Технология вина - Г. Троост - Сгущение соков вымораживанием

Существует немало способов частичного удаления воды из сока и вина, разработанных на основании опытов, произведенных с целью повышения качества. Идея не нова. Между прочим, об этом уже в 1875 г. сообщалось Мельзеном. В то время, как в США, Италии, Франции и других южных странах сгущению (концентрации) соков и вин уделяют большое внимание и его уже давно применяют там для изготовления сладких вин, в Германии сгущением пользуются главным образом для изготовления фруктовых концентратов с целью уменьшения объема и сокращения расходов по упаковке и транспортировке продукта. Только в 1950 г. были поставлены в широком масштабе опыты по частичному удалению воды из виноградного сока путем охлаждения или в вакууме. Эти опыты производили с целью повышения качества вина в результате повышения содержания сухих веществ, в том числе и сахара.
Опыты не имели в виду изготовление сгущенного уплотненного сока, в котором невозможно развитие дрожжей, и обратное превращение его в нормальный напиток при разбавлении водой, а должны были выяснить, в какой мере можно сохранить натуральную чистоту вина даже в неблагоприятные годы путем частичного извлечения воды из сока и в какой мере можно заменить подсахаривание сгущением сока. Главной задачей до настоящего времени была обработка соков, а не сгущение готового вина. Кроме того, надо было найти наиболее целесообразную, выгодную форму использования сгущенного сока: при купажировании его с соком, подлежащим улучшению, с последующим сбраживанием; при купажировании сброженного концентрата с вином в границах подсахаривания; при купажировании нормально развившегося вина с частично сброженным концентратом с целью повышения качества и гармоничности. Таким образом, в Германии при концентрировании соков уделялось внимание не столько изготовлению сладкого вина или напитков, подобных винам позднего сбора, как главным образом выработке вин в пределах норм допускаемого в Германии подсахаривания, т. е. доведения уд. веса сока до 1,095—1,098 для белых вин и 1,100—1,105 — для красных вин.
Вымораживание воды из виноградного сока с целью улучшения качества вина пока запрещено Германским законом о вине. Но ввиду возможности его разрешения необходимо уделить этому приему внимание.
Следует предпочесть сгущение соков, а не вин, так как при сгущении соков неблагоприятное влияние обработки на вкус становится наименее опасным. Сгущение производится путем испарения воды нагреванием или в вакууме в соответствующих приборах, или путем вымораживания воды охлаждением.
При тепловой обработке соки сгущаются в вакуумных и других испарителях в два приема при 40—60 и 30—40°. Ароматические вещества раньше других веществ улетучиваются при нагревании и вновь возвращаются в сок в виде первых отгонов. В так называемых тонкослойных испарителях (в испарителе Люва) достигается наиболее щадящее испарение, так как системой мешалок создается сильное внутреннее вращение жидкости, ускоряющее испарение. Вредное окисление предупреждается внесением углекислого газа или азота. Производительность тонкослойных испарителей достигает 15—1000 л/час.
При тепловой обработке, в зависимости от способа, наблюдается большая или меньшая потеря или изменение аромата Даже при употреблении вакуумных испарителей может появиться вкус уваренности вследствие неравномерной скорости прохождения через теплообменник, местного перегревания тонкослойного испарителя, поэтому предпочитают применять вымораживание, хотя оно обходится дороже.
Вымораживание воды с последующим отделением льда от сгущенного сока, предложенное Монти, на крупных предприятиях производят по способу Краузе-Линде (рис. 135) или по способу Гейсса—Нейербурга (рис. 136).
При этом сгущение сока осуществляется двухступенчатым замораживанием при понижающейся температуре, а последующее отделение льда—прессованием или центрифугированием. Монти предложил также комбинацию вымораживания с испарением в вакууме. Применение этих способов обходится очень дорого. Поэтому на небольших предприятиях охлаждение, необходимое для вымораживания, осуществляется не машинами, а снегом из сухого льда, применение которого не требует больших специальных установок. Однако при этом расходуются большие количества снега, а также времени и труда. Если крупное предприятие не располагает вспомогательными машинами, то сгущение сока снегом из сухого льда обойдется ему не дешевле, чем при работе с машинами.
Теоретические основы сгущения способом вымораживания видны из диаграммы вымораживания сока (рис. 134); кривая льда АВ дает представление о понижении точки замерзания растворителя (воды) при повышении концентрации раствора (сахара и экстракта). При охлаждении сока сначала образуются кристаллы замерзшей воды. Вследствие этого содержание воды в соке уменьшается, в то время как растворенные вещества (сахар и др.) сгущаются.

Рис. 134. Диаграмма затвердевания раствора. Вертикаль показывает переход точки замерзания 0, горизонталь — направо — повышение концентрации сока X. А— точка замерзания чистого растворяющего вещества (воды). АВ— кривая льда (кривая замерзания или затвердевания). В— эвтектическая точка. хс—сгущение, которое может быть достигнуто при температуре g; xf — при температуре fm; — часть воды, 1-т — часть сгущенного раствора (по Гейссу).

Поэтому точка замерзания продолжает опускаться по кривой АВ.
Если начальное содержание веществ в соке (концентрация сока)—ха (см. точку пересечения кривой льда) тогда, по Гейссу, при температуре t ниже точки замерзания на вертикали tg получается частично лед т и частично сгущенный сок 1-т. Если возможно дальнейшее понижение температуры до tf, то в соответствии с кривой льда получится концентрация хf. Окончательная концентрация xf зависит исключительно от достигнутой температуры охлаждения tf. И наоборот, при данной температуре tf теоретический выход сгущенного сока пропорционален начальному содержанию веществ в соке, начальной концентрации, т. е., чем оно выше (чем выше удельный вес сока), тем выше при той же температуре будет удельный вес полученного концентрата. При низком удельном весе сока, при прочих равных условиях, вес окончательного концентрата также будет ниже.
Теоретически высшая степень сгущения определяется эвтектической точкой В раствора, для которой уже невозможно выкристаллизование воды в виде льда. Но на практике окончательная концентрация определяется тем, что при понижении температуры кривая льда опускается более отвесно. Это означает, что сильному понижению температуры соответствует лишь небольшое нарастание концентрации: затрата энергии и денежных средств уже совершенно не соответствует выходу. 
1 Эвтектикой называется смесь веществ, одновременно выкристаллизовывающихся из раствора при постоянной и более низкой температуре. Смесь приобретает сходство с состоянием чистого вещества. Ред.

Рис. 135. Рабочая схема вымораживания по способу Краузе-Линде:

1 ступень:

1—замораживающий барабан: 2 — скребок, снимающий концентрат, примешанный ко льду; 3—лента подачи; 4—пресс для сока; 5—танк для сока; 6—насос; 7—ванна для сока: 8—пластинчатый холодильник (предварительный холодильник); 9— непрерывный пресс; 10 — 1-й концентрат, 24—30% сухого вещества;

2 ступень:

11—струя газа; 12—диффузионный аппарат;    13—2-й концентрат 50% сухого вещества; 14—окончательный концентрат, 10% воды; 15—конденсационная вода; 16—охладитель струн газа диффузионного аппарата; 17—нагреватель потока газа; 18—собиратель конденсата; 19—водослив для ледяной воды; 20— циркуляционный насос для ледяной воды; 21·—провод для ледяной воды; 22— растопитель льда; 23—выход льда из пресса.

Потеря остатка раствора в капиллярах кристаллов льда также увеличивается при сгущении и становится слишком большой. Поэтому следует найти наиболее благоприятное соотношение концентрации. На крупных предприятиях охлаждение производят не больше, чем в два приема, а при употреблении сухого льда — в один прием.
Промышленный способ вымораживания доводят до содержания 50-60 % сухого вещества. Потеря аромата невелика, случайное окисление может быть устранено.
Принцип охлаждения по способу Краузе- Линде (рис. 135)—двуступенчатый и с диффузионным приспособлением. Здесь сок из пресса поступает в танк (слева вверху) и посредством насоса 6 подается через предварительный холодильник в ванну, в которой вращается замораживающий барабан, охлаждаемый изнутри соляным раствором. Смесь концентрата и льда, образовавшаяся в виде тонких слоев на поверхности барабана, снимается скребком и подается по ленте в непрерывный пресс с архимедовым винтом, в котором происходит отделение льда от сгущенного раствора. Потеря при этом составляет около 5%. Лед используется для охлаждения (в виде ледяной воды).

Первый сгущенный раствор, содержащий около 24—30 % сухого вещества, собирают в танк и подают на вторую ступень охлаждения, где повторяется тот же процесс. Здесь сгущение может быть доведено до содержания 50% сухого вещества.
Для еще более высоких концентраций включают диффузионный аппарат. В нем второй концентрат подвергается на большой поверхности обработке струей газа при 25° для удаления еще 10% воды.

Рис. 136. Схема работы установки Гейсса — Нейербурга для концентрации (путем вымораживания:
1—танк для сока 10.7%; 2—замораживающий вал; 3—обогревающая спираль; 4—остаток льда; 5— центрифуга; 6—танк для размешивания; 7—концентрат.
При вымораживании по способу Гейсса—Нейербурга (рис. 136) вместо непрерывного пресса применяется центрифуга, чтобы избежать потери тепла при отжатии. (При этом достаточно менее сильное охлаждение). В случае необходимости и здесь осуществляется двухступенчатое сгущение. По Гейссу, удешевление сгущения вымораживанием зависит от того, удается ли при втором сгущении получить концентрацию 4:1. Большая степень сгущения трудно осуществима и поэтому не выгодна.
Указанные выше способы применимы главным образом для концентрации соков. Они пригодны для концентрации вин, но требуют соблюдения особых мер предосторожности (для предупреждения окисления).
На том же принципе основан французский способ вымораживания вин, разработанный Пепэном и Гаске (рис. 137). Вымораживаемое вино в этом случае направляется через теплообменник 2 в холодильник 3 с солевым раствором, снабженный скребком, в котором вода частично вымерзает. Лед от вина отделяется в центрифуге 4. Посредством насоса 5 сгущенное вино вновь накачивается в теплообменник 2, где используется как охлаждающее средство, оттуда он поступает в приемник для вымороженного вина 6.

Лед и снег, отделенные от жидкой части центрифугой, выносятся непрерывно в приемник, там расплавляются и холодная вода вновь используется в круговороте для охлаждения конденсатора 9, в компрессор 10 и используется через прибор для охлаждения воздуха 11.

Рис. 137. Схема работы установки для сгущения пина охлаждением по способу Пепэна и Гаске:
1—исходное вино; 2—теплообменник; 3—специальный охладитель; 4—сепаратор льда (центрифуга); 5—насосы; 6—концентрат; 7— плавление льда и получение охлаждающей воды; 8—охлаждающая вода; 9—конденсатор; 10—компрессор; 11—конденсатор для охлаждающей воды. Круговорот вина заштрихован или проведен сплошной линией; круговорот охлажденного рассола обозначен пунктиром и штриховкой; круговорот охлаждающей воды »— двойными сплошными линиями.
Способ концентрации вымораживанием виноградных соков средством снега или сухого льда, по Линку, как уже упоминалось, имеет то преимущество, что удаление воды можно производить, не пользуясь машинами. Из свежего сока может быть извлечено более 20—40% воды, причем удельный вес сока можно повысить на 0,020—0,045 и более. Для охлаждения используют сухой лед в виде снега.
Твердая углекислота, находясь в условиях давления воздуха в 760 мм, имеет температуру 78,5о и при повышении этой температуры тотчас переходит в газообразное состояние, не образуя жидкости при таянии (сухой лед). Образование холода зависит от температуры газообразной углекислоты. По Куприянову, для температур ниже —10° оно составляет 140— 145 ккал/кг, для более высоких температур — 150 ккал/кг.

Способ концентрации вымораживанием виноградных соков средством снега или сухого льда, по Линку, как уже упоминалось, имеет то преимущество, что удаление воды можно производить, не пользуясь машинами.
Все же следует убедиться в безупречном вкусе употребляемого охлаждающего средства, обработав им пробу воды. При сильном охлаждении сока в нем происходят явления окисления, поэтому перед сгущением в соки необходимо вносить сернистый ангидрид из расчета 30—50 мг/л, для чего достаточно 1/2—1 таблетки размельченного пиросульфита калия на 1 гл. От дальнейшего окисления кислородом воздуха соки защищены углекислым газом, образующимся из сухого льда. Ввиду того, что при этом происходит растворение большого количества углекислого газа, этот способ вымораживания непригоден для вин.
Так как углекислота в виде снега очень легко превращается в газ, ее надо использовать немедленно. Для пересылки применяется изоляционная посуда на 200—300 кг и меньше или мелкая упаковка и т. п. Ввиду низкой температуры сухого снега можно лишь на короткие мгновения прикасаться к нему голыми руками, иначе возможны обмораживания. 1 кг углекислоты в виде снега образует 500 л углекислого газа. Поэтому надо заботиться об его отводе из помещения.
Применяя снег из сухого льда для вымораживания воды из соков, лучше всего пользоваться низкими и широкими деревянными чанами емкостью 600—700 л. В них вливают по 400— 500 л сока, так как с меньшей массой удобней работать. Постепенно на поверхность сока вносят размельченный снег в количестве, предварительно точно вычисленном. Спустя примерно 20 мин. сок превращается во все менее подвижную ледяную массу; общая продолжительность замораживания 30—40 мин. В зависимости от количества снега и продолжительности охлаждения температура сока в чане снижается до —4° или даже до —6°; образование льда в соке обычно начинается при —3°.
Сок из ледяной каши отпрессовывают гидравлическим прессом. В капиллярах спрессованной в виде блока замерзшей воды задерживается сок, вследствие чего растаявшая вода имеет удельный вес 0,013—1,020°. Это соответствует потере 8—10% и более ожидаемого объема сгущенного сока. При медленном отпрессовывании (много самотека) в течение нескольких часов потеря меньше, чем при быстром, когда спрессовываются пути истечения сока. С помощью центрифуги можно отделить ледяную массу воды почти без потерь сока. Необходимо пользоваться прессовальными полотнами. Ледяной блок плотно сидит в прессе и должен быть разрушен, (обливанием горячей водой), если пресс не снабжен разборной корзиной. Образующийся при прессовании лед в Германии используется для мокрого подсахаривания сока или для изготовления домашнего напитка.
При вычислении массы сухого льда, требующейся для вымораживания определенного количества воды из одной единицы сока, следует исходить из следующих данных:
массы концентрируемого сока L (например 5000 л); начального удельного веса s (например 1,070); желательного удельного веса sk (например 1,110); объема воды W, которая должна быть удалена; необходимого для этого понижения градусов температуры t (например с 13 до —4°= 17°);
тепловых единиц одного килограмма сухого льда, равных круглым числом 150 ккал;
теплоты, выделяемой при переходе одного килограмма воды в лед (80 кг/ккал).

1. Масса сухого льда, необходимая для охлаждения сока до точки замерзания, определяется из формулы

1. Объем сгущенного сока К и воды W вычисляют по формуле
2. Если при переохлаждении вода превращается в лед, то при ее затвердении освобождаются 79,67 ккал/кг тепла, которые также должны быть устранены охлаждением. Для массы воды W это составит

Следовательно, всего потребуется сухого льда 567+970=1537 кг.

Это количество должно быть увеличено на 10% для более высокого удельного веса сока, а также на 10 кг для каждого чана (для 5000 л потребуется по меньшей мере 10 чанов) для возмещения потерь холода. Всего потребуется сухого льда: 1537+154+100=1791 кг.
Рассчитанный объем сгущенного сока уменьшается на 8—10% вследствие потерь при прессовании.
Опыты, поставленные нами в 1951, 1953 и 1954 гг., показали, что соки незрелого винограда мало пригодны для сгущения. В кислом соке сорта Рислинг с уд. весом 1,060 и содержанием 15 г/л кислот, наряду с концентрацией сахара, происходит также и концентрация других веществ, в том числе веществ, свойственных незрелому винограду. Вследствие этого общий характер незрелости винограда более выражен и ощущается даже в купаже. Это не удается устранить сильным предварительным раскислением сока, так как передаваемые вину характерные свойства незрелого винограда зависят не только от высокого содержания в нем кислот.
В такие годы значительно лучшие результаты дает сгущение рано созревающих сортов, например Мюллер-Тургауребе, Рулендера и т. п.
Еще не установлено, в какой мере можно улучшить состав сгущенных соков путем обработки ионообменниками. Все же нет оснований сомневаться, что при помощи ионообменников в этом случае могут быть получены лучшие результаты, чем раскислением углекислой известью.
Следует отметить характерное различие между анализами сгущенных и исходных соков. Для сравнения могут послужить данные, представленные в табл. 18.
Таблица 18

Сгущенный сок в 1953 г. был получен из сока зрелого винограда, а в 1951 г. — из незрелого.

Сгущенный сок в зависимости от температуры вымораживания выходит из пресса при температуре около —4° до 0° и может быть использован: вместо сахара для повышения недостаточной сахаристости сока; в сброженном досуха виде как купажное вино для поднятия крепости; в виде сброженного с остаточным сахаром для сообщения сладости. Во всех этих трех случаях имеется в виду повышение качества и ценности вин, обработанных таким способом.
Для улучшения недостаточно сахаристых соков сгущенный сок вносят в количестве, необходимом для получения желаемого содержания сахара. При этом исходят из удельного веса или из содержания сахара. Улучшенный таким способом сок остается натуральным и при сбраживании дает крепкое вино, причем брожение проходит без затруднений.
Например, имея сгущенный сок с уд. весом 1,122 и сок, требующийся для улучшения, с уд. весом 1,087 и желая получить 596 л сока с уд. весом 1,098, расчет ведут следующим образом;

В этом случае не учтен увеличенный экстракт сгущенного сока. Количество его может быть вычислено точнее, если исходить из содержания сахара. Для этого надо предварительно определить содержание сахара и образовавшегося при забраживания спирта.
Продажу оригинального вина, полученного сбраживанием самого сгущенного сока, под видом вина позднего сбора или выборочного сбора в Германии считают обманом.