к профилю горлышка современных бутылок.
Насколько известно, еще нигде не проводились специальные эксперименты для определения идеальной формы горлышка бутылки, но эмпирические данные позволили установить, что некоторые формы имели неисправимые дефекты, в особенности обратная конусность, «слишком резкое расширение внутри горлышка, выступы неправильной формы в горлышке. Эти дефекты могут вызвать выталкивание пробки из горлышка после укупорки, легкое заглубление ее в горлышко при откупоривании или трудности с извлечением пробки, невозможность обеспечить однообразное углубление пробок при укупорке.
Укупорочные машины.
Первыми аппаратами кустарного производства, появившимися в начале XIX в., были укупорочные машины, позволявшие использовать конические пробки. -Пробку под давлением проталкивали через конус перед входом в горлышко бутылки. Современную цилиндрическую пробку сначала подвергают сжатию, чтобы уменьшить ее диаметр до внутреннего диаметра горлышка бутылки, и во второй фазе ее вгоняют в это горлышко.
Сжатие диаметра пробки осуществляется компрессором, а ее вталкивание в бутылку — поршнем. Внутри укупорочной машины классического типа все механические операции синхронизированы и сгруппированы таким образом, что обеспечивается управление ими с одного и того же поста управления.
Различные типы компрессоров.
В настоящее время среди современного оборудования можно встретить в основном два типа компрессоров; с трехсторонним и четырехсторонним сжатием, которые были запатентованы еще в начале XX века и использовались в полуавтоматических и автоматических машинах (рис. 16.17, а и б). У компрессоров первого типа во время сжатия цилиндрическая пробка занимает сначала положение касательной к трем сторонам в виде деформируемого треугольника с закругленными углами и, как говорят конструкторы, катится по стенкам, сжимаясь в объеме, что исключает ее защемление или коробление и образование складок. У компрессоров второго типа уменьшение диаметра пробки не связано с деформацией, происходящей во время ее вращательного движения, но достигается одновременным применением трех сил сжатия, направленных перпендикулярно одна к другой и уравновешенных силой реакции, поддерживаемой неподвижной частью компрессора. В этом случае не пробка катится в компрессоре, а наоборот, детали компрессора, которые обеспечивают сжатие, сами скользят по ее поверхности. Преимущество укупорочных машин с четырехсторонним сжатием заключается в равномерном распределении сил сжатия (на четыре плоскости вместо трех). Однако при сухой укупорке эти машины с трех- или четырехсторонним сжатием иногда вызывают образование складок на пробке.
Другие принципы работы укупорочных машин (рис. 16.17, в и г) не рекомендуются. Это прежде всего укупорочные машины с боковым сжатием, которые действуют путем выталкивания пробки боком в полуцилиндрический канал под действием поршня с вогнутой полуцилиндрической поверхностью до придания пробке цилиндрической формы, но меньшего диаметра. Однако такое устройство часто оставляет на пробке две складки и даже может вызвать продольный разрыв ее. Валковая укупорочная машина, где пробку толкает вогнутый поршень, не исключает довольно частого застревания сухих пробок, несмотря на уменьшение трения боковых поверхностей. Этот тип компрессоров имел особенно широкое распространение там, где практиковали холодный розлив в стерильных условиях, так как валки легко демонтируются и обеспечивают возможность чистки головки компрессора.
Рис. 16.17. Схемы компрессоров для сжатия пробки:
а — захват с трехсторонним сжатием: 1 — в открытом положении; 2 — в закрытом положении; б — захват с четырехсторонним сжатием: 1 — в открытом положении; 2 — в закрытом положении; в — захват с боковым сжатием; г — захват с роликами.
Укупорочные машины «игольчатого» типа позволяли вводить пробку в горлышко бутылки без сжатия воздуха в надвинном пространстве, так как игла, проходящая вдоль горлышка, обеспечивала выход воздуха во время заглубления пробки. Но при вытаскивании иголок обратно они иногда ломались, часто оставляли борозду на пробке, которая не закрывалась и вела к утечке вина.
Различные типы рассмотренных выше компрессоров монтируют на машинах с ручным приводом, на полуавтоматических или «а полностью автоматических машинах. Подача пробок происходит под действием силы тяжести посредством «ершика» (игольчатого питающего валика), который обеспечивает их расположение под надлежащим углом перед отверстием канала подачи. Непрерывное воздействие, которому подвержены пробки, способствует выходу пробковой пыли, которая все еще содержится в порах, если пробки были плохо очищены от пыли или забиты. Чтобы избежать накапливания обломков пробки, некоторые конструкторы предусмотрели автоматическую очистку компрессоров после каждого цикла струей сжатого воздуха, другие обеспечивают падение пробки, поступающей из горловины подачи рядом с компрессором, и затем подают ее в горизонтальном положении наверх компрессора.
В этих полуавтоматических и автоматических аппаратах довольно трудно использовать влажные пробки, так как они иногда слегка слипаются между собой за счет тонкой пленки воды, которая их связывает силами капиллярности. В результате происходит блокирование трубок питания или же введение двух пробок в захватывающее устройство компрессии. В этом случае первая введенная пробка дробится на части, загрязняет компрессор, плохо закупоривает первую бутылку, а в последующие бутылки попадают только обломки. В настоящее время производительность машин новых конструкций достигает 3000 бутылок на одну головку в час. Влияние влажности на качество укупорки пока не выяснено, поэтому требуется работать с сухими пробками, смазанными парафином или силиконом и со скошенными кромками на концах для улучшения подачи.
Подготовка пробок для укупорки.
При уку порке вручную пробки всегда используют во влажном состоянии. Старый способ заключался в том, что пробки кипятили в нескольких водах и затем обливали их небольшим количеством вина. Так как влажные пробки становятся мягкими, то они легко сжимаются. При этом из пробок вытекает мутный сок, который поступает в бутылку. В этом случае укупорку производят так называемой натуральной пробкой.
В дальнейшем эти операции были частично механизированы, и чтобы избежать избыточного просачивания мутного сока в бутылки, пробки на выходе из бака для пропитки обезвоживали посредством центрифугирования. Вымачивание пробок перед использованием делало их более мягкими, они лучше скользили в компрессоре и горлышке бутылки, улучшалось их восстановление после упругой деформации. Но недостатком их была муть, вносимая в вино, кроме того, такие пробки плохо проходили в автоматических аппаратах, когда они не были достаточно обезвожены.
Парафинирование пробок на холоде представляет собой полумеру, которая была разработана для того, чтобы обеспечить использование пробок в сухом состоянии. Натуральные, а также кольматированные пробки имеют очень высокий коэффициент трения, и пробку можно рассматривать как абразивный материал с очень мелкими зернами (шлифовальный материал, используемый для полировки кристаллов есть не что иное, как пробковый порошок). Таким образом, использование сухих натуральных или кольматированных пробок вызывает очень быстрый износ укупорочных машин и большое количество нарушений технологии (складки, разрывы, обломки). Использование парафина и других современных заменителей позволяет уменьшить этот коэффициент трения пробки в захватах компрессора или в горлышке бутылки, но он все же остается намного более высоким, чем у пробки, вымоченной в воде. Клетки натуральной пробковой ткани имеют на боковой поверхности непрерывный ряд микроскопически малых вантуз (присосков). Когда пробка очень сильно парафинирована, «эффект вантузы» клеток пробки исчезает, но когда она только «сатинируется», этот эффект бывает только частичным.
Вода или жидкие смазочные вещества лучше парафина с точки зрения уменьшения трения пробки в захватах укупорочной машины. Кроме того, степень влажности пробки оказывает очень сильное влияние на ее сопротивление сжатию. Когда пробка сжимается, ее диаметр уменьшается от 24 до 15 мм, т. е. деформация достигает 60% от первоначального объема.
Предосторожности для обеспечения надежной укупорки.
Пробки, предназначенные для укупорки, должны быть достаточно смягчены, укупорочное оборудование должно быть в полном порядке, горлышки бутылок должны быть правильной формы. Следует также учитывать диаметр пробки, ее длину, положение, уровень наполнения бутылок, условия хранения.
Что касается диаметра пробок, то специалисты по их производству эмпирически определили, что сжатие пробки в горлышке бутылок старого типа должно быть примерно 6 мм по диаметру. Однако в Сардинии диаметр бутылок, применяемых для бутылок с горлышком типа CETIE, равен 30 мм. Он полностью удовлетворяет требованиям надежной укупорки при диаметре пробки 35 мм.
Герметичность укупорки обеспечивается плотностью прилегания пробки к стенкам горлышка бутылки.
Длина пробки не связана с герметичностью, которую она обеспечивает вину на время выдержки средней продолжительности. Чем длиннее пробка, тем больше уменьшается сопротивление ее нижней части давлению вследствие расширения горлышка. Длину пробки следует выбирать в первую очередь в зависимости от намечаемой длительности хранения вина. Пробка, хотя и считается негниющей, теряет свою силу сцепления и свои механические качества после длительного пребывания в бутылке с вином. Пробки хорошего качества могут пропитываться некоторым количеством жидкости, взятой из вина, которое может достигать от 50 до 70% их сухой массы. Это значит, что в течение 3—10 лет или более в пробках длиной 54 мм пропитываются 2—3 см3. Утрата силы механического сцепления пробки начинается с нижней части. Для красного вина по истечении 10 лет это нарушение может достигнуть 15 мм длины. Для одного и того же вина пробка будет тем устойчивее, чем плотнее будет пробковая ткань (т. е., чем тоньше и многочисленнее будут слои). Для высококачественных вин, но с относительно короткими сроками хранения, нужно применять пробки длиной более 15—17 линий (33—38 мм) при условии хорошего качества материала.
При укупорке ход поршня укупорочной машины следует регулировать таким образом, чтобы верхняя часть пробки устанавливалась строго против верхней части горлышка. Благодаря этому пробка расширяется в скошенной части входа в горлышко. Верхняя часть пробки быстро дегидратируется и приобретает более высокую степень механического сопротивления. Это облегчает откупоривание бутылок.
Наполнение бутылок должно быть отрегулировано на уровне, который зависит от температуры розлива вина. Коэффициент объемного расширения вина приблизительно в 10 раз больше, чем у стекла. Во время изменений температуры вина расширение стекла, которое имеет линейный характер, не может компенсировать увеличения объема вина, которое происходит нелинейно и приближается к гиперболе. При розливе нужно следить за тем, чтобы высота свободного пространства под пробкой соответствовала возможному увеличению объема жидкости в бутылке. Эта высота изменяется в зависимости от длины применяемой пробки. В горлышке типа CETIE изменение высоты на 1,5 см соответствует среднему изменению объема на 5 см3.
При горячем розливе (от 45 до 55°С) промежуток между вином и пробкой делают возможно меньшим. Дело в том, что уровень вина после охлаждения соответствует приблизительно 35 мм камеры под пробкой для бутылок, выпускаемых в последние годы. Следовательно, наполнение бутылок производят под пробку.
С другой стороны, при холодном розливе вина следует учитывать возможность его нагревания при нахождении на складах и при перевозках, в отдельных случаях до 30—40°С. Применение очень мягких пробок дает хорошее восстановление после упругой деформации.
Как только пробку введут в горлышко бутылки, она расширяется и сжимает воздух, находящийся под ней. Значения наблюдаемого давления зависят от качества материала, высоты пробки и объема надвинного пространства. Они могут достигать при очень хороших пробках диаметром 24 мм максимум 30 Н/см 2 и колебаться в среднем около 15 Н/см2, что соответствует давлению, которое можно назвать «давлением предела герметичности». Если бутылка закупорена с очень небольшой полостью, давление получается высоким и превышает предел герметичности укупорки, в результате чего большая часть воздуха, сжатого в горлышке, уходит наружу. Укупорка под пробку снимает всякое избыточное давление в бутылке сразу же после наполнения. Но если при укупорке камера под пробкой имеет значительный объем, то в ней может быть большое количество воздуха. Если пробка имеет длину 50 мм, воздушную камеру под пробкой высотой 1,5 см, то под пробкой будет находиться 20 см3 воздуха под давлением 30 Н/см2. Если допустить, что весь кислород, т. е. 4 см3, содержащийся в этом объеме сжатого воздуха, растворяется и с течением времени вступает в реакции с компонентами вина и что пробка впитывает в себя 1 см3 жидкости, то над вином остается при постоянной температуре 20 см3 воздуха под давлением 30 Н/см2. Если при повышении температуры до 15°С вино показывает увеличение объема на 3 см3, то теоретическое давление в бутылке будет в этом случае 43 Н/см2, что намного превосходит сопротивление пробки давлению жидкости.
Чтобы устранить этот недостаток, некоторые конструкторы создали оборудование, позволяющее производить укупорку под вакуумом. Поскольку технология укупорки под вакуумом достаточно сложна, авторы предлагают заменять воздух, находящийся под пробкой, углекислым газом. Этот газ легко растворяется в вине и создает разрежение в надвинном пространстве. Тогда при расширении вина в нем не создается избыточного давления, превышающего предел герметичности пробок.
Техника холодного розлива в стерильных условиях требует, чтобы обтюрация (закупоривание) была стерильной. Для этого используют стерильные пробки, поставляемые в специальной упаковке, которые применяют в сухом виде, чтобы избежать опасности загрязнения вина микроорганизмами через воду и оборудование для замачивания пробок. Но в процессе укупорки горлышко бутылки и основание захватов компрессора дезинфицируются. Кроме того, во время работы следует периодически протирать конус центровки и основание захватов ветошью, пропитанной сернистым раствором, а сами захваты нужно ежедневно демонтировать и чистить.
Пробки в нестерильном состоянии следует хранить в сетчатой упаковке, которая обеспечивала бы их проветривание и исключала явления конденсации воды внутри упаковки. Эта конденсация может вызывать развитие плесени и делать пробки непригодными для использования. Помещение для хранения не должно быть ни влажным, ни чересчур жарким и сухим. Оптимальная относительная влажность будет около 70%. Мешки следует укладывать так, чтобы происходила свободная циркуляция воздуха. Пробки нельзя также складировать в местах с неприятными запахами, так как они фиксируют их (топливо, дымы, духи и т. п.).
У пробок, применяемых в сухом виде и не подвергавшихся размягчению, восстановление эластической деформации протекает медленнее, чем у пробок, которые размягчали замачиванием. Сухая пробка восстанавливает только 85% своего первоначального объема в течение минуты, следующей за декомпрессией, и около 90% по истечении 10 мин. Важно не укладывать бутылки сразу же после укупорки, если она производится пробками в сухом состоянии, так как в этом случае слой вина оказывается между горлышком бутылки и боковой поверхностью пробки. Нужно удерживать бутылку в вертикальном положении достаточно длительное время (2—5 мин, меньше для смягченных пробок), чтобы округлая поверхность пробки полностью соприкасалась со стенками горлышка, до того как бутылки будут уложены на бок.
Для достижения хорошей воздухонепроницаемости бутылки нужно укладывать горизонтально или горлом вниз, чтобы пробка была постоянно влажной.
Дефекты укупорки
Нарушение герметичности.
Это является довольно частым дефектом укупорки, в этом случае бутылки называют кулезными. Причины дефекта могут быть различными:
использование компрессора укупорочной машины, созданного на неудачном принципе, может вызывать защемление или разрывы пробки в продольном направлении, через которые происходит утечка вина при малейшем повышении его температуры;
применение компрессора надлежащего типа, но в изношенном состоянии;
использование бутылок с неодинаковыми или слишком широкими горлышками;
несоблюдение достаточного объема воздушной камеры под пробкой, в результате чего она не вмещает дополнительного объема вина, образующегося при его расширении;
низкое качество пробки.
«Зеленая» пробка не обеспечивает непроницаемости жидкостей. Этот дефект приписывают недостаточному одревесневению ткани. Опыты по розливу с укупоркой этим типом пробки, с обработкой или без обработки (Да Сильва, 1975) показывают, что хороших результатов при таком материале получить нельзя. «Зеленая» пробка пропитывается вином, и наружный слой ее постоянно остается влажным. Она может покрываться плесенью, и количество воздуха, содержащееся в бутылке, регулярно возрастает с изменением температуры. В некоторых случаях этот недостаток сочетается с привкусом пробки. Кроме того, зеленая пробка часто дает складки при сжатии. Пробки низкого качества, чересчур пористые, ноздреватые или одревесневшие не обеспечивают сплошного контакта пробки со стеклом, и именно по этим извилистым мелким каналам между пробкой и стеклом вино вытекает при увеличении его объема.
Пробочный червь.
Подвалы, в которых производят выдержку вин, разлитых в бутылки, до их внешнего оформления часто бывают заражены чешуекрылыми бабочками, которые откладывают яйца на поверхности влажных пробок. Эти микролепидоптеры принадлежат в основном к группе молей. Это очень мелкие насекомые, избегающие света, жизнь которых во взрослом состоянии длится очень недолго, от 8 до 15 дней, и завершается спариванием. Их лёт происходит с июня до ноября. Самки откладывают яйца в неровностях пробки. Особенно их привлекают влажные пробки бутылок с красным вином. Инкубация яиц продолжается от 5 до 30 дней. Молодая личинка прогрызает канал, углубляясь в пробку в ее наиболее влажной части, обычно вдоль горлышка, и ее присутствие можно обнаружить только по испражнениям, которые она оставляет по истечении довольно длинного периода развития. В очень зараженных подвалах можно видеть целые партии загрязненных пробок. Такие каналы, проделанные личинками, могут достигать длины всей пробки и делать бутылки кулезными. Бутылки в отдельных случаях могут остаться вообще без вина.
Борьба с червем не может вестись обычными методами, так как невозможно уничтожить личинки в их каналах, поэтому нужно довольствоваться проведением профилактических мероприятий, заключающихся в покрытии пробки сразу же после ее постановки на место защитным колпачком из металла или пластмассы, или же применением инсектицидов в виде па ров, губительных для насекомых.
Привкус пробки.
Привкус пробки — это серьезный дефект, который может поражать лучшие вина независимо от того, какие предосторожности были приняты при отборе и использовании пробок. Определение, равно как и происхождение привкуса пробки, не является точным.
Барре и сотрудники (1954, 1955, 1957) сделали попытку определить его происхождение и воспроизвести экспериментально эти привкусы на пробках, необработанных или прокипяченных, пораженных или нет желтыми пятнами, но они не могли найти причины этих дефектов. Моро (1976) на основе специально проведенных исследований высказал мнение, что этот привкус связан с развитием грибов на укупорочных пробках (Реmicilliums и Aspergil lus). В других работах сообщают о корреляции между дрожжами рода Rhodotorula и привкусами, отмечаемыми у вин района Шампань. Фактически маловероятно, что эти микроорганизмы ответственны за привкус пробки, так как их находят на всех видах пробки
Пес и сотрудники (1971) приписывают происхождение этого дефекта осеннему опенку (Armillaria mellia Quel), высшему грибу. Они идентифицировали этот гриб как ответственный за корневую гниль (поражающую корни пробкового дуба). Эти авторы предлагают дезинфекцию этих пробок перед их использованием 10%-ной лимонной кислотой.
Существует большая путаница даже относительно самого понятия привкуса пробки, и авторы считают, что следует различать несколько типов привкусов:
привкус пробки, происходящий от самой пластины пробки, встречающийся исключительно редко. Он быстро придает вину запах гнили, который делает его тошнотворным и непригодным для употребления. Этот порок не является результатом «желтого пятна», но может присутствовать вместе с ним. Нормальна его выявление производят в лесу, в местах произрастания, во время первого кипячения коры. В этом случае пораженная кора выделяет гнилостный запах. Вода, используемая для кипячения, может в дальнейшем сообщать этот привкус другим пластинам;
привкус пробки, довольно частый, соответствующий вкусу дубильных веществ и происходящий от растворения фенольных соединений пробковой ткани. Его нетрудно воспроизвести экспериментальным путем посредством водных или спиртовых экстрактов пробки. Эти привкусы, сами по себе малоприятные, характеризуются относительно медленной диффузией в вине.
По мнению многих авторов, этот специфический привкус пробки по мере созревания вина гармонизируется с ним, так же как вещества, экстрагированные из дубовой бочки вином, участвуют в образовании его аромата;
привкус пробки, соответствующий вкусу и запаху гнили и плесени, который получается в результате циркуляции вина в контакте с плесенями, развивающимися на защитном колпачке укупорки или в складе пробки, образуемой укупорочной машиной.
Некоторые привкусы иногда ошибочно приписывают укупорочной пробке, тогда как они могут происходить из самого вина вследствие плохого ухода или неправильного размещения. В этом случае поражается вся партия разлитого вина и привкус развивается более или менее интенсивно в зависимости от плотности укупорки бутылок.
Возможные последствия применения защитного колпачка на горлышке бутылки.
Защитный колпачок на укупорочную пробку, выполняемый из свинцово-оловянного сплава, считался одно время причиной обогащения вин свинцом, и лишь в последнее время эта проблема была решена благодаря применению точных методов анализа (Жольм, 1951; Медина и сотрудники, 1977). Нормальное содержание свинца в вине очень невелико, оно колеблется в пределах от 0,10 до 0,50 мг/л.
В процессе созревания вина в бутылках, укупоренных пробкой, может быть обогащение свинцом в пределах от 0,05 до 0,90 мг/л, а в винах из урожая некоторых особо выдающихся лет это содержание может достигать 1,70 мг/л. Это обогащение изменяется в зависимости от качества укупорки. На одном и том же вине из выдающегося урожая можно констатировать, что если укупорочный колпачок остается целым, такого обогащения не происходит. Но когда этот защитный колпачок поврежден, содержание свинца может быть значительным.
Свинец поступает в бутылку не путем миграции через массу пробки, а только между горлышком и пробкой, что было подтверждено количественным определением свинца на различных уровнях укупорочной пробки. Когда укупорочный колпачок оказывает свое действие, поверхность пробки, находящаяся в контакте с колпачком, становится сильно обогащенной свинцом. Это обогащение в меньшей степени отмечается на округлой части пробки, внутренняя же часть ее остается совсем не затронутой. Можно также заметить, что поверхность пробки, находящаяся в контакте с вином, также бывает насыщена свинцом. Пробка не диффундирует свинец, а фиксирует его (фактически пробка насыщена фенольными соединениями, которые вступают в реакции со свинцом и дают нерастворимые соединения).
Обогащение вина свинцом за счет защитного укупорочного колпачка является следствием плохой герметичности пробки, причиной чего бывает складка, ведущая к кулезу (течи). В обогащении вина свинцом виноват не столько укупорочный колпачок, сколько герметичность укупорки.
