СПОСОБ ОСВЕТЛЕНИЯ ВИННОГО ОСАДКА
WINE SEDIMENT CLARIFICATION METHOD

Настоящее изобретение относится к способу осветления винного осадка, характеризующемуся признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
При изготовлении вина в процессе обработки после брожения образуется большое количество осадка, который помимо взвешенных веществ и компонентов виноградного сусла содержит большое количество дрожжей. Данный осадок представляет собой суспензионное или взвешенное вещество (в основном дрожжи), которое откладывается, главным образом после брожения вина, в виде донного осадка в бочке или емкости.
В настоящей заявке под термином “осадок” понимается отстой (дрожжевой осадок), состоящий в основном из дрожжей и получаемый при первом сцеживании. Данный осадок может представлять собой живые или мертвые дрожжевые клетки. Твердое вещество, кроме того, содержит (если говорить об основных компонентах) микроорганизмы, винный камень, виннокислый кальций, белок, красители и фракции отстоя, содержащиеся в виноградном сусле (кожица виноградной ягоды и другие подобные включения). Количество осаждающегося дрожжевого отстоя составляет от 2 до 5% от количества перебродившего сусла. Внешние слои состоят в основном из вязких веществ тускло-коричневого цвета, а средний слой имеет ярко-желтую окраску и состоит из чистых дрожжей, поэтому его называют средним дрожжевым слоем. Поскольку отстой представляет собой достаточно податливое вещество, удалить его эффективным образом в ходе процесса осветления не представляется возможным,
Вино отделяют от осадка посредством сцеживания. При промышленном производстве вино обычно фильтруют при помощи диатомита, не дожидаясь отстаивания. При выполнении различных этапов обработки напитка осадок, остающийся в бродильной емкости, рассматривают как нежелательный побочный продукт.
Осадок нельзя удалять в канализацию, поскольку он содержит большое количество вина, которое, в частности, может вызывать нарушения биологических стадий в очистных сооружениях. Однако посредством осветления осадок может быть переработан в так называемое дрожжевое вино и в твердое вещество или отстой, приемлемые для захоронения на специальных полигонах.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в оптимизации данного способа.
В рамках настоящего изобретения поставленная задача решена путем разработки способа, характеризуемого признаками пункта 1 формулы изобретения.
В соответствии с предлагаемым способом перед центрифугальным осветлением или во время центрифугальной обработки выполняют оклейку осадка путем добавления по меньшей мере одного осветляющего вещества.
В этой связи под оклейкой следует понимать добавление в осадок различных агентов (осветляющих веществ), причем в результате химических реакций и/или адсорбции происходит связывание нежелательного взвешенного вещества указанными добавляемыми веществами, после чего связанное вещество оседает на дно или отделяется под действием центробежных сил в качестве тяжелых компонентов.
Оклейка способствует лучшему осветлению жидкой фазы, что позволяет повысить качество вина при применении предлагаемого оптимизированного способа.
Предпочтительные варианты предлагаемого способа являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно одному из предпочтительных вариантов изобретения, жидкую фазу обрабатывают посредством непрерывной оклейки без задания условий по времени. Получаемый при оклейке дополнительный отстой, так называемый клеевой осадок, можно легко отделить от жидкости во время центрифугального осветления.
В особо предпочтительном случае оклейку выполняют при помощи желатина и кизельзоля.
Согласно одному из предпочтительных вариантов изобретения, во избежание избыточной оклейки сначала добавляют желатин, а затем добавляют кизельзоль.
В качестве альтернативы желатину и кизельзолю можно использовать другие осветляющие вещества, например, бентонит, хитозан, казеин, рыбий клей и другие белки животного происхождения, гуммиарабик, поливинилпирролидон, таннины или другие полифенолы и/или полиамид.
Согласно одному из предпочтительных вариантов изобретения, после оклейки выполняют определение содержания отстоя в жидкой фазе.
Например, контрольно-измерительный прибор на основании предварительно заданного значения может принимать решение, соответствует или нет содержание отстоя в жидкой фазе требованиям, предъявляемым, например, к дрожжевому вину. Дозирование осветляющего вещества выполняют, например, на основании определенного содержания отстоя.
Согласно первому предпочтительному варианту предлагаемого способа, оклейку выполняют в секции смешивания перед центрифугальным осветлением в шнековой центрифуге с непроницаемой стенкой, причем в этом случае оклейку выполняют отдельно от фактического осветления, осуществляемого на последующем этапе. Таким образом обеспечивается улучшенная оптимизация осветления жидкой фазы тех типов осадка, осветление которых наиболее затруднено.
Согласно второму варианту предлагаемого способа, оклейку выполняют во время центрифугального осветления путем подачи осветляющего вещества в указанную шнековую центрифугу с непроницаемой стенкой. Этот вариант позволяет обеспечить более компактную конструкцию установки, реализующую предлагаемый способ.
Согласно третьему варианту изобретения, оклейку выполняют путем подачи осветляющего вещества в выпуск указанной шнековой центрифуги. Этот вариант позволяет повысить качество обработки тех типов осадка, которые являются сложными для осветления.
Различные варианты изобретения можно комбинировать друг с другом, например, в случае тех типов осадков, которые являются сложными для осветления, при этом оклейку выполняют при температуре продукта от 8 до 25°C.
Температура раствора желатина/кизельзоля предпочтительно составляет 35-45°C.
В заявленном способе предпочтительно использовать такую шнековую центрифугу, у которой g-фактор (максимальное центростремительное ускорение продукта в барабане, кратное ускорению силы тяжести) превышает 2700. В этом случае предлагаемое изобретение обеспечивает наиболее предпочтительный технический результат.
Впускное отверстие распределителя в цилиндрической части барабана предпочтительно расположено ближе к конической части, чем к отверстию выпуска жидкости, но не в конической части барабана. Данное обстоятельство также принципиально важно для достижения технического результата.
Кроме того, согласно предпочтительному варианту изобретения в нем используется барабан, конструкция или конфигурация которого предусматривает глубокую полость, т.е. диаметр барабана более чем в два раза превышает радиус, на котором расположены отверстия для выгрузки твердого вещества. Таким образом, вследствие образованного длительного пути седиментации эффективность предлагаемого изобретения дополнительно повышается.
Далее подробно раскрыто несколько вариантов изобретения со ссылкой на фиг.1-4, на которых:
фиг.1 изображает схему установки, которая содержит шнековую центрифугу с непроницаемой стенкой и расположенный выше по потоку смесительный каскад, причем показанная установка предназначена для реализации способа осветления осадка;
фиг.2 изображает блок-схему, иллюстрирующую взаимосвязь отдельных этапов способа, выполняемого посредством показанной на фиг.1 установки;
фиг.3 изображает схему установки, содержащей шнековую центрифугу с непроницаемой стенкой и подводящий трубопровод, предназначенный для подачи осветляющих веществ;
фиг.4 изображает блок-схему, иллюстрирующую взаимосвязь отдельных этапов способа, выполняемого посредством показанной на фиг.3 установки.
На фиг.1 изображена схема установки или каскада обработки, посредством которой реализуют предлагаемый способ осветления осадка.
Осадок подают в данную установку, например, в накопленном виде, и обрабатывают отдельно от процесса обработки вина. Осадок можно подавать непосредственно из бродильной емкости и обрабатывать в дополнительном каскаде обработки.
Выше по потоку от указанной установки предусмотрена питающая емкость 1, верхняя часть которой предпочтительно имеет цилиндрическую форму, а нижняя - коническую.
В указанную питающую емкость вводят обрабатываемый осадок, состоящий, например, из дрожжей, твердых компонентов сусла, выпавших в осадок полимерных природных соединений и винного камня, причем перечисленные компоненты вместе с остальными жидкими компонентами образуют суспензию. Данный осадок выгружают, например, из бродильной емкости (не показана) после сцеживания вина. Как вариант, осадок поставляют отдельно, в случае небольших погребов, и заливают в указанную питающую емкость.
Питающая емкость 1 в своей нижней части сообщается, в данном случае посредством трубопровода 2, с насосом 3, причем трубопровод 2 предпочтительно соединен с питающей емкостью 1, нижний участок которой имеет коническую форму, в нижней точке. Осадок откачивают из питающей емкости и подают по трубопроводу 4 в секцию 5 смешивания.
В секции 5 смешивания происходит смешивание осадка с осветляющим веществом, подаваемым в секцию 5 из накопительной емкости 6. Процесс оклейки описан ниже, причем достаточно подробно. После смешивания осветляющего вещества с осадком полученную смесь подают при помощи трубопровода 7 и необязательного насоса 7А в шнековую центрифугу 8 с непроницаемой стенкой. Указанный необязательный насос 7А позволяет регулировать интенсивность подачи смеси осадка и осветляющего вещества, что является предпочтительным.
В шнековой центрифуге 8 с непроницаемой стенкой происходит осветление осадка, в результате чего получают осветленную жидкую фазу, которую перемещают, например, в накопительную емкость 9, и твердую фазу с отделенным осветляющим веществом, которую удаляют в отходы, например, при помощи ленточного конвейера 10.
Вместо перемещения в резервуар 9 осветленная жидкая фаза может быть подвергнута дополнительным этапам обработки.
На фиг.2 изображена возможная последовательность этапов предлагаемого способа, обеспечивающего осветление осадка в показанной на фиг.1 установке.
Осадок 101 подают в установку прямо с процесса брожения или из питающей емкости 1.
Затем при помощи насоса 3 выполняют подачу 102 осадка в секцию 5 смешивания, в которой происходит так называемая оклейка 103, т.е. смешение одного или нескольких осветляющих веществ 104 с осадком 101.
В результате взаимодействия осветляющего вещества с компонентами осадка возникает требуемая химическая реакция и/или физический эффект.
После этого смесь осадка и осветляющего вещества направляют в шнековую центрифугу с непроницаемой стенкой. Здесь посредством центрифугального осветления 105 осадок перерабатывают в жидкую или текучую фазу 107 и в твердую фазу 106, подлежащую удалению в отходы.
На последнем этапе обе указанные фазы по отдельности выгружают.
На фиг.3 изображена схема второй, более предпочтительной установки для осветления осадка.
Осадок направляют из питающей емкости 11 при помощи трубопроводов 12 и 14 и насоса 13 непосредственно в шнековую центрифугу 18 с непроницаемой стенкой. Эта центрифуга сообщается через подводящий трубопровод с питающей емкостью 16 для осветляющего вещества.
Осветляющее вещество можно вводить в центрифугу 18 с непроницаемой стенкой непосредственно из указанной емкости 16. Центрифуга 18 выполняет как задачу смешивания осветляющего вещества с осадком, так и задачу осветления осадка с образованием жидкой фазы и твердой фазы, включая отделение осветляющего вещества. Жидкую фазу можно подвергнуть дополнительной обработке на последующих этапах или собрать в накопительную емкость 19 в виде так называемого дрожжевого вина. Твердую фазу можно отправить в отходы, например, при помощи ленточного конвейера 20.
Добавление осветляющего вещества предпочтительно выполняют на основании определения содержания отстоя в осветленной жидкой фазе при помощи контрольно-измерительного прибора 21, например нефелометра. В случае очень высокого содержания отстоя указанный прибор может или направить жидкую фазу обратно в шнековую центрифугу с непроницаемой стенкой и/или увеличить или уменьшить количество добавляемого осветляющего вещества (не проиллюстрировано). Осветляющее вещество наиболее предпочтительно добавлять при помощи дозирующей трубки.
Предусмотрена также другая возможность задания оптимальной концентрации осветляющего вещества, заключающаяся в определении содержания отстоя в осветленной жидкой фазе, предпочтительно при помощи оптического измерительного устройства, с последующим регулированием потока осадка, направляемого в шнековую центрифугу с непроницаемой стенкой.
На фиг.4 схематично изображена последовательность этапов по второму варианту предлагаемого способа, осуществляемого при помощи показанной на фиг.3 установки.
Сначала выполняют подачу 202 осадка 201, например, из питающей емкости 11 непосредственно в шнековую центрифугу 18 с непроницаемой стенкой.
В шнековой центрифуге 18 выполняют оклейку 203 (следовательно, подают осветляющее вещество 204А); обеспечивают протекание реакции 203А оклейки между осветляющим веществом и твердыми веществами; и осуществляют центрифугальное осветление 205 осадка с образованием жидкой фазы и твердой фазы (включая отделенное осветляющее вещество).
После этого твердую фазу 206 и жидкую фазу 207 выгружают из шнековой центрифуги 18.
При необходимости между осветлением 205 и выгрузкой жидкой фазы 207 выполняют этап определения содержания 208 отстоя.
Согласно альтернативному или дополнительному варианту изобретения (не показан), осветляющее вещество подают в секцию распределителя или (наиболее предпочтительно) в зону за распределителем - между распределителем и выпуском жидкой фазы в указанную шнековую центрифугу.
Указанный распределитель может быть оснащен перемешивающими элементами, что обеспечивает качественное перемешивание осветляющего вещества и осадка.
Ввод осветляющего вещества наиболее предпочтительно выполнять за распределителем, поскольку в этом случае более тяжелые твердые вещества уже отделены. В результате, в зоне распределителя происходит частичное предварительное осветление, вследствие чего меньшее количество осветляющего вещества требуется для осветления жидкой фазы осадка после распределителя в шнековой центрифуге и при этом обеспечивается оптимальное тщательное перемешивание.
При такой методике осветления используют центрифугу с непроницаемой стенкой, соответствующую наиболее предпочтительному варианту изобретения, при котором указанный шнек содержит сегменты, обеспечивающие тщательное перемешивание. Такие шнеки с тщательно перемешивающими сегментами, предусмотренными в секции распределителя, известны из уровня техники, например, из патентных документов WO 02/38278 и DE 102005061461.
Осветляющее вещество предпочтительно состоит из комбинации желатина и кизельзоля.
Далее более подробно рассмотрен этап оклейки, входящий в предлагаемый способ. Этап рассмотрен на примере оклейки вина, которую наиболее предпочтительно выполнять с применением желатина и кизельзоля.
Желатин - это белковое вещество. Его обычно получают путем гидролиза коллагена, содержащегося в шкуре, костях и коже крупного скота. Желатин представляет собой совокупность частично гидролизованных протеинов и пептидов, α-спиралей, β-пептидов, β-спиралей, γ-петицов, γ-спиралей и фрагментов коллагенов. Желатин, гидролизованный кислотой, имеет в вине сильный положительный заряд, а желатин, гидролизованный щелочью, имеет в вине слабый заряд. Присутствие желатина приводит к снижению содержания как конденсированных полифенолов, так и дубильных веществ. Кроме того, он обеспечивает осветление тона, причем потеря самих красящих веществ (антоцианов) составляет всего лишь несколько процентов. Наконец, желатин позволяет избавить вино, по меньшей мере частично, от дефектов, относящихся к дефектам запаха и вкуса.
Кизельзоли представляют собой водные коллоидные растворы кремниевой кислоты. Они содержат несплетенные шаровидные частицы аморфной кремниевой кислоты.
Оптимальную концентрацию осветляющего вещества можно определить путем проведения предварительных тестов по оклейке в мерных цилиндрах, при этом осветление оценивают, например, визуально.
Оклейка, т.е. осветление осадка посредством желатина, происходит за счет разряда по-разному заряженных частиц. Нежелательные коллоиды, появляющиеся в осадке (из сусла, дрожжей или в результате химических изменений вина во время брожения) в целом имеют отрицательный заряд вследствие ионизации кислотной группы, а частицы желатина заряжены в вине положительно. Наличие противоположных зарядов приводит к связыванию осветляющего вещества и веществ отстоя, что, в свою очередь, создает агломерацию или агрегацию с последующей флоакуляцией.
При наиболее предпочтительном варианте предлагаемого способа сначала добавляют желатин, а затем добавляют кремниевую кислоту. При этом сначала осаждают коллоиды вина, а затем из раствора удаляют избыток желатина путем осаждения после добавления кизельзоля.
Как вариант, сначала можно добавлять кизельзоль, а затем желатин. Кроме того, в секции смешивания могут проходить и другие процессы оклейки, являющиеся альтернативными или дополнительными по отношению к вышеописанной оклейке, выполняемой при помощи желатина.
Как правило, нижний предел содержания твердых веществ в осадке составляет по меньшей мере 30% по объему, предпочтительно от 40 до 60% по объему, причем твердое вещество обычно содержит от 10 до 12% достаточно податливых твердых веществ, которые являются сложными для отделения.
В такой осадок, содержащий, например, податливые твердые вещества в количестве от 10 до 12% по объему, сначала добавляют от 5 до 15 г/гл желатина (в частности, 10 г/гл (гектолитр)), а затем - от 25 до 75 мл/гл кизельзоля (например, 50 мл/гл).
В результате, после оклейки и осветления жидкая фаза, осветленная указанным образом, содержит, например, приблизительно 0,2% по объему податливых твердых веществ.
Обработку осадка в заявленном способе предпочтительно выполнять в виде непрерывного процесса.
Согласно еще одному варианту изобретения (не показан), подачу осветляющего вещества выполняют путем его добавления в трубопровод, подающий осадок в указанную шнековую центрифугу.
Данный трубопровод может представлять собой подводящую трубу указанной шнековой центрифуги. В предпочтительном случае он содержит средства для смешивания осветляющего вещества с осадком.
В качестве предпочтительной альтернативной или дополнительной меры можно предусмотреть добавление осветляющего вещества в зоне распределителя шнековой центрифуги. На распределителе или в распределителе предусматривают или формируют конструктивные элементы, например выступы, интенсифицирующие процесс перемешивания, что является предпочтительным, поскольку в этом случае обеспечивается, по существу, равномерное распределение осветляющего вещества в осадке.
Помимо подводящей трубы, подачу в зону распределителя шнековой центрифуги можно также выполнять по отдельному второму подводящему трубопроводу.
Тесты с дозированием желатина (от 5 до 8 г/гл) посредством дозирующей трубы, установленной в подводящей трубе, т.е. тесты с добавлением осветляющего вещества (желатина) прямо в сепарационную камеру сцеживающего барабана, показали, что осветление можно улучшить на 50% и более в зависимости от производительности установки.