УСТРОЙСТВО ДЛЯ БРОЖЕНИЯ
FERMENTATION DEVICE

Изобретение относится к устройствам для брожения.
Хотя изобретение применимо к обработке любого растительного продукта в виде измельченного вещества, приводимое ниже описание будет в качестве примера относиться к виноделию, где изобретение показало себя особенно эффективным.
2
Виноделие осуществляется при помощи специальных чанов, в которых муст подвергается брожению. В процессе брожения образуется большое количество газообразных продуктов, в особенности CO, которые принимают активное участие в создании хорошего вина. Газы выделяются мустом и выталкивают выжимки и все твердые частицы к поверхности, где те уплотняются и образуют твердый слой, известный как «шапка».
Газы брожения применяются в способах виноделия, как в WO 98/45403, для перемешивания шапки и предотвращения ее затвердевания. В сочетании или отдельно, в других способах рассматривается регулировка давления внутри винодельческого чана посредством предохранительных клапанов или клапанов дегазации, как механических, так и мембранных.
Пример регулировки давления описан в WO 2006/087601. Здесь используется особый тип клапана дегазации, мембранный тип, в который закачивается жидкость, уплотняющая клапан и перекрывающая его выходное отверстие.
Недавно заявитель, к своему удивлению, обнаружил, какое огромное значение имеет давление внутри винодельческого чана, особенно при дегазации. Слишком высокое давление в чане немедленно отражается на качестве вина.
Дегазация, импульсная она или нет, выталкивает муст на поверхность шапки и побуждает выпуск газов из ягод винограда. Если давление слишком высокое, ягоды лопаются, и образуется много осадка (кашеобразной массы, взвешенной в мусте). Обнаружено, что у каждого сорта винограда есть свое оптимальное давление брожения, которое должно выдерживаться с максимальным допуском в одну сотую бара (например, в пределах таких точных значений как 0,29 бар или 0,31 бар).
Мембраны в WO 2006/087601 выполнены из резины или подобного материала и находятся под сильным воздействием многих отрицательных факторов, таких как их инерция, и при этом очень неточно регулируют просветы своих выходных отверстий или температуру. Давление, поддерживаемое в течение дня на уровне 0,3 бар, может также снизиться до 0,2 бар ночью, когда в погребе станет прохладнее. Более того, чем ближе внутреннее давление чана подходит к пороговому давлению, тем больше чувствительности и точности теряет клапан, потому что мембраны начинают открываться. Отклонение значений с погрешностями в 0,1 бар в WO 2006/087601, что составляет около 25% от обычного максимального рабочего давления, не соответствует требованиям для брожения под контролируемым давлением. Из-за неправильного давления может произойти денатурация муста, а кроме того может нарушиться нормальный процесс брожения ягод. То же самое касается механических клапанов с пружинной регулировкой давления и градуировкой.
Эти и известные винодельческие устройства можно усовершенствовать, и данное изобретение преследует такую цель, которой является предоставить устройство для брожения растительного продукта в виде измельченного вещества, предпочтительно муста, позволяющее с очень высокой точностью устанавливать внутри чана брожения (например, винного) давление газов, образующихся при брожении.
Другая цель состоит в том, чтобы сделать возможным установку программируемых тенденций изменения давления внутри чана (например, винного) брожения.
Эта цель достигается посредством устройства для брожения растительного продукта в виде измельченного вещества, предпочтительно муста, включающего
- первый чан для содержания измельченного вещества и второй сборный чан для газообразных продуктов, образующихся при брожении измельченного вещества,
- первую систему трубок, применяемую для сообщения части первого чана, где скапливаются газообразные продукты, со вторым чаном,
- вторую систему трубок, применяемую для сообщения второго и первого чана, причем система обеспечена выходным отверстием в первом чане, где, при использовании, находится жидкость измельченного вещества,
- первое и второе клапанные устройства, относящиеся соответственно к первой и второй системе трубок, необходимые, чтобы два чана выборочно сообщались в зависимости от открытого/закрытого состояния указанных устройств; и отличающегося тем, что устройство включает средства регулировки, приспособленные тонко регулировать давление газообразных продуктов внутри, по меньшей мере, одного чана по одному или более значению, запрограммированному пользователем.
Согласно изобретению давление внутри любого или обоих чанов может регулироваться очень тонко (с погрешностью около сотой доли бара). В используемом стандартном диапазоне давления (0,15-0,5 бар) энолог или, в общем, пользователь может настраивать уровень и/или тенденцию изменения давления с течением времени, например, на цикл перекачивания и/или на разные, сменяющие друг друга циклы.
Все это предоставляет специалисту по вину огромный винодельческий потенциал. Как упоминалось выше, давление в чане винного брожения значительно влияет на качество и тип изготавливаемого вина. Такие переменные величины, как сорт винограда, год урожая, температура и степень или стадия брожения, в сочетании с переменной давления дают единый рецепт получаемого в конечном итоге вина.
Дополнительно, устройство изобретения лучше приспособлено к большему количеству разных сортов винограда, потому что может перерабатывать их, создавая среду брожения с точным контролем давления. Каждому сорту винограда необходимы свои особые параметры давления, которые сильно разнятся от сорта к сорту; согласно изобретению, винодельческое устройство способно предложить оптимальную и регулируемую среду для винного брожения.
Таким образом, предпочтительно, чтобы средства регулировки были приспособлены регулировать давление газообразных продуктов с погрешностью менее или равной 0,01 бар.
Для достижения такой высокой точности предпочтительно, чтобы средства регулировки включали клапанное устройство, блок обработки информации, датчик давления для распознавания внутреннего давления в чане, который нужно стабилизировать, при этом блок должен быть приспособлен считывать данные, выводимые датчиком, и регулировать третье клапанное устройство, так чтобы поддерживать давление на запрограммированном уровне. На практике проводится управление с обратной связью.
В качестве клапанного устройства можно использовать:
- одинарный клапан, установленный между первым чаном и внешней средой, или
- одинарный клапан, установленный в первой системе трубок между первым клапанным устройством и вторым чаном;
- два клапана, один грубый и параллельно один более точный, расположенные на первом чане или в первой системе трубок.
Предпочтительно, чтобы клапаны были типа открытия/закрытия, так чтобы блок обработки информации мог постоянно открывать и закрывать дополнительный(-ые) клапан(ы), чтобы каждый раз выводить немного избыточного газа в соответствии с запрограммированным давлением.
Многое зависит от объема газа, который нужно дегазировать. Для очень большого чана может использовать один и притом механически несложный клапан, потому что погрешности в его выходном потоке становятся несущественными по сравнению с гораздо большим объемом газа. Напротив, для меньших чанов необходим клапан с точным и контролируемым выходным отверстием, поэтому, например, параллельно предохранительному клапану, используемому для резкой мгновенной дегазации, может помещаться небольшой электромеханический клапан открытия/закрытия. В целом это отвечает конкретным требованиям точности.
Однако более медленная дегазация может всегда происходить с одинарным клапаном, тонко регулирующим давление.
Чтобы разъяснить преимущества изобретения, далее будет описано предпочтительное устройство, согласно изобретению, со ссылкой на графические материалы, где
Фигуры 1-4 показывают винодельческое устройство, согласно изобретению, на различных этапах эксплуатации;
Фиг.5 показывает другой предпочтительный вид винодельческого устройства, согласно изобретению, обозначенный индексом 50.
Чан 10 (фиг.1) известными средствами и путями наполняется мустом 30. Трубопровод 14 контролируемым образом, посредством клапана 24, приводит в сообщение верхнюю часть чана 10 с верхней частью второго чана 12. Второй трубопровод 18 контролируемым образом, посредством клапана 16, приводит в сообщение дно чана 10 с дном чана 12. Чан 10 имеет верхнее выходное отверстие 20, контролируемое средствами 22 регулировки давления. Клапан 16 изначально закрыт, чтобы блокировать отток муста 30.
По прошествии определенного времени (фиг.2) муст 30 при брожении вырабатывает газ или газообразные продукты 32 (в основном С02) и создает твердую шапку 34. Клапан 24 открыт, и газ 32 самопроизвольно проникает в чан 12. Средства 22 регулировки давления настраиваются, чтобы не допустить утечки газа 32 из чана 10.
По прошествии заранее заданного времени чаны 10, 12 изолируют, путем закрытия клапана 24. Газ 32 остается запертым под давлением в чане 12, тогда как во втором чане происходит сброс давления (или дегазация) через трубопровод 20 путем настройки средства 22 регулировки давления таким образом, чтобы открыть трубопровод 20 (фиг.3).
Наконец, (фиг.4), клапан 16 открывается, и газ 32 самопроизвольно течет в муст 30. Поднимаясь, он приводит к легкому нарушению шапки 34 и ее выщелачиванию, экстрагируя ее запахи и природные пигменты.
Средства 22 регулировки давления контролируются электронным блоком (не показано), например, ПЛК (программируемым логическим контроллером), который управляет всеми этапами виноделия. Этот блок может быть обеспечен программными пользовательскими интерфейсами и управляющими каскадами для средств 22 регулировки давления. Благодаря контролю средств 22 блок может точно поддерживать в чане 10 любое конкретное запланированное давление. С этой целью к блоку подключен датчик давления (не показано), который измеряет давление газа в чане 10.
В качестве средства регулировки давления можно использовать клапанное устройство, например, одинарный клапан, установленный между первым чаном 10 и внешней средой, или два клапана, один грубый и параллельно один более точный. Предпочтительно, чтобы клапаны были типа открытия/закрытия, так, чтобы блок обработки информации мог постоянно открывать и закрывать дополнительный(-ые) клапан(ы), чтобы каждый раз выводить немного газа.
Давление внутри газосборного чана 12, имеет очень большое значение. В сущности, слишком высокое давление в этом чане имеет огромное влияние на качество вина. Выпуск, импульсный или нет, газа 32, удерживаемого под давлением, из чана 12 в чан 10 (и ниже шапки выжимок), приводит к более или менее резкому нарушению шапки выжимок, к выходу муста на поверхность шапки и выпуску газа из ягод винограда. Если давление слишком высокое, ягоды лопаются, и образуется много осадка (кашеобразной массы, взвешенной в мусте).
Обнаружено, что все до единого сорта винограда и шапки выжимок (как в связи с годом урожая, так и со временем сбора сортов, и даже со способом, которым собирают виноград, например, механическим или ручным) имеют свое оптимальное давление перекачиваемого газа, которое должно выдерживаться с максимальным допуском в одну сотую бара (например, в пределах таких точных значений как 0,29 бар или 0,31 бар).
Можно понять, как изобретение даже в этом случае обеспечивает мусту оптимальную среду брожения.
На фигурах 1-4 показан другой клапан 22b, используемый по выбору или взамен клапана 22, помещенный на трубопроводе 14, так что его выходное отверстие направлено наружу. В частности, когда имеется клапан 22b, устройство позволяет полнее контролировать процесс виноделия. Например, обратите внимание на случай, в котором клапан 22 отсутствует (сокращенное число компонентов).
Как заявлено выше, хранение газа в чане 12 осуществляется с открытым клапаном 24, но клапан 22b позволяет на этом этапе контролировать давление газа 32 в чане 10, т.е. существует контроль над давлением, которое испытывают при брожении муст 30 и шапка 34.
Как уже отмечалось, когда клапан 24 закрыт, газ 32 остается запертым в чане 12, но теперь клапан 22b позволяет, при необходимости, контролировать давление в чане 12. Это позволяет регулировать давление газа 32, который ударяет по мусту 30 и шапке 34 на следующем этапе перекачивания.
Ясно, что в этом случае изобретение с помощью всего двух выпускных клапанов обеспечивает абсолютный контроль над всеми ключевыми показателями давления в винодельческом устройстве.
Более компактный вариант с двумя клапанами показан на фиг.5. Винодельческое устройство 50 для некого муста 90 состоит из цилиндрического наружного корпуса 52, разделенного внутри разделительной стенкой 56 из конических колпачков на два расположенных один над другим меньших чана или на две емкости 54, 62, соответственно, верхнюю и нижнюю.
Емкость 62 сообщается с внешней средой при помощи донного люка 64 и вертикального люкового просвета 72, вокруг которого выполнен чан 54.
Верхний чан 54 может выборочно подсоединяться к люковому просвету 72 посредством трубопровода 66 и клапана 70. На том же трубопроводе 66 есть второй клапан 68, с помощью которого можно устанавливать сообщение между люковым просветом 72 (и, таким образом, чаном 62) и окружающей средой для дегазации (когда его закрывающая дверца 73 закрыта). На трубопроводе 66, между клапаном 70 и чаном 54, установлен другой клапан 80, электромеханический, типа открытия/закрытия, меньший, чем клапан 68 и поэтому более чувствительный и с ограниченным пропуском потока. Его назначение - тонко регулировать давление внутри чанов 62, 54. Чан 54 также может выборочно подсоединяться к чану 62 посредством трубопровода 76 и клапана 78.
Клапаны 70, 68, 78, 80 контролируется электронным блоком 84, например, ПЛК, который управляет всеми этапами виноделия. Этот блок может быть обеспечен датчиками времени, программными пользовательскими интерфейсами и управляющими каскадами для клапанов 68, 70, 78, 80 (см. стрелки на фиг.5).
Благодаря контролю клапана 80, специально спроектированного, чтобы за раз выпускать наружу малые количества газа (т.е. он пропускает очень маленький контролируемый поток, чтобы регулировать сотые доли бара в чане 62 и/или 54), блок 84 может поддерживать точно и конкретно запланированное давление внутри чана 62 и/или 54. С этой целью к блоку 84 подключен датчик давления 82, который измеряет давление газа в чане 54.
Винодельческое устройство 50 функционирует так же, как описано для фигур 1-4, достаточно лишь иметь в виду следующие соответствия:
чан 10 ↔ чан 62
чан 12 ↔ чан 54
клапан 22 ↔ клапан 68
клапан 24 ↔ клапан 70
клапан 16 ↔ клапан 78
трубопровод 14 ↔ трубопровод 66
трубопровод 18 ↔ трубопровод 76
клапан 22b ↔ клапан 80.
Основные этапы функционирования будут кратко повторены.
По существу, правильное управление клапанами 70, 68, 78 позволяет накапливать в чане 54 газообразные продукты брожения, чтобы потом выпустить их в чан 62, чтобы нарушить шапку 58 выжимок.
(i) Чан 62 наполняют мустом 90.
(ii) По прошествии некоторого времени бродящий муст 90 вырабатывает газ и твердую шапку 58. Клапан 70 открывают, клапан 68 и клапан оставляют 78 закрытыми. Поэтому газ самопроизвольно проникает в чан 54. Клапан 80 регулируют, например, циклами, имея подходящий рабочий цикл коротких открытий сменяющихся закрытиями, так чтобы поддерживать в двух чанах 54, 62 заранее заданное давление, определенное пользователем путем программирования блока 84. Такое давление может быть постоянным или следовать запрограммированной эталонной тенденции, и соответствует давлению, которое испытывают муст 90 и шапка 58.
(iii) По прошествии предписанного времени, клапан 70 закрывают. Газ оставляют запертым под давлением в чане 54, тогда как во втором чане 62 осуществляют сброс давления (или дегазация) путем открывания клапана 68, который спроектирован, чтобы выдерживать даже резкий выходной поток. Теперь с клапаном 80 давление в чане 54 может быть отрегулировано до уровня, который даже отличается от предыдущего (также путем введения в чан 54 сжатого воздуха или других эксплуатационно совместимых газов или без введения).
(iv) клапан 78 открывают, газ самопроизвольно течет в муст 30, и, поднимаясь, взаимодействует с шапкой 58, нарушая ее. Поскольку давление газа было отрегулировано до точного значения, которое является оптимальным для перерабатываемых сортов винограда, взаимодействие с мустом и шапкой является наилучшим.
Ясно, что каждая фаза (i-iv) может быть выгодно автоматизирована и/или запрограммирована с помощью блока 84. Это позволяет устанавливать циклы нарушения шапки 60, периодические или непериодические, и проверять различные способы дегазации чана 62. В частности, можно найти лучший уровень и/или лучшую тенденцию для давления в чанах 54, 62 (причем уровни и тенденции также являются независимыми друг от друга), что дает оптимальные результаты при изготовлении вина. То же самое касается устройства по фиг.1.