Ресурсосбережение при переработке винограда на виноматериалы для получения белых столовых вин

В.П. Передерий, к.т.н., с.н.с. отдела экономики, интеллектуальной собственности и маркетинга,
В.А. Виноградов, д.т.н., начальник отдела технологического оборудования,
В.П.Антипов, начальник отдела экономики, интеллектуальной собственности и маркетинга
Национальный институт винограда и вина «Магарач»,
К.Ф. Феодосиди, инженер-технолог
ЗАО ЗМВК «Коктебель»

РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ВИНОГРАДА НА ВИНОМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЛЫХ СТОЛОВЫХ ВИН

Представлены результаты расчётно-аналитических исследований по энергетической оценке технологий переработки винограда на отечественном и зарубежном оборудовании.

На данном этапе развития экономики Украины большое значение приобретают вопросы эффективного использования и экономии топливно-энергетических ресурсов в виноделии. Это обусловлено тем, что энергия как экономическая категория является необходимым средством производства, обеспечивающим осуществление требуемых технологических процессов, нацеленных на выпуск качественной конкурентоспособной винодельческой продукции. Эти обстоятельства ставят перед отраслью неотложную задачу регламентации расходов энергоносителей на единицу выпускаемой винодельческой продукции.
Ранее сотрудниками НИВиВ «Магарач» были проведены исследования по вопросам научно обоснованной регламентации и энергосбережения в винодельческой промышленности [1-3]. В работе [3] были даны результаты по энергетической оценке технологических процессов во вторичном виноделии. Но все эти исследования касались работы предприятий, оснащённых отечественным оборудованием.
Настоящие исследования являются продолжением ранее проведенных в НИВиВ «Магарач» исследований. Впервые затрагиваются вопросы энергетической оценки технологических процессов переработки винограда с использованием импортного оборудования.
Технологии на винодельческих предприятиях должны базироваться на оптимизации суммарного действия основных критериев: «качество», «энергоёмкость», «ресурсоёмкость», «аппаратурно-технологические возможности конкретных предприятий» - т.е. должны быть ресурсосберегающими.
Проведённые нами аналитические исследования позволили в соответствии с действующими технологическими инструкциями выделить 12 основных технологических схем переработки винограда по белому способу, применяемых в настоящее время на существующих заводах первичного виноделия Украины с использованием отечественного оборудования [4, 5].
При производстве белых виноматериалов для сухих, полусухих, полусладких и игристых вин, а также хереса на большинстве предприятий в основном используются поточные линии переработки винограда производительностью 20 т/ч марки ВПЛ- 20К, оснащенные валковыми дробилками-гребнеотделителями ВДГ-20 или валковыми дробилками («мялками») марки Б2-ВДВ-20. Отделение сусла первой фракции осуществляется на шнековых стекателях непрерывного действия марки ВССШ-20Д или К1- ВСН-20. Окончательный дожим мезги проводят на шнековых прессах Т1-ВПО-20А или Т1-ВП20-20. На ряде винзаводов для переработки винограда используются щёковые прессы типа ВПГ, в которых технологические операции приёмки и дробления винограда, отделения сусла первой фракции проводятся в одной машине.
В настоящее время некоторые предприятия оснащены современным зарубежным оборудованием. Так, на винзаводе ЗАО ЗМВК «Коктебель» для переработки винограда используются валковые дробилки- гребнеотделители модели Карра 25 и пневматические корзиночные прессы SPS-150 и Millenium 260, в основном производства фирм Италии Padovan и Diemme [6-8].

Целью работы является обоснование наиболее эффективных с точки зрения ресурсосбережения и получения высокого качества продукции технологий переработки винограда в производстве виноматериалов для белых столовых вин.
В качестве источников информации использовались сводные данные предприятий с 1997 по 2009 гг., данные статистических сборников, нормативные и отчетные материалы по расходу энергоресурсов.
Для всех рассматриваемых технологических схем производства виноматериалов установлены балльные экспертные оценки качества виноматериалов (У.Б.) по десятибалльной системе [1]. При этом одновременно с данными о качестве получаемой продукции указывался расход энергоресурсов, обеспечивающий это качество.

Установлено, что по показателям энергоемкости (расход электроэнергии на единицу перерабатываемой продукции), по потерям сырья и металлоемкости самыми ресурсосберегающими схемами по переработке винограда являются схемы, в которых используются валковые дробилки Б2-ВДВ-20 в сочетании со стекателями и прессами различного типа, обеспечивающие высокое качество сусла (рис.1). Энергоемкость таких схем в зависимости от типов стекателя и пресса составляет (147-220) кВт-ч/тыс. т винограда. На многих предприятиях применяется схема переработки винограда со щековым прессом ВПГ-20 и стекателями ВСШ-20 и ВСН-20 - варианты V и VI. Схема со щековым прессом обеспечивает высокое качество получаемой продукции, но более энергоемка (555-610) кВт-ч/тыс. т по сравнению со схемой, где используется «мялка» Б2- ВДВ-20.
Однако переработка винограда на «мялках» имеет свои особенности: виноград перерабатывается целыми гроздями, что не всегда технологически приемлемо. Например, сорта винограда, такие как Траминер, Каберне, Ркацители имеют плотную кожицу и мясистую мякоть, из-за чего часть ягод проходит через «мялку» недостаточно разрушенной, что приводит к уменьшению выхода сусла первой фракции. В этом случае целесообразно применение линии переработки винограда с использованием валковой дробилки- гребнеотделителя марки ВДГ-20 и шнекового стекателя К1-ВСН-20 или ВССШ-20Д (расход электроэнергии соответственно составляет 330 и 255 кВт-ч/тыс. т ( рис. 2).


Примечание, е — удельный расход электроэнергии, Р — потери продукта, тп — удельная материалоемкость, У.Б. — условный балл качества продукции.
Рис. 1. Диаграмма энергетической оценки технологических схем процесса получения сусла без гребнеотделения.

В настоящее время некоторые крупные предприятия первичного виноделия, которые перерабатывают сравнительно большое количество винограда, на 80% оснащены дробилками-гребнеотделителями центробежного типа ЦДГ-20А и ЦДГ- 30А. Анализ вариантов схем переработки винограда на дробилках-гребнеотделителях типа ЦДГ в сочетании с мезгонасосом ПМН-28 и стекателями разного типа (диагр. 2) показывает, что энергоёмкость таких схем переработки винограда составляет (589- 705) кВт-ч/тыс. т, а качество сусла самое низкое (У.Б.=6). При использовании дробилок-гребнеотделителей типа ЦДГ сусло обогащается взвесями, фенольными веществами и другими нежелательными компонентами, что при производстве белых виноматериалов недопустимо.
Для отбора сусла первой фракции почти повсеместно на действующих винодельческих предприятиях используются шнековые стекатели непрерывного действия [6]. С точки зрения обеспечения большего выхода и качества получаемого сусла стекатель К1-ВСН-20 имеет явные преимущества по сравнению со стекателем ВССШ. Качество сусла, полученного при дроблении винограда с использованием валковой дробилки-гребнеотделителя типа ВДГ на стекателе К1-ВСН-20 можно условно оценить на 8,5 баллов, а на стекателе ВССШ-20Д - на 8 баллов. Таким образом, для производства качественных виноматериалов для сухих столовых и игристых вин целесообразно применять стекатели К1- ВСН-20, обеспечивающие более высокое качество, несмотря на большую энергоемкость (е=110 кВт-ч/тыс. т) по сравнению со стекателями типа ВССШ (е=55 кВт-ч/тыс. т).
Обобщая литературные данные и данные, полученные в процессе исследования и разработки ресурсосберегающих технологий по переработке винограда для качественных белых виноматериалов с учетом критериев «качества», «энергоемкости» и «аппаратно-технологических возможностей предприятий», приходим к выводу, что на этой стадии остро стоят задачи повышения качества получаемого сусла; сокращения времени контакта сусла с твердой фазой и кислородом воздуха; сокращения энергоемкости процесса.
Решение этих задач возможно, в первую очередь, путём совершенствования технологий и технологического оборудования для переработки винограда [9]. Наши исследования показали, что, например, внедрение для отделения сусла от мезги оборудования ленточного типа, обеспечивающего высокое качество сусла (массовая доля взвесей - не более 3%) и минимальный контакт с мезгой и кислородом воздуха [10] позволяет сократить расход электроэнергии на 121,9 кВт-ч/тыс. т и сэкономить холод на 0,208 Гкал/тыс. дал. Исключение из технологических схем переработки винограда операции перекачки мезги кроме улучшения качества сусла за счет исключения перетирания твердой фазы позволяет сэкономить электроэнергию на 84 кВт-ч/тыс.т.
Ввиду отсутствия отечественного оборудования (корзиночных прессов), обеспечивающего высокое качество получаемого сусла, ряд винзаводов приобретает и использует для переработки винограда зарубежное оборудование. Рассмотрим данную проблему ресурсосбережения на примере ЗАО ЗМВК «Коктебель», которое в последнее время смонтировало и использует оборудование итальянских фирм Diemme и Padovan. Энергетическая оценка технологических схем переработки винограда с новым импортным оборудованием на ЗАО ЗМВК «Коктебель» приведена на рис. 3.
Расход электроэнергии в кВт-ч на тыс. дал выпускаемой продукции (виноматериалов) на стадии переработки винограда зависит не только от мощности установленного оборудования (X), но и от выхода сусла из тонны винограда (Х2) разных сортов. При исследовании влияния выхода сусла на расход электроэнергии нами использовались данные ЗАО ЗМВК «Коктебель» по переработке винограда двух сортов - Ркацители и Шардоне на итальянском оборудовании: валковой дробилке-гребнеотделителе Карра 25 с прессом SPS-150 производительностью 20 т/ч и валковой дробилке-гребнеотделителе Карра 25 с прессом Millenium 260 производительностью 30 т/ч при производстве качественных белых виноматериалов.
По фактическим данным ЗАО ЗМВК «Коктебель», выход сусла из сорта винограда Ркацители составляет 51,5 дал/т, а из Шардоне - 62,1 дал/т. Виноматериалы, полученные из этих сортов и при данных выходах сусла - качественные, пригодные для получения марочных белых сухих, полусухих, полусладких вин. При переработке винограда сорта Ркацители на линии (Карра 25 + SPS-150) удельный расход электроэнергии составляет 14 кВт-ч/тыс. дал, а на линии (Карра 25 + Millenium 260) - 10,2 кВт-ч/ тыс. дал. При переработке винограда сорта Шардоне

Рис. 2. Диаграмма энергетической оценки технологического процесса получения сусла с гребнеотделением.
расход электроэнергии на линии (Карра 25 + SPS- 150) - 11,6 кВт-ч/тыс. дал, а на линии (Карра 25 + Millenium-260) - 8,4 кВт-ч/ тыс. дал. Разность в удельном расходе электроэнергии по разным видам вин объясняется различными выходами сусла (51,5 дал/ т и 62,1 дал/т), по различным сортам винограда. На отечественном оборудовании удельный расход электроэнергии составляет от 4,4 кВт-ч/тыс. дал (с «мялкой» Б2-ВДВ-20) до 10,6 кВт-ч/тыс. дал ( с валковой дробилкой-гребнеотделителем ВДГ-20).

В результате проведенных исследований разработана диаграмма (рис. 3) по определению расхода электроэнергии в кВт-ч (У) на получение одной тыс. дал сусла для производства белых виноматериалов в зависимости от установленной мощности оборудования (X1) и выхода сусла (Х2). На диаграмме показана установленная мощность оборудования при переработке одной тыс. т винограда на разных линиях переработки с отечественным оборудованием (ВДГ- 20 + ВСН-20) и (Б2-ВДВ-20 + ВСН- 20) производительностью 20 т/ч, применяемым на многих отечественных винодельческих предприятиях.
По технологической инструкции выход сусла на отечественном оборудовании (ВДГ-20 + ВСН-20) и (Б2-ВДВ-20 + ВСН-20) при производстве белых качественных виноматериалов составляет не более 60 дал/т [4, 5]. При выходе сусла 50 дал/т расход электроэнергии при работе дробилки («мялки») Б2- ВДВ-20 равен 4,4 кВт-ч/тыс. дал, а при работе валковой дробилки- гребнеотделителя ВДГ-20-11,5 кВт-ч /тыс. дал. При выходе сусла 60 дал /т расход электроэнергии на «мялке» Б2-ВДВ-20 уже составляет 3,7 кВт-ч/тыс. дал, а на дробилке-гребнеотделителе ВДГ-20 - 9,1 кВт-ч/тыс. дал. 

Рис. 3. Диаграмма определения расхода электроэнергии на производство одной тыс. дал сусла (У) для производства белых столовых виноматериалов в зависимости от установленной мощности оборудования (X) и сорта перерабатываемого винограда (выхода сусла X): 1 - Б2-ВДВ-20+ВССШ-20Д; 2 - Б2-ВДВ-20+корзиночный пресс; 3 -  Б2-ВДВ-20+К1-ВСН-20; 4 - ВДГ-20+ВССШ-20Д; 5 - Карра 25 + Millenium 260; 6 - ВДГ-20+К1-ВСН-20; 7 - ВПГ-20+ВССШ-20Д; 8 -  ВДГ-30 + ВССШ-30Д; 9 - Карра 25 + SPS-150; а - сорт винограда Шардоне, б - сорт винограда Ркацители; I - Карра 25 + Millenium 260 (Шардоне); II - Карра 25 + SPS-150 (Ркацители); III - Карра 25 + SPS- 150 (Шардоне); IV- ВДГ-20 + Kl-BCH-20; V-Б2-ВДВ-20+К1-ВСН-20; VI- Карра 25 + Millenium 260 (Ркацители).

Из диаграммы также видно, что при переработке винограда сорта Шардоне на оборудовании (Карра 25 + Millenium 260) наблюдается минимальный расход электроэнергии 8,5 кВт-ч/тыс. дал по сравнению с переработкой на оборудовании (Карра 25 + SPS-150) - 11,8 кВт-ч/тыс. дал. При переработке винограда сорта Ркацители затраты электроэнергии выше, чем при переработке винограда сорта Шардоне: расход электроэнергии при использовании оборудования (Карра 25 + Millenium-260) составляет 10,2 кВт-ч/тыс. дал, а оборудования (Карра 25 + SPS-150) - 14,1 кВт-ч/тыс. дал.
Таким образом, исследования, проведенные в НИВиВ «Магарач» совместно с ЗАО ЗМВК «Коктебель», позволили построить диаграмму определения расхода электроэнергии на получение тысячи дал сусла (У) при производстве белых виноматериалов в зависимости от мощности оборудования (X1) и сорта перерабатываемого винограда (выход сусла Х2). Наиболее приемлемыми схемами переработки винограда для действующих предприятий, оснащенных отечественным оборудованием и обеспечивающими качество получаемых виноматериалов для производства белых столовых вин, следует считать переработку винограда целыми гроздями по вариантам II и VI (рис.1), переработку с гребнеотделением - по варианту VIII (рис. 2).

Рис. 4. Диаграмма энергетической оценки технологического процесса получения сусла для белых виноматериалов в ЗАО ЗМВК «Коктебель».

Сравнение энергетических характеристик импортного оборудования на ЗАО ЗМВК «Коктебель» показал, что при производстве белых виноматериалов по схемам I, II (рис.4) удельный расход электроэнергии на тыс. т перерабатываемого винограда составляет 722 кВт-ч по первому варианту (с дробилкой Карра-25 мощностью 20 т/ч и пневматическим мембранным прессом SPS-150) и 525 кВт-ч по второму варианту (с дробилкой Карра-25 мощностью 30 т/ч и пневматическим мембранным прессом Millenium 260).
При сравнении этих показателей, данных на рис. 2, где приведена технологическая схема переработки винограда с валковой дробилкой-гребнеотделителем ВДГ-20, видно, что показатели по энергоемкости с вариантом импортного оборудования производительностью 20 т/ч и более высокие, чем с отечественной дробилкой ВДГ-20 той же производительности.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке обобщённой экономико-математической модели по определению удельного расхода электроэнергии на производство одной тыс. дал белых сухих виноматериалов с учетом не только стадии переработки винограда, но и стадий осветления и брожения сусла, требующих больших затрат холода и электроэнергии.
Исследования по энергетической оценке технологических процессов виноделия будут продолжены.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Отчёт «Разработка комплексной ресурсосберегающей системы технологий производства конкурентоспособных игристых вин Украины и других натуральных продуктов. Проект ГКНТ 03.1300/005-93. - Т.1. - Ялта, 1996. - 144 с.
2. Передерий В.П. Разработка и научное обоснование энергоёмкости технологических процессов винодельческого производства// Виноградарство и виноделие. - 1994. - №1. - С.155-158.
3. Передерий В.П. Энергетическая оценка технологических процессов винодельческих производств: автореф. дис. канд. техн. наук. - Ялта, 1992. - 24 с.
4. Сборник технологических инструкций, правил и нормативных материалов по винодельческой промышленности // Под ред. Г.Г. Валуйко. — М.: Агропромиздат, 1985. - 512 с.
5. Технологические правила виноделия. В 2 тт. / Под ред. Г.Г. Валуйко и В.А. Загоруйко.- Симферополь: Таврида, 2006.- Т.1: Общие положения. Тихие вина. - 488 с.
6. Виноградов В.А. Оборудование винодельческих заводов. - Т.1. - Симферополь: Таврида, 2002. - 416 с.
7. Виноградов В.А. Оборудование винодельческих заводов. - Т.2. — Симферополь: Таврида, 2003. - 352 с.
8. Современное прессовое оборудование для производства игристых вин/ Виноградов В.А., Загоруйко В.А., Макаров А.С., Паршин Б.Д., Коржов В.Д., Кнышева В.В. // Магарач. Виноградарство и виноделие. - 2002. - №3. - С.27-32.
9. Виноградов В.А., Загоруйко В.А. Новое винодельческое оборудование для виноделия и основные направления его разработки и дальнейшего совершенствования // Виноградарство и виноделие. Сб. научн. тр. НИ Ви В «Магарач». - Т. XXXV. - 2005. - С.94-98.
10. Селимов Д.Ш., Тихонов В.П. Об извлечении сусла для приготовления белых столовых и шампанских вин // Виноделие и виноградарство СССР. - 1983. - №3. - С.7-9.