Технология производства белых столовых вин

Технология производства белых столовых вин

Аннотация

вино виноград сусло технологический

Работа посвящена проектированию технологической линии производства белых столовых вин. Она включает характеристику сырья для технологического процесса, описание всех его стадий, выбор и обоснование выбора оборудования и расчет и выбор насоса для перекачки киноматериалов. В характеристике сырья перечислены основные вещества, входящие в состав винограда и влияющие на органолептические, питательные и прочие свойства продуктов из него, а также дано краткое описание основных родов, видов и рас дрожжей и свойств белых столовых вин.

Работа содержит 5 рисунков, 10 таблиц и 2 приложения.

1. Введение

Современное виноделие - мощная отрасль пищевой промышленности, опирающаяся на новейшие достижения науки и техники и прежде всего - микробиологии и биохимии, механики и автоматики.

Многие вина со сложившимся высоким качеством и установленными названиями известны в мировой практике и занимают значительное место в экспорте винодельческих стран.

По данным Всемирной организации вина и виноделия (OIV) в 2005 году, российские виноделы произвели 5035 тысяч декалитров винной продукции, заняв 12 место в списке стран, производящих вино.

Регионами с наибольшими объемами производства вина и винодельческих изделий в 2010 году стали: Краснодарский край, Кабардино-Балкарская Республика, Ставропольский край, Ленинградская и калужская области. Лидирует Краснодарский край, производя около 43% всего отечественного виноградного вина. В Кабардино-Балкарской Республике выпускается 11% всего виноградного вина, производимого в России. Третье место занимает Ставропольский край, производящий 10% данной продукции [1].

Объемы производства вин в России и мире ежегодно увеличиваются. Это связано не только с наличием во многих странах определенной культуры употребления вин, но и с его терапевтическими свойствами, обусловленными содержанием в вине органических кислот, сахаров, антиоксидантов, витаминов и других соединений, микроэлементов (калий, натрий, кальций, магний, фосфор), дубильных, красящих, ароматических веществ

Полезные для организма минеральные соли и микроэлементы, присутствующие в белом вине в ионизированном виде, легко всасываются в кровь. В частности, железо из пищи лучше усваивается, если еду запивать белым вином.

Содержащиеся в любом вине минеральные кислоты - винная, яблочная, салициловая - способствуют усвоению пищевых протеинов, то есть мяса и рыбы. И только в белом вине найдена еще и кофеиновая кислота, которая ускоряет выздоровление больных с бронхолегочной патологией, благодаря способности разжижать мокроту и облегчать ее отхождение.

Целью данной работы является технологическое проектирование линии производства белых столовых вин с расчетом насоса для перекачки продукта. К задачам работы относятся:

.        Рассмотрение состава сырья и изменений, происходящих в нем в процессе производства вина.

.        Описание технологической линии производства белых столовых вин и машинно-аппаратурное ее оформление.

.        Расчет и подбор насоса для перекачки сусла

2. Характеристика сырья

.1 Состав плодов винограда

В ягодах винограда содержатся сахара, главным образом глюкоза и фруктоза, ферменты, витамины, микроэлементы, органические кислоты, азотистые, дубильные и другие весьма важные для здоровья человека вещества. С производственной точки зрения виноград используют для приготовления вин различных типов.

Изучение химического состава виноградного сока издавна привлекало внимание многих исследователей.

За последнее время в связи с развитием техники газожидкостной хроматографии, масс-спектроскопии, ядерно-магнитного резонанса, а также изотопных методов исследования был проведен ряд работ по изучению химического состава виноградного сока и вина. В винограде было найдено более 400 компонентов и еще больше в вине. Более глубоко изучен состав эфирных масел, органических кислот, фенольных соединений, углеводов, азотистых веществ, витаминов и других, обусловливающих качество винограда и вина.

Рассмотрим состав этих соединений, а также их значение в биохимии технологических процессов при производстве вин различных типов.

Углеводы винограда, их образование и превращение

Главной составной частью лозы и. ягод винограда являются углеводы. Содержание их в некоторых сортах достигает 90%. В винограде соотношение сахара и кислот является главным критерием для определения качества винограда и вина. В процессе брожения сахара претерпевают глубокие изменения. Из них образуется главный продукт спиртового брожения - этанол, а также вторичные продукты брожения, имеющие важное значение для формирования вкуса и букета вина.

Превращение углеводов

В последнее время проводятся исследования по изучению связи между метаболизмом органических кислот и углеводов в процессе роста и созревания ягод винограда. Первоначальный распад органических кислот и аккумуляция сахара происходят одновременно в начале созревания. Обычно это длится б-7 недель после цветения; этот процесс интенсифицируется в середине срока созревания ягод винограда.

Показано, что в ранний период созревания винограда большая часть атомов меченого углерода С14 включается в органические кислоты. В фазе, близкой к созреванию, основная масса С14 включается в углеводы [3].

На основании этого можно заключить, что органические кислоты в процессе созревания ягод винограда участвуют в образовании углеводов.

В ягодах винограда встречаются различные углеводы, их насчитывается до 81. К ним относятся полисахариды, олигосахариды и моносахариды. Полисахаридами называют углеводы, молекула которых при гидролизе распадается с образованием молекул моносахаридов.

В зависимости от молекулярной массы и свойств полисахариды делятся на две группы: олигосахариды - низкомолекулярные полисахариды, молекула которых при гидролизе образует небольшое число молекул моносахаридов (от 2 до 10), и высшие полисахариды - высокомолекулярные вещества малорастворимые и совсем нерастворимые в воде; в большинстве случаев они не кристаллизуются и не обладают сладким вкусом.

В ягодах винограда содержатся также пентозаны, целлюлоза, пектины и камеди.

Полисахариды кожицы винограда состоят из легко- и трудногидролизуемых фракций полисахаридов. Количество последних составляет 24 - 25%, а легкогидролизуемых 16 - 20%. Полисахариды в ягоде винограда представлены сложными сочетаниями кислых и нейтральных гетерополисахаридов: галактоарабиногалактана, арабиноглюкана, галактоглюкоманнана и глюкана.

Считается, что все полисахариды в разной степени связаны между собой, а также с лигнином, белком и фенольными соединениями.

Работами В.И. Зинченко и др. показано, что в винограде найдены щелочерастворимые полисахариды, гемицеллюлоза и целлюлоза, а также гетерополисахарид, состоящий из гексоз, пентоз и уроновых кислот.

Гексозы в винограде встречаются в свободном состоянии в больших количествах. d-глюкоза, или виноградный сахар, хорошо растворима в воде, в спирте, плохо и совсем нерастворима в эфире. При слабом окислении она образует глюконовую, а при сильном - сахарную кислоту. При нагревании глюкозы с минеральными кислотами она превращается в оксиметилфурфурол, который затем разлагается на левулиновую и муравьиную кислоты.

Винные дрожжи лучше сбраживают глюкозу, чем фруктозу, так что после окончания брожения последняя частично остается в вине. При окислении фруктозы слабыми окислителями образуются гликолевая и оксимасляная кислоты, при дальнейшем окислении из гликолевой кислоты образуются муравьиная и щавелевая. Восстановление фруктозы приводит к образованию d-маннита и d-сорбита [3].

После цветения и формирования ягод винограда вначале в основном образуется глюкоза, а затем фруктоза. В начале созревания отношение глюкозы к фруктозе в ягоде приближается к 1. В стадии технической зрелости в ягодах преобладает фруктоза. Объясняется это тем, что к этому времени активность гексозофосфатизомеразы значительно увеличивается, вследствие чего часть глюкозы превращается в фруктозу и ее количество возрастает. Сахароза также появляется в период созревания винограда.

В европейских сортах винограда отношение глюкозы к фруктозе составляет от 0,9 до 1,3, а по Амерайну - от 0,71 до 1,45.

Для установления степени зрелости винограда, идущего на изготовление столовых, шампанских и десертных вин, большое значение имеют содержание сахара и титруемая кислотность во время сбора.

По мере созревания содержание сахаров увеличивается, а титруемая кислотность уменьшается и при этом глюкоацидиметрический показатель возрастает. Для шампанских виноматериалов он составляет 18-20, для столовых - 23-25, а для десертных - 35.

Пентозы представлены L-арабинозой, ксилозой, а также рибозой, рамнозой, дезоксирибозой и мелибиозой. В винограде содержатся и пентозаны. Они преобладают в гребнях, кожице и семенах в количестве от 1,05 до 4,5%, а в винах количество пентозанов колеблется от 0,003 до 0,15%.

Считается, что потенциальным источником пентоз в вине являются глюкопротеины, полисахариды, пектины, аминосахара, пигменты винограда и экстрактивные вещества древесины бочки.

Исследования Е. Пауля (1967) показали, что в процессе брожения сусла эти соединения подвергаются гидролизу, в результате чего пентозаны появляются в свободном состоянии и поддаются хроматографированию.

Большое биологическое значение имеют d-дезоксирибозы и d-рибоза, которые входят в состав нуклеиновых кислот как биологически активные вещества.

Пентозы обладают всеми характерными свойствами моносахаридов. Они восстанавливают фелингову жидкость. Поэтому при определении Сахаров по методу Бертрана пентозы обусловливают завышенные результаты. С фенилгидразином пентозы образуют озазоны, при восстановлении дают пятиатомные спирты (ксилит и арабит), дрожжи не способны их сбраживать, этим пентозы и отличаются от гексоз.

При нагревании с минеральными кислотами пентозы теряют 3 молекулы воды и образуют фурфурол, что характерно для них [4].

Пектиновые вещества

Это высокомолекулярные углеводные соединения. В состав пектиновых веществ входит более 200 до некоторой степени метокси-лированных остатков галактуроновой кислоты, которые соединены между собой 1,4-эфирными связями:

Рисунок 1 - Структура пектиновых соединений

В пектиновые вещества кроме d-галактуроновой кислоты входят еще d-галактоза, d-ксилоза, d-рамноза и l-арабиноза. В некоторых пектинах содержатся rf-глюкоза и l-фукоза.

До настоящего времени нет четкой классификации пектиновых веществ. Согласно физико-химическим свойствам они разделяются на ряд фракций. В пектиновые вещества входят протопектин, растворимый пектин, пектиновая и пектовая кислоты и их соли - пектаты.

Протопектин нерастворим в воде. Он входит в состав первичных клеточных стенок. Но после обработки органическими кислотами или под действием протопектиназы переходит в растворимый пектин. В протопектин входят полигалактуроновые кислоты, которые связаны с крахмалом, целлюлозой и арабаном. Химическая природа протопектина полностью еще не изучена, поскольку он не выделен из растений в нативном состоянии.

Пектин представляет собой растворимые пектиновые кислоты. Пектиновые растворы обладают высокой вязкостью, вследствие чего при повышенном содержании его в виноградном соке обработка затрудняется, в связи с чем большое значение имеет обработка сока или сусла пектолитическими ферментами.

Среди пектолитических ферментов главную роль играют пектинэстераза и эндополигалактуроназа. При гидролизе пектина под действием пектинэстеразы выделяется метанол, увеличение содержания которого нежелательно. Содержащиеся в сусле пектиновые кислоты тормозят действие пектинэстеразы. Фенольные соединения также ингибируют действие пектолитических ферментов [5].

В начале созревания винограда пектиновые вещества из твердых частей ягоды частично переходят в сок. При технической зрелости содержание их в соке колеблется от 1 до 2 г/л. Виноградный сок, полученный из недозрелого винограда, не содержит пектиновых веществ.

Показано, как изменяется содержание пектиновых веществ при переработке винограда. В процессе прессования количество пектина в зависимости от фракции сусла увеличивается. Так, в сусле первой фракции количество пектиновых веществ составляет 0,05%, во второй 0,06%, а в третьей 0,2%. Следовательно, сусло последних фракций содержит больше пектиновых веществ, чем сусло первой и второй фракции. Поскольку пектин является гидрофильным коллоидом с отрицательным зарядом, то сусло и полученное из него вино плохо осветляются.

В процессе переработки винограда пектин претерпевает глубокие изменения, особенно в процессе брожения. В винограде содержится пектинметилэстераза, которая приводит к деметоксилизации пектиновых кислот, в результате чего сусло обогащается метанолом. В винограде также содержится, полига-лактуроназа, но она менее активна. Под действием пектолитических ферментов, содержащихся в самих ягодах винограда, пектин начинает распадаться и количество его уменьшается.

При спиртовом брожении происходит дальнейший распад пектина под действием ферментов дрожжей, среди которых имеются и пектолитические. В дрожжах была найдена полигалактуроназа. В связи с этим в вине пектина остается очень мало, а в выдержанных винах обнаруживается в следах. Если в исходном сусле пектина содержится от 0,59 до 0,75 мг/л, то после брожения и формирования вина его остается примерно в 10 раз меньше.

Пектиновые вещества являются основным источником фурфурола в вине. Образование фурфурола из пектиновых веществ протекает по следующей схеме:

Рисунок 2 - Схема образования фурфурола из пектиновых веществ

Вина, приготовленные из винограда, обработанного пектолитическими ферментами, более экстрактивны и обладают более хорошим вкусом [5].

Общее количество коллоидов в вине составляет 300 мг/л. В сусле их примерно в 2 раза больше, чем в вине. При брожении сусла и выдержке вина количество коллоидных веществ уменьшается, главным образом за счет исчезновения групп с высокой электрофоретической подвижностью, т. е. пектинов и белков [5].

Азотистые вещества

Азотистые вещества винограда состоят из органических и минеральных форм азота. К первым относятся белки, аминокислоты, полипептиды, амины, амиды и другие азотистые вещества, ко вторым - нитраты, нитриты органических оснований и аммиачных солей. В винограде и в вине преобладает органическая форма азотистых веществ. Основная доля из них приходится на аминокислоты и полипептиды, что составляет от 38 до 78% от общего азота. Остальные формы органического азота составляют 8-13%. На долю минеральной формы азота приходится всего от 5 до 15%.

Аминокислоты

Биосинтез аминокислот в органах виноградной лозы впервые в 1960 г. был показан С. В. Дурмишидзе и О. Т. Хачидзе. Исследования этих авторов доказали, что в начале сокодвижения в растении усиливается ферментативный гликолиз углеводов и создаются условия для биосинтеза аминокислот. В пасоке виноградной лозы были идентифицированы все аминокислоты, которые встречаются в виноградном соке и корнях.

Количество общего азота составляет около 1075 мг/л, белкового 40 мг/л, содержание аминокислот и пептидов превышает содержание других форм азота.

Исследования французских энологов Е. Пейно, С. Лафон-Ла-фуркарда и Г. Гимберто показали, что в процессе созревания ягод винограда количество общего азота увеличивается, а аммиачного уменьшается, содержание отдельных аминокислот нарастает и особенно много накапливается пролина.

Нарастание количества аминокислот в процессе созревания винограда сорта Рислинг впервые показал в 1963 г. Ф. Драверт. В ранний период созревания, когда кислотность очень высокая, в ягодах мало аминокислот. В процессе созревания винограда наблюдается уменьшение титруемой кислотности и увеличение количества аминокислот.

Ф. Драверт показал, что в начале созревания в заметном количестве в ягодах винограда накапливаются аргинин, серии, аланин, глютаминовая и аспарагиновая кислоты. Видимо, эти кислоты участвуют в образовании других метаболитов и аминокислот.

Так, например, аспарагиновая и глютаминовая кислоты участвуют в переаминировании аминокислот с кетокислотами. Аланин, дезаминируясь, превращается в пировиноградную кислоту, которая занимает центральное место в метаболизме углеводов, жиров и белков. Из аспарагиновой кислоты образуются серии, треонин и метионин, а из глютаминовой кислоты - орнитин, цитруллин, аргинин. В ягодах винограда в наибольшем количестве содержатся пролин, аргинин, аспарагиновая и глютаминовая кислоты.

В процессе созревания винограда в нем появляются глицин, валин, метионин, лейцин, изолейцин, а также циклические аминокислоты - пролин, тирозин и фенилаланин.

Ф. Драверт также установил, что в процессе созревания винограда планомерного увеличения аминокислот не наблюдается. В начале созревания (до 5 сентября) содержание аминокислот увеличивается до 2619,9 мг/л, к 12 сентября - уменьшается до 2277,8 мг/л, а затем опять резко увеличивается до 3464,1 мг/л. Такое явление можно объяснить тем, что в этот период происходит энергичное расходование аминокислот на биосинтез белков.

В таблице 1 приведено содержание аминокислот в сусле по- данным исследователей разных стран.

Из таблицы 1 видно, что сорта винограда, произрастающего в разных странах, значительно различаются между собой содержанием аминокислот. Большинство аминокислот встречается во всех сортах. Количество пролина превалирует над содержанием других аминокислот.

После пролина в разных сортах винограда встречается значительное количество аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот.

Цистин, глицин, триптофан и некоторые другие аминокислоты содержатся в незначительном количестве.

Колебания в содержании аминокислот можно объяснить различными климатическими условиями произрастания, а также сортом винограда и способом приготовления сока. Некоторые сорта винограда - Каберне, Саперави, Совиньон, Мальбек - имеют повышенное содержание азотистых веществ, другие - Мерло, Се-мильон - бедны ими. Сок, полученный самотеком, содержит меньше аминокислот, чем сок, полученный под давлением.

Аминокислотный состав виноградного сока меняется в зависимости от внесения отдельных элементов удобрений. Улучшение минерального питания является не только средством повышения урожайности, но влияет на химический состав растений.

Среди факторов внешней среды, действующих на размер и качество урожая винограда, первое место принадлежит условиям почвенного питания.

С помощью химического состава удобрения можно регулировать питание виноградной лозы и получить виноград, соответствующий определенному типу вина. Применение азотистых удобрений приводит к увеличению содержания аминокислот в ягодах, что полезно при производстве десертных вин и нежелательно при приготовлении сухих, столовых и шампанских виноматериалов [3].

Полипептиды

Эти соединения состоят из аминокислот, связанных между собой пептидными связями. Молекулярная масса полипептидов составляет не более 10000 D. Они осаждаются сульфатом аммония, фосфоровольфрамовой кислотой, как белки, но, отличаются от белков тем, что не задерживаются целлофановой мембраной при диализе. Ди- и трипептиды не осаждаются этими реактивами.

Многие полипептиды встречаются в растениях и дрожжах, имеют важное значение как промежуточные продукты в обмене веществ и как физиологически активные вещества. Примером может служить глутатион. Он состоит из остатков трех аминокислот: гликокола, цистеина и глютаминовой кислот. Глютатион в значительном количестве содержится в дрожжах.

Важная роль глутатиона в обмене веществ заключается в том, что он является сильным восстановителем и очень легко окисляется. При этом окисляется сульфгидрильная группа (-SH). Две молекулы глутатиона соединяются дисульфидной связью (-S-S-) и образуют молекулу окисленного глутатиона.

В ягодах винограда полипептиды образуются в результате распада белков и путем синтеза из аминокислот.

Количество аминокислот, входящих в полипептиды, составляет от 70 до 90% от общего азота. Глицин, лизин, аспарагиновая кислота являются главными компонентами полипептидов.

Белки

В растениях белков содержится меньше, чем углеводов. Однако они играют большую роль в биологических процессах. Белковые вещества составляют основную массу протоплазмы. Все ферменты являются белками.

При определенных условиях белковые растворы превращаются в гели. В гелях вода находится в гидратационном состоянии. Высушенный гель теряет воду. При помещении такого геля в воду белок впитывает большое количество воды. Этот процесс называется набуханием геля. Процесс, обратный набуханию, т. е. отдача воды, называется синерезисом. Процесс набухания белков играет большую роль в пищевой промышленности, особенно в хлебопечении и в кондитерском производстве.

Белки винограда и вина в основном представлены протеидами, большинство которых обладает ферментативной активностью. К числу таких протеидов относятся гликопротеиды, в углеводную фракцию которых входят глюкоза, фруктоза, манноза, ксилоза, галактоза, рамноза и фукоза.

Белковые вещества винограда довольно разнообразны и содержат несколько фракций. Первые исследования по изучению гетерогенности белков винограда были проведены В. Димайером и И. Кохом методом электрофореза в 1962 г. Согласно их данным, белки состоят из нескольких фракций, причем две из них являются главными, по отношению к теплу одна фракция является лабильной.

Р. Моретти и X. Берг (1965) методом электрофореза на поли-акриламидном геле в присутствии трисглицеринового буфера с рН 8,3 разделили белок виноградного сока на пять фракций. Молекулярная масса выделенных фракций колебалась от 18 000 до 23 000 D, изоэлектрическая точка белка варьировала от рН 3,5 до рН 3,7.

Согласно данным Е.Н. Датунашвили и др., белки винограда имеют относительно невысокую молекулярную массу. Низкомолекулярные фракции обладают молекулярной массой около 10 000, а более высокомолекулярные от 24 000 до 47 000D.

При переработке винограда содержание белковых веществ изменяется в зависимости от технологии. Сусло, полученное прессованием, содержит больше белков, чем сусло, полученное самотеком.

Тепловая обработка виноградного сока и вина вызывает некоторое уменьшение белкового азота [4].

Амины и амиды

В результате исследований винограда и вина наряду с аминокислотами и белками в сусле и вине были обнаружены и другие азотистые вещества. Было установлено, что амины составляют примерно 1-5% общего количества азотистых веществ, которые образуются путем энзиматического расщепления аминокислот. Одним из путей образования аминов является декарбоксилирование аминокислот по схеме:

Рисунок 3 - Схема образования аминов из аминокислот

В вине также были найдены гистамин, диэтиламин, диметиламин. Содержание гистамина в белых винах колеблется от 0,3 до 5,5 мг/л. Он образуется в результате действия молочнокислых бактерий, так как дрожжи не способны синтезировать гистамин.

В винах были идентифицированы гексиламин, бензиламин, путресцин и кадаверин. Установлено, что некоторые амины, особенно гистамин, являются биогенно активными веществами и имеют большое физиологическое значение.

Амиды играют важную роль в азотистом обмене веществ. В винограде в основном встречаются амиды аспарагиновой и глютаминовой кислот: аспарагин и глутамин.

Содержание амидов в винограде составляет от 3 до 5%, а в винах от 1 до 2%. В винах идентифицированы следующие амиды N-этилацетамид, N-2-метилбутилацетамид, N- (2-фенилэтил) ацетамид, М-[3-(метилтио)-пропил]-ацетамид и др.

Среди амидов особое значение имеет ацетамид, который придает вину мышиный тон. Ацетамид образуется при аминоацеталазной реакции:

Рисунок 4 - Схема образования ацетамида

В винах содержатся также гексозамин (8,7-29,2 мг/л) и ме-ланоиды, количество которых колеблется в зависимости от типа вина (5-75 мг/л) [6].

Органические кислоты и их метаболизм

Органические кислоты широко распространены в растительном мире и играют важную роль в обмене веществ растений. Они в значительных количествах содержатся в ягодах винограда и представлены главным образом винной и яблочной кислотами. Лимонной, янтарной, гликолевой, глиоксалевой, щавелевой и других кислот в винограде значительно меньше. Благодаря создаваемой ими кислотности в сусле подавляется развитие болезнетворных микроорганизмов и создаются благоприятные условия для деятельности винных дрожжей. Органические кислоты находятся в определенных соотношениях с сахарами и этим обусловливают приятное вкусовое ощущение [7].

При физиологической зрелости винограда (к 5/Х) наблюдается уменьшение количества винной, яблочной, янтарной и щавелевой кислот, содержание лимонной также уменьшается. Следует отметить, что по динамике накопления лимонной кислоты можно определять техническую и физиологическую зрелость винограда.

Соотношение количества винной и яблочной кислот меняется в ходе созревания. У незрелого винограда это соотношение составляет примерно единицу, а в процессе созревания оно увеличивается. При технической зрелости соотношение между винной и яблочной кислотами меньше 2, а при физиологической - больше 2.

В последнее время изучались функции отдельных кислот в сусле и вине. При этом установили, что большое значение имеет яблочная кислота. Другие исследователи считают, что при созревании винограда и приготовлении вина имеет значение винная и яблочная кислоты. Содержание винной кислоты мало зависит от климатических условий. Она микробиологически более устойчива и как наиболее сильная регулирует в вине соотношение кислот и солей и, следовательно, концентрацию водородных ионов, что и определяет ее значение при производстве вин. Яблочная кислота имеет большее значение при созревании винограда, чем при приготовлении вина, она играет важную роль в обмене веществ растения.

Содержание яблочной кислоты в зеленых ягодах мало возрастает с повышением температуры от 10 до 25°С. Дальнейшее повышение температуры вызвало уменьшение ее количества. Низкие температуры ночью стимулируют образование органических кислот, а высокие (30°С и выше) уменьшают. В зеленых ягодах винограда углеродная метка С14 преобладает в основном в органических кислотах, в созревших ягодах около 80% его входит во фракцию углеводов.

Исходя из полученных данных можно заключить, что в зеленых ягодах при температуре 10-15°С ночью происходит синтез органических кислот, а при высокой температуре (30-37°С) днем - синтез углеводов [7].

Винная кислота

По химическим свойствам все формы винной кислоты одинаковы, но отличаются рядом физических свойств (температурой плавления, растворимостью и др.). Так, например, d- и l-винные кислоты имеют температуру плавления 170°С, виноградная 240- 246° С, а мезовинная 140° С. Растворимость d- и l-винной кислот в. воде выше, чем виноградной.

Поскольку винная кислота является двухосновной, она дает два рода солей - кислые и средние. Кислая соль калия винной кислоты (КНС₄Н₄0₆) труднорастворима в воде и даже в вине, вследствие чего в значительном количестве выпадает из вина в осадок. Средняя соль калия винной кислоты (К₂С₄Н₄О₆), а также средняя соль натрия хорошо растворимы в воде. При действии едкой щелочи на кислую калийную соль винной кислоты образуется сегнетова соль (KNaC₄H₄0₆ 4H₂0).

Растворимость солей винной кислоты (винный камень) в вине зависит от содержания некоторых аминокислот (глицин, лейцин, фенилаланин, аспарагиновая кислота) и особенно белковых веществ. Согласно данным С. Мончева, неодинаковая растворимость винного камня в отдельных винах объясняется различием в составе и количественном отношении аминокислот. Поэтому вина, выдержанные на дрожжах, обладают большей стабильностью к помутнениям.

Винная кислота и ее соли являются одним из главных компонентов сусла и вина. Значение их в том, что, обладая кислым вкусом, в сочетании с сахаром они создают определенную вкусовую гармонию.

Винная кислота и ее соли создают кислую реакцию сусла и вина и препятствуют развитию ряда микроорганизмов, портящих вкус и аромат. С другой стороны, кислая среда способствует развитию винных дрожжей, которые обладают более высокой кислотовыносливостью и при рН 2,8-3,8 способны сбраживать сахар [7].

Ферменты

О-Дифенолоксидаза

Этот фермент (02=оксидоредуктаза К.Ф. 1.10.3.1) является одним из наиболее активных, встречающихся в ягодах винограда. Фермент обладает способностью катализировать окисление не только катехинов, но и других фенольных соединений, содержащих 1-2- и 1-3-оксигруппу (ОН), пирокатехин и пирогаллол, а также группу NH2 (ароматические аминокислоты и амины).

Характерной особенностью о-дифенолоксидазы является способность катализировать две реакции - окисление дифенолов и гидроксилирование монофенолов. Следовательно, о-дифенолоксидаза является не единственным ферментом, обладающим смешанными функциями. Таким же свойством обладает риболозодифосфаткарбоксилаза.

С момента появления ягод до полного их созревания активность о-дифенолоксидазы и количество фенольных соединений быстро уменьшается в течение одного месяца, т. е. с того момента, как масса ягод и сахаристость увеличиваются [5].

Гидролазы

Эти ферменты катализируют реакцию гидролиза сложных соединений на более простые. Это обширный класс ферментов, который может быть подразделен на ряд подгрупп: эстеразы, протеазы, пептидазы, карбогидразы, р-фруктофуронозидаза и др. В винограде из гидролаз наиболее активны эстеразы. Ферменты, катализирующие гидролиз пектиновых веществ, разделяются на две группы: пектинметилэстеразы, катализирующие разрыв эфирных связей в молекуле метоксилированных пектинов, и полигалктуроназы, которые расщепляют а-1,4-d-галактуроновые связи, соединяющие остатки галактуроновой кислоты.

Согласно существующей номенклатуре ферментов, пектинэсте-раза (ПЭ) называется пектингидролаза (3.1.1.11), а полигалак-туроназа (ПГ)-полигалактуронидглюканогидролаза (3.2.1.15).

В начале действий протопектиназы происходит расщепление связи между метоксилированной полигалактуроновой кислотой и связанным с ней арабаном. При этом образуется свободная мето-ксилированная полигалактуроновая кислота, так называемый растворимый пектин.

Под действием пектинметилэстеразы происходит гидролитическое отщепление метоксильных групп от растворимого пектина с образованием полигалактуроновой кислоты и метилового спирта.

Действием протопектиназы на арабан образуется метоксилиро-ванная полигалактуроновая кислота, которая под действием пектинметилэстеразы гидролизуется на метанол и полигалактуроновую кислоту. Последняя под действием полигалактуроназы расщепляется на остатки d-галактуроновой кислоты [5].

Витамины

Витамин B1 (тиамин)

В дрожжах содержится фосфоферраза, которая катализирует перенос фосфатной группы с АТФ на тиамин, превращающий его в тиаминпирофосфат. Помимо этого, тиаминпирофосфат участвует в декарбоксилировании пировиноградной кислоты при алкогольном брожении ив превращении пировиноградной кислоты в аце-тил-КоА.

Растения и дрожжи способны синтезировать тиаминпирофосфат, а в организме человека он не синтезируется. Человек должен получать этот витамин с пищей.

Исследования показали, что содержание витамина B1 в процессе созревания винограда увеличивается до 0,450 мг/кг.

Тиамин играет важную роль в алкогольном брожении, так как служит коферментом пируватдекарбоксилазы, катализирующей декарбоксилирование пировиноградной кислоты с образованием уксусного альдегида, который затем восстанавливается НАД-Н2 при действии алкогольдегидрогеназы [8].

Исследования, проведенные Н.М. Сисакяном, И.А. Егоровым, В.В. Агаповым и Н.Г. Саришвили (1961), показали, что внесение дрожжей при шампанизации в резервуарах способствует накоплению витаминов B1 и В2, количество которых увеличивается и достигает в опыте 0,74 мг/л, хотя, в контроле их всего 0,12 мг/л.

Таким образом, при переработке винограда и выработке вино-материала количество витамина B1 значительно уменьшается, а при выдержке вина на дрожжах снова увеличивается [3].

Витамин В2 (рибофлавин)

Содержание витамина В2 в дрожжах значительно больше, чем в винограде, соответственно 30-40 мкг/г и 0,136-92 мкг/кг.

Исследование 5 образцов белых и 8 красных калифорнийских вин на содержание в них витаминов группы В показало, что в красных винах витаминов больше, чем в белых; так, количество рибофлавина, тиамина и ниацина в красных винах достигает соответственно 370, 950 и 1100 мг/л.

Витамин В6 (пиридоксин)

Растения, в том числе и виноградная лоза, способны синтезировать витамин В6. Но больше всего витамина содержится в дрожжах.

Исследования Е. Пейно и С. Лафуркада показали, что количество витамина В6 в процессе созревания винограда возрастает, а при полной его зрелости уменьшается. В виноградном соке содержится от 0,16 до 0,53 мг/л витамина В6. В процессе брожения количество его несколько уменьшается, а затем начинает увеличиваться в результате автолиза дрожжей. В винах содержание витамина В6 колеблется от 0,12 до 0,67 мг/л.

Витамин РР (никотиновая кислота)

Исследования И. Кэстера показали, что в калифорнийском винограде содержание никотиновой кислотьг колеблется от 6,79 до 3,75 мг/кг. Никотиновую кислоту и ее амид исследовал С. Лафур-кад в процессе созревания винограда и при брожении сусла, приготовленного из бордоских сортов винограда. При этом установлено, что количество витамина РР в ходе созревания увеличивается на 15-20% и колеблется от 0,86 до 2,56 мг/кг; в среднем для 20 образцов винограда оно составляет 1,2 мг/л. Связанного витамина РР всегда немного больше, чем свободного. В процессе брожения наблюдается уменьшение содержания никотинамида на 25-80%. По-видимому, дрожжи адсорбируют этот витамин. Особенно резко количество его уменьшается при проветривании вина, так как в присутствии кислорода витамин РР быстро окисляется. Несмотря на то что дрожжи способны синтезировать никотина-мид, содержание его в винах никогда не достигает первоначального уровня, т. е. содержания его в винограде и в сусле.

С. Лафуркад исследовал 82 образца вин. В белых винах содержание витамина РР колеблется от 0,44 до 1,32 (в среднем 0,82 мг/л), а в красных от 0,79 до 1,73 (в среднем 1,26 мг/л). Аналогичные результаты были получены А. Хеллом и его сотрудниками.

Согласно другим данным, количество витамина РР при выдержке вин не уменьшается (так, в 50-летних винах витамина РР столько же, сколько в молодых) [3].

Витамин М (фолиевая кислота)

Этот витамин состоит из молекулы птеридина, h-аминобензой-ной и глутаминовой кислот.

Фолиевая кислота участвует в перемещении одноуглеродистых соединений, в синтезе нуклеиновых кислот и в реакции трансокси-метилирования. Метильные группы необходимы для образования многих биологически активных соединений, например, метионина, тиамина, бетаина, холина и др.

Фолиевая кислота была обнаружена в винограде А.Н. Андреевой и В.Н. Букиным в количестве 2,38 мг/кг. В вине ее содержится от 0,38 до 0,5 мг/л, а в шампанском 0,43 мг/л. В процессе выдержки шампанского на дрожжах, по-видимому, происходит обогащение его фолиевой кислотой.

Витамин С (аскорбиновая кислота)

Первые определения аскорбиновой кислоты были проведены в винограде А.А. Мержанианом и М.А. Герасимовым. Согласно данным Н.М. Сисакяна, И.А. Егорова и Б.Л. Африкян, содержание аскорбиновой кислоты в армянских сортах винограда колеблется от 22,1 до 48 мг · %.

Исследования К- С. Попова показали, что в крымских сортах винограда аскорбиновой кислоты содержится от 2 до 10,6 мг%. Еще меньше ее в югославских сортах винограда (от 2,2 до 9,63 мг-%). Примерно столько же ее и в американских сортах винограда.

Содержание аскорбиновой кислоты в ягодах винограда зависит от условий ее определения. Так, если определение проводили сейчас же после раздавливания винограда, то содержание аскорбиновой кислоты было выше. Если же раздавленный виноград и сок долго оставался на воздухе, то количество аскорбиновой кислоты быстро уменьшалось вследствие окисления [8].

Исследования показали, что при раздавливании винограда в аэробных условиях под действием о-дифенолоксидазы из полифенолов образуются хиноны, которые дегидрируют аскорбиновую кислоту в дегидроаскорбиновую.

В процессе брожения сусла дегидроаскорбиновая кислота не восстанавливается, поэтому содержание аскорбиновой кислоту в молодом вине не превышает 5-10 мг/л, а в выдержанном - всего 2-3 мг/л. Из 45 исследованных бордоских вин только 3 содержали от 5 до 10 мг/л аскорбиновой кислоты.

Аскорбиновая кислота является прекрасным средством для предупреждения окисления. Поэтому весьма перспективно вводить ее в вино в кристаллической форме в анаэробных условиях, как это предложили А.С. Вечер и В.М. Лоза (1975 г.) [8].

Фенольные соединения

Фенольные вещества широко распространены в растительном мире, они встречаются в самых различных органах растений.

Катехины

Катехины представляют собой наиболее восстановленные, а флавонолы - наиболее окисленные соединения. Взаимное превращение одной группы флавоноидов в другую происходит посредством окисления и восстановления. Катехины и лейкоантоцианы легко подвергаются окислению и восстановлению, а также способны к легкой полимеризации.

Катехины, лейкоантоцианы, флавононы и флавонолы - бесцветные вещества, флавоны и флавонолы окрашены в желтый цвет, антоцианы имеют разнообразные оттенки красного, синего и фиолетового цветов.

Биосинтез и метаболизм фенольных соединений.

В 50-х годах была сделана попытка установить биосинтез фенольных соединений. Было показано, что эти вещества синтезируются в растениях из углеводов через промежуточное соединение миоинозита. Но внедрения меченого С14 миоинозита в состав фенольных соединений растений не было обнаружено.

Позднее А.Л. Курсанов (1952) впервые показал, что при вакуум-инфильтрации раствора хинной кислоты в листьях чайного растения через некоторое время наблюдается образование рядовых полифенолов (катехины и галовая кислота).

С.П. Костычев считал, что в растениях хинная кислота легко превращается в галловую и гидрохинон и является связывающим звеном между углеводами и фенольными соединениями.

Шикимовый путь образования фенольных соединений. Шикимовая кислота является как бы первой ступенью при переходе от алициклических соединений к ароматическим. Образование шикимовой кислоты является первым этапом на пути перехода алициклических соединений к ароматическим [3].

Исследования М.Н. Запрометова также показали, что при введении в молодые побеги чайного куста меченого радиоактивного углерода в виде растворов глюкозы, фруктозы, шикимовой кислоты и ацетата натрия через 6-24 ч наблюдается удельная радиоактивность отдельных катехинов. Наилучшим предшественником является шикимовая кислота, промежуточное место занимает ацетат натрия и значительно хуже используются углеводы. Эти опыты позволили установить, что радиоактивная шикимовая кислота включается в галловые и пирокатехиновые фрагменты молекул катехинов.

Полученные данные свидетельствовали о том, что биосинтез фенольных соединений в растениях совершается в основном двумя путями - через шикимовую кислоту и через ацетат натрия в виде ацетил-КоА и малонил-КоА. Через ацетат осуществляется синтез ж-полифенолов, а через шикимовую кислоту - о- и n-за-мещенных полифенолов.

Роль фенольных соединений в окислительно-восстановительных процессах. Фенольные вещества играют важную роль в обмене веществ растений. Но еще недавно существовало мнение, что фенольные соединения представляют собой конечные продукты метаболизма высших растений. А между тем экспериментальные работы последних лет показали, что фенольные вещества не только синтезируются высшими растениями, но и подвергаются в них разнообразным превращениям: участвуют в дыхании, фотосинтезе; предполагают, что они играют роль в образовании иммунитета и др.

В последнее время особое внимание уделяют специфическим окисленным полифенолам - хинонам (убихинонам). Убихиноны (витамин К), сосредоточены в митохондриях растений и являются звеньями дыхательной цепи. Они занимают промежуточное место между флавопротеинами и цитохромами.

На конечных этапах дыхательного процесса хиноны являются акцепторами водорода. Присоединяя водород, хиноны восстанавливаются и вновь окисляются о-дифенолоксидазой в хиноны.

Как ферментативное действие о-дифенолоксидазы, так и аутоксидация сопровождаются поглощением кислорода и выделением углекислоты. При этом на 1 моль катехина расходуется 1 моль кислорода.

Выделение углекислоты свидетельствует о расщеплении исходных молекул катехинов [8].

Исследования Б.В. Вартапетяна и А.Л. Курсанова (1955) показали, что при неферментативном окислении катехина в щелочной среде в состав продуктов окисления включается как атмосферный кислород, так и кислород воды, а при ферментативном - только кислород воды. Основываясь на полученных результатах, авторы пришли к заключению, что могут существовать различные механизмы ферментативного и аутоксидабельного окисления катехинов.

Окислительная конденсация фенольных соединений имеет место как при ферментативных реакциях, так и при аутоксидации катехинов и других производных. Примером могут служить дубильные вещества, проантоцианидины, лигнин и др. Инициаторами конденсации фенольных соединений являются о-дифенолоксидаза и пероксидаза.

Образованные при ферментативном окислении фенольные соединения, хинонные формы или свободные радикалы в дальнейшем неферментативно взаимодействуют с неокисленными формами катехинов и образуют димеры. Последние вновь подвергаются ферментативному окислению с образованием тримеров.

При окислительной конденсации катехинов молекулярная масса увеличивается примерно в 2 раза. Исходя из этого, А.Л. Курсанов, К.М. Джемухадзе и М.Н. Запрометов составили схему конденсации катехинов, которая предусматривает предварительное окисление катехинов в соответствующие хиноны, так как конденсируются не сами катехины, а их хинонные формы без разрыва пиранового кольца

Рисунок 6 - Схема конденсации катехинов винограда

Флавонолы

Представителями флавонолов являются кемпферол, кверцетин и мирицетин.

Методом хроматографии в тонком слое целлюлозы из винограда были выделены два гликозида и два агликона. В процессе созревания винограда их количество колеблется от 13 до 20 мг на 100 г ягод, затем к моменту созревания количество флавонолов достигает 18-24 мг на 100 г ягод, в винах их содержится от 37 до 97 мг/л [8].

В кожице белого винограда эти флавоновые гликозиды найдены в меньших количествах, за исключением мирицетин-3-моноглю-козида, который отсутствовал. В красных винах через несколько месяцев хранения вследствие гидролиза флавоновых гликозидов образуются свободные аглюконы: кемпферол, кверцетин и мирицетин в количестве не больше 15 мг/л. В белых винах, приготовленных по европейскому способу, флавонолов не обнаружено.

Флавонолы в винограде встречаются в основном в виде гликозидов. Кроме того, они, как и катехины, могут находиться в виде ацилированных производных.

Флавоны

Представителями флавонов являются: апигенол, лютеолол и хризол. Они окрашены в светло-желтый цвет.

В винограде эти вещества найдены в виде гликозидов и агликонов. В виде гликозидов встречаются с присоединением сахара к углеродному атому в положении 3 и 7. Апигенол найден в винограде сорта Изабелла. В винограде были найдены следующие флавоновые соединения: витексин, изовитексин, ориентин и изоориентин.

Фенолкарбоновые кислоты

К ним относятся ароматические кислоты бензойного и коричного ряда. К бензойным относятся н-оксибензойная, протокатеховая, ванилиновая, галловая, сиреневая, салициловая и гентизиновая; к коричным - н-кумаровая, кофейная, ферулевая и синаповая.

Интересно отметить, что в кожице красного винограда содержится больше кислот бензойного и коричного рядов, чем в кожице белого.

Антоцианы

Это красящие вещества ягод, плодов и цветочных лепестков, а также листьев некоторых растений. Первые исследования по изучению химического строения антоцианов были проведены Р. Вилыптеттером, П. Каррером и В. Робинсоном.

Антоцианы широко распространены в растительном мире. Основными представителями их являются следующие агликоны: цианидол, дельфинидол, петунидол, мальвинидол и пеларгонидол. Ниже приведена структурная формула дельфинидола.

В винограде, в зависимости от его рода и вида, было найдено от семи до семнадцати веществ, являющихся моно- и дигликозидами, а также - ряд веществ в виде ацилированных гетерозидов, которые соединены с ароматическими кислотами, такими как, например, n-оксибензойная, n-оксикоричная, n-кумаровая [3].

В гликозидах антоцианидинов остаток сахара присоединяется в случаях моногликозидов к углеродному атому в положении 3, я в случае дигликозидов - в положении 5. Из сахаров, входящих в молекулу антоцианов, главным образом встречается глюкоза, реже рамноза, арабиноза и галактоза.

Красящие вещества ягод винограда находятся как в свободном состоянии - это, так называемые антоцианидины, так и в связанном с сахарами в виде гликозидов - это антоцианы. Антоцианы содержат в гетероциклическом кольце четырехвалентный кислород (оксоний) и благодаря этому легко образуют соли, например хлориды.

Антоцианы в основном распределены в кожице винограда. Они находятся в третьем или четвертом слое гиподермы, а в мякоти под гиподермой. Внутри клеток антоцианы концентрируются в вакуолях в виде гранул. Цитоплазма и стенки клеток их не содержат. Но когда клетка погибает, то в результате диффузии окрашивается вся ткань.

Танины

Танины винограда и вина представляют собой полимеры главным образом из катехинов и лейкоантоцианов. Они обладают способностью реагировать с белками. Молекулярная масса танинов меняется в зависимости от продолжительности выдержки вин. Согласно данным П. Риберо-Гайона (1971), для молодых вин она-равна 500-800, для старых - 3000-4000D, для очень старых вин молекулярная масса уменьшается и приближается к молекулярной массе молодых вин вследствие выпадения в осадок наиболее конденсированных форм. Структура танина в процессе созревания и старения вина сильно меняется.

Эфирные масла

Эфирные масла в основном сосредоточены в кожице винограда и во внешних слоях мякоти. Кожица винограда содержит их в 2 раза больше, чем мякоть. Вещества, выделенные из эфирного масла винограда, представлены углеводородами, спиртами, терпеноидами, карбонильными соединениями, жирными кислотами, сложными эфирами и другими [5].

.2 Характеристика дрожжей, используемых в виноделии

В винодельческом производстве встречаются в основном дрожжи рода Saccharomyces, пленчатые и некоторые «дикие» дрожжи [9].

Род Saccharomyces имеет наибольшее значение и распространение в производстве продуктов переработки винограда. Размножаются дрожжи почкованием, с наступлением неблагоприятных условий образуют от 1 до 4 шаровидных гладких бесцветных спор. Активно сбраживают сахара, способны развиваться в средах с низким рН (до 2,8), спиртоустойчивы.

Вид Saccharomyces vini по сравнению с другими родами и видами в природе встречается меньше. Во время бурного брожения и в стадии дображивания данный вид составляет примерно 80% всех дрожжей рода Saccharomyces. Клетки имеют круглую, яйцевидную или овальную форму. Размеры (5-7) X (8-11) мкм. Характерная особенность дрожжей S. vini - их значительная спиртоустойчивость (до 16% об.). Бродильная способность S. vini выше бродильной способности других видов дрожжей. Из данного вида выделено много рас с полезными производственными признаками: спиртообразующей способностью, сульфито- и холодоустойчивостью и др. Дрожжи S. vini могут играть и отрицательную роль, вызывая забраживание виноградного сока, помутнение готовых вин.

Вид Saccharomyces oviformis в природе встречается редко. Дрожжи этого вида часто обнаруживаются в бродящем виноградном соке, они накапливаются к концу брожения вследствие большей спиртоустойчивости, чем S. vini. По морфологическим признакам дрожжи S. oviformis не отличаются от других видов рода Saccharomyces.

Характерной особенностью дрожжей является способность сбраживать высокосахаристое сусло (содержание сахаров свыше 30 г на 100 мл сусла) с получением вин повышенной спиртуозности (18-19% об.). Отмечается также большая способность этих дрожжей к окислению спирта, чем глюкозы. Обладают высокой сульфитоустойчивостью (выдерживают концентрацию свободной сернистой кислоты до 100 мг/л). Вид S. oviformis играет положительную роль в виноделии при сбраживании высокосахаристого сусла для получения сухих вин. Дрожжи этого вида хорошо приспособились к условиям шампанского производства. Для процесса шампанизации отселекционированы расы дрожжей Ленинградская, Киевская. В то же время они могут вызывать вторичное забраживание готовых вин, особенно полусладких. Эти дрожжи вызывают также помутнение бутылочных вин.

Разновидностью дрожжей S. oviformis являются дрожжи S. oviformis cheresiensis, способные образовывать на поверхности вина по окончании брожения пленку, в результате жизнедеятельности которой вино приобретает особые букет и вкус. Расы Херес 96-К и Херес 20-С быстро образуют пленку на вине с содержанием спирта 16-17% об. С помощью указанных рас дрожжей получают вино под названием Херес [10].

Вид Saccharomyces uvarum встречается в различных плодовых соках и винах. Дрожжи этого вида развиваются медленно, обладают средней спиртообразующей способностью, холодостойки. Синтезируют практически те же продукты брожения, что и S. vini. Многие расы дрожжей этого вида при сбраживании виноградного сусла образуют плотный невзмучиваемый дрожжевой осадок, не дают пены, синтезируют повышенные количества глицерина. Рекомендуются для приготовления полусладких вин, например раса Новоцимлянская 3.

Пленчатые дрожжи родов Pichia, Hansenula и Candida являются злейшими сорняками виноделия. Они получили свое название из-за способности образовывать на поверхности вина в аэробных условиях пленки. Клетки дрожжей родов Pichia, Hansenula и Candida имеют эллиптическую, овальную форму.

Встречаются также клетки удлиненной, колбасовидной и булавовидной форм. Дрожжи родов Pichia и Hansenula образуют споры; дрожжи рода Candida спор не образуют, их вегетативные клетки размножаются почкованием. Дрожжи родов Candida и Pichia быстро сбраживают сахара, потребляя их преимущественно путем окисления. Дрожжи рода Hansenula при сбраживании углеводов способны синтезировать до 5% об. этанола. В сусле содержатся в небольшом количестве. При соблюдении технологических условий приготовления и хранения виноматериалов почти не встречаются в винах, однако при плохом забраживании виноградного сусла быстро начинают развиваться на его поверхности, образуя на 2-3-й сутки сначала гладкую, позднее складчатую пленку серовато-белого цвета. Одновременно с пленкой они образуют дрожжевой осадок, т. е. начинают одновременно окислять и сбраживать сахара. При этом образуются этиловый, амиловый, бутиловый спирты, уксусная, масляная, янтарная кислоты, а также эфиры этих кислот. Продукты обмена придают виноматериалу резкий неприятный запах. Часто эти дрожжи развиваются на мезге при ее брожении.

Пленчатые дрожжи сульфито- и спиртоустойчивы: могут выдерживать до 14% об. спирта и 400-500 мг/л SO₂. Поэтому пленчатые дрожжи при доступе кислорода воздуха хорошо себя чувствуют в столовых винах. Активно восстанавливают сульфаты и сульфиты с образованием сероводорода, поэтому в виноматериалах, в которых развиваются пленчатые дрожжи, может появиться сероводородный тон. Пленчатые дрожжи вызывают болезнь вина - цвель, а также помутнение вин. Являются опасными сорняками хересного и шампанского производств, так как продукты обмена пленчатых дрожжей тормозят развитие дрожжей хересных и шампанских [10].

Эффективным средством предупреждения развития пленчатых дрожжей в винах является ограничение доступа к вину кислорода воздуха. Виноматериалы необходимо хранить при низких температурах в полных емкостях, своевременно проводя доливку.

Род Zygosaccharomyces также относится к вредной микрофлоре. Дрожжи этого рода отличает весьма высокая осмофильность: они развиваются в средах с содержанием сахара 60-80 г на 100 мл (вакуум-сусло, бекмес, мед, варенье, джем), вызывая их забраживание и снижая тем самым качество продукта. Бродильная способность дрожжей данного рода низкая, они бродят медленно и образуют не более 10% об. спирта.

Род Schizosaccharomyces также является вредителем виноделия. Основные представители рода: вид Schizosacch. pombe - вызывает только спиртовое брожение, встречается на винограде; вид Schizosacch. acidodevoratus вызывает яблочно-спиртовое брожение, а также порчу яблочных соков и вин.

В практике виноградного виноделия род дрожжей Schizosaccharomyces встречается редко. Клетки дрожжей данного рода имеют эллиптическую или цилиндрическую форму с закругленными концами. Размеры клеток (3-5) X X (6-16) мкм. Дрожжи размножаются только путем деления клетки. При неблагоприятных условиях происходит копуляция вегетативных клеток с образованием асков со спорами по 4 или 8 в каждом аске. Споры эллипсоидальной формы с гладкими оболочками. Дрожжи рода Schizosaccharomyces усваивают сахара в основном путем брожения, а не окисления. Бродильная способность примерно в 2 раза ниже, чем у дрожжей рода Saccharomyces. Обладают повышенной сульфитоустойчивостью, развиваясь при содержании в среде SO₂ до 1000 мг/л. Оптимальная температура развития 30 °С. Спиртоустойчивы: выдерживают концентрацию спирта до 20% об. Расы Виерул, Майкопская, Краснодарская 40 и др. рекомендуются для проведения биологического кислотопонижения при производстве виноградных вин из высококислотного сырья.

Род Saccharomycodes является вредителем виноделия. Клетки дрожжей крупные, лимоновидной формы, со смешанным типом вегетативного размножения - почкованием и делением. При неблагоприятных условиях клетки превращаются в аски с 4 шаровидными спорами. Дрожжи Saccharomycodes сбраживают виноградное сусло с образованием до 12% об. спирта, при этом в большой степени обогащают виноматериалы уксусноэтиловым эфиром (до 200 мг/л), что приводит к ухудшению их качества, тормозят развитие в сусле винных дрожжей, а в шампанском производстве - шампанских дрожжей (вторичное брожение). Выдерживают высокие концентрации SO₂ в сусле и вине (500-1000 мг/л) и могут вызывать забраживание сульфитированного сусла и вина [10].

Известен вид дрожжей Saccharomycodes ludwigii.

Род Hanseniaspora в виноделии известен под названием апикулятус. Основные представители рода: спорогенные Hanseniaspora apiculata и аспорогенные Klocker apiculata.

Апикулятусы встречаются на всех видах плодов, особенно поврежденных, на ягодах, фруктах и в соках. В фазе созревания винограда они составляют до 99% всех находящихся на ягоде дрожжей. Представляют собой довольно мелкие одноклеточные организмы заостренной, яйцевидной или лимоновидной формы. Размеры клеток (2-4) X (4-10) мкм. Они размножаются биполярным почкованием, которое заканчивается делением. Дрожжи рода Hanseniaspora обладают более низкой по сравнению с винными дрожжами бродильной активностью. Образуют спирты (3-4% об.), летучие кислоты (до 1,5 г/л), уксусноэтиловый эфир (до 250 мг/л), муравьиную, янтарную, пропионовую и масляную кислоты. Чувствительны к SO2: доза 75 мг/л задерживает их развитие. Относительно устойчивы к спирту: прекращают свою жизнедеятельность при накоплении 4-7% об. спирта.

Дрожжи рода Hanseniaspora являются причиной недобродов, так как, будучи сорняками брожения, они первыми развиваются в сусле, опережая по скорости размножения дрожжи S. vini в 2 раза. Выделяемые ими продукты метаболизма тормозят развитие винных дрожжей, а также отрицательно влияют на вкус вина, сообщая ему горечь, сильный эфирный тон, аромат простого яблочного вина. По этой причине виноматериалы, сброженные с участием дрожжей апикулятус, непригодны для шампанизации и хересования. Кроме того, при шампанизации таких виноматериалов образуются липнущие осадки, трудносмываемые «маски», а хересование затрудняется. В целях борьбы с дрожжами рода Hanseniaspora пользуются в настоящее время сульфитацией сусла и его отстаиванием.

Род Torulopsis широко распространен на винограде, в забродивших суслах. Наиболее часто дрожжи этого рода выделяются из забродившего сусла, приготовленного из винограда, пораженного «благородной гнилью». Выделены два вида: Т. bacillaris и Т. сandida. Это - почкующиеся одноклеточные организмы, у которых спорообразования не обнаружено. Характерная особенность - одновременное образование нескольких почек в различных частях материнской клетки [11].

Форма клеток в жидкой среде круглая, реже овальная, на твердых средах удлиненная. Размеры клеток (2,9-6,5) X (2,9-7,2) мкм. Дрожжи рода Torulopsis содержатся в основном в виноградном соке, редко в вине. Сбраживают виноградное сусло с образованием до 12,5% об. спирта. В отличие от других вредителей Torulopsis не образуют больших количеств летучих кислот и эфиров, портящих вкус вина, однако могут образовывать в сусле и вине слизь, а также вызывать помутнения вин. Поэтому эти дрожжи относят к вредной микрофлоре виноградного сусла и вина. Они очень чувствительны к низким температурам, высокие температуры сусла и вина способствуют их развитию. Дрожжи рода Torulopsis являются осмофилами, способны развиваться в присутствии высоких концентраций сахаров (до 60 г на 100 мл). Выдерживают повышенные дозы SO₂.

Род Rhodotorula из-за характерной окраски называют «розовыми дрожжами». Клетки круглые, встречаются мелкие и крупные: от 2 до 6 мкм в диаметре. Сахара не сбраживают, а окисляют, образуя на поверхности сусла розовую пленку. Могут вызывать окисление соков, помутнение десертных и полусладких вин. Дрожжи способны питаться парами спирта в воздухе, поэтому их обнаруживают на стенах винных подвалов в виде слизистых розовых пятен [11].

.3 Характеристика белых столовых вин

Большинство белых столовых вин имеет светлый желтовато-зеленый (соломенно-желтый) цвет, нежный вкус с приятной кислотностью, полным отсутствием грубости и терпкости. Для них характерен тонкий букет с хорошо сохраняющимися тонами сортового аромата. Эти особенности белых вин обусловлены их составом и состоянием окислительно-восстановительных систем.

В белых столовых винах легка обнаруживаются малейшие недостатки, так как они не маскируются ни экстрактивными веществами, ни спиртом, ни сильным ароматом, свойственными другим типам вин. Поэтому на качестве белых вин особенно заметно отражаются такие факторы как экологические условия, особенности сорта, степень зрелости и режим обработки винограда, условия хранения и приемы обработки виноматериалов.

Лучшие сухие марочные вина являются сортовыми, то есть полученными из какого-либо одного сорта винограда с примесью других сортов не более 15%. Для белых столовых вин используют сорта винограда с достаточно большим содержанием сока, хорошо сохраняющие кислотность в период технической зрелости, имеющие характерные аромат и вкус сока, которые передаются вину [12].

Лучшими сортами винограда для белых столовых вин на территории бывшего СССР являются Рислинг рейнский, Ркацители, Алиготе, Семильон, Тильти кайрук, Леанка, кульджинский и прочие.

Сбор винограда для белых столовых вин проводят при оптимальной сахаристости ягод 18 - 20%, титруемой кислотности 7 - 9 г/дм³. При таких условиях вино получается полным, с гармоничным вкусом, хорошо выдержанным ароматом, достаточно устойчивым к заболеваниям.

Красящие вещества (антоцианы) содержатся только в кожице винограда, поэтому белое вино может изготовляется из винограда любого цвета (белого, розового, красного). Обязательным условием при использовании красного и розового винограда является предотвращение контакта сока с кожицей.

Для сведения к минимуму возможности такого контакта, виноград отжимают как можно быстрее по прибытию на винодельческий завод.

Для очистки сусла от частиц винограда и мелкого мусора (песчинок, кусочков лозы), применяются две технологии: центрифугирование, либо отстаивание сусла естественным способом.

При ферментации для белого вина важен более тщательный контроль за температурой, чем при производстве красных вин, и требуется периодическое охлаждение сусла. Для успешной работы винных дрожжей в белом вине необходимо поддерживать температуру в 20 градусов Цельсия.

Производят эти вина во всех винодельческих районах. По определению виноделов, одним из наиболее привлекательных достоинств этих вин является их свежесть. Обладая приятной кислотностью, белые вина хорошо утоляют жажду и особенно должны рекомендоваться в летние, жаркие месяцы. Разнообразные питательные вещества, содержащиеся в белом столовом вине, и небольшая спиртуозность позволяют использовать их и в диетических целях.

Наибольшую популярность среди белых столовых вин завоевали такие марочные вина, как "Абрау-рислинг", "Анапа-рислинг" и "Су-ПсехЛегкое; свежее, светлозолотистое, приятного аромата и букета столовое вино приготовляют виноделы Грузии из винограда сорта ркацители виноградников Кахетии.

В той же Кахетии из винограда сорта мцване вырабатывают светлосоломенного цвета легкие, прозрачные вина с нежным букетом, неоднократно получавшие высокие оценки на международных выставках [12].

3. Технологическая схема

Дробление винограда

Дробление винограда - процесс разрушения клеточной структуры ягод, обеспечивающий разрыв кожицы виноградных ягод, высвобождение мякоти и выделение сока. При этом сок слегка аэрируется и одновременно смешивается с дрожжами, находящимися на поверхности кожицы. Перед дроблением или одновременно с ним происходит отделение гребней. При отделении гребней необходимо учитывать сорт винограда, степень зрелости ягод и качество вина, которое хотят получить. Обычно гребни от ягод винограда отделяют на гребнеотделителях.

Дробление следует проводить без растирания кожицы, раздавливания семян или разрыва и кромсания гребней, приводящих к обогащению сусла обрывками растительной ткани, взвесями, коллоидными, фенольными и экстрактивными веществами, а следовательно, к снижению качества вина. Для усиления мацерации лучше удлинить продолжительность настаивания на мезге, чем повысить интенсивность дробления винограда. Для выработки высококачественных белых столовых виноматериалов сусло должно быть малоокисленным с небольшим содержанием взвесей, дубильных веществ, общего и аминного азота. Дробление винограда не производится в случае прессования целых гроздей винограда для приготовления шампанских виноматериалов, а также при углекислотной мацерации - сбраживании целого винограда [13].

В результате дробления получают мезгу (суспензия, состоящая из жидкой фазы - сусла - и твердой - кожицы и семян).

Сульфитация сусла

Под сульфитацией понимается введение диоксида серы в мезгу или сусло. Целью сульфитации является подавление жизнедеятельности микрофлоры, живущей на поверхности и внутри плодов винограда и попадающей в мезгу из внешней среды, предупреждение окисления и улучшение процесса осветления сусла, исключение забраживания сусла при его остветлении. Дозировка диоксида серы зависит от назначения сусла, его состава, содержания в нем микроорганизмов, зрелости ягод, температуры.

Вначале диоксид серы вводится в мезгу после измельчения винограда. В случае использования неповрежденных плодов винограда без плесени вводится до 100 мг SO₂ на килограмм сырья, при переработке же ягод более низкого качества дозировка может доходить до 180 мг/кг. Вместо непосредственного введения диоксида серы допустимо внесение в контейнеры с собранными плодами метабисульфта калия (K₂S₂O₅). Для дозировки кристаллического метабисульфита следует удваивать количества вносимого SO₂, то есть если технология требует внесения 100 мг сернистого ангидрида, то в случае его замены солью необходимо внести 200 мг последней.

Одновременно с сульфитацией может происходить добавление аскорбиновой кислоты из расчета 80 мг/кг. Это требуется лишь в при использовании в качестве сырья поврежденного гнилью винограда.

Диоксид серы в сусле или в вине находится в четырех формах: свободный диоскид серы - SO₂, недиссоциированная форма сернистой кислоты - H₂SO₃, гидросульфит-ион - HSO₃^-, сульфит-ион - SO₃^2-.

Наибольшей антимикробной активностью обладает недиссоциированная форма сернистой кислоты, меньшей - SO₂ и HSO₃^-. Содержание этих форм зависит от рН среды, но всегда составляет небольшую часть от общего содержания сернистой кислоты.

Помимо антимикробного действия сернистая кислота обладает ингибиторными свойствами в отношении окислительных ферментов сусла. Поскольку их содержание выше в подпорченном винограде, для сульфитации полученного из него сусла применяются концентрации 120 - 150 мг/дм³, в то время, как для сульфитации сусла для производства марочных столовых вин из высококачественного сырья достаточная концентрация SO₂ 50 - 75 мг/дм³.

При сульфитации сусла заранее готовится концентрированный раствор диоксида серы, который затем вводится в отстойники в строго определенном количестве по расчету. При этом в основной массе сусла, поступающего на отстаивание, после заполнения резервуара на 90% его общей вместимости должно быть точно обеспечено нужное содержание SO₂. После заполнения резервуара сусло тщательно перемешивают.

Сульфодозаторы могут работать в режимах дистанционного и автоматического управления, с насосами различных типов при погрешности дозирования в пределах 5 - 7%.

Отделение самотека

Отделение самотека - свободное или под небольшим давлением отделение жидкой фазы мезги. Осуществляется в стекателях периодического и непрерывного действия различных конструкций за счет гравитационного воздействия на мезгу, в результате чего сусло стекает через перфорированную перегородку с размером отверстий 4-5 мм и величиной живого сечения более 10% отделение сусла-самотёка облегчает дальнейшее прессование мезги на прессах и уменьшает степень окисления сусла. Скорость стекания сусла зависит в основном от величины сопротивления постепенно уплотняющегося слоя мезги. Оптимальная толщина слоя 400-500 мм. Рекомендуется следующий режим отделения сусла-самотёка. В первые 6-8 мин сусло отделяется только под действием гравитационной силы без механического воздействия на мезгу, что не обеспечивает необходимый по технологических условиям выход сусла-самотека. Более интенсивное стекание достигается в последующие 8- 10 мин за счет рыхления мезги, степень которой должна составлять 0,7-1,2 м/мин при слабом давлении (60- 80 кПа). Количество выделяемого сусла-самотека зависит от устройства стекателей, а качество определяется содержанием в нем взвесей, фенольных и др. веществ. Из 1 т винограда выходит в среднем 550 - 650 л сусла-самотека, а при прессовании - 600 - 750 л. Наиболее широкое распространение для отделения сусла-самотёка получили стекатели камерного типа (для марочных вин) и стекатели непрерывного действия большой производительности.

Выжимки отправляются на утилизацию либо на экстракцию сахара и виннокислых соединений.

Осветление сусла

Осветление сусла необходимо для удаления из него загрязняющих примесей, взвешенных частиц, мелкодисперсных остатков виноградной грозди и дикой микрофлоры. Вместе с твердыми частицами отделаются адсорбированные на них вещества, в частности, ферменты винограда и микрофлоры. Осветление сусла положительно влияет на ход спиртового брожения и формирование букета вина. Осветленные вина отличаются более высокой стабильностью, прозрачностью. После осветления брожение идет менее бурно, потери летучих компонентов уменьшаются, выход этилового спирта с единицы сахара увеличивается. Для ускорения осветления сусла применяют различные флокулянты (полиакриламид, двуокись кремния, полиоксиэтилен и другие) совместно с бентонитом, ферментные препараты и прочие вещества.

Скорость и качество осветления зависят от температуры и продолжительности операции, вязкости, химического состава, рН, содержания SO₂. Сусло-самотек и сусло первого давления осветляются отдельно от сусла прессовых фракций. Последние содержат больше взвесей, минеральных и экстрактивных веществ, окислительных ферментов высокой активности, что затрудняет осветление, способствует развитию оксидазного касса и накоплению продуктов окисления. Для предотвращения этих явлений при осветлении сусла прессовых фракций применяются более жесткие режимы: повышенные дозы SO₂, бентонита, ферментных препаратов.

Благодаря ряду своих уникальных свойств бентонит нашел применение в виноделии в качестве сорбента, используемого для осветления вин. Бентонит (назван по месторождению Бентон, США) - природный глинистый минерал, имеющий свойство разбухать при гидратации в 14-16 раз. Основной компонент, бентонита (60-70 %) - монтмориллонит Al₂[Si₄O₁₀](ОH)₂·nH₂О, который представляет собой листовой силикат с расширяющейся структурной ячейкой и обладает высокой набухаемостью и способностью к образованию гелеобразной суспензии при введении в водную фазу в высоких концентрациях.

Бентонит задают в виноматериал в виде 20%-ной водной суспензии из расчета 1-4 г/л. Дозу определяют путем проведения пробной оклейки. Обычно производственную обработку бентонитом совмещают с деметаллизацией, оклейкой желатином или поливинилпирролидоном. Для ускорения образования осадка добавляют полиакриламид или полиоксиэтилен. Введение подобных полиэлектролитов-флокулянтов позволяет сократить время осветления сусла до 2 - 6 часов. Также сокращению времени отстаивания и увеличению выхода осветленного сусла способствует выдержка его с коллоидным раствором SiO₂ и желатином.

При осветлении сусла бентонит повышает скорость оседания мутящих частиц, адсорбирует окислительные ферменты, удаляет микроорганизмы, снижает количество белка и других веществ.

Осветление достигается путем совместного действия процессов флокуляции и адсорбции бентонитом мутящих частиц виноматериала, стабильность - вследствие адсорбции белка, конденсированных фенольных веществ, полисахаридов и других соединений, которые при длительном хранении способны вступать в реакцию между собой и с другими компонентами вина или выпадать в осадок [14].

При этом следует учитывать, что бентонит и другие сорбенты лишь иммобилизуют ферменты, не инактивируя их, вследствие чего протекание окислительно-восстановительных и гидролитических процессов в вине продолжается и после образования осадка. Поэтому необходимо как можно тщательнее отделить осветленную часть сусла от осадка.

В винодельческой промышленности существуют различные способы осветления сусла: отстаивание, центрифугирование, фильтрация, сепарирование и другие. Чаще применяется отстаивание сусла, обеспечивающее прохождение не только физико-химических процессов (флокуляция, седиментация взвесей, адгезия), но и биохимических (ферментативный гидролиз, окисление), способствующих созреванию сусла. Осветление сусла фильтрацией применяется редко из-за низкой производительности, обусловленной высокой вязкостью и коллоидами сусла, ведущих к закупорке фильтрующей поверхности. Для фильтрации сусла применяются установки грубой фильтрации, автоматические камерные фильтр-прессы ФПАКМ или ротационные вакуум-фильтры непрерывного действия. Большие перспективы для ускоренного осветления сусла при высокой производительности (600-3000 дал/час) имеет центрифугирование. Оно исключает применение повышенных доз SO₂, обеспечивает поточное ведение процесса, не требует расхода вспомогательных материалов и позволяет автоматизировать контроль качества осветления при помощи мутномера [15].

Кроме физических процессов адгезии, флокуляции, седиментации при отстаивании сусла происходит ряд биохимических превращений, также приводящие к образованию нерастворимых в воде соединений и их выпадению в осадок. В этих процессах важную роль играют ферменты винограда, особенно о-дифенолоксидаза, пектолитические и протеолитические ферменты. В результате катализируемых ими гидролитических и оксилительно-восстановительных процессов состав сусла претерпевает значительные изменения: уменьшается количество фенольных соединений, уменьшается количество белкового и общего азота, протопектин превращается в пектин. При взаимодействии фенольных и азотистых веществ в осадок выпадают танаты, которые коагулируют и увлекают за собой мелкие частицы и клетки дрожжей и бактерий.

Продолжительность процесса отстаивания зависит от назначения и состава сусла, содержания в нем взвесей и микроорганизмов и колеблется от 14 до 24 часов. В большинстве случаев достаточное осветление и ферментация происходят в течение 14 - 16 часов.

В качестве оборудования для осветления сусла отстаиванием применяют различные резервуары, которые используют в качестве отстойников периодического действия. Они могут быть деревянными, металлическими с антикоррозионным покрытием, железобетонные или эмалированные. Рабочую вместимость аппарата подбирают таким образом, чтобы он заполнялся суслом за 2 - 3 часа. Для удобства отбора осветленной части сусла из резервуара их оборудуют мерным стеклом большого диаметра (40 - 50 мм) и поворотными устройствами с краном. Без поворотного устройства отбор производят с помощью поршневого насоса. После отбора осветленной части сусла осадки собирают в отдельный резервуар. В данной технологической схеме для осветления используется металлический отстойник-осветлитель с виностойким покрытием.

Брожение

Спиртовое брожение является основным технологическим процессом виноделия. Вещества, образующиеся в ходе брожения, придают вину характерные вкус и аромат. В производстве крепленых вин сахар сбраживают частично, в производстве сухих - полностью. Существуют определенные нормы по содержанию спирта в различных видах вин. Так, в России для крепких вин допускается содержание спирта, достигаемое в процессе брожения, не менее 3%, для десертных - 1,2%.

Помимо спиртового брожения, инициируемого дрожжами, в виноградных винах может происходить яблочно-молочное брожение, вызываемое молочнокислыми бактериями, не образующими летучих кислот. В ходе него яблочная кислота превращается в молочную, что приводит к снижению кислотности вина и улучшению вкуса и букета вина. Этот процесс желателен в молодых винах.

Механизм реакции спиртового брожения чрезвычайно близок к гликолизу. Расхождение начинается лишь после этапа образования пирувата. При гликолизе пируват при участии фермента ЛДГ и кофермента НАДН восстанавливается в лактат. При спиртовом брожении этот конечный этап заменен двумя другими ферментативными реакциями - пируватдекарбоксилазной и алкогольдегидрогеназной. В дрожжевых клетках (спиртовое брожение) пируват вначале подвергается декарбоксилированию, в результате чего образуется ацетальдегид. Данная реакция катализируется ферментом пируватдекарбоксилазой, который требует наличия ионов Mg и кофермента (ТПФ). Образовавшийся ацетальдегид присоединяет к себе водород, отщепляемый от НАДН, восстанавливаясь при этом в этанол. Реакция катализируется ферментом алкогольдегидрогеназой. Таким образом, конечными продуктами спиртового брожения являются этанол и СО₂:

Рисунок 1 - Схема процессов образования этанола и углекислого газа из пирувата при спиртовом брожении

Сбраживание углеводов происходит под действием ферментов дрожжевых клеток, поэтому важную роль играет этап диффузии сахаров из сусла внутрь клеток. В пределах 10 - 27⁰С проницаемость наибольшая, и скорость брожения пропорциональна температуре.

На интенсивность процесса брожения также оказывают влияние концентрации спирта и сахаров. Благодаря сорбции сахара дрожжевой клеткой на ее поверхности поддерживается достаточно высокая концентрация питательных веществ, что обеспечивает благоприятные для диффузии условия при содержании сахара в сусле 2 - 3%.

По мере накопления в среде спирта жизнедеятельность дрожжей угнетается и интенсивность брожения падает. При концентрации спирта более 18% брожение останавливается.

На ход брожения влияет и диоксид углерода. Адсорбируясь на поверхности клетки, он образует пузырьки, препятствующие поступлению в нее питательных веществ. По достижении газовым пузырьком С02 определенной величины он всплывает вместе с дрожжевой клеткой и, дойдя до поверхности, сливается с газовой средой, а клетка опускается в бродящую жидкость, и процесс повторяется. Следовательно, на скорость процесса брожения влияют условия выделения СО₂. При благоприятных условиях брожение проходит в среде с меньшей концентрацией СО₂ и с большей скоростью.

Скорость выделения диоксида углерода находится в зависимости от диэлектрической проницаемости среды, поверхности бродильной емкости и взвешенных в среде частиц: чем меньше диэлектрическая проницаемость, тем быстрее выделяется СО₂.

На ход брожения влияют молекулярное сродство среды к соприкасающимся с ней поверхностям, а также их микрорельеф. Это связано с тем, что основная масса СО₂ выделяется путем «кипения», т. е. возникновения в жидкости газообразной фазы в виде многочисленных пузырьков. Начальная стадия этого процесса - кавитация - связана с затратой работы на преодоление сил адгезии жидкости к различным поверхностям. Скорость выделения СО₂ и, следовательно, скорость брожения сильно возрастают при наличии мелкодисперсной твердой фазы, образующей в среде активную поверхность десорбции, если эта фаза имеет положительный заряд, т. е. противоположный заряду СО₂, и не смачивается вином. Аналогичное действие на скорость брожения оказывает интенсивное движение (перемешивание) бродящей жидкости, способствующее более быстрому удалению с поверхности клеток продуктов обмена веществ.

Ход процесса спиртового брожения, его кинетика определяются рядом факторов, которые имеют различную природу, физических (температура, давление, динамический режим), химических (состав среды и его изменение в процессе брожения), биологических (раса дрожжей, концентрация и состояние дрожжевых клеток).

Кинетика спиртового брожения в общем виде подчиняется условиям реакции первого порядка. Однако применение закона мономолекулярной реакции для характеристики хода брожения виноградного сусла затруднено в связи с тем, что величина константы скорости процесса существенно зависит от концентрации дрожжей, которая непостоянна и во время брожения изменяется в широких пределах.

Зависимость скорости образования спирта от концентрации дрожжей, по данным Аиба, может быть описана логарифмической функцией вида

                                                                               (1),

где С_с -концентрация спирта в бродящей среде, % об.; v_mаx - максимальная удельная скорость образования спирта, мл/мин; С_д - концентрация (или масса) дрожжей; К - константа скорости процесса.

Виноградное сусло содержит большое количество различных микроорганизмов, которые попадают в него из поврежденных ягод винограда и из внешней среды. Наибольшую часть естественной микрофлоры составляют плесневые грибы, ментшую - дрожжи, наименьшую - бактерии. В сусле развиваются только кислотостойкие организмы, среди которых наибольшее значение имеют дрожжи.

На виноградных ягодах и в сусле находятся дрожжи различных родов и видов. В начальный период забраживания сусла в нем преобладают апикулятусы, в средний - сахаромицеты, среди которых наибольшее количество составляют Saccharomyces vini, меньшее - S. oviformis и S. uvarum. Дрожжи разных родов и видов размножаются с различной скоростью, имеют разную бродильную активность. Если сусло сбраживать на диких дрожжах, получаются виноматериалы с небольшим содержанием спирта, повышенным содержанием летучих кислот и с другими недостатками. Для исключения этих явлений брожение проводят на чистых культурах винных дрожжей. Чистые культуры - это дрожжи, выделенные из одной клетки и специально подобранные путем селекции для определенных типов вин.

В основном применяются штаммы S. cerevisiea, S. uvarum, S. bayanus. Чистые культуры дрожжей выделяются в микробиологических лабораториях, откуда поступают на производства в стерильном состоянии: в пробирках на твердых средах, в лиофилизированном или спрессованном виде. Затем их культивируют на стерилизованном сусле либо на других средах, применяя принцип масштабирования.

В последнее время в винодельческой промышленности начато применение активных сухих дрожжей, которые получают путем многостадийного культивирования на питательных средах с последующим отделением от от среды, прессованием и гранулированием. Дрожжи высушивают до влажности 8 - 10% и хранят в специальных воздухонепроницаемых упаковках. Перед использованием их реактивируют в виноградном сусле при 35 - 37⁰С. Для забраживания сусла вносят дрожжи в количестве 1 - 1,5 г/дал.

Готовую разводку дрожжей вносят в сусло в различном количестве в зависимости от состава сбраживаемой жидкости, типа брожения и получаемого вина. Обычно достаточно внести 3 - 5% разводки от объема сусла, что обеспечивает содержание около 2 - 3 млн клеток в 1 см³ сусла.

Интенсивность дрожжевого брожения регулируется путем охлаждения сусла (10 - 15⁰С). Цель охлаждения - поддержание равномерной интенсивности брожения и уменьшение потерь летучих сложных эфиров при высоких температурах сбраживания. Однако невысокие температуры брожения требуют применения рас дрожжей, интенсивно сбраживающих сахара при 10 - 15⁰С, к которым относятся, к примеру, расы Ленинградская, Кахури-7, Феодосия 8-15, Борджо-20. Существуют также термовыносливые, кислотостойкие и сульфитостойкие расы дрожжей. Для нашей технологической схемы не требуется применение рас дрожжей, устойчивых к экстремальным значениям параметров процесса.

По организации различают три основных способа брожения сусла: стационарный, доливной и непрерывный. В работе предлагается технология, основанная на непрерывном брожении сусла, так как она характеризуется большей производительностью по вину.

При стационарном сбраживании определенный объем сусла от начала до конца брожения находится в одной и той же емкости: бочке, буте, железобетонном или металлическом резервуаре. Различают три четко выраженных фазы стационарного способа брожения: начало забраживания, бурное брожение, фаза затухания брожения. Начальный период брожения соответсвует лаг-фазе роста культуры дрожжей. Благодаря высокому содержанию питательных веществ в сусле и низкому содержанию спирта дрожжи активно размножаются.

Период бурного брожения характеризуется наибольшей скоростью процесса, сопровождается выделением большого количества СО₂ и теплоты, образованием пены на поверхности сусла. Этому периоду соответствует фаза экспоненциального роста дрожжей. Скорость роста дрожжей зависит от концентрации сахара в сусле и константы насыщения:

                                                                                     (2),

где u - скорость роста дрожжей, u_max - максимальная скорость роста дрожжей, С - концентрация сахара в сусле, К_с - константа насыщения, равная концентрации сахара в сусле, соответствующей половине максимальной скорости роста дрожжей.

Как уже говорилось, спирт и другие продукты метаболизма дрожжей угнетают их жизнедеятельность, поэтом постепенно рост дрожжей замедляется, и скорость роста начинает описываться выражением, аналогичным уравнению неконкурентного ингибирования ферментативных процессов:

                                                                              (3),

где u₀ - скорость роста культуры на данной среде при полном отсутствии в ней продуктов, тормозящих брожение, С_n - фактическая концентрация этих продуктов, К_n - константа, равная концентрации продуктов брожения, при которой скорость роста дрожжей замедляется вдвое.

Период затухания брожения соответствует фазе замедления роста дрожжей, когда скорость размножения дрожжевых клеток уступает скорости их отмирания.

Брожение стационарным способом целесообразно проводить только в небольших емкостях, в которых достигается достаточная теплоотдача. Недостатками стационарного брожения являются: большую продолжительность непроизводственных периодов - начала забраживания и затухания брожения; неполное использование объема бочек, которые заполняются максимум на три четверти во избежание уноса сусла с пеной; потребность в большом количестве бродильных емкостей, что делает малопроизводительной работу с ними и требует больших производственных площадей.

При использовании больших резервуаров не обеспечивает нужная интенсивность процесса теплоотдачи в окружающую среду, что повышает температуру сусла. В этом случае требуется применение теплообменников.

Доливной способ брожения обеспечивает возможность проведения процесса в крупных резервуарах без принудительного охлаждения. Брожение доливным способом ведут в железобетонных, металлических и других крупных емкостях. Лучшие результаты по обеспечению оптимальной температуры брожения дает применение металлических резервуаров, стенки которых имеют большую теплопроводность. При доливном способе брожения существенное значение имеет также достаточно низкая начальная температура исходного сусла, которую можно обеспечить, проводя сбор винограда в наиболее прохладные периоды суток.

Доливной способ брожения состоит в том, что процесс ведут в одной емкости от начала до конца, но в отличие от стационарного способа брожение идет не в постоянном объеме исходного сусла, а при периодических доливках новых его порций. В таких условиях бродящая среда периодически пополняется питательными веществами, концентрация продуктов брожения уменьшается и температура бродящего сусла понижается.

В первую порцию свежего исходного сусла, поступающего в бродильный резервуар, вводят разводку чистой культуры дрожжей. Затем, когда брожение достаточно разовьется и станет бурным, начинают последовательно добавлять через определенные промежутки времени новые порции исходного сусла, но уже без дрожжевой разводки. Частота доливок и количество доливаемого каждый раз сусла зависят от конкретных условий.

Чем выше температура исходного сусла и окружающего воздуха, больше вместимость резервуара и хуже теплопроводность его стенок, тем меньшими порциями исходного сусла, но более часто проводят доливку бродильного резервуара.

Наиболее распространенными являются следующие схемы ведения брожения доливным способом.

1.      В резервуар вносят дрожжевую разводку и сусло в количестве 30 % общей вместимости резервуара. Через 2 суток, когда сусло бурно забродит, доливают вторую порцию свежего сусла также в количестве 30%. Еще через 2 суток добавляют сусло до 80 % вместимости резервуара.

.        После внесения дрожжевой разводки резервуар заполняют суслом до 50% его вместимости, затем через 2 суток - до 75%, еще через 4 суток -до 87-88% и, наконец, доливают полностью до рабочей вместимости.

.        Вначале резервуар заполняют суслом до 40 % общей вместимости с внесением дрожжевой разводки, через 2 суток добавляют 20 % сусла и через 4 суток -еще 20 %.

При любой схеме брожения доливным способом после окончания процесса резервуары полностью заполняют виноматериалом того же сорта и оставляют в покое для осветления.

Доливной способ брожения имеет следующие преимущества перед стационарным: уменьшается продолжительность непроизводительных периодов - начала забраживания и затухания бродильного процесса; понижается максимальный уровень температуры брожения вследствие периодических доливок бродящей среды свежим суслом, имеющим более низкую температуру, и уменьшения скорости брожения в результате снижения концентрации дрожжевых клеток в среде, разбавляемой свежим суслом; отпадает необходимость в применении искусственного охлаждения при брожении в крупных резервуарах; уменьшается расход разводки дрожжей чистой культуры.

Для брожения виноградного сусла непрерывным способом применяют сильные расы дрожжей чистой культуры, которые приспособлены к этим условиям. Брожение в потоке обеспечивает благоприятные условия для развития дрожжей чистой культуры вследствие подавления диких дрожжей, так как свежее сусло вводится в уже бродящее, содержащее свыше 4 % об, спирта.

При непрерывном способе брожение проходит в обедненной кислородом и обогащенной спиртом среде. Дрожжи в такой среде размножаются медленнее, и концентрация их в среде бывает более низкой, чем в условиях периодических способов брожения. Несмотря на это, обеспечивается достаточно большая скорость непрерывного брожения благодаря движению и обновлению среды, которые способствуют лучшему обмену веществ дрожжевых клеток, повышается бродильная активность дрожжей и увеличивается продолжительность их использования в процессе брожения.

В бродильных аппаратах непрерывного действия отмирающие дрожжевые клетки подвергаются плазмолизу и в дальнейшем автолизу. Чем выше температура, тем активнее проходят автолитические процессы, и виноматериал обогащается большим количеством азотистых веществ. Регулируя температуру брожения, можно в довольно широких пределах изменять содержание азотистых веществ в зависимости от дальнейшего назначения виноматериалов.

Вследствие непрерывного движения бродящего сусла часть дрожжевых клеток уносится из бродильного аппарата, но одновременно происходит их пополнение за счет размножения. Поэтому концентрация дрожжевых клеток в бродящей среде, зависящая от соотношения между скоростью размножения (роста) дрожжей и скоростью разбавления их непрерывно поступающим исходным суслом, остается практически постоянной.

Для брожения виноградного сусла в потоке применяют бродильные установки, состоящие из нескольких последовательно соединенных резервуаров. В резервуарах создаются определенные градации (ступени) в составе бродящей среды и в физиологическом состоянии дрожжевых клеток. В первом (головном) резервуаре идет в основном накопление биомассы дрожжей, во втором и третьем - главное брожение, в последующих - постепенное дображивание. По мере сбраживания сахара и повышения концентрации спирта уменьшается общее количество почкующихся и активных дрожжевых клеток, находящихся во взвешенном состоянии, а количество отмирающих клеток увеличивается.

Перемещение жидкости из резервуара в резервуар осуществляется циклично в два периода. В первый период из каждого резервуара отбирается бродящее сусло в промежуточные бачки, а из последнего резервуара сливается готовый виноматериал. Во второй период в первый резервуар заливается порция свежего сусла, а в каждый из последующих - бродящее сусло из промежуточных (переточных) бачков. Перелив бродящего сусла из резервуаров в переточные бачки осуществляется через трубы под давлением диоксида углерода, выделяющегося при брожении сусла, а из переточных бачков в последующие бродильные резервуары - свободным сливом через гидростаканы.

Одновременность заполнения всех переточных бачков в первый период достигается соединением бродильных резервуаров общим газовым коллектором. Одновременность слива из всех переточных бачков в последующие бродильные резервуары во второй период работы обеспечивается соединением газовой камеры установки с атмосферой путем размыкания магнитных клапанов.

Независимо от популяции дрожжей отсутствие некоторых факторов роста их, вносимых кожицей, вызывает значительное замедление брожения сусел из винограда белых сортов по сравнению со сбраживанием сусла вместе с мезгой. В результате происходит лучшее сохранение ароматических веществ.

В виноделии по белому способу чаще, чем при виноделии по красному способу, наблюдаются большие различия в скорости и полноте сбраживания в зависимости от года, района, завода и даже между отдельными партиями на одном и том же винодельческом предприятии.

Здесь сказывается влияние активирующих или стимулирующих веществ, оказывающих ингибирующее воздействие. Последние находятся в винограде в природном состоянии.

Хранение винограда после сбора в течение 24 часов может иногда очень заметно задержать брожение, но это бывает не всегда. Следовательно, присутствие или отсутствие некоторых факторов, стимулирующих или ингибирующих брожение, недостаточно для объяснения значительных расхождений в скорости и полноте сбраживания белых сусел. Отсутствием кожицы винограда, которая должна вносить факторы роста, необходимые для размножения дрожжей, можно в известной степени объяснить разницу в поведении белых сусел и сусел из красного винограда, сбраживаемых с мезгой.

Точно так же и добавление фосфата аммония (единственная добавка), разрешенное в дозах от 3 до 15 г/гл, ускоряет процесс брожения. Две другие обработки, не разрешенные во Франции, могут быть эффективными. Речь идет о добавлении двух витаминов: тиамина в дозе 0,5 г/гл, ускоряющего брожение, и пантотеновой кислоты, применяемой в той же концентрации, которая предотвращает в некоторых случаях образование дрожжами избыточных количеств летучих кислот. Эти добавки следует вносить еще до начала забраживания.

Другую возможность активации брожения представляет аэрация, широко, применяемая в производстве красных вин. При сбраживании белого сусла в бочках проникновение воздуха сквозь клепку и относительно большая поверхность контакта сусла с воздухом, несомненно, влияют на процесс брожения. Однако резкой аэрации, вызываемой перекачкой бродящего сусла в бродильных чанах большой вместимости, обычно избегают ввиду риска окисления, особенно если сульфитация проводилась в умеренных дозах.

Осветление и фильтрация вин после брожения

После брожения в молодых винах находятся различные частицы, переходящие из сусел, или остатки твердых частей винограда, а также дрожжи, бактерии, кристаллы винного камня и др.

Самопроизвольное осветление, т. е. осуществляемое простым отстаиванием, заключается в постепенном выпадении на дно емкости этих взвешенных частиц. В традиционной практике светлое вино отделяют от осадка простым сливанием отстоявшегося вина с осадка на дне емкости. В результате осветления вино становится более стабильным к помутнениям.

Одним из основных требований, предъявляемых к готовым винам, является обеспечение их стабильной прозрачности в течение длительного времени. Для придания винам стабильности их подвергают при выдержке фильтрации, обработке органическими и минеральными осветлителями, воздействию тепла и холода. Такая обработка ставит своей целью ускорить выделение из молодых вин избытка нестойких коллоидных веществ, фенольных и азотистых соединений, полисахаридов, металлов и других веществ, способных в дальнейшем выделиться в осадок. С другой стороны, ее задачей является предупреждение или устранение возможных помутнений в готовых винах, причиной которых могут быть их болезни и пороки.

Для осветления вин и предупреждения возможных помутнений из них удаляют взвешенные частицы различной степени дисперсности, нестойкие соединения, микроорганизмы. При этом применяют различные технологические приемы:

физические (фильтрацию, отстаивание, центрифугирование), которые обеспечивают удаление взвесей, исключают их растворение и снижают вероятность повторных помутнений. В данной работе применяется отстаивание;

сорбционные, основанные на адсорбции, адгезии, гетероадагуляции, ионном обмене, т. е. на физико-химическом взаимодействии между компонентами вина и сорбентами;

биохимические, основанные на ферментативном расщеплении белков и других высокомолекулярных компонентов вина, способных переходить в нерастворимое состояние и вызывать помутнения вин;

термические, основанные на воздействии повышенной температуры (обработка теплом) или пониженной (обработка холодом);

химические, основанные на образовании комплексов и последующем их осаждении.

Крепление вин

Так как за счет спиртовго брожения не всегда достиагется нужная концентрация спирта, для введения его в поток сусла или виноматериалов применяют спиртодозаторы.

Спиртодозатор - устройство для непрерывного автоматического дозирования ректификованного этилового спирта в поток сусла и виноматериалов с целью получения необходимого соотношения между расходом спирта и спиртуемого материала. При прохождении спиртуемого материала через смеситель с мембранным клапаном в нем создается разрежение, под действием которого из бака подсасывается спирт.

Необходимый расход спирта регулируют с помощью вентилей и контролируют ротаметрами. Верхний уровень спирта в баке поддерживается авто­матическим поплавковым регулятором. Воздух удаляется через клапан. Клапан смесителя автоматически открывает подачу спирта соответственно при включении насоса, подающего спиртуемый материал в смеситель.

Выдержка вин

Выдержка вина - длительное хранение вина в условиях, способствующих улучшению его качества. В процессе выдержки в результате коагуляции и осаждения неустойчивых коллоидных фракций вина становятся более прозрачными. Различают бочковую и бутылочную выдержки вина.

Бочковая выдержка вина - выдержка вина в бочках, бутах или эмалированных резервуарах в присутствии воздуха до достижения бутылочно-разливной зрелости (разливостойкости) вина. Срок бочковой выдержки для разных типов вин составляет от 1 до 6 и более лет.

С химической стороны в процесс бочковой выдержки принимают участие превращения органических кислот, образование сложных эфиров и реакции отдельных веществ между собой.

Вино на бочковой выдержке подвергается ряду технологических операций:

обработка стабилизаторами, холодом и теплом;

фильтрация, купажирование, доливки, переливки и др.

Бутылочная выдержка вина - процесс созревания вина в бутылках без доступа кислорода. В бутылке идут биохимические процессы, которые улучшают качество вина. При старении вина в бутылках образуется осадок. Бутылочная выдержка портвейнов и многих десертных вин длится 20 - 30 и более лет.

Столовые и крепкие вина считаются созревшими тогда, когда в них полностью закончилось тихое брожение, прекратилось выпадение белковых веществ, осадка более не образуется и вино стало совсем прозрачным.

В случае винограда сорта Рислинг, который используется в данной работе, приготовленные вина хранятся при температуре 8⁰С. Преимуществом обладает бочковая выдержка.

Общая технологическая схема производства белых столовых вин приведена в приложении А.

Рисунок  - Технологическая схема производства белых столовых вин

5. Технические характеристики и обоснование выбора оборудования

.1 Контейнер виноградный КВА

Он представляет собой сварной металлический кузов, устанавливаемый на платформе грузового автомобиля. Задняя часть кузова закреплена на платформе с помощью щарнира под углом 70⁰.

Контейнер изготавливается из черных металлов или алюминиевый сплавов с виностойким покрытием. Вместимость контейнера составляет 3,0 т.

.2 Бункер-питатель ВБШ-10

Он представляет собой железобетонную или металлическую емкость, изготавливаемую на месте монтажа. С боковых сторон бункер отделен перилами, а с передней - цепью, которая при загрузке виноградом снимается. Над бункером устанавливается решетка, предохраняющая сырье от попадания в него посторонних предметов. В нижней части емкость расположен шнек.

Размеры бункера-питателя должны обеспечивать прием винограда от 2 - 3 машин и время нахождения его в бункере не более 3 часов. Бункер ВБШ-10 имеет вместимость 6 м³, чем и обусловлен его выбор. В Таблице приведены технические характеристики бункера ВБШ-10.

Таблица 1 - Техническая характеристика бункера-питателя ВБШ-10

.3 Дробилка-гребнеотделитель ВДГ-10

Состоит из приемного бункера, дробильного устройства, заслонки, гребневого вала с билами и лопастями, цилиндра гребнеотделителя, шнека, рамы, крышки и привода.

Виноград подается в бункер дробилки, в нижней части которой установлены 8-лопастные валки. При вращении валков грозди захватываются лопастями и припрохождении через межвалковый зазор раздавливаются.

Раздавленные ягоды попадают на лопасти конусного двухзаходного шнека, который при вращении подает их в цилиндр гребнеотделителя. Бичи гребнеотделяющего вала перемещают дробленую массу винограда вдоль цилиндра к выходу и одновременно ударами отделяют гребни от раздавленных ягод и выбрасывают их за пределы машины. Раздавленные ягоды направляются к выходному патрубку аппарата.

Как уже говорилось выше, предпочтительными для измельчения ягод винограда являются валковые дробилки, так как они измельчают плоды более равномерно, что положительно сказывается на качестве сусла.

В таблице 2 приведены технические характеристики дробилки ВДГ-10

Таблица 2 - Техническая характеристика дробилки-гребнеотделителя ВДГ-10

.4 Мезгонасос ВДНГ-10

Он используется для перекачки мезги с гребнями и без них. Относится к поршневым насосам. В рабочем цилиндре насоса находится поршень, состоящий из корпуса, четырех манжет и прижимных колец.

В корпусе насоса установлены два откидных клапана, закрытые в нерабочем состоянии. Принцип работы насоса является характерным для насосов поршневого типа.

В таблице 3 представлены его технические характеристики.

Таблица 3 - Техническая характеристика мезгонасоса ВДГН-10

.5 Стекатель шнековый ВССШ-10Д

Состоит из двух секций, разделенных перегородкой. Мезга поступает в первую секцию, после частичного отеделения сусла перетекает под перегородкой во вторую секцию и далее шнеком перемещается в перфорированный барабан. Поперечная перегородка уменьшает толщину слоя мезги в бункере, что способствует интенсификации процесса суслоотделения. Камерное устройство стекателя является наиболее предпочтительным с точки зрения полноты отделения сусла от мезги.

В результате отбора сусла уровень мезги в бункере снижается. При его снижении ниже датчика происходит автоматическое включение мезгонасоса, и стекатель вновь наполняется мезгой. Для обеспечения нормальной работы стекателя подача мезгонасоса должны быть в 1,5 - 2 раза выше, чем производиетльность стекателя, то есть около 15 м3/ч. В таблице 4 дана техническая характеристика стекателя.

.6 Пресс ВПНД-10

Пресс имеет два шнека. Поступающая в бункер мезга попадает сначала на транспортирующий шнек, затем на прессующий. Последний двигает ее в камеру давления, ограниченную последним витком прессующего шнека и конусом.

Таблица 4 - Техническая характеристика стекателя ВССШ-10Д

Степень отжима мезги обеспечивается величиной кольцевого зазора между регулировочным конусом и цилиндром, в котором перемещается прессующий шнек.

В процессе работы плотность выжимок может изменяться. Это вызовет изменение давления выжимок на конус и выведет его из равновесия. При изменении давления конус будет перемещаться в ту или иную сторону, уменьшая или увеличивая величину кольцевого зазора на выходе выжимок.

В таблице 5 приведена техническая характеристика пресса ВПНД-10

.7 Установка ВСАУ

Она предназначена для сульфитации мезги и сусла газообразным сернистым ангидридом. Установка является стационарной и состоит из дозатора, механизма блокировки, форсунки и соединительных шлангов.

Механизм блокировки необходим для того, чтобы введение диоксида серы происходило только при наличии в мезгопроводе жидкости. Поэтому механизм блокировки расположен в мезгопроводе и представляет соборй заслонку с отсечным клапаном. Такое устройство являетс оптимальным на случай возникновения аварийных ситуации с отсутствием мезги или сусла в трубопроводе.

В таблице 6 представлена техническая характеристика установки для сульфитации мезги и сусла.

Таблица 5 - Техническая характеристика пресса ВПНД-10

Таблица 6 - Техническая характеристика ВСАУ

.8 Отстойник-осветлитель ОО-10

Представляет собой резервуар с коническими или эллиптическим днищем и мешалкой с электрическим приводом. Такая конструкция днища благоприятствует отделению осветленного сусла от осадка. Технические характеристики представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Техническая характеристика отстойника-осветлителя ОО-10

.9 Бродильная установка непрерывного действия Б2-ВБУ

Она состоит из шести вертикальных бродильных резервуаров и горизонтального резервуара с устройством для регулирования подачи сусла в головной резервуар, насоса для сусла, электрошкафа с пультом управления, площадок и лестниц, трубопроводов и арматуры, приемной емкости.

Вертикальные резервуары сообщаются между собой патрубками для перетока сусла из одного резервуара в другой. Для подачи свежего сусла предусмотрен трубопровод, связывающий насос с горизонтальным резервуаром, из которого сусло перетекает в первый вертикальный резервуар. Горизонтальный резервуар является накопителем постоянного объема сусла, также он выполняет функцию уловителя продуктов бродящего сусла, уносимых с углекислым газом. В нем установлен датчик уровня для равномерной работы насоса подачи сусла.

Сам процесс брожения осуществляется в вертикальных резервуарах. Они оборудованы датчиками уровня, эксплуатационными люками, пробными кранами, рубашками для охлаждения либо нагрева сусла с системой регулирования температуры.

Приемная емкость служит для накопления сброженного сусла, соединена с насосом подачи сусла на дображивание, что регулируется датчиками уровня, установленными в ней.

В таблице 8 представлены технические характеристики установки непрерывного действия Б2-ВБУ.

Таблица 8 - Техническая характеристика бродильной установки непрерывного действия Б2-ВБУ

.10 Спиртодозатор

Предназначен для поддержания в сусле или вине требуемой концентрации этанола. При прохождении спиртуемого материала через смеситель с мембранным клапаном в нем создается разрежение, под действием которого из бака подсасывается спирт.

Необходимый расход спирта регулируют с помощью вентилей и контролируют ротаметрами. Верхний уровень спирта в баке поддерживается автоматическим поплавковым регулятором. Воздух удаляется через клапан. Клапан смесителя автоматически открывает подачу спирта соответственно при включении насоса, подающего спиртуемый материал в смеситель.

Аппарат розлива УД-2П имеет электромеханический привод и изготавливается с дозирующими цилиндрами из трех типоразмеров - объемом 50, 250 или 500 мл. Аппарат розлива имеет плавную регулировку величины дозы в пределах от 10 до 100% объема дозирующего цилиндра.

Для розлива малых доз продукта (5-50 мл) аппарат изготавливается со специальными раздаточными патрубками и может оснащаться расходной емкостью из нержавеющей стали.

Технические характеристики аппарата представлены в таблице 9.

Таблица 9 - Техническая характеристика аппарата розлива УД-2П

5.11 Емкость для хранения вина

Основными ее характеристиками являются высота, объем и диаметр. Целесообразно использовать емкости объемом 20 м³, высотой 3 490 мм и диаметром 2 890 мм.

6. Расчет центробежного насоса для перекачки вина

Определим объемный расход вина. Плотность белого вина равна 1,0517 кг/л.

м³/с                      (6.1)

где G_вина - массовый расход вина, т/ч, ρ_вина - плотность вина, т/м³

Сусло перекачивается в емкости под атмосферным давлением в аппарат с избыточным давлением 0,1 МПа. Рассчитываем и подбираем центробежный насос для подачи вина в осветлитель. Температура 18⁰С, высота подъема 3 м, длина трубопровода на линии всасывания - 5 м, на линии нагнетания - 6 м. На линии всасывания установлено два нормальных вентиля, на линии нагнетания два нормальных вентиля и одно колено. Скорость принимаем равной 1 м/с.

Выбор диаметра трубопровода

Диаметр трубопровода рассчитывается по формуле:

                                                    (6.2)

где V - объемный расход виноматериала, м³/с; ω - скорость, м/с.

м                                                   (6.3)

Потери напора на всасывающей и нагнетательной линиях

Определим критерий Рейнольдса для вина:

                                              (6.4)

где ω - скорость, м/с; ρ - плотность, кг/м³; μ - вязкость вина, Па·с; d - диаметр трубопровода, м.

Найдем коэффициент трения о стенки трубопровода. Сначала определим отношение

                                                                            (6.5)

где e - абсолютная шероховатость стенок трубопровода, равная 0,2 мм.

                                                                            (6.6)

Критерий Рейнольдса удовлетворяет неравенству

                                                                    (6.7)

Коэффициент трения λ может быть найден по формуле

                                                       (6.8)

Определим потери напора во всасывающей линии:

                                                       (6.9)

где λ - коэффициент трения; L_всас. - длина трубопровода на линии всасывания, м;_экв - эквивалентный диаметр, м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений на линии всасывания.

На входе: ξ =0,5 [ 16]

м                      (6.10)

где ε = 4,7 - гидравлическое сопротивление вентилей.

Определим потери напора в нагнетательной линии:

                                           (6.11)

 м       (6.12)

где ε = 4,7 - гидравлическое сопротивление вентилей; ε = 2,2 - сопротивление колена.

Определяем полный напор, развиваемый насосом:

,                                                         (6.13)

где P₁ - давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость, Па; P₂ - давление в аппарате, в который подается жидкость, Па; h_г - геометрическая высота подъема жидкости, м; h_п - полная потеря напора во всасывающей и нагнетательной линиях.

 м                                  (6.14)

Определим полезную мощность насоса:

                                                           (6.15)

кВт                (6.16)

Определим КПД насоса:

,                                                          (6.17)

где η_н - коэффициент полезного действия насоса; η_о - объемный КПД, учитывающий протекание жидкости из зоны большего давления в зону меньшего (для современных центробежных насосов объемный КПД принимается η_о = 0,85 - 0,98); ηм - общий механический КПД, учитывающий механическое трение в подшипниках и уплотнение вала, а также гидравлическое трение неработающих поверхностей колес принимается η_м=0,92 - 0,96; ηг - гидравлический КПД, учитывающий гидравлическое трение и вихри образования (для современных насосов ηг = 0,85 - 0,96).

                                                 (6.18)

Определяем мощность двигателя и мощность, потребляемую двигателем от сети:

При расчете затрата энергии на перемещение жидкости, необходимо учитывать, что мощность, потребляемая двигателем от сети N_дв больше номинальной в следствии потерь энергии в самом двигателе.

 кВт                                             (6.19)

где η_дв - КПД электродвигателя, который принимается ориентировочно в зависимости от номинальной мощности.

кВт                                             (6.20)

Определяем мощность, потребляемую двигателем от сети:

кВт                                          (6.21)

Определим мощность с учетом коэффициента запаса мощности:

                                                                   (6.22)

где β - коэффициент запаса мощности; N_уст - установленная мощность.

кВт                                                        (6.23)

Определение предельной высоты всасывания:

                                       (6.24)

где H_вс - предельная высота всасывания, м; P_a - атмосферное давление, Па; Р₁ - давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при рабочей температуре, Па; ω_вс - скорость жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с; h_п.в.с. - потери напора во всасывающей линии трубопровода; h_з - запас напора, необходимый для исключения процесса кавитации.

                                                             (6.25)

м          [16]                               (6.26)

Где n = 50 - число оборотов вала в секунду.

м      (6.27)

Согласно расчету имеет смысл использовать центробежный насос для пищевых жидкостей марки ОНЦ 1-10/20. Его технические характеристики представлены в таблице 9.

Таблица 9 - Техническая характеристика центробежного насоса ОНЦ 1-10/20

7. Выводы

1.      Был рассмотрен состав винограда, используемого в виноделии, роды и виды дрожжей, как живущих на винограде, так и вносимых в качестве закваски.

.        В работе была разработана машинно-аппаратурная схема технической линии по производству белых столовых вин. Проведен подбор и сделано обоснование оборудования для производства вина методом непрерывного брожения.

.        Был произведен расчет центробежного насоса для перекачки сусла и иных виноматериалов. По результатам расчеты для использования был предложен центробежный насос марки ОНЦ 1-10/2.