Осветление и розлив шампанского

В производстве шампанского резервуарным способом обязательной операцией является осветление вина перед розливом в бутылки. Эту операцию проводят с целью удаления дрожжей и взвесей для обеспечения товарной прозрачности готового продукта и исключения его помутнения в результате размножения оставшихся дрожжевых клеток.

Для осветления резервуарного шампанского в настоящее время применяют фильтрацию, которую проводят после обработки вина холодом. Фильтрация шампанского неизбежно сопровождается адсорбцией фильтрующим материалом поверхностно-активных веществ и частичной потерей углекислоты, что отрицательно сказывается на игристых и пенистых свойствах продукта. Опытные данные [81], приведенные в табл. 40, показывают, что при фильтрации и розливе шампанское теряет до 20% связанной углекислоты, при этом игристые и пенистые свойства его заметно ухудшаются. Нежелательное явление дешампанизации вызывается в основном динамическими воздействиями, изменением температуры и временным нарушением герметичности системы вино - CO₂.

В процессе фильтрации и розлива шампанское неизбежно подвергается гидродинамическим воздействиям, нарушающим равновесие различных форм углекислоты. При перемещении шампанского по трубопроводам и продавливании через пористые перегородки фильтра затрачивается определенная работа. Часть этой работы расходуется на десорбцию CO₂ - процесс, связанный с поглощением энергии. При фильтрации шампанского на современных фильтрах с соблюдением установленных технологических требований потери растворенной углекислоты составляют 2-3% [42]. С момента засорения фильтра и, следовательно, роста градиента давления фильтрации эти потери увеличиваются (табл. 41). Особенно сильно они возрастают при вспенивании шампанского на розливе, а в бутылках, долитых вручную, доходят до 25%.

Делались попытки заменить фильтрацию шампанского более продолжительным отстаиванием при низкой температуре с последующей декантацией поплавковым декантатором. Однако достаточная полнота осветления всего объема вина при этом не обеспечивалась [6].

Экспериментально установлена возможность замены фильтрации шампанского сепарацией в центробежном поле с помощью специальной центрифуги, но практического применения этот способ не получил.

Чтобы ослабить отрицательное воздействие фильтрации на качество шампанского, рекомендовано проводить процесс в условиях, исключающих образование на фильтрующем материале значительного слоя осадков. Для этого необходимо более полное отстаивание охлажденного шампанизированного вина и достаточно развитая площадь фильтрующей поверхности, обеспечивающая возможность проведения фильтрации при минимальном градиенте рабочего давления. Хорошие результаты достигаются при пропускании охлажденного шампанского перед фильтрацией через слой пористого материала(насадки), на поверхности которого задерживается основная масса взвесей. Важным условием является хорошая термическая изоляция фильтра, предупреждающая повышение температуры вина в процессе фильтрации.

Установлено [42], что при подаче охлажденного шампанского на розлив из приемного термос-резервуара содержание углекислоты в вине увеличивается (табл. 42) вследствие абсорбции углекислого газа из надвинного пространства, в котором он находится под повышенным давлением - около 0,45-0,50 МПа.

Это указывает на нежелательное явление насыщения шампанского баллонной углекислотой, уменьшить которое можно снижением давления при розливе до величины, не нарушающей равновесное состояние системы вино - CO₂, установившееся при вторичном брожении.

Одно из основных технологических требований - проведение розлива шампанского в условиях достаточно низкой постоянной температуры без возникновения значительных температурных градиентов в системе вино - CO₂. Низкая температура способствует сохранению типичных качеств шампанского, уменьшает дешампанизацию, вспенивание и потери вина. В связи с этим целесообразен розлив шампанского в охлажденные бутылки, температура которых должна быть близкой к температуре вина [6].

Контакт шампанского с поверхностями, имеющими более высокую температуру, чем вино, значительно облегчает и ускоряет выделение углекислоты, поскольку в пограничном слое возникает дополнительный градиент давления [81]. В момент соприкосновения шампанского с поверхностью бутылки пограничный слой приобретает определенную температуру t_п, зависящую как от температуры вина t₂, так и от температуры бутылки t₁. Особенно сильно t_п возрастает с повышением температуры стенок сосуда (табл. 43).

Величина градиента давления Δр, возникающего в пограничном слое вследствие разности температуры шампанского и бутылки, зависит от температуры пограничного слоя t_п и концентрации CO₂ в вине. Приняв равновесное давление шампанского при температуре t₂ равным 0,4 МПа, для указанных выше условий получим

где β_п и β₂ - коэффициенты поглотительной способности вина к CO₂ соответственно при температурах t_п и t₂.

Градиент давления около 0,08 МПа существенно облегчает кавитацию и может вызвать образование у стенок сосуда большого количества газовых пузырьков, дальнейший рост которых идет быстро, поскольку капиллярное давление в них невелико.

Из приведенных выше данных следует, что обработанное холодом шампанское в процессе розлива не должно нагреваться при соприкосновении со стенками бутылок, винопроводов и разливочных устройств. Как показали специальные исследования [153], это условие выполняется, если бутылки охладить перед розливом на глубину, на которую они охлаждаются при заполнении шампанским. При этом должно быть учтено выравнивание температуры бутылки в связи с теплопроводностью при подаче ее после охлаждения к разливочной машине. При температуре шампанского, равной - 1°С, продолжительности подачи бутылки 30 с оптимальная глубина охлаждения равна 0,55 мм. Охлаждение поверхности бутылок только на расчетную глубину по сравнению с наружным охлаждением обеспечивает уменьшение расхода холода, сокращает продолжительность охлаждения в 3 раза и снижение температурного градиента приблизительно в 4 раза.

На состояние системы вино - углекислота в процессе розлива, помимо температуры, влияет также давление. На рис. 35 показана зависимость интенсивности десорбции CO₂ от температуры бутылок при различном давлении в процессе розлива. С увеличением давления на разливочной машине объем углекислоты, выделяющейся из вина, уменьшается.

Рис. 35. Зависимость десорбции CO₂ из шампанского от температуры бутылок при давлении розлива, мПа: 1 - 0,44; 2 - 0,22

Таким образом, приведенные данные указывают на целесообразность как охлаждения бутылок перед розливом шампанского, так и повышения давления на розливе.

Помимо снижения десорбции углекислоты, охлаждение бутылок перед розливом имеет большое значение для уменьшения их разрыва, так как понижает температурные напряжения в 4 раза и максимальные примерно в 2,3 раза [153]. При розливе шампанского в неохлажденные бутылки температурные напряжения составляют 75% от максимального напряжения.

Для решения инженерных задач, связанных с охлаждением бутылок, необходимо знать время, в течение которого бутылка приобретает заданную температуру. Зависимость от времени средней температуры t_cр шампанской бутылки, помещенной в охлаждающую среду, описывается следующим уравнением [17]:

где l - высота цилиндра, эквивалентного бутылке;

τ - время охлаждения бутылки.

Эта зависимость по экспериментальным данным показана на рис. 36.

Рис. 36. Зависимость средней температуры охлаждения шампанской бутылки от времени: 1 - начальная температура бутылки 18°С; температура морозильной камеры - 8°С; 2 - соответственно 22°С и - 12°С

На отдельных участках розлива шампанского имеются временные нарушения герметичности системы вино - CO₂ и понижения давления, в результате чего выделяется углекислота и вино может вспениваться. Опытные данные [153] показывают (табл. 44), что при понижении давления в газовой камере до атмосферного потери газа пропорциональны давлению розлива и объему газовой камеры. При кратковременной декомпрессии углекислый газ теряется только из камеры бутылки, заметной десорбции углекислоты из вина в этот период не происходит. В табл. 45 приведены средние данные десорбции CO₂ в зависимости от продолжительности разгерметизации бутылок. Эти данные показывают, что за время транспортирования на укупорку бутылок, наполненных шампанским на автоматах, снабженных дроссельными клапанами, при условии хорошего охлаждения разливаемого вина из него выделяется незначительное количество углекислоты, не более 1%.

Малая скорость десорбции углекислоты из шампанского в указанных условиях обусловлена действием факторов, затрудняющих возникновение и развитие в вине газообразной фазы CO₂ [81]. Начальная стадия выделения углекислого газа проходит в основном в местах соприкосновения вина с твердой поверхностью, так как свободная поверхность энергии границы жидкости с твердым телом значительно меньше, чем с газом. Скорость этого процесса находится в обратной зависимости от величины смачивания вином данной поверхности. Чем хуже вино смачивает поверхность, тем легче возникает и развивается газообразная фаза углекислоты, так как меньшая работа затрачивается на образование начальных пузырьков CO₂. Вследствие хорошего смачивания вином поверхности бутылочного стекла при кратковременном нарушении герметичности не успевает выделиться значительный объем углекислого газа, и вспенивания шампанского не происходит. Помимо этого хорошее смачивание препятствует выделению крупных пузырей, вызывающих сильное барботирование вина.

Смачивание количественно выражается величиной B = cosθ, где θ-краевой угол линейной границы раздела трех фаз: жидкости, твердого тела и газа. Если вино смачивает поверхность твердого тела, то θ меньше 90°, для несмачиваемой поверхности θ больше 90°. Чем лучше смачивание, тем меньше θ. Измерения краевых углов на границе вино - CO₂ - твердое тело для различных материалов, применяемых в виноделии, показали, что при заданных одинаковых внешних условиях θ не является постоянной величиной и изменяется от точки к точке поверхности в довольно широких пределах. Отклонение средних значений краевого угла от локальных в отдельных случаях достигает 25%. Из опытных данных средних значений θ, приведенных в табл. 46, следует, что указанным выше требованиям в отношении хорошего смачивания вином в наибольшей степени удовлетворяют стекло, стеклянная эмаль, бакелит, нержавеющая сталь и лак ХС-76. Применение в разливочной аппаратуре таких несмачиваемых вином материалов, как резина, полиэтилен, незапекаемый глифталевый лак и другие, должно быть исключено.

Скорость выделения углекислоты из шампанского сильно увеличивается при наличии неровностей на поверхностях, соприкасающихся с вином. Это объясняется тем, что начальный радиус кривизны границы раздела между газообразной фазой (CO₂) и жидкой фазой (вином) на шероховатой поверхности равен радиусу бугорка шероховатости, т. е. он имеет значительно большую величину, чем на плоской поверхности. Поэтому на шероховатой поверхности сразу же возникают более крупные начальные пузырьки, способные быстро расти даже при небольшом градиенте концентрации углекислоты.

Одно из важнейших технологических условий рационального розлива шампанского - полное исключение аэрации вина и попадания кислорода воздуха в бутылки. В связи с этим возникает необходимость удалять воздух из шампанской бутылки перед розливом и заполнять ее углекислым газом, не содержащим кислорода.

В настоящее время применяют предварительное вакуумирование бутылок с последующим заполнением их углекислотой, при котором обеспечивается удаление 70-75% воздуха [23]. При этом изменяется количественное соотношение отдельных газов в бутылке [3]. Данные табл. 47 подтверждают возможность резкого сокращения кислородного воздействия на шампанское при применении способа вакуумирования бутылок и заполнения их углекислотой перед розливом.

О газовом режиме розлива резервуарного шампанского в зависимости от способа заполнения бутылок углекислотой можно получить представление по средним данным [153], приведенным в табл. 48. Из этих данных следует, что лучшим способом удаления кислорода из бутылок является вытеснение воздуха водным раствором сернистой кислоты с последующим выдавливанием раствора углекислотой.

В производстве шампанского большое значение приобретает качество укупорки бутылок после розлива. Для обеспечения установленных сроков гарантийного хранения шампанского бутылки должны быть хорошо герметизированы с последующим надежным закреплением пробок, с учетом повышенного давления не менее 0,8 МПа. При нормальной укупорке исключаются утечки газов и вина из бутылки с шампанским, а также проникновение в бутылку воздуха как через материал пробки, так и вследствие неплотностей укупорки.

Наилучшую герметизацию шампанских бутылок обеспечивают специальные корковые пробки, бархатные и полубархатные. В настоящее время применяют в основном полиэтиленовые пробки. Изучение динамики утечки газов из шампанских бутылок, укупоренных различными пробками [85], показало большую зависимость герметичности укупорки от конструкции и геометрических размеров полиэтиленовой пробки. Лучшую герметичность обеспечивают полиэтиленовые пробки, имеющие кольцевые ребра, равномерно расположенные на наружной поверхности цилиндрической части. Ребра деформируются независимо одно от другого и плотно прилегают к поверхности стекла, образуя изолированные камеры. При таком способе уплотнения неровности стекла, а также эксцентриситет горлышка бутылки оказывают меньшее влияние, поскольку каждое ребро жесткости создает уплотняющий контур. Дополнительную герметизацию обеспечивают кольцевой шлиц или колпачковый вырез в головке пробки, по своим размерам и форме соответствующие венчику горлышка бутылки.

Опытные данные показывают, что повышенное давление углекислоты в шампанской бутылке при плохой укупорке не исключает проникновения кислорода воздуха через неплотности, поскольку парциальная упругость О₂ в бутылке близка к нулю (табл. 49). Для корковых пробок средняя величина поступления кислорода в бутылку с шампанским составляет 0,02 - 0,06 мг/л за месяц. Для полиэтиленовых пробок она в среднем больше, но при рациональной их конструкции приближается к таковой для корковых пробок. Например, для полиэтиленовой пробки с пятью уплотняющими ребрами округлой формы и с литой головкой колпачкового типа средняя величина поступления кислорода в бутылку составляет 0,03 мг./л за месяц. Пробки, дающие низкую утечку газов из бутылки, обеспечивают и меньшее проникновение в нее воздуха. Если пробка имеет цилиндрическую часть открытую, то при укупорке в бутылку попадает около 8 мл воздуха. Поэтому в целях уменьшения окислительных процессов в шампанском после розлива желательно применение полиэтиленовых пробок с цилиндрической частью закрытого типа.

Рассмотренные выше результаты основных исследований в области биохимии и физико-химии игристых вин обеспечили теоретическую базу для разработки способа непрерывной шампанизации и научного обоснования современной технологии массового производства высококачественного шампанского в потоке. Для дальнейшего совершенствования этого способа необходимо не только более глубокое исследование биохимических и физико-химических превращений в вине, но и решение ряда инженерно-технических вопросов по обеспечению оптимальных параметров и рациональному аппаратурному оформлению шампанизации вина в потоке применительно к современным требованиям.

Для обеспечения более широкого внедрения способа непрерывной шампанизации в промышленность возникла необходимость в подробном технологическом обосновании производства в потоке красных игристых вин, мускатов игристых и других, существенно отличающихся от Советского шампанского по химическому составу, технологическим свойствам и характерным качествам.

Принципиальное значение имеет также решение вопроса о возможности производства этим способом высококачественного шампанского типа выдержанного, получаемого в настоящее время только бутылочным способом.

Самостоятельную проблему составляют задачи дальнейшего совершенствования технологических приемов ведения процесса вторичного брожения в потоке. В связи с этим требуется выяснить особенности кинетики процесса, осуществляемого непрерывным способом, более подробно исследовать гидродинамику и теплообмен этого процесса.

Необходима разработка специальных бродильных аппаратов, обеспечивающих максимальное использование в производственных условиях всех преимуществ непрерывного способа шампанизации вина. В частности, большое значение имеет решение вопроса о повышении удельной производительности установок непрерывной шампанизации за счет уменьшения неравномерности потока и улучшения условий вытеснения бродящей жидкости из аппарата. Окончательно не отработана рациональная система регулирования, гарантирующая равномерность потока жидкости и постоянство его скорости в процессе непрерывной шампанизации.

Дальнейшее повышение качества резервуарного шампанского возможно путем коренного улучшения способов обработки вина после шампанизации, предусматривающих термические воздействия на шампанское с дрожжами. Для этого необходимо научное обоснование оптимальных параметров процесса и решение вопроса по улучшению условий теплообмена при обработке игристых вин теплом и холодом, исключающих отрицательное влияние перепадов температуры на качество и физико-химические свойства шампанского.

Практическое значение имеет обеспечение термической обработки шампанизированного вина с дрожжами в потоке при сохранении различных уровней равновесного давления углекислоты на отдельных участках установки непрерывной шампанизации.

В существенном улучшении нуждаются процессы на участке осветления и розлива шампанского. Требуется совершенствование термического режима в целях обеспечения постоянной температуры шампанского в процессе розлива, предварительного охлаждения бутылок и др. Желательно дальнейшее улучшение способов дозирования и равномерного распределения экспедиционного ликера в шампанском. Необходимы более эффективные меры для уменьшения дешампанизации на участке осветления и розлива. Важным технологическим требованием является исключение попадания кислорода воздуха в бутылку при розливе и укупорке, вспенивания и турбулизации шампанского.