Брожение виноградного сусла непрерывным способом
Автором идеи и первым исследователем спиртового брожения сахаросодержащих сред непрерывным способом был русский ученый С. В. Лебедев в 1909-1915 г.г. Продолжили эти исследования и внедрили установки непрерывного сбраживания сусла (УНСС) в спиртовую промышленность Д. И. Климовский, В. Л. Яровенко, Л. И. Ясинский.
На заводах первичного виноделия УНСС начали внедрять в связи с появлением крупных массивов виноградников с большими площадями виноградных насаждений одного сорта, обеспечивающими непрерывную загрузку перерабатывающего оборудования.
Были разработаны следующие УНСС для получения виноматериалов по "белому" способу: "Молдавская", "Грузинская", "Украинская", "Московская” и "БА-1".
“Молдавская” установка непрерывного сбраживания сусла была создана коллективом виноделов Молдавии: Л. А. Кошевым, С. И. Циммерманом и А. П. Опря. Первая установка была смонтирована в совхозе "Гратиешты" в 1955 г., схема ее приведена на Рис. 1.
"Молдавская" УНСС состоит из двух напорных резервуаров (1), и бродильной батареи из 8-11 металлических (или железобетонных) резервуаров (2) вместимостью от 400 до 2000 дал.
Рис. 1. Схема установки непрерывного сбраживания виноградного сусла (Молдавская):
1 – напорные резервуары, 2 – бродильные резервуары; 3 – переливные трубы; 4 – трубопроводы для СО2; 5 – кольцевая коммуникация; 6 – насос.
Бродильная батарея может содержать и другое количество резервуаров. Два первых резервуара бродильной батареи являются дрожжегенераторами, остальные – бродильными резервуарами. Все резервуары имеют вертикальную цилиндрическую форму с коническими днищами (верхним и нижним), у железобетонных резервуаров – днища плоские, слегка наклонные.
Металлические резервуары могут быть выполнены из нержавеющей или листовой стали, покрытой внутри кислотоупорным лаком. Отношение высоты резервуара к диаметру h:d = 1(2):1.
Коэффициент заполнения резервуаров 0,85, исходя из чего ввод переливных труб (3) устанавливают на соответствующей высоте (равной 0,85 высоты резервуара от дна). Переливные трубы осуществляют перелив бродящего сусла из нижней части предыдущего резервуара в верхнюю часть последующего. Все резервуары соединены кольцевой коммуникацией (5) с центробежным насосом (6). Каждый резервуар снабжен термометром и пробными кранами. Диоксид углерода и образующаяся при брожении пена переводятся посредством труб (4) из резервуара в резервуар и из последнего резервуара – в спиртоловушку.
Все коммуникации бродильной батареи выполнены из стеклянных труб с внутренним диаметром 50-60 мм.
Установка работает следующим образом. Осветленное сусло подают через теплообменник, установленный на необходимую температуру, в напорные резервуары, работающие поочередно и расположенные несколько выше уровня крышек бродильных резервуаров.
В один из дрожжегенераторов (второй является резервным) задают разводку ЧКД в количестве 8...10 % от его полезной вместимости.Туда же из напорного резервуара непрерывным потоком поступает сусло (самотеком или насосом-дозатором заданной производительности из промежуточной емкости).
В линию подачи сусла устанавливают ротаметр, указывающий и регулирующий расход сусла. В начале работы установки во время заполнения дрожжегенератора сусло поступает в 2 раза медленнее, чем это необходимо для обеспечения полной производительности установки. Это делают для накопления необходимого количества дрожжевой массы в дрожжегенераторе (50...100 млн. клеток/см3); такая концентрация дрожжей в нём поддерживается в течение всего периода работы установки. После достижения необходимой концентрации дрожжей в дрожжегенераторе скорость подачи сусла устанавливают на необходимую величину. Поступающее сусло попадает в бурно бродящую среду с объемной долей спирта более 4 %, что подавляет развитие диких дрожжей. Из I-го резервуара бродящее сусло переливается по переливным трубам в II-й, далее в III-й резервуар и т. д., заполняя всю батарею и подвергаясь сбраживанию. Переливные трубы обеспечивают вынос дрожжей со дна предыдущего резервуара в верхнюю часть последующего, что интенсифицирует их деятельность.
В случае вымывания дрожжей из первого дрожжегенератора в работу включают второй (резервный). Скорость движения сусла рассчитывают таким образом, чтобы в последних резервуарах бродильной батареи сахар полностью выбраживал (0,04... 0,06 м/с). Бурное брожение сусла проходит в 3-м и 4-м резервуарах батареи, поэтому для них предусмотрено регулирование температуры брожения с помощью водоструйного охлаждения, т. е. орошения наружной поверхности металлических резервуаров холодной водой. Вода стекает по резервуару и собирается в желоб, а затем отводится. Если резервуары железобетонные, то применяют змеевиковое охлаждение.
Образующийся диоксид углерода (СО2), перемещаясь из одного резервуара в другой по углекислотным трубопроводам, создает в каждом из них углекислотную подушку, т.е. анаэробные и относительно стерильные условия для бродящего сусла, обеспечивающие снижение потерь спирта при брожении. Перемещение СО2 вместе с ароматическими веществами и парами спирта из резервуара в резервуар способствует тому, что часть ароматических веществ при этом конденсируется и остается в виноматериалах, обусловливая в них хорошо выраженный сортовой аромат.
Пена, увлекаемая СО2, при переходе в резервуар с менее интенсивным брожением и более низкой температурой, гасится, что позволяет увеличить полезную вместимость резервуара до 85...90 % вместо обычных 70...75 %.
При производстве сухих виноматериалов продолжительность брожения (пребывание сусла в батарее, начиная от поступления в дрожжегенератор и заканчивая выходом из последнего резервуара) составляет, в среднем, 100 часов (4,2 сут), т. е. сокращается по сравнению с периодическим процессом (5-6 дней бурное брожение и 2-3 недели - тихое). Можно вести непрерывное брожение до массовой концентрации сахара 20-30 г/дм3 и дображивание периодическим способом, в этом случае продолжительность брожения сокращается до 60-70 ч (2,5...2,9 сут).
"Молдавская"установка может быть использована для получения белых и красных в/м различных типов: шампанских, столовых сухих, полусухих и полусладких, а также крепленых.
При получении крепленых виноматериалов устанавливают соответствующую температуру брожения, а бродящее сусло при достижении необходимых кондиций, поступает на спиртование по кольцевой коммуникации. Возможно регулирование степени выбраживания сахаров скоростью потока сусла. Кольцевая коммуникация позволяет также перейти на сбраживание сусла из другого сорта винограда без остановки работы батареи путем постепенного перекачивания бродящего сусла из резервуара в резервуар и подачи в освободившийся резервуар сусла нового сорта.