Мержаниан А. А. 'Ц, К38 Технология вина

ОБРАБОТКА МЕЗГИ

Полученная при дроблении винограда мезга подвергается различным обработкам, в результате которых происходят экст­рагирование растворимых веществ и обогащение ими жидкой фазы, а также окисление содержащихся в ней веществ, глав­ным образом фенольной природы.

При получении виноматериалов для крепких и некоторых десертных вин физические и химические процессы стимулируют с целью обогащения сусла экстрактивными и ароматическими веществами, содержащимися в кожице и семенах, усиления ок­раски, накопления окисленных продуктов и т, п. Для этого применяют различные технологические приемы: настаивание на мезге, спиртование мезги, обработку теплом, ферментацию мезги с внесением ферментных препаратов и др. Эти приемы дают возможность изменять состав и технологические свойства мезги и содержащегося в ней сусла в нужном направлении для формирования типичности и качества будущих вин, а также облегчают выделение из мезги сусла и повышают его выход.

При контакте сока с окислительными ферментами происхо­дит окисление полифенолов (дубильных и красящих веществ) свободным кислородом. Полифенолы окисляются до хинонов, которые могут окисляться дальше с образованием продуктов конденсации. В процессе настаивания на мезге фенольные ве­щества переходят в сусло, часть их в дальнейшем осаждается на частицах мезги в результате адгезии, а также выпадает в осадок вследствие окисления и конденсации.

После раздавливания ягод и разрыва клеточных тканей ко­жицы усиливается гидролизующее действие ферментов, содер­жащихся в ягоде. Происходит распад части полифенолов, гид-ролизуются белки и пектин с образованием легкораствори­мых продуктов. В результате этих процессов уменьшается кон­центрация в сусле высокомолекулярных соединений, способных к структурообразованию, вязкость сока понижается, облегча-

81

ется отделение его от твердых частиц мезги и увеличивается общий выход сусла.

Скорость и полнота ферментации мезги зависят от степени дробления ягод. В тех случаях, когда желательно получить не-ферментированное, малоокислеиное сусло (в производстве шампанских виноматериалов и белых столовых вин), необхо­димо ограничивать степень дробления мезги и продолжитель­ность контакта сусла с мезгой. В производстве красных вин, окисленных столовых вин южного типа (кахетинское, эчмиад-зинское и т. п.) или виноматериалов для крепких окисленных вин (мадеры, портвейна) необходимо сильное дробление ягод и продолжительное настаивание сусла на мезге для обеспече­ния более глубокого прохождения ферментации.

Продолжительность и температура процесса настаивания сусла на мезге зависят от типа получаемого вина и конкрет­ных технологических целей. Например, для крепких вин типа мадеры и портвейна настаивание ведут при более высокой тем­пературе и продолжительное время. При получении вин типа муската и токая, когда необходимо. извлечь преимущественно ароматические вещества и предотвратить переход в сусло из­лишнего количества фенольных соединений, процесс ведут при более низкой температуре, и, как правило, кратковременно. Для ускорения извлечения ароматических веществ мезгу перед на­стаиванием иногда сульфитируют.

Для настаивания сусла на мезге применяют металлические и железобетонные резервуары или дубовые чаны.

Обработка мезги ферментными препаратами проводится с целью ускорения процесса ферментации, облегчения выделе­ния сусла из мезги и увеличения его выхода. Очищенный фер­ментный препарат, внесенный в мезгу, значительно ускоряет гидролиз белков и полисахаридов, в результате чего выход су­сла-самотека увеличивается на 10—20 %, вязкость его умень­шается, что ускоряет осветление сусла при отстаивании и об­легчает его фильтрацию.

Применяют очищенные ферментные препараты, представля­ющие собой порошки серого цвета, в небольших дозах — от 0,0005 до 0,03 % к массе винограда или мезги. Дозы препарата зависят от его активности и в каждом конкретном случае уста­навливаются путем пробной обработки в лабораторных усло­виях.

Ферментные препараты достаточно эффективны при темпе­ратуре 10—20 °С, но наибольшая их активность достигается при температуре 40 ^СС. При этом значительно сокращается продолжительность ферментации мезги.

При применении ферментных препаратов в мезгу вносят ди­оксид серы в количестве 50—120 мг/л в зависимости от темпе­ратуры: чем выше температура, тем больше доза S0₂.

При внесении ферментного препарата время контакта сусла 82

с мезгой при брожении на мезге сокращается до 24—48 ч в за­висимости от сорта винограда и района.

Мезгу нагревают до температуры, при которой оболочки клеток тканей кожицы утоньшаются и частично разрушаются, протоплазма денатурируется и сжимается, внутриклеточное давление понижается, в результате чего значительно облегча­ется переход экстрактивных веществ из клетки в окружаю­щую жидкую среду.

Температура, до которой мезгу подогревают, зависит от конкретных технологических требований. По данным Г. Г. Ва-луйко, для обогащения виноматериала красящими веществами мезгу следует нагревать до 70 °С, а для извлечения из кожиц оптимального количества дубильных веществ — до80°С. Од­нако при нагревании мезги до 80 °С сусло становится мутным вследствие чрезмерного обогащения высокомолекулярными сое­динениями (пектином, камедями и др.). Поэтому такая темпе­ратура допустима только при производстве крепленых вин.

Фенольные соединения, извлекаемые из клеток кожицы при обработке мезги теплом, отличаются малой стойкостью. При брожении сусла, полученного из такой мезги, и последующем хранении виноматериалов основная часть этих веществ выпа­дает в осадок и необратимо теряется.

Режим обработки мезги теплом (температура, продолжи­тельность нагревания и др.) зависит от типа получаемого вина. При производстве красных столовых вин поддерживают наибо­лее низкую температуру при минимальной продолжительности ее воздействия на мезгу; при получении некоторых марок вин типа кагора (кагоры Узбекистон, Таджикистон и т. п.), мезгу выдерживают при наиболее высокой температуре.

Обязательным технологическим требованием является обес­печение равномерного распределения тепла во всей массе мезги и исключение ее местных перегревов, что достигается пе­ремешиванием мезги в процессе нагревания-.

Мезгу обрабатывают теплом в деревянных чанах с распо­ложенными внутри них змеевиками, по которым проходит пар (этот способ в настоящее время применяется редко вследствие его малой производительности, затруднения перемешивания мезги и значительных ее перегревов при соприкосновении с по­верхностью змеевика), в теплообменпых аппаратах периодиче­ского и непрерывного действия.

В аппаратах периодического действия (рис. 4), несмотря на их большую вместимость, исключаются перегревы

К аппаратам непрерывного действия относятся трубчатые и шнековые подогреватели мезги, представляющие собой кожухотрубные теплообменные аппараты. Они снабжены мешалками для перемешивания мезги. Нагревание произво­дится паром, поступающим в рубашки. Мезга, подаваемая на­сосом, проходит по межтрубному пространству, подогревается до требуемой температуры при непрерывном перемешивании и в подогретом состоянии выходит из аппарата.

В шнековых подогревателях (рис. 5) мезга обрабатывается теплом, проходя через горизонтальный цилиндрический резер­вуар, помещенный в паровую рубашку и имеющий внутри шнек-змеевик, расположенный на пустотелом валу. Греющий пар поступает одновременно в рубашку и вал шнека. Мезга по­дается непрерывно насосом и перемешивается внутри корпуса шнеком, нагреваемым паром. Аппараты шнекового типа имеют невысокий коэффициент теплоотдачи и не исключают пол­ностью пригорания мезги вследствие недостаточной интенсив­ности перемешивания из-за малой скорости движения про­дукта.

Трубчатые подогреватели (рис. 6), снабженные лопастными мешалками, обеспечивают лучший теплообмен и меньшие пере­гревы мезги. В них подаваемая насосом мезга постепенно подо­гревается при непрерывном перемешивании во внутренней трубе, затем поступает в наружное межтрубное пространство с лопастной мешалкой и здесь нагревается до требуемой тем­пературы.

При электроплазмолизе происходит частичная мацерация (размягчение и распад) клеток тканей кожицы, в результате чего увеличивается проницаемость клеточных оболочек и об­легчается диффузия их содержимого в окружающую жидкую среду.

Обработку электрическим током проводят на специальных дробилках одновременно с раздавливанием ягод. При этом ко­личество поврежденных клеток ягоды увеличивается в 3— 4 раза по сравнению с обычным дроблением. По данным С. Н. Бирковой и Б. Л. Флауменбаума, степень повреждения тканей ягоды находится в прямой зависимости от градиента потенциала и продолжительности воздействия электротока. При градиенте потенциала 628—733 В/см и продолжительности

84

Рис. 4. Схема аппарата периодиче­ского действия для термической об­работки мезги:

зочный нож; 5 — пробоотборный кран; 6 — змеевик; 7 — разгрузочный люк

Рис. 5. Схема шнекового подогрева­теля мезги:

Рис. 6. Схема трубчатого подогревателя мезги:

/ — внутренняя труба с двухлопастной мешалкой для обработки мезги; 2 — наружное межтрубное пространство с лопастной мешалкой; 3 — корпус с термоизоляцией

воздействия 0,2—0,4 с обеспечивается такое же повреждение тканей виноградных ягод, как при нагревании до температуры 70 °С.

В результате электроплазмолиза содержание полифенолов в сусле увеличивается в среднем на 42 %, азотистых веществ — на 18—22%, железа — на 6,5—25% в зависимости от режима обработки и сорта винограда; рН повышается на 0,07—0,35; не­значительно возрастает содержание пектиновых веществ.

ВЫДЕЛЕНИЕ ИЗ МЕЗГИ СУСЛА-САМОТЕКА

Виноградная мезга содержит до 80 % сока. Этот сок выде­ляют из мезги двумя способами, осуществляемыми последова­тельно: стеканием под действием силы тяжести (гравитацион­ной силы) и прессованием '. Общий выход неосветленного су­сла из мезги в пересчете на 1 т переработанного винограда на­ходится в пределах 70—80 дал в зависимости от механического состава гроздей и эффективности прессования при окончатель­ном отжатии мезги.

В результате стекания из мезги выделяется в среднем 58 % сусла от общего его выхода по объему. Это сусло, называемое суслом-самотеком, по химическому составу и технологи­ческим свойствам представляет собой самую ценную фракцию (имеет наибольшую сахаристость, среднюю кислотность, содер-

¹ Известны также другие способы, например центрифугирование мезги, отсасывание сока в вакууме (нутчирование), но они пока не получили широ­кого применения в винодельческой промышленности. 86

жит наименьшее количество фенольных и азотистых веществ), из которой получают наиболее высококачественные вина. Для гарантии высокого качества отбор сусла-cajpjreKa в отдельных случаях ограничивают определенными предельно допустимыми нормами, предусмотренными соответствующими технологиче­скими инструкциями.

Сусло вытекает из мезги в результате гравитационного разделения ее фаз. В первую очередь стекает та часть сусла, которая не удерживается твердыми частицами за счет адгезии (прилипания) к их поверхности. Выделение сусла из мезги можно рассматривать как гидродинамический процесс течения жидкости через пористую среду, который сопровождается бо­лее или менее полным разделением твердой и жидкой фаз су­спензии.

Отделение сусла от мезги проводят обычно на перфориро­ванных перегородках с размером отверстий 4—5 мм и величи­ной живого сечения более 10 %. В таких условиях сопротивле­ние перегородки стеканию мало. Поэтому скорость процесса вы­деления из мезги сусла-самотека зависит в основном от величины сопротивления твердой фазы, точнее, от величины со­противления постепенно уплотняющегося слоя твердых частиц мезги. При этом наибольшее сопротивление создает слой осадка мезги, расположенный непосредственно на перфорированной перегородке.

Основной характеристикой физико-механических свойств виноградной мезги, определяющей ее способность к отделению жидкой фазы, является удельное сопротивление образующегося плотного слоя твердых частиц (осадка) г_т. Дисперсная фаза виноградной мезги содержит в большом ко­личестве твердые (семена) и упругие (кожица) частицы, которые дренируют слой мезги и способствуют сохранению в. нем достаточно рыхлой структуры. Однако в виноградной мезге может образоваться неоднородный, сравни­тельно легко сжимаемый осадок. С течением времени из него выделяется сок, что изменяет структуру и свойства слоя осадка и, следовательно, условия процесса суслоотделения. В связи с этим величина г_т виноградной мезги имеет сложную зависимость от многих условий процесса.

Удельное сопротивление осадка виноградной мезги в условиях, обес­печивающих постоянство параметров, которые характеризуют процесс раз­деления суспензий, подчиняется следующей зависимости: z_m = ptl\ihV, где р— давление прессования, Па; t — длительность процесса, с; (х — вязкость сусла, Па-с; h — высота слоя осадка мезги, м; V—относительное количество сусла вязкостью ц, получаемое с единицы площади поверхности перегородки при давлении р, м³/м². Это уравнение предусматривает постоянство z_m во времени. Для большинства промышленных суспензий с однородным сжимае­мым осадком г_т является функцией давления и не зависит от времени про­цесса г.

Опытным путем установлено, что зависимость скорости прохождения сусла v через постоянный слой осадка мезги от давления р характеризуется наличием двух зон: в первой зоне при р = 0-М00 кПа и возрастает с уве­личением р; во второй зоне, когда р становится больше 100 кПа, v умень­шается. Таким образом, критическим является давление 100 кПа, при кото­ром происходят значительные изменения свойств слоя твердых частиц мезги, формирующегося на перфорированной поверхности разделяющей пере­городки,

87

Рис. 7. Динамика стенания сусла через перфорированную перегородку при гравитационно-статическом воздействии на виноградную мезгу. Сорта вино­града и концентрация Сахаров в сусле (в г на 100 мл):

В первой зоне давлений z_m возрастает почти пропорционально р, а во второй — намного быстрее р. Этим объясняется незначительное увеличение скорости процесса в первой зоне и заметное ее уменьшение во второй. Сле­довательно, нецелесообразно повышать давление для интенсификации оте­кания сусла из мезги. Незначительное увеличение скорости процесса в пре­делах давления 0—100 кПа не оправдывает усложнения конструкции сте­ка тел я. Давление выше 100 кПа недопустимо, так как вызывает уменьше­ние скорости выделения сусла.

Кроме того, при свободном стенании сусла через перфорированную пе­регородку высокая активность процесса наблюдается только в начальный период времени — до 6—10 мин, после чего скорость резко уменьшается (на 95—97%) и в дальнейшем остается на низком уровне. На рис. 7 приведены опытные данные, полученные Г. А. Ждановичем, при величине живого се­чения перегородки 20 % и высоте слоя мезги 500 мм для различных сор­тов винограда.

Установлена зависимость стенания виноградного сусла от следующих факторов, определяющих технологические условия процесса и конструктивные особенности стекателей: скорость процесса возрастает с увеличением высоты слоя мезги h до 500 мм и затем уменьшается при дальнейшем увеличении /г; содержание в сусле-самотеке взвесей и его химический состав практически не зависят от h, только при очень малом h (менее 100 мм) не обеспечивается достаточный фильтрующий слой мезги для очистки сусла и в самотеке мо­жет наблюдаться увеличение содержания взвесей; величина живого сечения перфорированной перегородки, если она выше 10%, а также форма отвер­стий и их размеры в диапазоне 2—4 мм не влияют на процесс отделения сусла и его качество, уменьшение же живого сечения перфораций менее 10 % приводит к снижению скорости процесса и увеличению содержания взвесей.

Процесс стенания сусла можно значительно интенсифицировать, прово­дя рыхление мезги. Скорость сокоотдачи возрастает с повышением степени рыхления др опред'-лсиного предела. Если степень рыхления L характерн­ее

3toeafb скоростью смещения частиц относительно перфорированной перего­родки или соседних слоев мезги, .то увеличение сокоотдачи мезги наблю­дается только до L = 7 м/мин.

На основании экспериментальных данных стекания сусла из виноградной ме^^ рекомендован следующий технологиче­ский режим этого процесса. В первый период стекания, огра­ниченный временем 6—8 мин, сусло должно отделяться только под действием гравитационной силы без механического воздей­ствия на мезгу. При таком режиме не обеспечивается необхо­димый по технологическим условиям выход сусла-самотека — 50—55 дал/т. Для его получения нужно извлечь также ту часть сусла, которая непрочно удерживается в клетках мякоти раз­давленных ягод. Это может быть достигнуто путем интенсифи­кации процесса во второй его период (8—10 мин) за счет рых­ления частично стекшей мезги, которая находится в вязко-пла­стичном состоянии. Степень рыхления L должна составлять 0,7—1,2 м/мин при слабом давлении на мезгу в пределах 60— 80 кПа. При более интенсивном перемешивании и увеличении продолжительности процесса соковыделения содержание взве­сей может повыситься до 150 г/л, сусло обогатится экстрак­тивными веществами, в том числе фенольными, в результате чего качество самотека ухудшится.

Для отделения сусла-самотека применяют специальные ап­параты—стекатели, которые по принципу их работы и воз­действию на мезгу подразделяются на следующие основные типы:

аппараты, в которых процесс протекает без переме­щения частиц мезги относительно друг друга или раз­деляющей перфорированной перегородки. Такие аппараты дают сусло-самотек с малым содержанием взвесей, так как в про­цессе их загрузки образуется фильтрующий слой из мезги, ко­торый задерживает частицы, поэтому такое сусло легко освет­ляется, но стекание в них проходит медленно, выгрузка мезги после стекания сложна, они требуют для размещения больших производственных площадей. Более совершенными являются стекатели с механизмами для разгрузки мезги (камерные сте­катели) ;

аппараты, обеспечивающие перемещение мезги по разделяющей перегородке под действием гравита­ционной или внешних механических сил (рис. 8). Выход сусла-самотека в таких аппаратах зависит от содержания свобод­ного сока в мезге, высоты ее слоя и, как правило, не превышает 40—45 дал/т. Основным недостатком стекателей этого типа яв­ляется более высокое содержание в сусле взвесей. Быстрого от­деления сока и ограничения его контакта с воздухом они не обеспечивают;

аппараты с перемешивающими устройствами, в которых сок извлекается при периодическом или непрерывном

89

аппараты, совмещающие различные способы

Извлечение из виноградной мезги' сусла-самотека может быть осуще­ствлено на центрифугах, в частности с. коническим ротором.

Скорость извлечения сусла при центрифугировании мезги значительно выше по сравнению со стеканием и прессованием, особенно в начале про­цесса, когда отходит до 65—69 % сусла (средний выход сусла при цент­рифугировании достигает 59,5 дал/т при хороших технологических показа­телях).

Проводились исследования по применению вакуума в целях интенсифи­кации процесса отекания. Под вакуумом можно отделить от мезги до 90 % свободной части сока в течение 1—2 мин. Полученное в таких условиях сусло содержит не более 11% взвесей, не обогащено фенольными и дру­гими экстрактивными веществами, кислорода в нем в 2—3 раза меньше, чем в сусле, выделенном без вакуумирования. Недостатком этого способа является потеря части ароматических веществ вследствие вспенивания сока. Сам способ не отработан и сопряже:) с дополнительными трудностями: при переработке недостаточно измельченной мезги легко нарушается герметич­ность и теряется вакуум, при чрезмерном ее измельчении или увеличении толщины слоя происходит быстрое уплотнение мезги, что удлиняет время вы­деления сока и снижает его выход.

Остающаяся после стекания сусла-самотека мезга называ­ется стекшей. Она представляет собой менее подвижную и более плотную массу по сравнению с исходной «жирной» мез­гой. Содержание жидкой фазы в стекшей мезге составляет в среднем 28—30 % мае. Стекшую мезгу прессуют или подвер­гают иной обработке для выделения всего содержащегося в ней сока.

Относительная илотность р₀т стекшей мезги зависит от соотношения в ней твердой и жидкой фаз: ч«м - меньше последней, тем больше р_ег, тек

й»

1,4 раза по сравнению р,МПат,пг

В ходе стекания и последующего прессования относительная плотность остающейся мезги постепенно увеличивается. Зависимость р_от мезги от со­держания в ней сока V имеет прямолинейный характер. После выделения из мезги сусла-самотека дальнейшее уменьшение р₀т связано с разрушением межклеточных тканей мякоти ягод, не поврежденных при дроблении. Начи­ная с этого момента прямолинейность p₀T=f(V) нарушается.

Плотность (объемная масса) m_v стекшей мезги меньше, чем мезги до стекания сусла. Она зависит в основном от содержания в стекшей мезге жидкой фазы, т. е. от полноты стекания. В связи с этим большое значение имеет тип применяемого стекателя. Секционно-шнековые стекатели дают, на­пример, более рыхлую мезгу с меньшим m_v по сравнению с ротационными. Сортовые особенности винограда и степень его зрелости в значительной мере определяют ход процесса стекания, но не оказывают заметного влия­ния на m_v. В среднем т„ стекшей мезги, полученной на секционно-шнеко-вом стекателе, составляет 0,9 и на ротационном — 1 т/м³.