Подготовка бродильной смеси и шампанизация вина

В производстве шампанского особое внимание уделяется составу и качеству компонентов, входящих в бродильную смесь, а также различным способам ее обработки.

Эту обработку проводят с целью удаления из вина кислорода, снижения ОВ-потенциала, обогащения вина веществами, обладающими восстанавливающими свойствами, а также поверхностно-активными, букетистыми и вкусовыми веществами, улучшающими типичные качества шампанского.

Рядом исследований установлено, что при подготовке вина к шампанизации в нем протекают глубокие биохимические и физико-химические процессы, катализируемые ферментами. Эти процессы, тесно связанные с автолизом дрожжей, активируются термической обработкой.

Автолиз дрожжевых клеток в вине протекает в специфических условиях: при относительно низком рН, в присутствии спирта, кислот и ряда других веществ, влияющих на его ход. В таких условиях скорость автолиза невелика. Цитологические исследования показали [2], что в процессе выдержки вина на дрожжах уменьшаются размеры клеток, увеличивается зернистость их цитоплазмы и наблюдается ее коагуляция. С повышением температуры и продолжительности контакта вина с дрожжами ускоряется расход гликогена и волютина. По мере старения клеток в них накапливаются жировые вещества, уменьшается количество митохондрий, они становятся более крупными и беспорядочно располагаются по всей цитоплазме.

Биохимические изменения в дрожжевых клетках начинаются с нарушения белкового обмена, что приводит к уменьшению в дрожжах общего азота. При этом в вине накапливаются азотистые вещества, увеличивается количество аминокислот, а в дрожжах их становится меньше [1]. Наряду с аминокислотами в вино выделяются из дрожжей различные ферментные системы, кислоты, растворимые фосфорные соединения [18]. Эргостерин, присутствующий в структурных образованиях клетки, после выдержки дрожжей в вине переходит в свободное состояние, что связывают с гидролитическими реакциями, протекающими в дрожжах в процессе старения клеток.

Отмирание дрожжевых клеток в вине происходит при температуре 40 - 65°С. При этом наблюдается резкое увеличение содержания жировых веществ, цитоплазма становится плотной, блестящей, разрушаются ядерные, вакуольные и хондриосомные структуры. Пастеризация вызывает почти полное исчезновение волютина и уменьшение содержания гликогена в клетках.

Охлаждение вина с дрожжами до -5°С приводит к гибели около 30% дрожжевых клеток и переходу остальных в угнетенное состояние. После обработки холодом наблюдаются лишь небольшие структурные изменения клеток и менее глубокие превращения их содержимого [154].

При отмирании и автолизе нарушается клеточный метаболизм, барьерные функции клеточных мембран исчезают и в клетки начинают проникать отдельные компоненты вина. Внутриклеточный рН и состояние цитоплазматических гелей изменяются, активируются протеолитические ферменты [2].

В результате развития дрожжей из вина удаляется кислород, а продукты их автолиза обогащают вино ферментами, изменяют состав и физико-химические свойства в направлении, благоприятном для формирования качества шампанского. Помимо ассимиляции кислорода дрожжи предотвращают образование в вине перекисей, что препятствует развитию окислительных процессов, и являются источником окислительно-восстановительных систем с низким Eh, которые значительно понижают редокспотенциал вина [112].

При обескислороживании и термической обработке шампанских виноматериалов в них протекают ферментативные процессы. В результате каталитического действия ферментов изменяется состав азотистых веществ, альдегидов, высших спиртов, эфиров и других компонентов. Протеолитические ферменты вызывают гидролиз белков и накопление аминокислот, алкоголь- дегидраза способствует ускорению реакции дегидрирования этанола и накоплению ацетальдегида при подбраживании. Установлено, что в процессе обескислороживания купажа снижается активность в-фруктофуранозидазы, сукцинат- и лактатдегидрогеназы. Наиболее интенсивное понижение активности этих ферментов наблюдается при подбраживании, вследствие адсорбции ферментов размножающимися дрожжевыми клетками. При длительной выдержке купажа на дрожжах активность ферментов увеличивается. При обескислороживании повышается также активность глютамат- и аланиндегидрогеназы [18].

Рядом исследований установлено, что важнейшим фактором, от которого зависит интенсивность автолиза дрожжей в вине, является температура. В связи с этим термическая обработка вина с дрожжами приобрела большое значение в современном производстве шампанского. Обработки теплом и холодом способствуют протеканию ряда биохимических и физико-химических процессов, в результате которых активируется автолиз дрожжевых клеток и переход их компонентов в вино.

Термическая обработка вина существенно влияет на активность ферментов. Активность протеиназы и (β-фруктофуранозидазы сохраняется при повышении температуры до 30-40°С, с дальнейшим ростом температуры она понижается, причем особенно резко при 50-60°С и выше [4]. Чем больше температура тепловой обработки обескислороженного купажа, тем раньше ферменты начинают инактивироваться, поэтому, чем выше температура нагревания купажа, тем меньшей должна быть продолжительность тепловой обработки.

Так, обработка купажа теплом с дрожжами и без дрожжей усиливает восстановительные свойства вина тем сильнее, чем выше температура и продолжительнее ее воздействие (рис. 20, 21).

Рис. 20. Изменение активности протеиназы при термической обработке обескислороженного купажа с дрожжами: 1 - 30°С; 2 - 40°С; 3 - 50°С; 4 - 60°С

Рис. 21. Изменение активности β-фруктофуранозидазы при термообработке обескислороженного купажа с дрожжами: 1 - 30°С; 2 - 40°С; 3 - 50°С; 4 - 60°С

Изменение азотистых веществ вина при обескислороживании биологическим способом и последующей термической обработке имеет существенное значение, так как они влияют на формирование вкусовых и букетистых качеств шампанского, способствуют образованию и сохранению в нем связанных форм, углекислоты, улучшению игристых и пенистых свойств (рис. 22). При биологическом обескислороживании уменьшается содержание общего, аминного и аммиачного азота [54] вследствие потребления азотистых веществ размножающимися дрожжевыми клетками. В наибольшем количестве ими ассимилируются аминокислоты: лизин, аргинин, гистидин, аланин, глютаминовая кислота и лейцины. После перехода дрожжевых клеток в угнетенное состояние наблюдается обратное явление - возрастание содержания аминокислот вследствие ферментативного гидролиза белковых веществ вина.

Рис. 22. Зависимость устойчивости пены от содержания в вине аминокислот: 1 - аргинина; 2 - глютаминовой кислоты; 3 - лизина; 4 - глицина

Количество белкового азота в этот период уменьшается.

Нагревание бродильной смеси способствует тепловому автолизу дрожжей, в результате чего в вине увеличивается количество азотистых веществ в связи с накоплением аминокислот. Белки и аминокислоты вступают в реакцию меланоидинообразования, поэтому их содержание в вине уменьшается. В зависимости от того, какой из этих двух процессов преобладает, концентрация аминокислот увеличивается или уменьшается. При температуре до 40°С сахароаминные реакции протекают медленно, в связи с чем происходит накопление аминокислот. Этому способствуют благоприятные условия для действия протеаз, вызывающих ускоренный распад белковых веществ. Температура 65°С, при которой проводят пастеризацию купажа, способствует возрастанию скорости образования меланоидинов, что вызывает уменьшение содержания аминокислот в вине. Пастеризация приводит к инактивации протеаз, вследствие чего ферментативный гидролиз белков резко уменьшается и накопление аминокислот замедляется [5].

По современным представлениям, реакция меланоидинообразования - сложный окислительно-восстановительный процесс взаимодействия аминосоединений (имеющих свободные аминные группы) с веществами, содержащими свободные карбонильные группы (или гликозидный гидроксил), сопровождающийся появлением промежуточных соединений, а затем - высококонденсированных азотсодержащих красящих веществ и небольших количеств CO₂, NH₃ и воды. Летучие промежуточные соединения этой реакции, в основном альдегиды, обусловливают аромат пищевых продуктов. При меланоидинообразовании в продуктах уменьшается содержание Сахаров, азотсодержащих веществ и снижается рН.

Реакция идет как в кислой, так и в щелочной средах [120].

Содержание высококипящих сложных эфиров при обескислороживании и термической обработке купажа увеличивается в результате реакции этерификации и перехода их из автолизирующих дрожжевых клеток. Происходят также изменения в количественном соотношении отдельных эфиров, в частности уменьшается содержание нежелательного этилацетата благодаря ферментативному гидролизу [18]. В процессе подбраживания увеличивается содержание высших спиртов, однако при последующей выдержке с дрожжами оно уменьшается вследствие протекания реакции этерификации. Образующиеся при этом сложные эфиры улучшают вкус и физико-химические свойства купажа.

При температуре до 50°С синтез эфиров катализируется ферментами, при более высокой температуре - химическим путем.

Установлено, что углеводы, присутствующие в вине, понижают интенсивность биохимических превращений, в связи с чем термическую обработку купажа с дрожжами рекомендуется проводить без ликера. Тепловая обработка без ликера способствует увеличению активности протеиназы, общего содержания азотистых веществ и улучшению некоторых физико-химических свойств купажа.

Особенности шампанизации вина непрерывным способом диктуют необходимость изыскания новых, наиболее совершенных приемов обработки купажа и бродильной смеси. Особое место при этом уделяют вопросам обескислороживания и термической обработки вина в период подготовки его к шампанизации.

Термическая обработка вина как эффективный способ ускоренного созревания, улучшения вкусовых и ароматических свойств, а также обеспечения его биологической, биохимической и физико-химической стабильности нашла широкое применение в винодельческой промышленности.

Подготовка бродильной смеси. В решении проблемы термического воздействия на вино ведущая роль принадлежит советским энологам. Фундаментальные исследования М. А. Герасимова, А. Л. Сесиашвили, П. Н. Унгуряна, Н. С. Охременко, Г. Г. Агабальянца, В. И. Нилова, А. К. Родопуло, А. А. Преображенского, Б. В. Липиса, 3. Н. Кишковского и других ученых позволили раскрыть сущность многообразных процессов, происходящих в вине при его нагревании и охлаждении.

М. А. Герасимов [37, 36] впервые показал, что при тепловой обработке вина интенсифицируются окислительно-восстановительные процессы, происходит коагуляция термолабильных, в частности белковых, веществ, а также образование меланоидинов вследствие взаимодействия аминокислот с сахарами.

При этом в условиях высокой температуры и длительной выдержки в присутствии растворенного кислорода усиливаются окислительные процессы, в связи с чем плодовый аромат и вкус крепленого вина постепенно трансформируются в мадерные.

Таким образом, характер изменений, происходящих при нагревании вина, обусловливается наличием в нем растворенного кислорода, в присутствии которого усиливаются окислительные процессы. При отсутствии кислорода преобладают восстановительные процессы.

В первом случае, как считает М. А. Герасимов, создаются условия для созревания вина, во втором - для его старения.

Установлено [84], что формирование органолептических свойств вина при тепловой обработке сопровождается значительными физико-химическими и биохимическими изменениями его состава. Выявлена динамика ОВ-потенциала, рН, интенсивности окраски, содержания растворенного кислорода, азотистых, дубильных и красящих веществ, некоторых витаминов, летучих веществ вина, а также меланоидинов. При этом показано, что сахароаминная реакция является одним из основных процессов, оказывающих существенное влияние на органолептические свойства крепленого вина. Глубину прохождения этой реакции можно регулировать сернистым ангидридом. Сульфитация вина до нагревания предупреждает интенсивное образование и накопление меланоидинов. Показано, что обработка холодом приводит к заметным изменениям составных веществ вина. Эти изменения находятся в зависимости от режимов охлаждения и могут вызывать значительную убыль виннокислых солей, дубильных и красящих веществ, азота и веществ, находящихся в коллоидном состоянии. При комбинированной термической обработке удаление из вина избытка указанных веществ происходит более полно и в более короткие сроки в том случае, если охлаждение предшествует нагреванию.

Однако ряд вопросов применительно к условиям производства Советского шампанского оставался недостаточно изученным.

В связи с теоретическим и практическим значением этой проблемы на заводах шампанских вин резервуарного способа производства в нашей стране с 1950 г. стали проводиться производственные испытания различных режимов термической обработки купажей с целью повышения качества продукции.

Систематические исследования различных режимов термической обработки купажей были начаты на Московском заводе шампанских вин в 1953 г. [26].

Шампанское, приготовленное из купажей, подвергавшихся термической обработке, и контрольное сравнивали органолептически и по объективным физико-химическим показателям. Результаты исследований показали, что шампанское, приготовленное из купажей, обработанных только холодом, практически не отличалось от контрольного. Предварительная обработка купажей холодом и теплом или только теплом обусловила незначительное повышение качества готового продукта (на 0,05-0,15 балла по сравнению с контрольным).

Наивысшую органолептическую оценку получил образец шампанского, приготовленного из купажа, обработанного холодом и нагретого затем с дрожжевой гущей (осадочные акратофорные дрожжи +1,5% дрожжевой разводки). Шампанское характеризовалось тонким, хорошо развитым букетом, гармоничным вкусом, обильным вспениванием и длительным выделением мелких пузырьков углекислого газа. По данным Центральной дегустационной комиссии, этот образец шампанского был оценен на 0,5 балла выше контрольного.

Однако, несмотря на полученные положительные результаты, применение при термической обработке купажей осадочных дрожжей и тем более специальных дрожжевых разводок экономически нецелесообразно. Поэтому в дальнейшем термической обработке подвергали купажи, обогащенные продуктами естественного автолиза дрожжей, совместно с резервуарным ликером в количествах, необходимых для данной марки шампанского.

Термическая обработка купажей, содержащих лизатные виноматериалы, с ликером существенно повышает качество резервуарного шампанского, причем степень улучшения букета и вкуса зависит от количества введенных в купаж лизатных материалов (табл. 13).

Как видно из данных таблицы, наиболее эффективна тепловая обработка лизатных виноматериалов.

Улучшая вкусовые и букетистые качества готовой продукции, термическая обработка виноматериалов оказывает также существенное влияние на ее физико-химический состав. Особо следует отметить, что шампанское, приготовленное из лизатных виноматериалов с предварительной термической обработкой, характеризуется более высокими игристыми свойствами (рис. 23).

Рис. 23. Изотермы выделения CO₂ из шампанского: 1 -полученного из виноматериала без термической обработки (контроль); 2 - из лизатных виноматериалов без термической обработки; 3 - из лизатных виноматериалов с предварительной термической обработкой

Повышение игристых свойств можно объяснить в основном увеличением при нагревании количества защитных коллоидов, препятствующих коалесценции микроскопических пузырьков углекислого газа и, следовательно, удлиняющих процесс игры шампанского.

Проведенные исследования позволили установить описываемый ниже режим термической обработки. Купаж совместно с ликером (акратофорная смесь) направляли в один из специально оборудованных резервуаров с перемешивающим устройством. Предварительно воздух из резервуара и системы трубопроводов вытесняли углекислым газом. Смесь нагревали в течение 3- 5 ч до 50-55°С, при этой температуре выдерживали 16-18 ч, затем охлаждали до 12-13°С и давлением CO₂ переводили через фильтр на вторичное брожение в акратофор, в который предварительно вводили дрожжевую разводку.

Таким образом, внедрение термической обработки купажей вместе с ликером позволило улучшить качество резервуарного шампанского, изготовляемого периодическим способом, и увеличить его стабильность.

Вместе с тем исследования показали, что тепловая обработка акратофорной смеси не всегда обеспечивала улучшение качества шампанского. Как было установлено, это происходило в тех случаях, когда смесь перед нагреванием содержала кислород воздуха. Поэтому в производстве шампанского особое внимание стали уделять обескислороживанию вина перед шампанизацией. Проблему полного обескислороживания купажа непосредственно перед вторичным брожением и осуществление его в строго анаэробных условиях впервые практически удалось разрешить лишь при внедрении способа шампанизации вина в непрерывном потоке.

Еще в 1943 г. А. М. Фролов-Багреев указывал [150], что нормальный цвет шампанского нарушается при избыточном окислении вина в процессе производства и что это приводит к появлению в окраске неприятных чайных и рыжих тонов, а также накоплению альдегидов, ухудшающих букет шампанского.

Как отмечалось, М. А. Герасимов в 1950 г. обратил особое внимание на роль кислорода при нагревании виноматериалов.

Установлено, что при нагревании шампанских виноматериалов и акратофорной смеси в присутствии кислорода воздуха происходят глубокие изменения химического состава вина, вследствие чего качество шампанского значительно ухудшается. При нагревании вина в присутствии кислорода окисляются витамины, в частности аскорбиновая кислота, которая дегидрируется хинонами в дегидроаскорбиновую кислоту. В присутствии двухвалентного железа легко окисляются органические кислоты, например винная, яблочная, лимонная, а также аминокислоты и дубильные вещества. Последние окисляются в хиноны, продукты конденсации которых придают вину интенсивный желто-соломенный цвет [114].

Исследования показали, что купаж при перемещении его с помощью насоса и фильтрации обогащается кислородом воздуха в зависимости от условий в среднем до 3-5 мг/л. Поэтому проблема удаления растворенного кислорода из вина перед его термической обработкой приобрела особое значение. Изучение этой проблемы было продолжено и другими заводами шампанских вин. Так, в условиях производства шампанского периодическим способом на Киевском заводе в 1957 г. были проведены опытные работы по следующей схеме [129]. Приготовленную принятым способом акратофорную смесь (купаж + ликер) направляли в акратофоры с оставшейся в них дрожжевой гущей (6-8 дал) после розлива шампанского [71]. В процессе подбраживания акратофорной смеси растворенный в ней кислород полностью потреблялся дрожжами в течение 6-7 сут. При этом среднесуточное потребление кислорода дрожжами составляло 0,9 - 1,1 мг/л.

Обескислороженную биологическим способом акратофорную смесь обрабатывали теплом при 40-45°С в течение 48 ч, охлаждали до 16-18°С и после введения предварительно аэрированной дрожжевой разводки подвергали шампанизации. Контролем служили партии шампанского, приготовленного из акратофорной смеси, обработанной теплом по ранее установленному режиму (50 - 55°С с выдержкой 5 ч без предварительного обескислороживания), а также из акратофорной смеси без обескислороживания и термической обработки.

После окончания брожения шампанское охлаждали до минус 4,5 - 5,0°С, выдерживали при этой температуре в течение 2 сут и разливали в бутылки, из которых воздух вытесняли углекислым газом.

Данные химических и органолептических исследований контрольного и опытного образцов готового шампанского приведены в табл. 14.

Исследования показали, что биологическое обескислороживание бродильной смеси с последующим ее нагреванием до 40 - 45°С в течение 48 ч создает благоприятные условия для усиления восстановительных процессов, способствующих получению готового продукта более высокого качества.

Однако многократное использование остаточных дрожжей приводило к глубокому автолизу дрожжевых клеток и настолько усиливало восстановительные процессы, что дрожжи восстанавливали сернистые соединения до сероводорода, поэтому после пяти-шести оборотов акратофор необходимо было вскрывать и после удаления дрожжевой гущи тщательно мыть. Следует отметить также, что при проведении обескислороживания смеси в акратофорах в течение 7 - 10 дней оборачиваемость их снижалась на 25 - 30%. С учетом этого еще в 1957 г. была разработана и внедрена в производство более рациональная схема биологического обескислороживания вина в специальных цистернах с перемешивающими устройствами [129]. По этой схеме купаж из цеха виноматериалов перекачивали в цистерны, вводили 2% дрожжевой разводки и 0,5% сахара в виде ликера. После полной ассимиляции кислорода дрожжами в течение 4 - 6 сут купаж нагревали до 40°С, выдерживали при этой температуре 48 ч, охлаждали до 16 - 18°С, затем вводили необходимые количества ликера и дрожжевой разводки. Смесь самотеком или под давлением CO₂ поступала в акратофор для вторичного брожения.

Дальнейшие исследования были посвящены проблеме использования автолизатов дрожжей в производстве шампанского. Как отмечалось, шампанское, приготовленное из лизатных виноматериалов, характеризовалось более высокими вкусовыми и букетистыми свойствами. Это явилось предпосылкой к изучению возможности искусственного получения автолизатов дрожжей и последующего их введения в акратофорную смесь.

Для интенсификации биохимических процессов и повышения качества резервуарного шампанского в акратофорную смесь вводили специально приготовленные автолизаты дрожжей, содержащие не только активный комплекс ферментов, но и другие биологически активные вещества. Однако при шампанизации вина значительная часть их адсорбируется, а также ассимилируется дрожжами преимущественно в первые дни бурного развития. Вследствие непродолжительности процесса шампанизации адсорбированные дрожжами ферменты не успевают перейти в шампанизированное вино и тем более принять активное участие в биохимических превращениях, обусловливающих повышение качества шампанского. Поэтому позднее было принято решение вносить дрожжевые автолизаты в конце брожения, что сохраняло их в растворенном состоянии и создавало благоприятные условия для бурного протекания ферментативных реакций в отсутствие кислорода.

Производственные опыты по применению автолизатов из хлебопекарных дрожжей проводились Институтом биохимии им. A. H. Баха АН СССР [109].

Для приготовления автолизатов хлебопекарные прессованные маточные дрожжи смешивали с предварительно прокипяченной и охлажденной водопроводной водой в соотношении 10:1. На загрузку одного акратофора использовали 5 кг дрожжей и 500 мл воды. После тщательного перемешивания дрожжей с водой смесь помещали в термостат при температуре 48°С на 2 сут. По истечении этого времени дрожжи практически полностью автолизировались. Шампанизацию вина с использованием автолизатов проводили в присутствии и в отсутствие кислорода.

Схема проведения опытов в отсутствие кислорода была следующей. В акратофор специальной конструкции, который выдерживал давление до 1,6 МПа, загружали акратофорную смесь с дрожжами. Когда давление углекислого газа в нем достигало 0,3 МПа и растворенный в вине кислород полностью ассимилировался дрожжами, вводили ферментные препараты. После окончания брожения шампанизированное вино нагревали до 30°С и выдерживали при температуре нагрева в течение 10 сут. Давление в акратофоре при этом достигало 1,2 МПа. Затем вино охлаждали до минус 4,5 - 5,0°С, выдерживали 48 ч и разливали в бутылки, предварительно заполненные CO₂.

Во второй акратофор, обычной конструкции, загружали акратофорную смесь с дрожжами, оставляя камеру в 50 дал, которую заполняли углекислым газом. К концу брожения вводили ферментные препараты, затем шампанизированное вино нагревали до 30°С и выдерживали в течение 10 сут при температуре нагрева. Дальнейшую обработку и розлив шампанизированного вина проводили принятым способом.

В третьем акратофоре шампанизации подвергали акратофорную смесь, прошедшую предварительное биологическое обескислороживание. С этой целью в купаж вводили 2% дрожжевой разводки и сахара 0,4 г на 100 мл в виде ликера. Затем обескислороженную смесь нагревали в том же акратофоре до 40°С, выдерживали в течение 48 ч, охлаждали до 15°С, повторно вводили необходимое количество дрожжевой разводки и ликера. После окончания брожения шампанизированное вино подвергали дальнейшей обработке и розливу принятым способом.

Четвертый акратофор загружали по той же схеме, что и третий, однако в акратофорную смесь кроме дрожжевой разводки вводили еще и ферментные препараты.

Пятый акратофор загружали по схеме, принятой для четвертого, исключая тепловую обработку акратофорной смеси.

Для проведения опытов в присутствии кислорода было загружено три акратофора. В первый акратофор (контрольный) смесь загружали без добавления автолизатов по технологии, принятой на заводе. Количество растворенного кислорода при этом составляло 5,7 мг/л. Второй акратофор загружали так же, но с добавлением 5 л ферментного препарата в присутствии 5,4 мг растворенного кислорода на 1 л. В третьем акратофоре, загруженном таким же способом, после внесения ферментного препарата акратофорную смесь нагревали до 40°С в течение 48 ч в присутствии 5,6 мг кислорода на 1 л.

Данные химического анализа и органолептические оценки шампанского приведены в табл. 15.

Шампанское, приготовленное без автолизатов в присутствии кислорода, получило оценку 8,1 балла, а при отсутствии кислорода с автолизатами, внесенными в начале брожения,- 8,9 балла.

Оценку 9,1 балла получило шампанское с автолизатами, внесенными в конце брожения.

При шампанизации вина с автолизатами в отсутствие кислорода в шампанском наблюдается снижение величины редокспотенциала по сравнению с вином, шампанизируемым без автолизатов в присутствии кислорода. Уменьшение редокспотенциала, возможно, следует отнести за счет автолизатов, содержащих цистеин, глютатион и другие восстанавливающие вещества.

Если в акратофорную смесь, которая содержит большое количество растворенного кислорода, вводить автолизаты, то глютатион, цистеин и другие восстанавливающие вещества быстро окисляются, в результате чего не наблюдается существенного снижения величины редокспотенциала.

Проведенными исследованиями было установлено, что целесообразнее вводить автолизаты в акратофорную смесь в конце брожения или применять предварительное обескислороживание вина и уже в среду, лишенную свободного кислорода, вводить автолизаты. Проведение технологического процесса по указанной схеме обеспечивало снижение величины редокспотенциала с 470 до 250 мВ. Как показали исследования, введение в акратофорную смесь автолизатов дрожжей способствует обогащению шампанского витаминами, преимущественно B₁ (тиамин) и B₂ (рибофлавин). Присутствие их, особенно последнего, повышает интенсивность размножения дрожжей и брожения, а также способствует увеличению размеров клеток.

Представляло определенный интерес и изучение состава аминокислот шампанского, приготовленного по различным технологическим схемам. Содержание аминокислот определяли по методу H. М. Сисакяна и Э. H. Безингер [131].

Если в акратофорной смеси до шампанизации было обнаружено 14 аминокислот, то после вторичного брожения по обычно принятой схеме число их уменьшилось до 10. Характерно, что при шампанизации в присутствии растворенного кислорода дрожжи ассимилировали лизин, аспарагиновую, глютаминовую и ν-аминомасляную кислоты. Количество аминокислот, за исключением пролина, заметно уменьшается.

В образце шампанского, приготовленном с предварительным подбраживанием акратофорной смеси и последующим нагреванием при 40° С в течение 48 ч, по сравнению с образцом, полученным по обычной технологии, число аминокислот увеличилось до 15.

Шампанское, приготовленное по предыдущей схеме, но с добавлением автолизатов в начале брожения, содержало 16 аминокислот. И, наконец, в шампанском, приготовленном в акратофоре специальной конструкции, в который автолизаты вносили в конце брожения, было 17 аминокислот. Необходимо отметить, что размер пятен в этом образце значительно больше, чем в шампанском, приготовленном по другим вариантам. Таким образом, качественный и количественный состав аминокислот в шампанском колеблется в зависимости от принятой технологии.

В присутствии цистеина и глютатиона в вине образуются новые окислительно-восстановительные системы: цистин - цистеин с редокспотенциалом минус 140 мВ; восстановленный глютатион - окисленный глютатион с редокспотенциалом минус 40 мВ. Эти системы снижают редокспотенциал вина и способствуют ускорению процессов формирования шампанского.

Было установлено, что использовать ферментные препараты наиболее целесообразно в отсутствие кислорода и при низком значении редокспотенциала вина. В этих условиях окисления цистеина, глютатиона и других аминокислот, которые содержатся в автолизатах, не происходит.

При внесении ферментных препаратов в конце брожения угнетенные дрожжи не способны адсорбировать из вина ферменты и ассимилировать аминокислоты и другие соединения. Нагревание обогащенного ферментами вина и выдержка его при 30°С усиливают ферментативные процессы, которые способствуют образованию специфических веществ, улучшающих вкус и букет шампанского.

Следующим этапом проведения исследований при подготовке вина к шампанизации было установление целесообразности обработки купажей холодом.

Опытные и контрольные образцы шампанского были подвергнуты испытанию на устойчивость против кристаллических помутнений в течение 30 сут при резких колебаниях температуры от плюс 18°С до минус 3°С. В этих условиях никаких признаков нарушения прозрачности вина не было установлено.

Вместе с тем обработка купажей холодом перед шампанизацией вызывает интенсивное обогащение вина кислородом, усиление окислительных реакций и появление тонов переокисленности.

Результаты предварительных исследований подготовки бродильной смеси к шампанизации вина в резервуарах периодического действия явились основанием для разработки аппаратурно-технологической схемы приготовления ее применительно к условиям непрерывной шампанизации. Эта схема, осуществляемая первоначально периодическим, а затем непрерывным способом, была применена, как отмечалось, при эксплуатации типовой установки.

Купаж, прошедший технологическую обработку (без отдыха), непрерывно с помощью насоса подавали в систему последовательно соединенных специальных резервуаров. Во всасывающую линию насоса с заданной скоростью вводили разводку дрожжей и резервуарный ликер из расчета получения в готовой смеси 0,2-0,3 г на 100 мл сахара и 2-3 млн. дрожжевых клеток на 1 мл. Смесь, проходя через резервуары, обескислороживалась биологическим способом. Для равномерного диспергирования дрожжей в резервуарах имелись перемешивающие устройства. При таких условиях процесс полного обескислороживания длился 4-5 сут (при исходном содержании кислорода в купаже 4 мг/л).

Число клеток дрожжей к концу процесса достигало 8-10 млн./мл. В течение этого времени происходило интенсивное потребление размножающимися дрожжами почти всех аминокислот. Снижалось содержание витаминов и других биологически активных веществ, а количество альдегидов возрастало в 1,5 - 2,0 раза.

Для усиления автолитических процессов обескислороженное вино вместе с дрожжами подвергали термической обработке при температуре 40 - 45°С с последующей выдержкой в течение 48 ч. Этот технологический прием, хотя и обеспечивал определенный качественный эффект, имел в основном вынужденный характер. Дрожжи подвергались воздействию высокой, не свойственной их жизнедеятельности температуры. Тепловой автолиз приводил к усилению восстановительных процессов, тем не менее окислительно-восстановительный потенциал все еще оставался довольно высоким. Количественный и особенно качественный состав аминокислот восстанавливался не полностью. Некоторые другие объективные показатели качества вина не достигали своего уровня в исходном купаже. Очевидно, это происходило в основном вследствие того, что в автолитических процессах, искусственно вызываемых термической обработкой обескислороженного вина с дрожжами, принимали участие лишь 8-10 млн. дрожжевых клеток на 1 мл, увеличение концентрации дрожжей при этой схеме обескислороживания практически невозможно.

В обработанный при температуре 40-45°С купаж непрерывно вводили резервуарный ликер и с целью пастеризации температуру бродильной смеси повышали до 50 - 55°С, выдерживали смесь в течение 2 - 3 ч, охлаждали до технологической температуры и после фильтрации направляли на шампанизацию [127].

В дальнейшем принятые в указанной схеме режимы были подвергнуты существенным изменениям, главным образом в связи с разработкой ускоренного способа биологического обескислороживания [128].

Сущность этого способа заключается в интенсификации микробиологических и биохимических процессов, происходящих при обескислороживании и последующей выдержке и обработке вина, обогащенного биологически активными веществами.

Обескислороживание вина по новому способу осуществляют в вертикальном аппарате (ферментере) с наполнителями. В нижнюю часть ферментера непрерывно подают купаж без резервуарного ликера и дрожжевую разводку из расчета получения в смеси 2 - 3 млн. клеток на 1 мл. Во время длительной эксплуатации установки количество дрожжей, поступающих на обескислороживание, сокращают и устанавливают в зависимости от их естественной убыли, т. е. выноса и отмирания. На поверхности наполнителей происходит практически полная задержка дрожжей, поступающих с потоком вина. Наличие наполнителей значительно увеличивает поверхность контакта вина с дрожжами.

Процессы, происходящие внутри ферментера, по своей направленности условно могут быть разделены на две стадии. В нижней зоне превалирует биологическое окисление органических веществ дрожжами с участием кислорода, растворенного в вине. В верхней зоне в результате создания анаэробных условий углеводы и другие питательные вещества используются слабее. Размножение дрожжей при этом практически прекращается. Высокая концентрация их в сочетании с анаэробными условиями среды интенсифицирует ферментативные процессы без воздействия высокой температуры. Следует отметить, что преимущественно в верхней зоне ферментера происходит накопление аминокислот и одновременное превращение их жизнедеятельными дрожжами, непрерывно поступающими с потоком обескислороженного вина. Особый интерес при этом представляет анаэробный метаболизм дрожжей, для которого наиболее характерно осуществление реакций сопряженного окисления - восстановления без участия кислорода. Обескислороженный по этому способу купаж характеризуется более низким окислительно-восстановительным потенциалом, повышенной восстановительной способностью и незначительным содержанием альдегидов; заметно уменьшается интенсивность его окраски и улучшаются органолептические свойства.

Применение ускоренного способа биологического обескислороживания исключило необходимость специального введения сахара в купаж в виде резервуарного ликера. Высокая концентрация дрожжей в сочетании с отсутствием сахара в среде и анаэробными условиями стимулирует усиление автолитических процессов без воздействия высоких температур, что позволило исключить необходимость термической обработки обескислороженного купажа при 40-45°С.

С целью установления оптимального режима были изучены некоторые процессы при ускоренном биологическом обескислороживании в зависимости от расхода купажа, температуры, продолжительности эксплуатации ферментера и других факторов [48].

Отбор проб проводили в центральной и периферийной зонах нижнего, среднего и верхнего уровней ферментера. Для анализов использовали методы, принятые в энохимии. Содержание кислорода определяли полярографически.

В табл. 16 приведены средние данные результатов исследований в зависимости от расхода купажа.

Существенно, что потребление кислорода дрожжами (определения проводили на одном Купаже) практически полностью заканчивается в течение первых 3-5 ч прохождения вина через ферментер. Даже при максимальном поступлении купажа (расходе) - 100 дал/ч - в средней зоне лишь в отдельных случаях обнаруживали следы кислорода. При этом несколько возрастал вынос дрожжей с потоком обескислороженного вина.

При расходе 20 дал/ч в нижней зоне, где кислород, как правило, не обнаруживался, имеет место лишь незначительное увеличение количества альдегидов, образуемых дрожжами. В средней и верхней зонах восстановительные процессы усиливаются, о чем свидетельствует значительное снижение ОВ-потенциала (более чем на 50 мВ) и увеличение восстановительной способности вина. Содержание альдегидов при этом снижается не только по сравнению с нижней зоной, но и с исходным купажом.

Увеличение расхода до 50 дал/ч, т. е. в 2,5 раза, обусловливает наличие остаточного кислорода в нижней зоне 2,1 мг/л, а увеличение расхода до 100 дал/ч - 2,8 мг/л.

Скорость потребления кислорода при указанных расходах на 1 дал обрабатываемого вина соответственно равна 260, 300 и 370 мг/л в час.

Характеристика процесса биологического обескислороживания купажа в зависимости от производительности установки

Таким образом, установлено, что с повышением производительности ферментера удельная скорость потребления кислорода существенно возрастает. Это, очевидно, объясняется интенсификацией обменных процессов дрожжевых клеток, в частности усилением энергии дыхания в результате увеличения кратности обмена среды.

В средней и верхней зонах создаются полностью анаэробные условия, что обеспечивает усиление восстановительных функций дрожжей. При этом происходит дальнейшее снижение ОВ-потенциала и накопление редуктонов. Содержание альдегидов, достигая исходного в купаже, также снижается.

Показатели, характеризующие качество виноматериалов по выходе из ферментера, при расходе 20 и 50 дал/ч очень близки.

Увеличение расхода до 100 дал/ч обеспечивает процесс обескислороживания, однако количество альдегидов возрастает, а ОВ-потенциал и восстановительная способность изменяются незначительно. В условиях проведенного опыта наиболее эффективная производительность составляет 50 дал/ч.

При указанном режиме в средней зоне преобладают восстановительные реакции, которые еще более усиливаются в верхней зоне. Виноматериал после обескислороживания обладает большим запасом редуктонов, заметно улучшаются вкус, аромат и окраска.

В результате длительного экспериментирования было установлено, что оптимальная удельная поверхность наполнителей - 20 м² на 1 дал вина, поступающего на обескислороживание в течение часа, а продолжительность прохождения вина через ферментер - не менее 10 ч.

Изучалось влияние температуры на процесс ускоренного обескислороживания при оптимальной производительности (50 дал/ч). Полученные результаты приведены в табл. 17.

OB-потенциал при температуре 20- 22°С снижается в среднем на 14 мВ, а при 10-12°С - на 47 мВ. Восстановительная способность при повышенной температуре увеличивается в 1,7 раза, а при более низкой - в 2,1 раза.

Высокая температура несколько увеличивает скорость связывания кислорода в результате усиления дыхательной функции дрожжей, а также окислительных процессов. Последнее приводит к нежелательным изменениям компонентов вина, ухудшению аромата и вкуса.

Микробиологические исследования показали, что ведение процесса обескислороживания при повышенной температуре создает благоприятные условия для развития инфицирующей микрофлоры. В частности, молочнокислые бактерии, вызывая яблочно-молочное брожение, приводят к изменению состава органических кислот. Титруемая кислотность при этом существенно снижается. Вместе с тем яблочно-молочное брожение сопровождается дополнительным выделением углекислоты, способствующей значительному выносу дрожжевых клеток [101, 140],

При пониженной температуре происходит снижение содержания альдегидов в 1,6 раза и увеличение количества амицного азота в 1,4 раза. При более высокой температуре содержание альдегидов практически не изменяется, а аминного азота уменьшается в 1,3 раза.

Таким образом, при температуре 20-22°С несколько усиливаются окислительные процессы и интенсифицируется потребление азотистых веществ энергично размножающимися микроорганизмами. Поэтому процесс ускоренного обескислороживания необходимо проводить при температуре не выше 10-12°С. Такие температурные условия согласуются с, рекомендованными при выдержке сброженных виноматериалов на дрожжах для получения высококачественных столовых белых вин.

Для биологического обескислороживания в отличие от процесса шампанизации представляет интерес использование не только холодостойких рас дрожжей, но и культуры, обладающей повышенной энергией дыхания и восстановительной способностью.

При длительной эксплуатации установки (в течение нескольких лет) выявленная в первые месяцы закономерность сохраняется, отмечается даже усиление в средней и особенно в верхней зонах действия восстанавливающих систем, обусловливающих направленное изменение физико-химических показателей и существенное улучшение качества вина [48].

Как отмечалось, в основу биологического обескислороживания виноматериалов в потоке по новой схеме положена дыхательная функция дрожжей, которые используют химическую энергию углеводородов и других органических соединений. Эта энергия освобождается при их распаде в процессе дыхания за счет реакций окислительного фосфорилирования с помощью ферментных систем. Дыхание - важнейший источник разнообразных лабильных соединений, которые образуются в качестве промежуточных продуктов и служат исходным материалом для осуществления многочисленных реакций обмена, обеспечивающих рост, развитие и размножение дрожжей. В процессе обескислороживания купажа дрожжи используют кислород среды в качестве дополнительного источника энергии. Молекулярный кислород, активируемый дыхательными ферментными системами, участвует в окислении органических соединений и других компонентов среды и способствует более полному и быстрому обмену веществ, что влечет за собой значительные изменения морфологических и физиологических особенностей дрожжевой клетки.

Химический состав виноматериалов и биологические процессы, происходящие при подготовке их к шампанизации, в значительной степени определяют качество готового шампанского.

В связи с отсутствием литературных данных о жизнедеятельности дрожжей, культивируемых на средах в отсутствие сахара, изучены некоторые физиологические свойства дрожжей и выявлены факторы, влияющие на их функциональную жизнедеятельность. Как известно, наиболее важными факторами, влияющими на физиологическую активность дрожжей, являются состав питательной среды, температурный режим, а также концентрация и возраст клеток.

В аппарате Варбурга были поставлены опыты по изучению энергии дыхания, размножения и брожения дрожжей.

Исследования проводили на естественных и искусственных средах при различной температуре. В качестве естественной питательной среды использовали купаж шампанских виноматериалов (спирта 10 - 11% об., рН 2,9 - 3,1). В состав искусственной питательной среды входили сернокислый аммоний, однозамещенный фосфорнокислый калий и сернокислый марганец.

Активность биосинтетических процессов в дрожжевых клетках определяли по содержанию общего азота.

Как отмечалось, по новой схеме биологического обескислороживания купажа в потоке исключается необходимость применения резервуарного ликера. В связи с этим сравнительное изучение жизнедеятельности дрожжей проводили на средах с содержанием сахара 0,3% (контроль) и без сахара (опыт).

Для исследований брали производственный штамм дрожжей Московского завода шампанских вин, культивировавшихся на питательной среде с концентрацией сахара 5% в течение 2 сут. Из тщательно отмытых дрожжей приготовляли суспензии с содержанием дрожжевых клеток 5 -6 млн./мл. Активность дыхания и брожения дрожжей определяли по количеству поглощенного кислорода и выделенной углекислоты (мкл) в пересчете на 1 мг дрожжей в 1 мл среды (табл. 18)

Из данных табл. 18 видно, что у дрожжей, культивируемых на питательной среде без сахара, независимо от температуры наблюдается тенденция к увеличению удельной активности дыхания по сравнению с контролем (среда с сахаром).

Изменение скорости потребления кислорода дрожжами в зависимости от условий культивирования показано на рис. 24.

Рис. 24. Изменение активности дыхания дрожжей в зависимости от наличия сахара в среде и ее температуры

Энергия дыхания дрожжей как за каждый час, так и в течение всего опыта выше в среде без сахара, независимо от температуры.

Из рис. 24 видно, что значительное изменение скорости потребления кислорода происходит при температуре 30°С в среде без сахара на 3-й час, при 5°С - на 5-й час, а при температуре 15°С кривые занимают промежуточное положение, но ближе к кривым, полученным при 5°С, максимальное значение энергии приходится на 4-й час культивирования. Это согласуется с оптимальным режимом обескислороживания, установленным в производственных условиях.

Усиление дыхательных функций дрожжей в отсутствие сахара объясняется, очевидно, тем, что, находясь в биологически активном состоянии, они содержат значительное количество веществ, в частности гликогена, которому отдают предпочтение, используя его в качестве источника глюкозы в процессе фосфоролиза.

Содержание сахара в субстрате отрицательно сказывается и на приросте биомассы.

Процесс дыхания дрожжей в среде без сахара сопровождается более интенсивным их размножением.

При изучении жизнедеятельности дрожжей на искусственной среде была установлена та же закономерность, что и на естественной. Общая активность дыхания несколько ниже, чем при культивировании дрожжей на естественной среде. Прироста дрожжевых клеток на искусственной среде как с сахаром, так и без сахара практически не происходит.

При обескислороживании купажа по усовершенствованной схеме на поверхности наполнителей происходит практически полная задержка дрожжей, поступающих с вином. Количество дрожжевых клеток, участвующих в этом процессе (по сравнению с существовавшей ранее схемой обескислороживания), возрастает более чем в 1000 раз.

В связи с тем что значительное влияние на процессы дыхания, размножения и брожения дрожжей оказывает концентрация клеток в субстрате, представилось необходимым изучить функциональную деятельность дрожжей при их разной концентрации и температуре.

Контролем служила естественная питательная среда без сахара с содержанием дрожжевых клеток 5 - 6 млн./мл. Опыты проводили с концентрацией дрожжей 500 - 600 млн. клеток на 1 мл (табл. 19).

Исследования показали, что с увеличением концентрации дрожжевых клеток в среде в 100 раз скорость потребления кислорода независимо от температуры их культивирования возрастает. Удельная скорость потребления кислорода при температуре 15 и 30°С с увеличением концентрации дрожжей снижается, а при 5°С - повышается. Очевидно, увеличение удельной энергии дыхания при температуре 5°С происходит вследствие избирательной способности оболочки клетки выделять в этих условиях вещества, стимулирующие усиление дыхательных функций дрожжей.

По-видимому, при температуре 15 и 30°С происходит также быстрое потребление питательных веществ из среды, а затем процесс идет в основном только за счет обменных реакций, обусловливающих некоторое снижение удельной энергии дыхания.

Скорость потребления кислорода дрожжами в зависимости от условий культивирования показана на рис. 25.

Рис. 25. Изменение активности дыхания дрожжей в зависимости от концентрации их в среде и температуры

С увеличением числа дрожжевых клеток в среде в 100 раз в зависимости от температуры энергия дыхания возрастает с разной активностью.

Как видно из рис. 25, наибольшую скорость поглощения кислорода проявили дрожжи при температуре 30°С через 1 ч 15 мин культивирования, при 15°С - через 1 ч 45 мин, а при 5°С - через 2,5 ч.

Проведенными исследованиями установлено значительное усиление физиологических функций дрожжей, что позволило интенсифицировать процесс потребления кислорода более чем в 25 раз [102].

В связи с внедрением нового, ускоренного способа биологического обескислороживания купажа были уточнены режимы его последующей термической обработки. Наиболее приемлемым оказался режим обработки, предусматривающий нагревание купажа в потоке до 55 - 60°С и выдержку в течение 12 - 24 ч. Принятый режим обеспечивает не только пастеризацию вина, но и появление в аромате и вкусе специфических оттенков, обусловленных значительными изменениями качественного и количественного состава летучих ароматических компонентов. Следует подчеркнуть, что температура нагревания и продолжительность выдержки в указанных пределах зависят от возраста и состава купажа.

При исследовании процессов подготовки бродильной смеси к шампанизации определенное внимание уделялось введению в купаж резервуарного ликера. Как было установлено еще в 1957 г., при приготовлении бродильной смеси наиболее целесообразно вводить резервуарный ликер в купаж после его обескислороживания и термической обработки. Однако в первые годы эксплуатации установок непрерывной шампанизации с целью уменьшения опасности их инфицирования термической обработке подвергали купаж вместе с ликером. В дальнейшем, после осуществления ряда усовершенствований, направленных на улучшение условий вторичного брожения, а также распространения принципа непрерывности на все подготовительные стадии основного процесса, представилось возможным исключить совместную термическую обработку купажа с ликером. Это обусловило повышение качества бродильной смеси и готового продукта в основном за счет практического исключения сахароаминных реакций при подготовке бродильной смеси.

Особое внимание уделялось содержанию сахара в бродильной смеси. Проводимые в этой области исследования были направлены на максимально возможное снижение ее сахаристости.

Еще в 1954 г. "Инструкция о проведении испытания линии шампанизации вина в непрерывном потоке, установленной на Московском заводе шампанских вин", разработанная Г. Г. Агабальянцем и А. А. Мержанианом [10], предусматривала использование бродильной смеси, содержащей сахара 2,0 - 2,2 г на 100 мл, и получение шампанизированного вина марки брют. Это положение диктовалось целесообразностью сохранения принятого в производстве шампанского бутылочным способом содержания сахара в исходной смеси и шампанизированном вине.

Однако отмеченные ранее недостатки аппаратурно-технологической схемы опытной установки приводили к замедлению, а затем к полному затуханию вторичного брожения вина в потоке. Поэтому в течение первых лет испытания установки с целью создания более благоприятных условий для процесса шампанизации бродильную смесь готовили с содержанием сахара 7,0 г на 100 мл и, следовательно, получали шампанское марки полусухое.

В дальнейшем на Московском и других заводах шампанских вин по мере совершенствования технологии содержание сахара в бродильной смеси было снижено до 5,0, а затем до 3,5 г на 100 мл. При этом получали шампанское соответственно сухое и самое сухое. Приготовление других марок шампанского обеспечивали дозированием экспедиционного ликера в шампанизированное вино.

Последующие работы, направленные на повышение эффективности производства шампанского непрерывным способом, обусловили практическую возможность использования бродильной смеси с минимально допустимым количеством сахара [13]. Проверка этого в производственных условиях впервые была успешно осуществлена на Алма-Атинском заводе шампанских вин. В результате исследования влияния исходной концентрации сахара в бродильной смеси на биохимические превращения в процессе шампанизации вина в потоке показана не только возможность, но и целесообразность применения бродильной смеси сахаристостью 2,0 - 2,2 г на 100 мл [41].

Шампанизация вина. Купаж после биологического обескислороживания и выдержки подвергают тепловой обработке. Для этого, как указывалось, в зависимости от состава и возраста виноматериалов, входящих в купаж, его нагревают в потоке до 55 - 60°С и выдерживают в термостатированных резервуарах при температуре нагревания в течение 12 - 24 ч. По выходе из последнего термос-резервуара в купаж непрерывно вводят выдержанный резервуарный ликер из расчета получения бродильной смеси с содержанием сахара 2,0 - 2,2 г на 100 мл. Бродильную смесь охлаждают в потоке до температуры шампанизируемого вина первого бродильного аппарата, фильтруют и направляют на вторичное брожение.

Одновременно в бродильную смесь перед поступлением ее в первый бродильный аппарат каждой линии вводят дрожжевую разводку из расчета содержания 3-5 млн. клеток дрожжей в 1 мл. Производительность каждой линии определяют по расходу бродильной смеси и дрожжевой разводки с учетом суммарной вместимости бродильных аппаратов и биогенераторов. При этом, как отмечалось ранее, минимальную продолжительность процесса шампанизации (вторичного брожения) принимают равной 17 сут, что соответствует коэффициенту потока 0,00245. Превышение коэффициента потока при шампанизации вина не допускается.

Коэффициент потока k определяют по формуле

где V₀ - количество бродильной смеси и дрожжевой разводки, поступающей в первый бродильный аппарат в течение 1 ч. дал;

V₁ - общая вместимость бродильных аппаратов и биогенератора (за вычетом объема наполнителей) в линии шампанизации, дал.

В процессе шампанизации, который ведут при температуре не выше 15°С, должно быть сброжено сахара не менее 1,8 г на 100 мл. При вторичном брожении надо, чтобы в каждом бродильном аппарате сбраживалось бы примерно одинаковое количество сахара. Выходящее из последнего бродильного аппарата шампанизированное вино направляют в биогенератор для обогащения его продуктами жизнедеятельности дрожжей. По выходе из биогенераторов шампанизированное вино марки брют объединяют в общий поток. Объединенный поток охлаждают до температуры минус 3 - 4°С и направляют в термос-резервуары для выдержки, которую проводят при температуре охлаждения не менее 24 ч.

После выдержки шампанизированное вино дозируют экспедиционным ликером до требуемых кондиций по содержанию сахара, затем фильтруют в изотермических условиях и направляют в приемные аппараты, где шампанское выдерживают не менее 6 ч, а затем направляют на розлив в бутылки. В случае необходимости вино при этом дополнительно фильтруют.

Производительность установки в целом превышает суммарную производительность линий шампанизации на количество экспедиционного ликера, дозированного для получения шампанского заданных марок [13, 29].

Линия для шампанизации вина в непрерывном потоке состоит из последовательно соединенного между собой технологического оборудования:

6-8 бродильных аппаратов;

одного биогенератора (аппарат заполнен полиэтиленовыми или другими наполнителями);

теплообменного аппарата для охлаждения шампанизированного вина, выходящего из биогенератора;

термос-резервуара для выдержки охлажденного шампанизированного вина (аппарат заполнен полиэтиленовыми или другими наполнителями);

фильтра для фильтрации шампанизированного вина;

приемных аппаратов для создания резерва готового к розливу шампанского.

Объем биогенератора (за вычетом объема, занимаемого наполнителями) устанавливают с учетом обеспечения контакта шампанизированного вина с дрожжами в течение не менее 36 ч. При этом удельная поверхность наполнителей должна составлять не менее 65 м² на 1 дал шампанизируемого вина, поступающего в биогенератор в течение часа.

Объем термос-резервуаров (за вычетом объема, занимаемого наполнителями) определяют из расчета выдержки охлажденного шампанизированного вина в потоке не менее 24 ч. При этом удельная поверхность наполнителей должна составлять не менее 40 м² на 1 дал шампанизированного вина, поступающего в термос-резервуар в течение часа.

Перед загрузкой все аппараты установки тщательно промывают 1,5- 2,0%-ным раствором кальцинированной соды, горячей и холодной водой. Проверяют также качество внутреннего защитного покрытия емкостей.

Принятые микробиологом аппараты линии шампанизации подвергают гидравлическому испытанию на герметичность в соответствии с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением", утвержденными Госгортехнадзором СССР.

После гидравлического испытания все аппараты установки и коммуникации стерилизуют 0,2%-ным раствором сернистой кислоты в течение 2 - 3 ч; затем установку промывают холодной водой до полного удаления сернистой кислоты. Оставшуюся в аппаратах и коммуникациях воду вытесняют углекислотой.

Первоначально загрузку линии шампанизации начинают с биогенератора, затем загружают бродильные аппараты, от последнего к первому, бродильной смесью, содержащей сахара 2,2 г на 100 мл и дрожжевых клеток 2- 3 млн. на 1 мл, аналогично загрузке акратофоров при периодическом способе производства шампанского.

Загрузку биогенератора и бродильных аппаратов осуществляют с интервалами в 2 - 3 дня (после сбраживания 2 - 3 г сахара на 1 л). После выбраживания вина до требуемых кондиций в последнем бродильном аппарате и биогенераторе, а также забраживания в первом бродильном аппарате приступают к непосредственной подготовке установки к пуску потока:

подключают к первому бродильному аппарату коммуникации бродильной смеси и дрожжевой разводки;

заполняют расходные емкости резервуарным и экспедиционным ликерами;

ликвидируют газовые камеры в бродильных аппаратах и биогенераторе. Для этого бродильную смесь и дрожжевую разводку подают в первый бродильный аппарат до полного заполнения и повышения давления до 0,5 МПа, затем шампанизируемое вино из первого бродильного аппарата (при непосредственном поступлении в него бродильной смеси и дрожжевой разводки) направляют во второй бродильный аппарат. После заполнения второго бродильного аппарата и повышения давления до 0,5 МПа аналогичную операцию проводят последовательно в остальных бродильных аппаратах и биогенераторе;

создают необходимое углекислотное противодавление в приемных аппаратах, которое должно быть на 0,02-0,03 МПа выше давления, равновесного концентрации углекислоты в биогенераторе. После выполнения указанных операций осуществляют пуск потока, открыв вентиль перед теплообменным аппаратом.

Установка для производства шампанского непрерывным способом должна включать не менее двух линий непрерывной шампанизации.

Длительная эксплуатация типовой установки шампанизации вина в непрерывном потоке, состоящей из двух параллельных бродильных линий, имеющих общую загрузочную и приемную части, показала, что повышение мощности предприятий по производству шампанского непрерывным способом может быть обеспечено с минимальными затратами в результате увеличения количества бродильных линий. Очевидно, что в этом случае все другие элементы установки, в частности аппараты для культивирования дрожжей, выдержки резервуарного и экспедиционного ликеров, дозирующие (напорные) устройства для подачи бродильной смеси и дрожжевой разводки, теплообменные аппараты, аппараты для обработки шампанизированного вина холодом, приемные аппараты, контрольно-измерительные и регулирующие приборы, будут использоваться более эффективно. При увеличении числа параллельно работающих линий шампанизации вина в одной установке следует учитывать существенное изменение линейной скорости вина и гидродинамики процесса в целом.

С целью предупреждения дешампанизации вина, особенно на участке объединенного потока перед его охлаждением, следует по результатам расчета числа Рейнольдса принимать специальные меры (соответствующее увеличение диаметра трубопроводов, возможное снижение температуры шампанизируемого вина и др.).

Шампанизация вина протекает в условиях, при которых все продукты алкогольного брожения, включая углекислоту, остаются в среде. Такое брожение, называемое вторичным, или "закрытым", проходит в условиях герметизации при отсутствии кислорода и низком уровне ОВ-потенциала в среде с относительно большим содержанием спирта (10,5-12,5% об.), высокой концентрацией углекислоты (до 8- 10 г/л), при повышенном давлении (до 0,4-0,5 МПа). Состояние пересыщения вина углекислотой и повышенное давление влияют как на ход бродильного процесса, так и на накопление в шампанском отдельных его продуктов.

Вторичное брожение протекает с небольшой скоростью, что благоприятствует формированию типичных качеств шампанского. Медленный ход бродильного процесса в данном случае обеспечивается благодаря низкой температуре среды (не выше 15°С), повышенному содержанию спирта и большой концентрации углекислоты. Углекислый газ растворяется в вине плохо, поэтому уже в начальной стадии вторичного брожения образуется пересыщенный раствор углекислоты, дальнейшее выделение ее из дрожжевых клеток в жидкую среду затрудняется и идет без образования газовых пузырьков.

Как отмечалось, шампанизацию вина в непрерывном потоке осуществляют при постоянном давлении, несколько превышающем давление, которое равновесно максимально возможной концентрации CO₂ в шампанизированном вине последнего бродильного аппарата (биогенератора). Поэтому в отличие от периодической шампанизации вина (в бутылках или резервуарах) выделение углекислого газа дрожжами в жидкую среду происходит без образования газовых пузырьков. В связи с этим, а также плохой растворимостью CO₂ в вине, вокруг дрожжевых клеток образуются зоны, пересыщенные продуктами брожения, что ухудшает условия обмена веществ между клеткой и средой, изменяет состав растворов внутри клетки, ее коллоидную структуру и приводит к уменьшению скорости брожения.

Таким образом, специфические особенности процесса шампанизации, в частности наличие постоянного избыточного давления и состояние пересыщения вина углекислым газом в конце вторичного брожения, оказывают существенное влияние на функциональную деятельность дрожжей и направленность биохимических и физико-химических превращений, обусловливающих получение шампанских вин высокого качества.

На рис. 26 приведены кривые, характеризующие ход процесса шампанизации вина в потоке до марки брют.

Рис. 26. Изменение концентрации CO₂ и сахара в вине при непрерывной шампанизации: 1 - общее содержание CO₂; 2 - содержание сахара

По данным исследований [83], кинетика процесса вторичного брожения подчиняется закону реакций первого порядка

где C₀ - начальная концентрация сахара;

С_τ-концентрация сахара в бродящей среде в момент времени τ;

К - константа скорости процесса вторичного брожения.

Величина К зависит от способа шампанизации вина. После стабилизации концентрации активных дрожжей в среде она в среднем равна: для бутылочного способа 0,04, резервуарного непрерывного - 0,05 и периодического - 0,12. Наибольшее относительное варьирование К отмечено при бутылочной шампанизации, что объясняется сильным изменением концентрации дрожжевых клеток в течение производственного цикла и малым по отношению к дрожжевой массе объемом бродильной смеси. Однако и в этих условиях К колеблется незначительно. При шампанизации вина в потоке скорость процесса во всех бродильных аппаратах сохраняется в постоянных пределах, но количество сбраживаемого сахара неодинаково: в каждом последующем резервуаре оно меньше, чем в предыдущем.

Влияние содержания сахара в бродильной смеси на изменения биохимических и физико-химических показателей шампанизируемого вина

Зная К, можно рассчитать τ, необходимое для выбраживания заданного количества сахара

а также определить рабочий объем установки для непрерывной шампанизации при данном расходе бродильной смеси или расход вина при заданных объеме и производительности батареи, сохраняя при этом скорость процесса в соответствии с оптимальным значением К. Приведенное выше уравнение (см. с. 161) позволяет, в частности, рассчитать рабочие объемы отдельных аппаратов или линий непрерывной шампанизации, при которых будет обеспечено выбраживание вполне определенного количества сахара.

Вторичное брожение, протекающее в бескислородных условиях при низком уровне ОВ-потенциала и повышенной концентрации углекислоты, существенно отличается от открытого брожения не только по кинетике, но и по ряду биохимических и физико-химических характеристик.

В средах, сбродивших в анаэробных условиях при повышенном давлении углекислоты, отмечено более высокое содержание редуктонов - соединений, обладающих восстановительными свойствами [30]. Избыточное давление углекислого газа, по-видимому, способствует большему высвобождению ферментов из дрожжевых клеток вследствие лучшей проницаемости клеточных оболочек. Такое физиологическое состояние дрожжей в процессе шампанизации желательно, так как обусловливает в вине биохимические реакции восстановительного характера, что положительно влияет на качество шампанского.

Специальные исследования [18] показали, что при непрерывной шампанизации ферментативные процессы, помимо алкогольного брожения, проявляются незначительно. В ходе вторичного брожения несколько возрастает активность (β-фруктофуранозидазы (табл. 20), активность пептидазы и эстеразы изменяется несущественно. Отмечено некоторое усиление ферментативных процессов, способствующих улучшению качества шампанского, при сбраживании на брют [41].

При вторичном брожении дрожжи не размножаются и адсорбции ферментов не наблюдается [18], однако дрожжевые клетки находятся в хорошем физиологическом состоянии и оказывают сильное восстанавливающее действие. К концу брожения дрожжи переходят в угнетенное состояние, но интенсивность автолитических процессов остается незначительной.

Многочисленные исследования и производственные данные подтверждают, что способ непрерывной шампанизации обеспечивает проведение вторичного брожения в бескислородных условиях и при низком уровне ОВ-потенциала, так как подача вина в бродильный аппарат непрерывного действия производится без доступа воздуха. В процессе вторичного брожения ОВ-потенциал снижается, шампанское обогащается восстановленными веществами, его восстановительная способность увеличивается, а содержание альдегидов и других окисленных веществ уменьшается [112] (табл. 21).

В результате вторичного брожения в вине накапливаются окислительно- восстановительные системы с низким редокспотенциалом и процесс созревания шампанского протекает в благоприятных условиях.

При брожении под давлением углекислоты изменяется количественное соотношение отдельных продуктов алкогольного брожения. Образуется приблизительно в два раза меньше высших спиртов, чем при открытом аэробном сбраживании, уменьшается также биосинтез глицерина. В условиях повышенного давления CO₂ накапливается большее количество азотистых веществ, альдегидов, летучих кислот (табл. 22) [30]. Повышенное давление влияет также на образование кетокислот [118]. В условиях открытого брожения максимальное количество пировиноградной кислоты накапливается после сбраживания 90% сахара, а при брожении под давлением в 0,4 МПа - после 60% (рис. 27, кривые 1 и 2). При закрытом брожении образуется больше а-кетоглутаровой кислоты (рис. 27, кривые 3 и 4), в то же время в условиях повышенного давления уменьшается накопление пировиноградной кислоты. Увеличение содержания а-кетоглутаровой кислоты объясняют торможением реакции декарбоксилирования в цикле Кребса при повышенных концентрациях CO₂, а уменьшение содержания пировиноградной кислоты - стимулированием реакции карбоксилирования ее в этих условиях. Данные табл. 23 показывают уменьшение общего содержания кетокислот в бродящей среде с повышением углекислотного давления.

Рис. 27. Влияние повышенного давления углекислоты на образование кетокислот при алкогольном брожении: 1 - пировиноградная кислота при атмосферном давлении; 2 - то же, при давлении 0,4 МПа; 3 - а-кетоглутаровая кислота при атмосферном давлении; 4 - то же, при давлении 0,4 МПа

В процессе шампанизации вина в потоке отмечено [9] понижение титруемой кислотности, некоторое увеличение содержания летучих кислот и незначительное повышение рН (табл. 24). Изменяется также состав кислот: содержание винной, яблочной и отчасти лимонной понижается от первого к последнему резервуару бродильной линии, а молочной увеличивается (табл. 25). При хорошей стерилизации бродильной смеси, поступающей на шампанизацию, уменьшение титруемой кислотности и содержания отдельных кислот становится незначительным. За время вторичного брожения в потоке заметно уменьшается содержание пировиноградной кислоты, количество кетоглутаровой кислоты не изменяется [1]. При полном сбраживании сахара на брют органические кислоты претерпевают более глубокие превращения, чем при шампанизации высокосахаристых сред: заметнее уменьшается количество винной кислоты, увеличивается содержание молочной, почти полностью превращается яблочная кислота [41].

В процессе непрерывной шампанизации в вине накапливаются азотистые вещества (табл. 26). Общий прирост аминокислот (аланина, метионина, валина, аргинина и др.) невелик, он составляет 10-20 мг аминного азота на 1 л вина. Накопления аммиака при непрерывной шампанизация не обнаружено (см. табл. 26), что свидетельствует об отсутствии в этих условиях окислительного дезаминирования аминокислот [5].

При низкой концентрации сахара в бродильной смеси возрастает количество амминного азота: по выходе ваш а из бродильной линии на 20-25% по сравнению с исходной смесью; [41].

В этом случае в шампанизированном вине присутствуют цистеин, лизин, гистицин, аргинин; аспарагшювая кислота, серии, глютаминовая кислота, треонин, аланин, пролин, тирозин, валин, аминомасляная кислота, фенилаланин, лейцин и изолейцин.

Основная роль в формировании шампанского принадлежит углекислоте. Повышенная концентрация углекислоты в процессе шампанизации влияет на развитие дрожжей и вызывает изменение процессов их метаболизма [30]. До 1 % углекислоты брожения от общего ее количества дрожжи используют для построения своей биомассы и синтеза различных веществ, которые затем выделяются в вино и участвуют в формировании качества шампанского [43]. Радиохимический анализ показал, что при одинаковой первоначальной активности C¹⁴O₂ ее участие в построении биомассы дрожжей и в различных биосинтетических процессах зависит от количества образующейся при брожении углекислоты и давления. Активность C¹⁴O₂ в дрожжах увеличивается до 10 сут вторичного брожения, затем понижается, а активность нелетучих веществ вина увеличивается в первые дни брожения, после чего остается постоянной (рис. 28).

Рис. 28. Динамика внедрения радиоактивной метки из введенной C¹⁴O₂: 1 - в дрожжевую биомассу; 2 - в нелетучие вещества вина

Первыми лабораторными исследованиями по научному обоснованию способа непрерывной шампанизации вина [56, 57] была установлена возможность успешного проведения процесса вторичного брожения в потоке при постоянстве состава исходной бродильной смеси, температуры и давления, с обеспечением формирования высоких типичных качеств шампанского (табл.27).

Содержание в шампанском RCO₂ зависит от состава вина. Наиболее существенная роль в этом отношении принадлежит веществам, заряженным в вине положительно и, следовательно, имеющим противоположный знак заряда по отношению к CO₂. Заметное влияние на накопление RCO₂ оказывают концентрация водородных ионов в вине и содержание в нем азотистых веществ [76, 81].

Вина с высокой концентрацией водородных ионов представляют собой более благоприятную среду для связывания углекислоты в процессе шампанизации. Различные аминокислоты при одинаковом их содержании оказывают приблизительно одно и то же влияние на накопление RCO₂. Наибольшему связыванию углекислоты способствуют белковые вещества (табл. 28). Повышенное накопление RCO₂ в присутствии белковых веществ объясняется адсорбцией углекислоты молекулами белка и взаимодействием с его аминогруппами. Поэтому возможно связывание некоторого количества углекислоты белковыми веществами вина вне зависимости от процесса алкогольного брожения [81].

Связывание углекислоты азотистыми веществами находит отражение в кинетике роста давления в процессе шампанизации. Изотермы давления p=f(τ) замкнутой системы вино - CO₂ при добавлении различных аминокислот и желатина обнаруживают более замедленный рост. При одинаковом количестве сброженного сахара устанавливаются различные конечные уровни равновесного давления углекислоты, что также свидетельствует о связывании определенной ее части азотистыми веществами. Экстракт вина содержит вещества, способные связывать углекислоту приблизительно в таком же количестве, как аминокислоты и белки. Добавление дрожжевых автолизатов к вину перед шампанизацией повышает содержание в шампанском RCO₂ приблизительно на такую же величину, как добавление эквивалентного количества аминокислот.

Спирты, углеводы и пектиновые вещества не оказывают заметного влияния на накопление RCO₂ даже при большой их концентрации, превышающей естественное содержание в шампанском. Инертность в этом отношении пектина, несмотря на большую величину молекул, обусловлена отрицательным зарядом его в вине, однозначным с CO₂, а также невозможностью химического взаимодействия этих веществ.

Содержание RCO₂ в готовом шампанском существенно зависит от ряда физических и технологических факторов: температуры вторичного брожения, давления, общего содержания CO₂ в вине, количества выбродившего сахара, гидродинамического режима и др.

На накопление связанной углекислоты положительно влияют низкая температура и достаточно высокое равновесное давление СO2 в процессе вторичного брожения (табл. 29). Благоприятные условия для накопления в шампанском RCO2 обеспечиваются при давлении около 0,25 МПа, более высокое давление не дает заметного дополнительного эффекта, при давлении ниже 0,2МПа часть образующейся RCO2 может разрушаться. В условиях предварительной сатурации RCO2 начинает накапливаться несколько раньше, при достижении концентрации общей углекислоты в вине около 5 г/л (рис. 29).

Рис. 29. Влияние предварительной сатурации на динамику углекислоты в процессе шампанизации: 1 - общая углекислота с сатурацией; 2 - то же, без сатурации; 3 - связанная углекислота с сатурацией; 4 - то же, без сатурации

С повышением конечного равновесного давления углекислоты в результате вторичного брожения содержание RCO₂ возрастает, при этом доля связанной углекислоты по отношению к общему ее количеству в шампанском остается приблизительно одинаковой [45].

Радиохимический анализ опытных образцов шампанского, полученного из тиражной смеси, которую после введения меченой углекислоты C¹⁴O₂ подвергали закрытому брожению до различных уровней равновесного давления, показал, что чем длительнее брожение и больше содержание углекислоты в вине, тем более активно она используется дрожжами и включается в различные продукты, образующиеся при брожении [43] (табл. 30).

Большое значение имеет также гидродинамический фактор [82, 81]. Ламинарный или близкий к ламинарному режим движения вина в процессе вторичного брожения не влияет на накопление RCO₂. Состояние движения, при котором ламинарный режим сменяется турбулентным, вызывает незначительные изменения, в то время как турбулизация, сопровождающаяся гидравлическими ударами, приводит к снижению содержания RCO₂ в готовом шампанском (см. табл. 29). Сильное перемешивание вина в процессе вторичного брожения отрицательно влияет не только на накопление RCO₂, но и на режим процесса шампанизации. В условиях интенсивного турбулентного движения частиц вина вторичное брожение идет значительно быстрее и заканчивается раньше, что отрицательно сказывается на формировании качества шампанского (рис. 30).

Рис. 30. Влияние перемешивания на скорость вторичного брожения: 1 - непрерывное перемешивание при Re мешалки 10 000; 2 - без перемешивания

На общее содержание углекислоты в шампанском и концентрацию RCO₂ влияют отдельные технологические операции, которые связаны с предварительной обработкой виноматериалов перед шампанизацией (табл. 31).

В процессе непрерывной шампанизации в вине увеличивается содержание поверхностно-активных веществ и соответственно повышаются устойчивость пены и удельное сопротивление вина выделению углекислоты. Наряду с этим формируются игристые и пенистые свойства шампанского. На рис. 31 показано изменение содержания поверхностно-активных веществ, определяемых полярографическим методом [1], и устойчивости двусторонних пленок вина по отдельным бродильным резервуарам установки непрерывной шампанизации. Эти данные выявляют типичную картину закономерного роста устойчивости системы вино - CO₂ в процессе вторичного брожения в связи с накоплением в вине поверхностно- активных веществ [82]. На рис. 32 представлены результаты определения динамическим методом устойчивости двусторонних пленок вина и объективной оценки его игристых свойств в отдельных бродильных резервуарах установки непрерывной шампанизации [75]. Как видно из кривых, в процессе непрерывной шампанизации прогрессивно повышается устойчивость пленок и улучшаются игристые свойства вина. Эти данные указывают на наличие прямой взаимосвязи между типичными качествами шампанского и устойчивостью системы вино - CO₂.

Рис. 31. Изменение поверхностно-активных веществ (ПАВ) в процессе непрерывной шампанизации - 1 и устойчивости пленок - 2

Рис. 32. Изменение игристых свойств - 1 и устойчивости пленок - 2 в процессе непрерывной шампанизации

В самой идее шампанизации вина в непрерывном потоке заложены значительные потенциальные возможности постоянного совершенствования технологии и аппаратуры процесса, обусловливающие повышение эффективности производства Советского шампанского.

При внедрении непрерывной шампанизации вина в промышленность в качестве аппаратов для проведения вторичного брожения вина в потоке были использованы широко применявшиеся для периодической шампанизации акратофоры системы А. М. Фролова-Багреева средней вместимостью 500 дал. Эти акратофоры соединяли между собой последовательно и формировали в параллельно работающие линии шампанизации.

Одновременно с практическим осуществлением идеи непрерывной шампанизации были начаты научные исследования с целью разработки бродильных аппаратов специальной конструкции, наиболее отвечающих специфическим требованиям новой технологии.

По мнению Г. Г. Агабальянца, нужно было создать такие аппараты, которые бы обеспечивали постоянство средней линейной скорости шампанизируемого вина, устранение соединительных коммуникаций и запорно-регулирующей арматуры. Вместе с тем ставилась задача значительного увеличения съема продукции с единицы производственной площади. Эту проблему не представлялось возможным разрешить только путем увеличения вместимости каждого бродильного аппарата линии шампанизации, поскольку в этом случае разница в линейных скоростях движения шампанизируемого вина выразится более резко. В связи с этим значительное внимание было уделено дальнейшему совершенствованию аппаратуры для осуществления процесса вторичного брожения вина в потоке.

Определенный интерес представляет принципиально новый одноемкостный многокамерный бродильный аппарат, разработанный группой специалистов.

Разработке его предшествовали лабораторные исследования различных моделей бродильных аппаратов, результаты которых были положены в основу создания промышленного образца одноемкостного многокамерного аппарата [138, 144].

Аппарат (рис. 33) представляет собой вертикальный цилиндрический герметизированный корпус с рубашкой и сферическими днищами. Внутри резервуара концентрично установлены цилиндрические перегородки. Одни из них своими торцами по всему периметру плотно укреплены на днище резервуара, а между другими торцами этих перегородок и противоположным днищем имеется кольцевой зазор. К этому днищу аналогично прикреплены другие цилиндрические перегородки, образующие с противоположным днищем резервуара такие же кольцевые зазоры. При этом площади поперечного сечения центральной камеры и кольцевых камер одинаковы и равны произведению высоты кольцевых зазоров на длину окружности соответствующих цилиндрических перегородок. Указанное равенство площадей позволяет вести процесс вторичного брожения вина при стабильной средней линейной скорости потока.

Рис. 33. Одноемкостный многокамерный бродильный аппарат: 1 - корпус; 2 -рубашка; 3 - верхнее днище; 4 - нижнее днище; 5 - цилиндрические перегородки; А - вход бродильной смеси; В - выход шампанизированного вина; С - вход хл а доносителя; Д - выход хладоносителя

В центральной части нижнего днища имеется отверстие для ввода бродильной смеси. На этом же днище находятся отверстия для санитарной обработки и отбора проб. На корпусе под верхним днищем имеется ряд симметрично расположенных отверстий для вывода из аппарата шампанизированного вина.

Шампанизацию вина в аппарате проводят следующим образом. Бродильную смесь совместно с дрожжами сахаристостью 2,0 - 2,2 г на 100 мл непрерывно подают в центральную камеру через соответствующее отверстие на нижнем днище. Поток вина, проходя через центральную и кольцевые камеры, а также кольцевые переточные зазоры, последовательно изменяет свое направление и шампанизируется при постоянном избыточном давлении. Это давление должно на 0,02 - 0,03 МПа превышать давление, которое равновесно концентрации углекислого газа в готовом продукте на выходе из аппарата. Процесс вторичного брожения ведут при заданной температуре, которую стабилизируют путем охлаждения шампанизируемого вина на конечном участке потока с последующим его рекуперативным послойным охлаждением к центру аппарата. Выходящее из аппарата шампанизированное вино подвергают дальнейшей обработке, принятой в производстве шампанского непрерывным способом.

Аппарат предназначен для непрерывной работы в течение длительного времени без перезарядок, которые при необходимости производят без разборки с применением соответствующих моющих средств. В связи с этим элементы аппарата, соприкасающиеся с вином, должны быть изготовлены из материалов, не требующих специальных защитных покрытий.

Промышленный образец нового аппарата, изготовленный из нержавеющей стали, установленный на Московском заводе шампанских вин в 1971 г., прошел широкую производственную проверку. Цель испытаний: установление принципиальной возможности шампанизации вина в непрерывном потоке в одноемкостной системе; уточнение технологического режима процесса шампанизации; сравнительная оценка качества шампанского, получаемого в одноемкостном аппарате и типовой бродильной батарее из семи резервуаров 2М-ВБА; проверка надежности принятой конструкции отдельных элементов аппарата и определение экономической эффективности.

Для получения сравнимых результатов подачу бродильной смеси и дрожжевой разводки в аппарат производили от действующей установки. Шампанизированное вино из опытного аппарата и контрольной батареи раздельно обрабатывали по принятой схеме. С момента пуска производительность аппарата, как и контрольной батареи, установили равной 7 дал/ч, что соответствует максимально допустимому коэффициенту потока 0,00245.

Для сравнительной оценки процесса шампанизации вина в опытном аппарате и контрольной батарее были проведены биохимические и физико-химические исследования шампанизируемого вина и готовой продукции, некоторые результаты которых приведены в табл. 32.

Данные аналитических исследований свидетельствуют о практической идентичности основных показателей процесса шампанизации вина. Вместе с тем в опытном аппарате при одинаковых температуре и коэффициенте потока наблюдается несколько более энергичное брожение. Так, содержание сахара в шампанизируемом вине пятой секции аппарата 0,35 г на 100 мл, в пятом бродильном резервуаре 0,53 г на 100 мл. Некоторое повышение кинетики брожения в опытном аппарате, очевидно, связано с увеличением поверхности контакта дрожжей в результате адгезии преимущественно физиологически активных клеток на стенках цилиндров, общая поверхность которых примерно в три раза больше аналогичной поверхности резервуаров контрольной батареи. Отмеченная конструктивная особенность обусловливает, по-видимому, также несколько пониженный уровень ОВ-потенциала в шампанизируемом вине. Микробиологические исследования показали, что средняя концентрация дрожжевых клеток (3 - 6 млн./мл), степень диспергирования и физиологическое состояние их находятся в пределах нормы и существенно между собой не различаются.

Результаты исследований производственных партий готового шампанского различных марок, полученных в идентичных условиях, приведены в табл. 33.

Эти данные свидетельствуют о практической идентичности состава опытных и контрольных образцов шампанского. Обращает на себя внимание пониженное содержание диацетила во всех опытных образцах, что, по-видимому, также обусловлено принудительным распределением дрожжевых клеток на цилиндрических перегородках аппарата и увеличением поверхности контакта их с шампанизируемым вином.

Органолептическая оценка шампанского Центральной дегустационной комиссией показала, что качество шампанского, получаемого на опытном аппарате, идентично качеству контрольного и соответствует требованиям, предъявляемым к аттестованной продукции.

Конструктивные особенности аппарата исключают переточные и соединительные коммуникации с запорно-регулирующей арматурой и обеспечивают создание сплошного кольцевого канала постоянного сечения, что гарантирует практически одинаковую среднюю линейную скорость потока шампанизируемого вина. Ведение процесса вторичного брожения при постоянной средней линейной скорости обусловливает более равномерное диспергирование дрожжевых клеток.

Длительная эксплуатация аппарата в условиях производства показала, что применение рекуперативной системы охлаждения обеспечивает плавное саморегулирование температуры шампанизируемого вина при минимальных перепадах между секциями, а также ее стабильность в заданном режиме.

Одноемкостный аппарат для шампанизации вина по производительности эквивалентен типовой линии, состоящей из семи бродильных резервуаров 2М-ВБА. При этом обеспечивается значительное повышение съема продукции с единицы основной производственной площади и соответственное уменьшение доли условно-постоянных расходов себестоимости продукции.

Таким образом, результаты исследований показали принципиальную возможность осуществления процесса непрерывной шампанизации вина в одноемкостном многокамерном аппарате при высоких технико-экономических показателях.