Значительное давление, которое может разбиваться в бутылках при шампанизации, делает вопрос о прочности бутылок исключительно важным, так как бой бутылок, не выдерживающих повышенных давлений в период брожения и выдержки, наносит производству довольно чувствительные убытки. А между тем стекольные заводы, занимающиеся выделкой шампанских бутылок, еще не в достаточной мере учитывают важность высокого качества этих бутылок и их стандартности и в большинстве случаев работают ощупью.
Одним из главных условий качественной стандартности является, конечно, постоянство и удачная композиция химического состава стекла, которые, к сожалению, нередко по недостатку того или иного сырья коренным образом изменяются, что и приводит обычно к ухудшению качества бутылок. Бесконечные вариации в составе стекла, ускользающие от химического контроля, затрудняют, помимо того, установление правильной технологии на самих бутылочных заводах и не позволяют провести увязку между составом и качеством продукции.
Несомненно, что гарантия высокого качества и достаточной прочности бутылок кроется в применении для стекольного сплава чистых продуктов, каждый из которых мог бы легко и точно дозироваться. Известно, что силикаты, в которых натрий и калий преобладают над известью и иными щелочными землями, более плавки, однородны и имеют преимущество как более эластичные и прочные. Поэтому при фабрикации шампанских бутылок правильнее было бы, как это делают при изготовлении белого стекла, стремиться к увеличению содержания в сплаве углекислого натрия за счет извести, магнезии и алюминия. Точно так же вполне рациональным было бы применение чистого кварцевого песка без загрязнения железистыми его разновидностями, при этом подкраска стекла могла бы достигаться введением в сплав точных навесок металлических окислов и перестала бы быть случайной.
Для виноделов, помимо прочности, важным является также неизменяемость стекла при воздействии различных атмосферных условий, когда бутылки хранятся пустыми, и от длительного контакта с вином, когда они наполнены им. Изменяемость в этих случаях связана с избыточной щелочностью стекла и, в связи с этим, с адсорбцией воды и выщелачиванием силиката натрия (иризирование стекла, хранящегося на открытом воздухе, разъедание внутренних стенок бутылок кислотами).
Чтобы полнее и яснее представлять себе, на чем основываются те требования, которые должны предъявляться к шампанским бутылкам, необходимо остановиться на целом ряде вопросов для выяснения, каких воздействий не может безнаказанно выносить шампанская бутылка. Характерное отличие шампанской бутылки заключается прежде всего в том, что она должна длительно выносить давление возникшего при шампанизации углекислого газа. Это давление, достигая при 10° обычно не более 5 атм в нормальных условиях, при повышении температуры, например, до 25°, может увеличиваться до 10 атм, при 30° (температура, выше которой едва ли могут нагреваться помещения для хранения бутылок с шампанизированным вином) — до 12,5 атм. Если вино шампанизировано при 10° из расчета на давление в 7 атм, стремиться к чему по многим причинам нецелесообразно, то в этом случае давление при повышенных температурах будет соответственно выше. В отношении давления хорошо сделанные шампанские бутылки проявляют достаточную выносливость: при мгновенном повышении давления большинство их выносит 25 атм, причем многие лопаются только при 30—40 атм.
Изучение этого вопроса показало, что пригодными для шампанизации являются такие бутылки, которые при нормальном составе стекла благополучно прошли испытание на мгновенное увеличение давления до 17 атм. Такие бутылки смогут выносить требуемое шампанской технологией давление (как выше показано — более умеренное) длительные сроки. Во Франции в целях недопущения в тиражи недоброкачественных бутылок на бутылочных заводах установлены специальные аппараты, позволяющие испытывать каждую изготовленную бутылку при мгновенном повышении давления до 17 атм. Таким образом, с заводов выпускаются только прочные бутылки. Принцип контрольного аппарата таков: всасывающая и нагнетающая помпа, приводимая в действие любым источником энергии, питаясь водой из расположенного вверху резервуара, нагнетает ее до 18 атм в прочный стальной резервуар на 200 л. Этот резервуар обслуживает другой, более емкий со сжатым воздухом. Путем устранения избытка воды предохранительный клапан в первом резервуаре позволяет поддерживать одинаковое количество воды и одинаковое давление. Вода из резервуара подается под давлением по системе труб, из которых каждая подходит к головке контрольной машины, напоминающей скобочную машину. Бутылка, наполненная водой, прижимается с помощью рычага горлышком к указанной головке; при этом открывается отверстие подводящей воду трубы и бутылка испытывает краткое двухсекундное давление в 17 атм, постоянство которого обеспечивается в трубопроводе работой помпы и предохранительного клапана. Так как все непрочные бутылки при этом лопаются, то устанавливают металлическую сетку, предохраняющую рабочих от ранений (осколки падают в особую, стоящую под станком, корзину).
До настоящего времени практикующийся на наших заводах контроль поступающих партий бутылок следует признать недостаточным, так как принцип его — испытание определенного количества бутылок от партии на разрыв — ставит шампаниста только перед фактом большей или меньшей прочности бутылок, не позволяя отобрать пригодные. Установка на бутылочных заводах контрольного аппарата, например сконструированного у нас т. Подоляном, резко улучшит экономику шампанских заводов и в то же время будет на месте возвращать бутылочным заводам для вторичной переплавки стекольную массу, которая сейчас бесплодно пропадает на шампанских заводах, так как вывоз ее часто не окупается.
Будучи эластичным, стекло подчиняется общим законам, связанным с этим свойством. Так, если его растягивать, оно будет удлиняться, если его сжимать, оно становится площе, возвращаясь, однако, к прежней форме после прекращения воздействия.
Рис. 95. Аппарат для испытания бутылок на разрыв
Но если это воздействие достаточно сильно, возвращение к прежней форме не происходит полностью и, таким образом, возникает новая, несколько измененная форма. Далее потребуются постепенно все меньшие усилия, чтобы получить новые стойкие изменения формы, и, наконец, от незначительного усилия, которое полностью переходит границы эластичности, можно прийти к разрыву стекла.
Таким образом, шампанская бутылка, испытывающая внутреннее давление, должна неизбежно увеличиваться в объеме и возвращаться к прежнему объему, как только давление исчезает. При слишком большом или длительном давлении возврат к прежнему объему может оказаться неполным, что укажет на слишком значительное смещение молекул стекла, перешедшее границы эластичности. Такая бутылка будет обладать сравнительно с прежним своим состоянием меньшей прочностью. Это наблюдение учтено практикой и привело к тому, что шампанские бутылки, прошедшие одну шампанизацию, не берутся повторно для новых тиражей, так как явно показывают меньшую прочность, несмотря на то что при шампанизации происходит как бы отбор самых прочных бутылок, ибо менее прочные лопаются. Саллерон, изучавший изменение объема шампанских бутылок, нашел, что оно зависит от силы давления и от температуры. Испытывая с помощью специального прибора (рис. 95) постепенно нарастающее водяное давление при температуре 10°, он получил пропорциональное увеличение объема бутылок, причем, когда по достижении 10 атм давление приводилось к атмосферному, наблюдался немедленный возврат к прежнему объему:
Возврат к прежнему объему, но несколько задержанный, произошел и после вторичного установления ранее достигнутого давления в 10 атм, с дальнейшим доведением до 13 атм при последующем понижении давления:
Наконец, после испытания давлением в третий раз с доведением его до 15 атм, когда давление было устранено, объем изменился на 0,025 см3 и не (вернулся к прежнему, т. е. при 15 атм, когда в полную бутылку было вдавлено 0,900 см3 воды, по восстановлении нормального давления из бутылки ушло воды только 0,875 см3. Таким образом, при 15 атм давления и при температуре 10° пределы эластичности бутылки были перейдены, и она с этого момента стала менее прочной. Аналогичное испытание бутылок, но при температуре 25°, показало более быстрое достижение предела эластичности. Именно, уже при 8 атм объем бутылки увеличился на 0,05 см3, при 10 атм наблюдалось новое стабильное увеличение объема на 0,075 см3; при 13 атм увеличение объема достигло 0,10 см3, а при 15 атм—0,125 см3, причем вода была вдавлена в количестве 1 см3. Таким образом, повышение температуры, иногда имеющее место в подвалах, где хранится шампанизированное вино, обусловливает понижение растворимости углекислого газа в вине, а также его расширение, увеличивая в результате давление; все это приводит к чрезмерному растяжению стекла, к уменьшению его эластичности, к новым измененным стабильным объемам, к уменьшению прочности и разрыву бутылок.
Помимо эластичности прочность бутылок связана с правильностью, точнее, постепенностью их отжига. Понятие «отжиг» является прямо противоположным понятию «закалка». Закалка достигается внезапным охлаждением раскаленного тела и приводит при застывании для веществ, хорошо проводящих тепло (сталь), к максимальному сжатию всех молекул, сообщая тем самым максимальную плотность и твердость веществу. Для веществ, плохо проводящих тепло (стекло), закалка приводит к максимальному сжатию и застыванию верхнего слоя, причем внутренний, не испытывая такого контраста температур, застывает более медленно, и молекулы, стесненные застывшим верхним слоем, принудительно занимают меньший объем; при этом стекло приобретает свойство исключительной хрупкости, крошась в стеклянную пыль при малейшем надломе или царапине, нарушающей верхний слой (ботавские слезки). Отжиг, наоборот, достигается исключительно медленным остыванием, идущим по возможности малоощутимыми ступенями. Молекулы вещества в процессе застывания массы почти не испытывают никакого напряжения, почему застывшее тело приобретает свойства высокой сопротивляемости и эластичности. Отсюда понятна опасность для бутылок — вместо правильного отжига получить нечто переходное к закалке. Такие бутылки хотя и прочны к давлению, но при малейшем повреждении стекла растрескиваются. Их легко распознавать по характеру разрыва и совершенно невозможно по внешнему виду.
Прочность бутылок, казалось бы, связана с толщиной стекла, т. е. подчиняется общим законам, на основании которых испытывают прочность различных материалов. В действительности же правильный отжиг становится все труднее, чем толще стекло; следовательно, прочность стекла не зависит от толщины и еще в большей мере прочность бутылок не связана с увеличением их веса, так как в бутылке из-за возможного неравномерного распределения стекла трудно установить его толщину. Саллерон в этих целях предлагает использовать отношение
, называемое им относительной толщиной, где Р — вес бутылки, а V — ее объем. Это отношение могло бы быть полностью верно только в случае идеального по равномерности распределения стекла в бутылке, чего никогда не бывает в практике. При массовой проверке этого отношения установлено, что средний вес хорошей шампанской бутылки равен 1 кг, а средний объем — 0,8 л, откуда относительная толщина стекла равна 1:0,8 = 1,25. Для бутылок I сорта это отношение колеблется в пределах от 1,2 до 1,3. Более широкую амплитуду колебаний от 1,1 до 1,4 Саллерон отводит для бутылок II и III сортов, причем отношение 1,1 указывает на нежелательную тонкость стекла, а 1,4 — на бесполезный избыток стекла, могущий быть даже вредным, если стекло распределено неравномерно и особенно, если оно скоплено у дна бутылки. С последним явлением связано массовое отскакивание доньев у бутылок в период шампанизации; правда, оно может вызываться и иными причинами, как-то: быстрым охлаждением доньев бутылок вследствие их соприкосновения с недостаточно нагретым дном металлической литейной формы, или с холодным конвейером, а также вследствие недостаточного отжига. Что касается неравномерности распределения стекла, то она вообще понижает прочность бутылок и при механизированном дутье может быть устранена устройством вместо одного трех фидеров, что даст возможность подогревать пламенем подаваемую в форму порцию стекла не с одной, а с трех сторон. 1
Значительное влияние на прочность бутылок, как мы видели, оказывает внезапное изменение температуры. В самом деле, плохо проводя тепло, бутылка будет медленно и как бы послойно принимать окружающую температуру. Поэтому при резких переходах температуры всегда могут встретиться случаи, когда внешние и внутренние слои бутылки будут нагреты различно, вследствие чего одни слои будут претерпевать расширение, а другие сжатие, т. е. противоположно действующие силы; это и может привести к разрыву бутылок, особенно когда молекулы стекла смещены предшествовавшими воздействиями. Именно этим объясняется усиленный бой при поднятии температуры на несколько градусов во время наступившей летней жары в плохо устроенных бутылочных хранилищах, и обратно — при сильном снижении температуры во время внезапно наступивших морозов.
Вредное влияние на прочность бутылок оказывают различные удары по стеклу, приводящие стекло к вибрации. При вибрации молекулы как бы расшатываются, что в меньшей или большей мере нарушает их связь. В этом отношении шампанские бутылки подвергаются особенно частым воздействиям: все роды нагрузок и транспорта сопряжены с непрерывными ударами и сотрясениями; проверка по звуку на целостность вымытых бутылок путем удара одна о другую; удары штанг ручных купорочных машин и целый ряд других механических воздействий. Все это в сумме уменьшает прочность шампанской бутылки, и при обращении с нею следует применять более деликатные приемы, памятуя, что даже железнодорожные рельсы, рессоры авто, вагонов и пр. от постоянно испытываемых ими вибраций периодически получают трещины, ведущие к разрыву. Возможно также, что с сильными вибрационными колебаниями связан разрыв бутылок, находящихся в штабелях по соседству с бутылками, лопнувшими от давления.
По характеру разрыва и осколков можно более или менее точно дать заключение о причине боя. Теоретически идеально сделанная бутылка должна была бы разрываться по вертикальным образующим, идущим по длине бутылки, причем расстояния между линиями разрыва были бы одинаковы и малы. В практике этого не наблюдается, но все же разрыв в указанном направлении является признаком, что бутылка была качественной и лопается она именно таким образом только при высоком давлении. Если же бутылка при указанном характере осколков лопнула при слабом давлении, причина лежит в неудачном химическом составе стекла. Разрыв толстых мест бутылки характеризует плохой отжиг; разрыв на куски неправильной формы — неравномерное распределение стекла.
Наиболее прочными бутылками надо считать такие, которые выносят наибольшее давление, не изменяя своего объема. Практически первосортными бутылками считают вынесшие испытание давления в 12 атм без деформации.
Прежняя французская форма бутылок с входящей внутрь бутылки конической втулкой со стороны дна нами забракована по двум причинам: 1) на стенке втулки отлагается часть осадка, возникающего при вторичном брожении, что усложняет впоследствии работу ремюажа по переведению осадка на пробку; 2)1 формирование втулки приводит к неравномерному распределению стекла, причем по краю дна наблюдается контрастный переход от толстого слоя к тонкому. Отскакивание доньев в период бродильного процесса, несомненно, связано именно с этим.
Форма (рис. 96), которую мы предложили, не имеет указанных недостатков (см. ГОСТ 249-41). Общие показатели по объему и размерам сводятся к следующему: номинальная емкость — 800 см3; высота (Н) — 307 мм; высота цилиндрической части (H) —130 мм; высота донного углубления (h) — 5 мм. Внешний диаметр корпуса (D)— 88 мм; диаметры донного углубления (D1)— 55 мм и (D2) — 35 мм. Внутренний диаметр горла (d)— 17,5 мм; наружный диаметр цилиндрической части горла (d1)— 30 мм; наружный диаметр венчика горла (d2)— 29 мм; наружный диаметр кольца (пояска) (d3)— 34 мм; высота венчика (h1)— 6 мм; высота кольца (h2) — 10 мм; средний вес бутылки — 1 кг.
Цвет бутылок оливково-темно-зеленый; избран он потому, что на этом фоне особенно легко видимы в бутылке отложенные при вторичном брожении осадки.
Рис. 96. а—принятая в СССР шампанская бутылка; б—французская бутылка
Из основных требований*, предъявляемых при приемке партий бутылок, помимо указанных, следует иметь в виду равномерность распределения стекла; отсутствие пузырьков в его толще, особенно продавливающихся; прозрачность и гладкость стекла; тщательность выполнения венчика; при этом переход края горла к внутренней стенке должен быть закруглен, а нижний край кольца, наоборот, должен иметь резко срезанный край, чтобы закрепляющая пробку скоба не могла соскальзывать. Самое кольцо при его оформлении не должно выпячиваться внутрь горла бутылки; таким образом, горло на ощупь должно представлять цилиндр, без талии, постепенно переходящий в конус, назначение которого — дать возможность пробке образовать «грибок», обеспечивающий герметичность закупоривания.
Важно также, чтобы колебания в ту и другую сторону от принятых показателей стандарта были по возможности малы**.
Подготовка бутылок к тиражу. Выбор подходящих по прочности, форме и цвету бутылок не решает вопроса пригодности их для розлива тиражного вина. Удовлетворяя указанным требованиям, они всегда в большей или меньшей степени загрязнены внутри и нуждаются в самой тщательной мойке. Загрязненность новых бутылок связана с отложением различных веществ на их внутренней поверхности во время отжига, т. е. в процессе медленного передвижения по длинным печам и постепенного перехода от высокой температуры к температуре окружающего воздуха. Так как печи для отжига могут нагреваться различными видами топлива (дрова, уголь), то их воздух может содержать в себе частицы золы, угля и пр., которые неизбежно садятся на стенки бутылок. При этом если стекло еще сохраняет вязкость, то осевшие частицы по мере остывания прочно фиксируются, делая бутылку непригодной для шампанских целей, и, наоборот, если стекло уже достаточно застыло, осевшие вещества могут затем легко удаляться при мытье.
* Подробности можно найти в ГОСТ.
** ГОСТ дает слишком широкие амплитуды колебаний.
Так как бутылки перед отправкой на производство почти всегда хранятся некоторое время в складских помещениях, а иногда под навесами во дворе и так как воздух стекольных заводов содержит в себе достаточно стекольной пыли, то в результате такого хранения на внутренних стенках бутылок дополнительно отлагается еще и стекольная пыль.
Загрязнения бутылок, бывших в употреблении, носят иной характер и качественно более разнообразны. Чаще всего это — экстрактивные вещества, как остаток вина, бывшего в бутылке, которые в силу своей гигроскопичности легко притягивают влагу, а затем фиксируют пыль из воздуха и постепенно образуют в бутылке совершенно сухие корочки. Опорожненные из-под вина бутылки могут наполняться в домашнем хозяйстве любыми другими жидкостями. Такие бутылки, в случае их применения, необходимо тщательно рассортировать и затем направлять на мойку только те из них, которые не угрожают передачей вину какого-либо специфического запаха или вкуса (керосин, скипидар, растительные и минеральные масла и пр.). Старые бутылки перед мытьем предварительно отмачивают.
По вопросу о допустимости вторичного использования бутылок при тираже следует сказать, что в отношении давления они всегда менее прочны, так как молекулы стекла, испытавшего длительное давление, являются более расшатанными, во всяком случае, в известной мере потерявшими эластичность, т. е. способность после растяжения частиц возвращаться к прежнему объему. Поэтому при шампанизации бутылочным методом, ведущим к довольно широкой амплитуде колебания давления, старые бутылки не должны применяться вовсе. При резервуарном методе, в случае необходимости, их использование возможно, поскольку давление держится здесь в более умеренных границах.
Техника мойки бутылок имеет свою историю. Наиболее старый прием — применение сначала крупной свинцовой дроби, затем оловянных шариков и, наконец, стеклянных бус, которые вводились в бутылку с некоторым количеством воды и при энергичном взбалтывании облегчали удаление загрязняющих веществ. Однако, как свинец, так и олово, стираясь, могли попадать в вино и вызывать в нем нежелательные изменения. С этой точки зрения стеклянные бусы признаны наиболее отвечающими цели и очень долго удерживались в винодельческих производствах. Одно время возникала мысль применять для мойки песок, но ее пришлось оставить, так как песок, являясь более твердым, чем бутылочное стекло, неизбежно оставлял на нем даже при кратковременном трении следы царапин, которые впоследствии являлись причиной прочного задержания частиц осадка.
Далее были предложены щетки, сначала ручные, затем механизированные, вращающиеся в особых станках. Материалы для изготовления щеток также применялись разные — из тонкой железной проволоки, из щетины. Последовательно пришлось отказаться как от тех, так и от других. От щеток из проволоки часто отламывались кусочки железа, которые под влиянием кислот вина приводили к возникновению сероводорода; щетинные щетки приводили к браку вследствие попадания в вино кусочков щетины. В данное время широким распространением пользуются щетки, готовящиеся из расщепленных по длине стержней маховых гусиных перьев. Они довольно прочны, а в случае обламывания легче смываются током воды.
При мытье бутылок на станках с механическими вращающимися щетками горлышко бутылки с небольшим количеством воды в ней надвигают на вращающуюся щетку; для обеспечения чистки всей внутренней поверхности бутылки ее должна вращать мойщица, постепенно надвигая на щетку так, чтобы можно было отчистить не только стенки, но и дно. Вымытые бутылки для ополаскивания устанавливают горлом на соски с несколькими отверстиями, из которых при открывании специального крана бьет сильными струями вода.
Вода для ополаскивания должна применяться только фильтрованная, чистого вкуса и запаха, не содержащая микроорганизмов. Ополоснутые бутылки устанавливают вниз горлом на сток, откуда направляют в тиражное отделение.
На больших шампанских заводах рациональна, установка более совершенных моечных машин, например типа «Новиссима» (рис. 97), в которых бутылки автоматически проходят через ряд последовательных операций, как- то: отмачивание в содовой воде, промывка внешняя и внутренняя, чистка щетками, ополаскивание.
Рис. 97. Бутыломоечная машина "Новиссима"
Если имеются указания микробиологического контроля о зараженности бутылок болезнетворными микроорганизмами, то целесообразно, после их мойки, проводить стерилизацию сернистой кислотой, что может быть осуществлено или с помощью аппарата «Стелла» или иным путем.
