Процессы и аппараты производства шампанских вин

Доливной способ брожения отличается тем, что процесс идет не в постоянном объеме исходного  сусла, а при периодических доливах  новых его порций. В этих условиях бродящая среда периодически пополняется  питательными веществами, концентрация продуктов брожения уменьшается, и  температура бродящего сусла  понижайся. Такой способ обеспечивает возможность проведения процесса в  крупных резервуарах без принудительного  охлаждения.

В крупных резервуарах  можно проводить процесс брожения и поточно-доливным способом с применением  искусственного холода.

Способ непрерывного брожения основан на ведении процесса в  условиях регламентированного потока бродящего сусла. Для осуществления  этого процесса применяют установки  БА-1 и ВВУ-4Н, реже ВКМ-5, УНС-Э «Крымская» и др.

Установка БА-1. Она представляет собой батарею из шести резервуаров 4 (рис. 5.6.2) вместимостью по 20 м³ и шести переточных баков 10 вместимостью до 1,9 м³ (последний 17 из перегонных баков сливной, его вместимость 0,2 м³). Все шесть резервуаров соединены между собой в верхней и нижней (конической) частях трубопроводами. Верхний трубопровод служит для выравнивания уровня жидкости во всех резервуарах при работе установки, а нижний с трехходовыми кранами – для заполнения и освобождения резервуаров. Кроме того, они соединены газовыми трубами. Шестой резервуар снабжен устройством выпуска виноматериалов.

Горизонтальные переточные баки тоже соединены между собой  газовыми трубами 14, от каждой из них  сделан отвод к бродильному резервуару.

Перед началом работы установки  в автоматическом режиме все резервуары надо заполнить так, чтобы сахаристость сусла (в %) уменьшалась от первого  к последнему в таких пределах (ориентировочно): 17 (исходное сусло) – 12,5 (первый резервуар) – 8,5 – 4,5 – 3,25 – 2,5 (шестой резервуар).

Пуск установки в работу может производиться двумя способами. По первому способу первый резервуар  заполняется суслом и чистой культурой  дрожжей (200 дал). При этом должны быть перекрыты в первом резервуаре нижний трехходовой кран нижнего коллектора и верхний вентиль между первым и вторым резервуарами. Через некоторое  время в первом резервуаре начинается брожение. За это время линяя подготавливается к заполнению, для чего необходимо дополнительно закрыть верхние  вентили между третьим – четвертым  и пятым – шестым резервуарами, а нижние трехходовые краны коллектора поставить так, чтобы был перепуск жидкости из третьего резервуара в  четвертый, из пятого – в шестой (первый резервуар оставить временно закрытым, чтобы не выпустить бродящее сусло). Такое чередование закрытых и открытых вентилей и кранов соединяет  резервуары по принципу сообщающихся сосудов.

При достижении выброда сусла  в первом резервуаре 12,5% остаточного  сахара первый резервуар посредством  нижнего трехходового крана соединяется  со вторым, и бродящее сусло начинает перетекать в него, пока уровни в  этих резервуарах не сравняются. После  этого включают насос подачи свежего  сусла, которое заполняет первый и второй резервуары через нижний коллектор. Заполнение происходит до тех  пор, пока недоброд не начнет переливаться через верхний вентиль в третий резервуар. При этом подачу сусла  останавливают и опять дают ему  разбродиться. С течением времени, когда  сахаристость сусла в первом резервуаре достигнет 12,5%, проводят опять подкачку, но уже меньшими порциями, из расчета  средней производительности установки 7000 дал/сут., т.е. каждый час не более 250–300 дал (желательно через каждые 20 мин по 100 дал). Так как резервуары соединены по принципу сообщающихся сосудов, недоброд будет заполнять последовательно все резервуары. Процесс заполнения таким способом установки длится немногим более 60 ч.

По второму способу (дробному) в первый резервуар подают свежее сусло и дрожжи. При доведении  содержания остаточного сахара при  брожении до 12,5% из первого резервуара через нижний коллектор недоброд переливают в последний резервуар  – шестой. В первый опять добавляют  свежее сусло и сбраживают его  до содержания остаточного сахара 12,5%, после чего половину переливают в  пятый резервуар и таким образом  ведут долив первого и заполнение наполовину всех резервуаров, начиная  с крайнего. Затем операции повторяют, заполняя полностью последний резервуар  и одновременно доливая в первый свежее сусло. При заполнении полностью  первого и последнего резервуаров  дают суслу разбродиться в первом, после чего заполняют полностью  пятый, потом четвертый и так  далее, пока вся установка не будет  заполнена.

При таком способе заполнения содержание остаточного сахара в  сусле во всех резервуарах должно быть в пределах требуемой нормы.

После заполнения резервуаров  тем или иным способом начинается период установившегося режима, и  установка может работать автоматически. При этом работа установки основана на использовании избыточного давления диоксида углерода, образующегося при  брожении, для автоматического перемещения  бродящего материала из резервуара в резервуар и питания установки.

Давлением СО₂ бродящее сусло из первого бродильного резервуара перемещается по трубе подъема сусла в первый переточный бак. Так как все шесть резервуаров сообщены между собой газовыми трубами, давление в них одинаково, следовательно, подъем сусла в переточные баки происходит одновременно, а имеющиеся гидрозатворы на трубах слива сусла не позволяют выходить диоксиду углерода в переточные баки (первый период).

Уменьшение уровня в первом бродильном резервуаре ведет к опусканию  поплавка реле, включению им питающего  суслового насоса и клапанов. которые, открываясь, вытекают СО₂из резервуара и переливных баков. Диоксид углерода направляется в спиртоловушку или атмосферу, давление в резервуарах падает до атмосферного, начинается перелив сусла: из первого переточного бака во второй резервуар, из второго переточного бака в третий резервуар и т.д. В шестом резервуаре открывается выход виноматериалу. Наличие обратных клапанов в трубах подъема сусла препятствует его возврату в предыдущий резервуар (второй период). Затем цикл повторяется. Таким образом, в установке осуществляется доливной (объемно–доливной) способ сбраживания сусла.

Наличие рубашек на бродильных резервуарах сусла позволяет  использовать тепло– или хладоносители  и вести брожение при оптимальных  температурах. Производительность установки  БА-1 – 70 м³/сутки (по суслу), габаритные размеры 22700*3080*6090 мм. [3]

5.7 Установка для  удаления винного камня

Для обработок виноматериала  и вина с большой производительностью  в потоке, и достижения наилучшего результата применяют систему «Кристалстоп» («KRISTALSTOP») (рис. 5.7.1), разработанная итальянской фирмой «Padovan». Технология, положенная в ее основу, позволяет сократить этот процесс до 1,5 часов. При этом расходуется значительно меньше электроэнергии, т. к. происходит рекуперация холода. Не требуется применять теплоизолированные емкости. Установка компактная и полностью автоматическая, занимает небольшие площади. Обслуживающий персонал – один оператор. Процесс выпадения винного камня происходит быстро и более полно и контролируется компьютером. Происходит постоянный мониторинг выходящего из установки вина на предмет его стабильности.

Принцип действия, заложенный в основу работы системы «Кристалстоп», заключается в шоковом охлаждении вина почти до точки замерзания и  внесения в него центров кристаллизации – кристаллов битартрата калия, при  этом в вине начинается спонтанное образование кристаллов винного  камня. В установке данный принцип  реализован следующим образом. Вино проходит через ультроохладитель, где  резко охлаждается и направляется в реактор, куда с помощью дозирующего  насоса задается необходимое количество кристаллов битартрата калия. В реакторе происходит процесс кристаллизации и выпадения винного камня. Этот процесс полностью завершается  в течение 1,5 часов. Выпавший в осадок винный камень отделяется на циклоне. Далее вино отфильтровывается при  низкой температуре на кизельгуровом  фильтре.

После фильтрации виноматериал снова попадает в пластинчатый теплообменник, где встречаясь с потоком поступающего на обработку продукта, передает ему  холод. На выходе из установки стоит  автоматический анализатор с кондуктометром, который постоянно следит за электропроводимостью вина. Если электропроводность превышает  установленное значение, это означает, что продукт не обработан достаточно. В этом случае перекрывается выпускной  клапан, и виноматериал поступает  обратно на доработку. [6,8]

5.8 Аппаратура для  производства шампанского резервуарным  способом

Шампанизация вина при  производстве шампанского и игристых вин производится резервуарным и  бутылочным (только при получении  шампанского) способами; первый может  быть периодическим и непрерывным. При периодическом способе используют крупные резервуары различных типов, оснащенные рубашками, мешалками и  другими устройствами. Шампанизацию при непрерывном способе проводят в условиях потока вина. Для этого  используют установки различного типа – батарейные, одноемкостные одно- и многокамерные и др. Наглядное  представление о схемах этих установок  дает рис. 5.8.1. Вариант 1 предполагает использование батареи из шести последовательно соединенных резервуаров; вариант II – то же из семи резервуаров, из которых

два последних частично загружены  наполнителями (насадкой); в варианте III – восемь резервуаров, последний  из которых полностью загружен наполнителями  и выполняет функции автономного  биогенератора; вариант IV представляет собой одноемкостный многомерный  резервуар с автономным биогенератором; в варианте V используется одноемкостный  однокамерный резервуар, частично загруженный  наполнителями; в варианте VI – два  таких резервуара, а в варианте VII – один одноемкостный однокамерный резервуар с автономным биогенератором.

Применение насадки в  виде колец Рашига, роликов, стружки  и др. способствует увеличению поверхности  контакта фаз, обусловливает проведение шампанизации в условиях повышенной концентрации дрожжей, интенсифицирует  процесс.

Ниже описаны основные типы бродильных резервуаров, используемых в этих схемах. [3]

Бродильный резервуар  ВБА. Он представляет собой цельносварной вертикальный корпус со сферическими днищами, изготовленный из коррозиестойкой стали. Резервуары комплектуются в батарею и соединяются между собой по принципу сообщающихся сосудов с помощью переточных труб и запорной арматуры. Направление потока в резервуарах снизу вверх, далее через переточную сливную трубу снова вниз, до следующего резервуара. Температура бродильной смеси регулируется подачей рассола или охлаждающей воды в рубашку.

На базе бродильного резервуара ВБА имеется и приемный резервуар  ВПА, отличающийся наличием трех рубашек.

Бродильный резервуар  А-7. Он представляет собой цельносварной корпус, изготовленный из коррозиестойкой стали. Для регулирования температуры бродильной смеси резервуар имеет три рубашки и подвешенный вверху змеевик. Наличие охлаждающих рубашек и змеевика позволяет использовать резервуар и как бродильный, и как приемный. Резервуар может использоваться при периодической шампанизации.

Вместимость резервуаров  ВБА и А-7 соответственно 5 и 7,7 м³. При использовании резервуаров в линии шампанизации их должно быть не менее восьми штук в батарее, производительность которой рассчитывают с учетом коэффициента потока. [3]

Бродильный резервуар  А-184. Он представляет собой одноемкостный многокамерный вертикальный цилиндрический резервуар со сферическими днищами и рубашкой (рис. 5.8.3). Внутри резервуара установлены цилиндрические перегородки, одни из которых закреплены по всему периметру на днище резервуара и имеют кольцевые зазоры между торцами и днищем, а другие образуют такие же зазоры с противоположным днищем резервуара. Площади поперечного сечения центральной и кольцевых камер одинаковы и равны произведению зазора между перегородками на длину окружности между соответствующими цилиндрическими перегородками. Равенство этих площадей позволяет вести процесс брожения при стабильной средней линейной скорости потока. Поток бродильной смеси проходит через центральную и кольцевые камеры, а также через кольцевые переточные зазоры, последовательно изменяя свое направление.

Температуру в аппарате регулируют путем охлаждения вина на конечном участке потока с последующим  рекуперативным послойным охлаждением  к центру аппарата. Применение рекуперативной системы охлаждения обеспечивает плавное  саморегулирование температуры  шампанизируемого вина при минимальных  перепадах между секциями, а также  стабильность заданного режима.

Одноемкостный многокамерный  бродильный аппарат для шампанизации вина в потоке имеет вместимость 35 м³ и по своей производительности соответствует батарейной бродильной установке, состоящей из семи резервуаров вместимостью 5 м³ каждый. Благодаря исключению переточных и соединительных винопроводов он обеспечивает более равномерную линейную скорость потока шампанизируемого вина, что благоприятствует равномерному распределению дрожжевых клеток в среде. При применении одноемкостных аппаратов повышается съем продукции с единицы основной производственной площади. На предприятиях отрасли применяют резервуары и других марок. [3]