Кінетика утворення «шапки» при бродінні мезги

В.А. Виноградов, д.т.н., завідувач кафедри технологічного обладнання,
В.А. Загоруйко, д.т.н., проф., чл.-кор. НААН, заступник директора з наукової роботи (виноробство),
А.Ю. Макагонов, аспірант,
О.О. Садлаєв, старший науковий співробітник відділу технологічного обладнання,
Д.В. Ермолін, к.т.н., молодший науковий співробітник лабораторії ігристих вин
Національний інститут винограду і вина «Магарач»

КІНЕТИКА УТВОРЕННЯ «ШАПКИ» ПІД ЧАС БРОДІННЯ МОЗГИ

Наведено результати досліджень кінетики утворення «шапки» при бродінні мезги при виробництві червоних вин.

Ключові слова:мезга, «шапка», бродіння, кінетика утворення, апарат для бродіння.

Під час бродіння мезги при виготовленні вин червоним способом тверді частинки під впливом вуглекислого газу, що виділяється, переміщуються у верхню частину бродильного апарату і утворюють так звану «шапку», яка являє собою тіло пористої структури [1-3].

«Шапка» може бути в плаваючому або зануреному стані, якщо це передбачено конструкцією бродильного апарату. Під час бродіння він протистоїть проходженню вуглекислого газу. Насипна щільність «шапки» є величиною змінною і залежить від відношення діаметра поперечного перерізу до розміру колони бродильної маси [4, 5]. Встановлено, що при співвідношенні 0,2-0,4 для циліндричних посудин опір «ковпака» проходженню через нього вуглекислого газу досить великий. Це призводить до того, що тиск вуглекислого газу створює на ковпачок силу, яка перевищує сили маси і тертя пульпи об стінки посудини. В результаті «шапка» виштовхується з бродить маси. Відзначено, що на початковій стадії бродіння «шапка» формується відносно довго, а при повторному формуванні після перемішування вона утворюється протягом години і не залежить від ступеня зброджування сусла [4].
Актуальним завданням у виноробній промисловості є зниження енергоємності технологічних процесів та енергоємності застосовуваного технологічного обладнання. Попередні дослідження встановили, що енергія СО2, що виділяється під час бродіння, може бути використана для контролю руху «шапки», що утворюється під час бродіння мезги [5-9].
Установка, в якій пропонується використовувати енергію вуглекислого газу, складається з двох бродильних ємностей (камер), з'єднаних між собою нижніми частинами за допомогою короткого горизонтального відрізка труби великого діаметру, а також відвідної труби та електромагнітного клапана для випуску бродильних газів. Перша ємність відкрита, а друга опломбована. Герметичний резервуар оснащений електромагнітним клапаном і клапаном випуску повітря. Відкритий резервуар містить верхній і нижній датчики рівня, підключені до вимикача рівня, який керує електромагнітним клапаном. Ємності оснащені змішувальними пластинами, встановленими похило по хордах кіл.
Установка працює наступним чином. При відкритому повітрозпускному клапані мезгово-дріжджова суміш завантажується в першу відкриту ємність до заданого рівня, після чого клапан закривається. Після бродіння мезги відбувається її сепарація, при якій тверда фаза у вигляді «шапки» спливає на поверхню рідини. У першій відкритій ємності вуглекислий газ, що виділяється під час бродіння, викидається в атмосферу, а в другій герметичній ємності у верхній її частині накопичуються бродильні гази, створюючи надлишковий тиск. Під дією надлишкового тиску вуглекислого газу частина пульпи з другої ємності витісняється через ділянку горизонтальної труби великого діаметра в першу відкриту ємність. Після того, як пульпа в першому резервуарі підніметься до верхнього датчика рівня, спрацьовує перемикач рівня, який відкриває електромагнітний клапан, випускаючи вуглекислий газ із другого герметичного резервуару. Під впливом різниці рівнів пульпа у відкритому баку опускається, а в герметичному — піднімається. Після опускання пульпи до нижнього датчика рівня електромагнітний клапан закривається і процес повторюється за описаною схемою.
У кожному циклі руху через похилі пластини «шапка» мезги змішується з її рідкою фазою, збагачуючи останню екстрактивними речовинами. При цьому руйнуються заповнені газом порожнини в «шапці» м’якоті, що перешкоджає скисанню м’якоті та розвитку в ній патогенних мікроорганізмів.
При проектуванні ферментаційних установок цього типу для визначення місткості ферментаційного резервуару з урахуванням об’єму «шапки» та висоти установки змішувальних пластин важливо знати геометричні та кінетичні параметри «шапки», що утворюється при бродінні мезги.

Метою даної роботи було вивчення кінетики утворення «шапки» під час зброджування мезги червоних сортів винограду.

Об’єктом дослідження була м’якоть винограду сорту Каберне Совіньйон з масовою концентрацією цукрів 196 г/дм3; Сир з масовою концентрацією цукрів 191 г/дм3; Мерло з масовою концентрацією цукрів 220 г/дм3; Сапераві з масовою концентрацією цукрів 255 г/дм3 (АФ «Магарач», с. Віліно Бахчисарайського району; ДП «Чорномор’я», Ай-Даніль, АР Крим, 2011 р.).
Бродіння мезги проводили в градуйованих скляних посудинах місткістю 10 дм3. Відношення діаметра поперечного перерізу до розміру колони бродильної маси в дослідженнях становило 0,2-0,4.
У результаті досліджень встановлено сильний кореляційний зв’язок між часом утворення «шапки» та її висотою: для винограду сорту Сіра r = 0,974; для сорту винограду Каберне Совіньон r = 0,970; для сорту винограду Мерло - r = 0,819; для сорту винограду Сапераві - r = 0,817.
Встановлено регресійні залежності між висотою бродильної маси Н (мм) і часом утворення «шапки» t (год):
для винограду Сіра
H = But (1,0000 + 0,005638t - 0,00003614t2);
R2 = 0,9779;
для винограду Каберне Совіньон
H = But (1,0000 + 0,01510t - 0,0001664t2);
R2 = 0,9874;
для винограду Мерло
N = But (1,0000 + 0,001404t);
R2= 0,6712;
для винограду Сапераві
H = But (1,0000 + 0,001514t);
R2= 0,6676,
де Но – висота бродильної маси перед початком бродіння, мм.
Досліджено кореляцію між масовою концентрацією цукрів у суслі та максимальною висотою «шапки». Встановлено слабкий кореляційний зв’язок між цими показниками за шкалою Чеддока, коефіцієнт кореляції r = 0,216.
Аналіз отриманих даних свідчить про те, що під час зброджування мезги «шапка» відносно вихідної маси мезги збільшується у висоту на 16,1-32,9 %.
Отримані залежності будуть використані при проектуванні бродильних установок, призначених для виробництва червоних вин.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ