На правах рукописи

МАГОМЕДОВ НИЗАМУТДИН МАЛЛАРАДЖАБОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИГРИСТЫХ ВИН НА ОСНОВЕ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ВТОРИЧНОГО БРОЖЕНИЯ

Специальность 05.18.01 – Технология обработки, хранения и

переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,

плодоовощной продукции и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2011 1

Работа выполнена в Федеральном Государственном Бюджетном Образовательном Учреждении Высшего Профессионального Образования «Московский Государственный Университет Технологий и Управления имени К.Г. Разумовского» на кафедре «Технология бродильных производств и виноделия».

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор В.В.Жирова

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Гореньков Э.С.

кандидат технических наук, доцент Белоусова И.Д.

Ведущее предприятие - ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»

Защита диссертации состоится «30» сентября 2011г. в 11.00 на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского» по адресу: 109803, Москва, ул. Талалихина, д.31, ауд. 36.

Автореферат размещен на сайте ФГБОУ ВПО «МГУТУ имени К.Г. Разумовского»

– www.mgytm.ru Отзывы высылать по адресу: 109004, Москва, ул. Земляной Вал,д.73.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГУТУ имени К.Г. Разумовского»

Автореферат разослан «»_2011г.

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02, к.т.н., доцент Н.С. Конотоп

1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важнейших проблем винодельческих предприятий производящих игристые вина в условиях рыночной экономики, является конкурентоспособность, стабильность, высокое качество выпускаемой винодельческой продукции и снижение ее себестоимости на основе интенсификации производственных процессов и снижения энергозатрат.

Для решения этой проблемы большое значение имеет эффективное использование существующих технологий производства игристых вин на базе глубокого и всестороннего изучения процесса вторичного брожения, совершенствование традиционных и разработка новых прогрессивных технологий и технических решений.

Большой вклад в разработку основ процесса вторичного брожения (шампанизации) внесли работы А.И. Опарина, Г.Г. Агабальянца, А.А. Мержаниана, Н.Г. Саришвили, С.П. Авакянца, Б.Б. Рейтблат, М.А.Гагарина, Е.С. Дрбоглава, Г.Б. Пищикова, и др., а также коллектива ученых Отраслевой научно-исследовательской лаборатории технологии игристых вин ГНУ ВНИПБиВП. Разработка принципиально нового способа непрерывной шампанизации вина, с использованием иммобилизованных на сорбенте дрожжей, многочисленные и всесторонние исследования в этой области, способствовали совершенствованию процесса вторичного брожения.

Поиск оптимальных режимов вторичного брожения и выдержки игристого вина является одним из узловых вопросов производства, так как именно на этих стадиях наблюдается основное формирование качества игристого вина. В связи с этим, повышение качества готовой продукции на основе интенсификации метаболической активности дрожжей в процессе вторичного брожения и выдержки является актуальной задачей современного производства игристых вин.

Технологический процесс производства игристых вин является энергоемким, что приводит к большим энергозатратам. Поэтому разработка новых технологий и технических решений, позволяющих интенсифицировать процесс вторичного брожения и одновременно снизить энергозатраты, приобретает важное значение.

Таким образом, разработка эффективной технологии производства игристых вин на основе интенсификации процесса вторичного брожения, является актуальной.

Цель и задачи исследования Целью диссертационной работы является разработка технологии игристых вин на основе интенсификации процесса вторичного брожения.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследований:

- разработать способы регулирования физиологической активности дрожжей в процессе вторичного брожения;

- выявить зависимость кинетики вторичного брожения, распределение дрожжевых клеток и их физиологическую активность от гидродинамических характеристик процесса;

- изучить влияние биохимических и физико-химических процессов на качество игристых вин с учетом предложенных способов регулирования физиологической активности дрожжей;

- оптимизировать температурные режимы при производстве игристых вин с целью снижения энергозатрат;

- разработать технологию игристых вин на основе интенсификации процесса вторичного брожения;

- разработать нормативную документацию на новые виды игристых вин;

- рассчитать экономическую эффективность разработанной технологии.

Научная новизна Научно обоснован и экспериментально подтвержден комплекс технологических приемов (иммобилизация дрожжей на подвижной насадке, использование петли-компенсатора, регулирование температурных режимов вторичного брожения и обработки игристых вин холодом), позволяющих интенсифицировать процесс вторичного брожения и повысить качество игристых вин.

Установлена зависимость активности дрожжей от способа иммобилизации и их адаптации к условиям вторичного брожения, приводящая к его интенсификации.

Выявлена зависимость физиологического состояния дрожжей от гидродинамических характеристик процесса вторичного брожения, обосновывающая необходимость разделения процессов брожения, автолиза и выдержки в промышленных установках непрерывного брожения, аналогично этапам бутылочного способа производства игристых вин.

Разработана математическая модель термообработки игристого вина холодом, позволяющая выбрать оптимальную температуру хладоносителя и определить распределение температуры игристого вина в резервуаре.

Практическая значимость работы Разработана и научно обоснована технология производства игристых вин на основе интенсификации процесса вторичного брожения, позволяющая улучшить органолептические показатели и типичные свойства игристых вин.

Установлены и рекомендованы производству оптимальные технологические приемы интенсификации вторичного брожения, предложены условия активизации физиологической активности дрожжей на основе их адаптации в петле-компенсаторе и иммобилизации на подвижной насадке.

Даны рекомендации по оптимизации распределения насадки в бродильном аппарате (А.с. № 2000324).

Предложены конструктивные особенности бродильного аппарата. С целью лучшего распределения потока бродильной смеси и дрожжевой массы, нижнее днище аппарата выполнено в виде конуса, а для равномерного распределения поток виноматериала по периметру аппарата, на высоте 1м от днища установлена перфорированная решетка.

(с использованием математической модели термообработки игристого вина холодом и разработанной программы) обосновано повышение температуры хладоносителя в «рубашке» резервуара с минус 100C до минус 80C, что позволило снизить энергозатраты на 20% при обработке игристого вина холодом.

Применен впервые мультиканальный лабораторный стенд для мониторинга процесса вторичного брожения, обеспечивающий энергосберегающее управление технологическим процессом производства игристых вин на основе использования современных средств автоматизации технологических процессов (частотно-регулируемый электропривод для управления трехфазными асинхронными электродвигателями с использованием преобразователей Altivar – снижение энергозатрат до 30%).

Разработаны и утверждены технологические инструкции по производству российского шампанского «Красная площадь» (ТИ 9172-061и ТИ 9172-062-02068812-10).

Разработанная технология игристых вин на основе интенсификации процесса вторичного брожения внедрена на ООО «Ростовский комбинат шампанских вин».

Экономический эффект от внедрения разработанной технологии игристых вин на основе интенсификации процесса вторичного брожения составил 191054,9 руб. в год (на одну установку).

Апробация работы Основные положения диссертации обсуждались и получили одобрение:

на научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной науки», Ростов-на-Дону, МГУТУ, 2009; на Международном научнообразовательном форуме «Формирование отраслевой инновационной среды на основе развития профессиональных сообществ и саморегулируемых организацией АПК, пищевой промышленности и индустрии питания», Москва, МГУТУ, 2009; на Международном научно-образовательном Форуме «Основы государственной политики в области создания продуктов здорового питания: технологические аспекты», Москва, МГУТУ, 2010; на Международной научно-практической конференции «Передовые информационные технологии, средства и системы автоматизации и их внедрение на российских предприятиях», Москва, Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2011.

Публикации По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 5 работ опубликованы в журналах рекомендованных ВАК РФ, получены авторское свидетельство и 3 патента РФ.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей описание материалов и методов исследований, изложения результатов и их обсуждения, технологической части, выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 150 страницах машинописного текста, включая рисунка и 22 таблицы. Список литературы включает 123 источника, из них 24 иностранных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, кратко изложено состояние исследуемых вопросов.

1 Обзор литературы Представлен систематизированный обзор научно-технической и патентной литературы в области производства игристых вин. Изучены микробиологические, биохимические и физико-химические аспекты производства игристых вин. Значительное внимание уделено вопросам совершенствования технологии вторичного брожения (шампанизации) непрерывным способом, отмечены его преимущества и недостатки по сравнению с классическим бутылочным способом производства.

На основе проведенного анализа определены цели и задачи исследований.

2 Экспериментальная часть 2. 1 Методы и техника исследований В экспериментальных исследованиях использовали купаж шампанских виноматериалов, прошедших полный цикл обработки, предусмотренный действующей технологической инструкцией, резервуарный ликер и чистую культуру дрожжей Sассhаromyces vini, раса «39».

Аналитические исследования осуществляли энохимическими и микробиологическими методами, описанными в отраслевой и научной литературе, а также стандартными методами, изложенными в соответствующих ГОСТах, на стандартных поверенных приборах, а также высокоэффективном аналитическом оборудовании (ГХ).

Экспериментальные исследования проводили в специально смонтированной лабораторной установке и промышленных аппаратах, оборудованных устройствами для отбора проб, датчиками регулирования температуры, потока, уровня, давления и концентрации сахара (Патенты РФ:

№102109, № 2415409, № 243218).

Для мониторинга процесса вторичного брожения впервые применен мультиканальный лабораторный стенд, оборудованный современными средствами автоматизации компании Schneider Electric.

Для подтверждения достоверности полученных результатов проводили статистический анализ с использованием математических методов (t-статистики Стьюдента) в стандартном пакете программ Microsoft Office – Excel.

2.2 Результаты исследований и их обсуждение 2.2.1 Разработка способов регулирования физиологической активности дрожжей в процессе вторичного брожения Важным источником регулирования и интенсификации технологических процессов при производстве игристых вин является поддержание в бродящей среде физиологически активных дрожжевых клеток и их концентрация.

Внедренный в производство игристых вин прием иммобилизации клеток дрожжей предполагает 55-80%-ное заполнение насадкой бродильных установок и их жесткое крепление.

При длительной работе бродильных установок на насадке образуются плотные слои микроорганизмов, винного камня и других микросоединений, что значительно снижает вместимость аппарата, затрудняет поток вина, приводит к образованию в зоне насадки стержневых струй и мертвых зон.

С целью исключения таких негативных явлений необходимо совершенствовать приемы использования насадки в бродильных установках.

Для решения данных вопросов были проведены сравнительные лабораторные испытания на пилотных установках, отличающихся между собой способом размещения насадки в аппарате: жестко закрепленной и находящейся в свободном движении.

Работа велась по двум направлениям: первое – испытание насадки из облегченного материала и меньшего размера, и второе – определение скорости потока вина, исключающего оседание насадки с дрожжами.

Исследования проводили при скорости потока 18,0; 20,7; 27,0 дал/час.

Проведенные опыты в пилотных установках показали, что лучшие условия поддержания насадки в аппарате во взвешенном состоянии наблюдались при скорости потока 27,0 дал/час.

Дальнейшие испытания проводили в спаренных бродильных установках.

Результаты промышленных испытаний по влиянию скорости потока на динамику вторичного брожения приведены в таблице 1.

Из приведенных в таблице 1 данных видно, что основное брожение при испытуемых скоростях потока виноматериала отмечается в первом аппарате установки, однако по динамике брожения наблюдаются различия.

Максимальная скорость вторичного брожения отмечена при скорости потока 27,0 дал/час (К=0,00319), за 6,5 суток выбродило регламентируемое технологической инструкцией 18 г/дм3 сахара и обеспечивается перенос большей массы дрожжевых клеток во второй аппарат установки.

При скоростях потока 18,0 и 20,7дал/час и коэффициентах потока соответственно К=0,00213 и К=0,00245, время вторичного брожения соответствовало 19 и 17 суткам. Массовая концентрация сахара в виноматериале после брожения на выходе из первого бродильного аппарата составляла соответственно 8,6 и 7,7 г/дм3, в связи с чем во втором аппарате установки с насадкой имело место дображивание до остаточного сахара - 2, и 2,7 г/дм3 соответственно.

Таким образом, приведенные результаты исследований показали, что с увеличением производительности установки до 27,0 дал/час создается поток, при котором жизнедеятельные дрожжевые клетки, находящиеся во взвешенном состоянии, обеспечивают полноценное вторичное брожение.

Виноматериал на выходе из установки имел более высокую дегустационную оценку. Это связано с тем, что при указанном коэффициенте потока удалось разделить процессы вторичного брожения и выдержки выбродившего на брют виноматериала на дрожжах, при котором в отсутствии сахара более интенсивно протекают восстановительные и автолитические процессы, способствующие улучшению качества продукта.

Таблица 1 - Влияние скорости потока на интенсификацию вторичного брожения Наименование показателей брожения, сут.

концентрация сахара, г/дм этилового спирта, % количество дрожжевых клеток, млн/см оценка, балл Полученные исследования показали, что в спаренной бродильной установке для поддержания насадки во взвешенном состоянии, скорость потока должна составлять 27,0 дал/час, при этом коэффициент потока составляет К=0,00319. Однако, в связи с тем, что значение коэффициента скорости потока строго регламентировано и составляет К=0,00245, для поддержания необходимой производительности установок для вторичного брожения виноматериала, их комплектование должно производиться из расчета общей вместимости бродильных аппаратов в линии не менее дал. При вместимости промышленных аппаратов 47 м3, в установке их должно быть не менее трех. В связи с этим, дальнейшие исследования проводились в установке, состоящей из 3-х бродильных аппаратов.

жесткозакрепленной насадкой и насадкой, находящейся в свободном состоянии, показал их значительные различия. В аппарате с подвижной насадкой в нижней зоне основная масса дрожжей - 44% находилась в виде конгломератов 5-6 в поле зрения, состоящих в основном из значительно уменьшенных в размерах мертвых клеток в количестве 7-8 в каждом конгломерате. Это связано с тем, что насадка, находящаяся в свободном состоянии, обладает лучшей адсорбирующей способностью. По мере накопления дрожжевой массы насадка под действием гравитационных сил начинает осаждаться. Под воздействием встречного потока виноматериала, за счет трения о насадку, движущуюся вверх, наблюдается отделение от насадки дрожжевого осадка и выпадение его на дно аппарата, а облегченная насадка вновь начинает свое движение по потоку вверх, при этом создается эффект перемешивания.

Таким образом, можно заключить, что использование подвижной насадки, в связи с ее постоянным перемещением, позволяет улучшить распределение потока, увеличить поверхность контакта виноматериала с постоянно обновляемой на насадке дрожжевой массой. Это способствует обновлению дрожжевой массы на насадке в результате образования конгломератов и их седиментации под действием гравитационных сил.

Специфические условия вторичного брожения депрессивно влияют на функциональную деятельность дрожжей. Из литературных данных известно, что после аэробного культивирования дрожжей целесообразна их подготовка к жизнедеятельности в анаэробной среде, имеющей место в аппаратах для вторичного брожения непрерывным способом.

Учитывая вышесказанное, впервые нами предложено перед первым бродильным аппаратом в технологической схеме вторичного брожения ввести петлю-компенсатор. Применение петли-компенсатора между насосомдозатором, подающим бродильную смесь на вторичное брожение, и первым бродильным аппаратом, оказывает влияние на гидродинамические характеристики процесса: гасит колебания насоса-дозатора, компенсирует гидростатическое давление.

Высокое значение Rе = 800 создает поток переходного режима, в результате чего при поступлении бродильной смеси в установку создаются условия для однородного распределения дрожжей в нижней конусообразной зоне бродильного аппарата. Одновременно обеспечивается однородность распределения дрожжевых клеток в бродильной смеси в нижней зоне бродильного аппарата, что исключает их оседание.

При изучении процессов, происходящих в бродильной смеси при прохождении через петлю-компенсатор, наблюдалась быстрая ассимиляция кислорода независимо от его концентрации в среде (таблица 2). Указанное позволяет исключить операцию обескислороживания.

Таблица 2 - Влияние растворимого в бродильной смеси кислорода на физиологическое состояние дрожжей при прохождении через петлюкомпенсатор Бродильная смесь перед петлей-компенсатором Бродильная смесь после петли-компенсатора Содер Концен- Физиологическое состояние Содер Концен- Физиологическое Общее содержание дрожжевых клеток в бродильной смеси не изменилось, однако меняется их физиологическое состояние. Увеличивается количество живых и почкующихся дрожжевых клеток, снижается концентрация угнетенных, причем с повышением концентрации кислорода в бродильной смеси, эти изменения особенно заметны.

В результате прохождения бродильной смеси через петлю-компенсатор наблюдается функциональная перестройка дрожжевых клеток (таблица 3).

Способность клеток к усилению метаболизма подтверждается их повышенной бродильной активностью, показатель которой в 1,4 раза выше в дрожжах после прохождения через петлю-компенсатор.

Таким образом, полученные результаты показали, что введение в схему петли-компенсатора позволяет: исключить операцию обескислороживания Таблица 3 - Изменение дыхательной и бродильной активности дрожжей с использованием петли-компенсатора Дрожжевые клетки из Дрожжевые клетки из перед петлейкомпенсатором Дрожжевые клетки из после петликомпенсатора купажа перед вторичным брожением; обеспечить функциональную перестройку дрожжей с дыхания на брожение; сократить время адаптации дрожжей к условиям вторичного брожения; способствовать лучшему распределению дрожжевых клеток в бродильной смеси перед поступлением в бродильный аппарат установки.

2.2.2 Изучение зависимости кинетики вторичного брожения, распределения дрожжевых клеток и их физиологической активности от гидродинамических характеристик процесса вторичного брожения Важными факторами, влияющими на процесс вторичного брожения и метаболизм формирования вина, являются: оптимизация потока;

равномерность распределения дрожжевых клеток по массе виноматериала;

исключение их оседания в бродильных аппаратах и образование застойных зон. Наличие указанных факторов во многом зависит от гидродинамических характеристик процесса непрерывного вторичного брожения и конструктивных особенностей бродильных аппаратов.

С учетом проведенных исследований (раздел 2.2.1), производственные испытания проводили на промышленной установке, скомплектованной из 3-х бродильных аппаратов, отличающихся габаритами от аппаратов, выпускаемых промышленностью (отношением высоты аппарата к диаметру).

Габариты аппарата, используемого в экспериментальных исследованиях, составляют: вместимость - 47 м3, высота - 11 м, диаметр - 2,2 м. Общая вместимость установки 131,6 м3, с учетом насадки во втором аппарате.

В качестве контроля использовали двухзвенную установку, смонтированную из типовых аппаратов вместимостью 50м3, высотой - 7,6 м, диаметром - 3,2 м. Общая вместимость двухзвенной установки 90 м3, коэффициент потока в обоих вариантах, предусмотренный технологической инструкцией составляет К=0,00245.

Расчеты гидродинамических характеристик установок показали значительные различия по всем показателям (таблица 4).

Исходя из того, что размер основной массы дрожжевых клеток в виноматериале при вторичном брожении составляет 5-6 мкм, скорость оседания которых 4 - 4,310-6 м/с, в предлагаемой установке создаются более благоприятные условия для поддержания дрожжевых клеток во взвешенном состоянии. Линейная скорость потока в предлагаемой установке в 5 раз выше скорости седиментации дрожжей.

Таблица 4 - Влияние производительности установок на гидродинамические характеристики процесса м/с *- второй аппарат установки заполнен насадкой.

Коэффициент (учитывающий уменьшение объема аппарата) - 0,8.

Число Re при линейных скоростях движения виноматериала в аппаратах соответствует ламинарному режиму. Таким образом, приведенные расчеты показали, что геометрические размеры бродильных аппаратов в трехзвенной установке (соотношение диаметра к высоте 1:5), обеспечивают ускорение линейной скорости потока более чем в 3 раза по сравнению с типовыми схемами. Это создает более благоприятные условия для поддержания дрожжевой массы во взвешенном состоянии и обеспечивает ее оптимальный переход во второй аппарат установки для иммобилизации на насадке, в зоне которой происходит интенсификация биохимических процессов, оказывающих положительное влияние на качество игристого вина.

Важным условием стабильной работы бродильных установок непрерывного действия является однородность течения двухфазной системы вино-дрожжи по высоте и периметру аппарата. С этой целью, нижнее днище аппарата выполнено в виде конуса, что позволяет обеспечить достаточно энергичное перемешивание входящей бродильной смеси, содержащей дрожжевые клетки и исключить их оседание. На высоте 1м от днища установлена перфорированная решетка, позволяющая равномерно делить поток виноматериала по периметру аппарата.

Было обнаружено (таблица 4), что достаточно высокая линейная скорость потока 24,610-6 м/с, и введение указанных конструктивных особенностей в нижней зоне аппарата, обеспечивают равномерное распределение дрожжевых клеток в бродящем виноматериале.

Концентрация дрожжевых клеток в образце виноматериала, отобранном над решеткой в центральной зоне аппарата (4,8 млн/см3) практически равна концентрации дрожжевых клеток (4,9 млн/см3) в бродильной смеси, поступающей на вторичное брожение (таблица 5).

Достаточно высокая концентрация дрожжей обнаружена в образце, отобранном в периферийной зоне аппарата 4,4 млн/см3, что лишь на 0, млн/см3 меньше, чем в центральной зоне. Все это служит доказательством равномерного вхождения потока бродильной смеси через перфорированную решетку в основную зону аппарата. На выходе из первого аппарата концентрация дрожжевых клеток составляла 4,2 млн/см3, из них: угнетенные - 54%; живые - 35%, почкующихся -11 %.

Значительный перенос дрожжевых клеток во второй аппарат установки можно рассматривать, как положительный факт. Достаточно убедительно видно, что дрожжи не выводятся из системы, а переходят во второй аппарат, адсорбируются на насадке и включаются в продолжение процесса вторичного брожения. На выходе из второго аппарата установки обнаружены единичные дрожжевые клетки после центрифугирования 10 мл вина. Образец вина, отобранный из 3 аппарата установки был прозрачен (таблица 5). Таким образом, приведенные экспериментальные данные показали, что рекомендуемые геометрические параметры испытываемого бродильного аппарата установки влияют на линейную скорость потока, а его конструктивные особенности (конусообразное днище и наличие перфорированной решетки) исключают образование застойных зон в нижней части аппарата, улучшают структуру потока, обеспечивают равномерность распределения дрожжевых клеток по массе виноматериала в процессе вторичного брожения.

Таблица 5 - Микробиологическая характеристика игристого виноматериала в трехзвенной бродильной установке Наименование Концентрация исследуемых образцов

В В В В В В

решеткой выходе из 1-го бро-дильного аппарата риал на выходе из 2-го бро-дильного аппарата с насадкой* риал на выходе из 3-го бро-дильного аппарата Из вышеизложенного следует, что проведение вторичного брожения в трехзвенной бродильной установке положительно сказывается: на процессе брожения, в первом бродильном аппарате; на процессе формирования игристого вина в присутствии дрожжей иммобилизованных на подвижной (плавающей) насадке, во втором бродильном аппарате; на процессе созревания вина в третьем аппарате. В данном случае имеет место разделение процессов вторичного брожения, формирования и созревания игристого вина, аналогично процессам при бутылочном способе производства.

2.2.3 Изучение влияния биохимических и физико-химических интенсификации вторичного брожения На основании проведенных исследований предложена технология производства игристых вин на основе интенсификации вторичного брожения и промышленная установка для ее осуществления, скомплектованная из трех последовательно соединенных бродильных аппаратов вместимостью 47м каждый, диаметром 2,2 м и высотой 11м., изготовленных из нержавеющей стали (рисунок 1). Отличительной особенностью предложенной установки является соотношение диаметра бродильного аппарата к высоте - 1:5, наличие конусообразного днища и перфорированной решетки в нижней зоне аппарата.

Для активации дрожжевых клеток в бродильной смеси, поступающей на вторичное брожение, эффективного перемешивания и деаэрации среды перед первым бродильным аппаратом была установлена петля-компенсатор.

В первом бродильном аппарате на высоте 1 метра от нижнего днища закреплён распределитель потока, представляющий собой перфорированную решетку и рециркуляционный контур, позволяющий осевшие в нижней части первого аппарата дрожжевые клетки повторно вводить в процесс вторичного брожения (в зону подачи бродильной смеси в петлю – компенсатор).

Второй бродильный аппарат заполнен насадкой из облегченных полипропиленовых колец, находящихся в свободном (хаотическом) движении.

Третий аппарат предназначен для выдержки виноматериала.

Установка для вторичного брожения виноматериала (рисунок 1) работает следующим образом. Бродильную смесь с массовой концентрацией сахаров 22-24г/дм3, дрожжевой массой в количестве 3-5 млн.кл/см3 через петлю-компенсатор (1) непрерывно подают в нижнюю часть бродильного аппарата (2), в нижней части которого имеется конусоидальный сегмент (3), обеспечивающий равномерное поддержание дрожжей по всей массе поступающей бродильной смеси.

Бродильная смесь с равномерно диспергированными дрожжевыми клетками проходит перфорированную перегородку (4) и поступает в основную зону бродильного аппарата (2) для вторичного брожения. Процесс вторичного брожения проводят при температуре не выше 12-140С.

Линейная скорость потока игристого виноматериала, способна поддерживать дрожжи во взвешенном состоянии, и осуществлять смыв дрожжевых клеток частично осевших на стенках бродильных аппаратов.

Для исключения скопления дрожжевых клеток, находящихся в активном физиологическом состоянии, в нижней зоне бродильного аппарата имеется рециркуляционный контур (5) их возврата в бродильную смесь, поступающую на вторичное брожение.

Рисунок 1 - Технологическая схема вторичного брожения Виноматериал в процессе вторичного брожения, содержащий дрожжевые клетки, по винопроводу переходит во второй аппарат (6), заполненный насадкой, находящейся в хаотическом движении, на которой непрерывно задерживаются дрожжевые клетки, поступающие с потоком виноматериала из первого бродильного аппарата.

Дрожжевые клетки за счёт адсорбционных и адгезионных процессов закрепляются на насадке, образуя конгломераты. По мере увеличения на насадке слоя дрожжевой массы и ослабления адгезионных свойств, конгломераты дрожжей срываются и оседают в нижнюю зону второго бродильного аппарата и по мере скопления выводятся через патрубок (7).

Освободившаяся от конгломератов насадка потоком бродящего виноматериала вновь поднимается вверх.

Постоянно обновляемая на насадке дрожжевая масса, находящаяся в различном физиологическом состоянии, способствует протеканию процессов формирования вин и улучшения органолептической оценки игристого вина.

С целью проверки практической возможности и целесообразности внедрения в промышленность предлагаемой технологии, проведены исследования биохимических и физико-химических превращений.

Результаты исследований, представленные в таблице 6 показали, что в предлагаемой промышленной трехзвенной установке обеспечивается необходимое сбраживание сахара, причем основное брожение из-за выравнивания потока и равномерного распределения дрожжевых клеток проходит в первом аппарате установки, где наблюдается наибольший расход сахара и накопление спирта.

Анализ данных по изменению концентрации компонентов игристых вин (альдегидов, 2,3-бутандиола и глицерина), в процессе вторичного брожения, показал увеличение альдегидов в первом аппарате установки и их восстановление во втором и третьем аппаратах установки, накопление 2,3бутандиола и глицерина, положительно влияющих на качество игристого вина. О протекании восстановительных процессов, особенно заметных во втором и третьем аппаратах, можно судить по величине ОВ-потенциала и восстановительной способности, значения которых к концу процесса вторичного брожения снижаются соответственно в 1,5 – 6 раз. Количество аминного азота уменьшается в первом аппарате за счет потребления дрожжевыми клетками. При прохождении через зону насадки второго аппарата с иммобилизованными на ней дрожжевыми клетками, находящимися в угнетенном или автолизированном состоянии, виноматериал в процессе вторичного брожения обогащается аминокислотами, в связи с чем к концу процесса содержание аминного азота возрастает. Прирост аминного азота связан с тем, что аминокислоты в процессе вторичного брожения подвергаются разнообразным превращениям с образованием высших спиртов, кислот, эфиров и других, важных в органолептическом отношении соединений, во многом определяющих вкус и букет игристого вина.

Из приведенных данных видно, что при вторичном брожении в первом аппарате содержание высших спиртов увеличивается, однако при прохождении через зону насадки второго аппарата и выдержки в третьем аппарате их содержание заметно снижается. В то же время в этот период вторичного брожения концентрация эфиров увеличивается, что говорит о вовлечении высших спиртов в реакции этерификации.

В процессе вторичного брожения отмечается увеличение активности -фруктофуранозидазы. При прохождении через зону насадки активность фермента возрастает на 16 ед/дм3. Следовательно, в зоне насадки в результате длительной задержки дрожжевых клеток, создаются благоприятные условия для протекания процессов автолиза дрожжей.

Автолитические процессы способствовали повышению физикохимических свойств виноматериала в процессе вторичного брожения – устойчивости двусторонней пленки и пенообразующей способности, а следовательно, в установке созданы условия для получения вина с хорошими игристыми и пенистыми свойствами.

Таблица 6 - Изменение физико-химических и биохимических показателей виноматериала при вторичном брожении Показатель Бродильная Виноматериал из установки сахаров, г/дм спирта, % способность, с альдегидов, общие мг/дм -фруктофуранозидазы, ед/дм способность, с Сравнительный анализ образцов игристого вина марки «брют», произведенных по действующей и предлагаемой технологиям, показал (таблица 7) более высокие характеристики игристых и пенистых свойств в опытных образцах, что указывает на более благоприятные условия для формирования типичных свойств игристого вина. Это подтверждено и результатами органолептического анализа. В образце игристого вина, полученного по предлагаемой технологии, отмечены явно выраженные тона выдержки в букете и вкусе.

Разделение процессов вторичного брожения, имеющих место в первом аппарате установки, обогащение виноматериала биологически активными веществами во втором аппарате, заполненном свободно перемещающейся насадкой с постоянно обновляемой дрожжевой массой и выдержка виноматериала, обогащенного продуктами автолиза дрожжей в третьем аппарате, позволяет в значительной степени улучшить качественные показатели и типичные свойства игристого вина.

Таблица 7 - Сравнительные исследования физико-химических показателей игристого вина марки «брют»

1. Поверхностное 2. Динамическая двусторонних пленок, с 3. Показатель 4. Поглотительная 5. Массовая концентрация Изучение биохимических и физико-химических превращений в бродящем виноматериале при производстве игристых вин, в условиях интенсификации вторичного брожения, подтверждает возможность повышения качества игристых вин за счет разделения процессов брожения, автолиза и выдержки в предложенной бродильной установке непрерывного действия, аналогично этапам бутылочной шампанизации.

На основании проведенных исследований разработана технологическая инструкции на производство российского шампанского «Красная площадь».

2.2.4 Оптимизация температурных режимов обработки игристых вин холодом Температурный фактор играет значительную роль в производстве игристых вин. Известно, что изменение температурных условий среды в большой степени влияет на скорость и направленность физиологических процессов, осуществляемых дрожжами.

С целью обеспечения технологических параметров обработки игристого вина холодом нами исследовалась возможность управления полем температур виноматериала в резервуаре цилиндрической формы с «рубашкой», по которой циркулирует хладоноситель.