Затем выделяют сусло-самотек. После его отбора на стекателях мезга поступает в пресс непрерывного действия (на схеме - П) для отделения прессовых фракций сусла.
Далее сусло смешивают в емкости Е1 для осветления. Его проводят несколькими способами: отстаивание, центрифугирование, фильтрация, сепарирование и др. Чаще применяется отстаивание сусла, обеспечивающее прохождение не только физико-химических процессов, но и биохимических, способствующих созреванию сусла.
Осветленное сусло поступает в бочки для брожения (БР2).
Брожение сусла проводят при температуре 22-26°С до получения недоброда виноматериалов с остаточным сахаром 1-3 г/100 см3. Экстракцию красящих и фенольных веществ проводят путем многократного перекачивания виноматериала мезговым насосом из нижней в верхнюю часть экстрактора на «шапку». Процесс экстракции ведут при температуре 30-35°С до получения в вине требуемого количества красящих и фенольных веществ.
После брожения сусло фильтруют для осветления в осветлителе ОС, из которого отходит осадок и осветленное сусло.
Для получения конечного виноматериала сусло обрабатывают сорбиновой кислотой в количестве 200-300 мг/л, что прекращает развитие дрожжей. Сусло, стабилизированное сорбиновой кислотой, необходимо сульфитировать до содержания SO общего не менее 100 мг/л.
Готовый виноматериал подают на
дозатор Д для горячего розлива. Его нагревают в теплообменнике до температуры
50-55°С, разливают в теплые бутылки и укупоривают стерильными пробками.
3. ОПИСАНИЕ ОСНОВНОЙ СТАДИИ
ПРОИЗВОДСТВА (БРОЖЕНИЕ СУСЛА)
В процессе спиртового брожения из глюкозы образуются два главных продукта - этиловый спирт и углекислый газ, а также промежуточные вторичные продукты: глицерин, янтарная кислота, уксусная кислота, ацетальдегид, 2,3-бутилен-гликоль, ацетоин, лимонная кислота, пировиноградная кислота, эфиры и так называемые сивушные масла (изоамиловый, изопропиловый, бутиловый и другие спирты).
Разные сахара сбраживаются с различной скоростью. Наиболее легко бродят глюкоза и фруктоза, медленнее - манноза и галактоза; пентозы дрожжами не сбраживаются. Сахароза является хорошим субстратом спиртового брожения, но лишь после гидролиза на составляющие моносахара с помощью р-фруктофуранозидазы (инвертазы), всегда присутствующей в дрожжах.
Дрожжи обладают способностью сбраживать весьма высокие концентрации сахара - до 60%. Они выносят также высокие концентрации спирта - до 14-16 % об. При этом токсичное действие спирта увеличивается с повышением температуры. В присутствии кислорода спиртовое брожение прекращается, и дрожжи получают энергию путем кислородного дыхания (образуется 686 ккал тепла). Так как этот процесс энергетически более богат, чем процесс брожения (56 ккал тепла), то дрожжи при брожении тратят сахар значительно экономнее. Прекращение брожения под влиянием кислорода получило название эффекта Пастера.
При спиртовом брожении полученная
пировиноградная кислота подвергается расщеплению под действием фермента
пируватдекарбоксилазы на углекислый газ и уксусный альдегид, который под
действием фермента алкогольдегидрогеназы (коферментом ее является НАД)
восстанавливается в этиловый спирт по уравнению
Пируватдекарбоксилаза
СН3-СО-СООН > СО,+СН3СНО + НАД-Н2 НАД
алкогольдегидрогеназа
СН3СНО ►
СН3-СН2ОН.
Механизм образования вторичных продуктов спиртового брожения раскрыт еще не полностью. Образование глицерина может быть объяснено по II форме брожения Нейберга, которое называется глицеропировинолрадным:
глюкоза -» глицерин -» уксусный альдегид -» углекислый газ
При этом сбраживание глюкозы происходит в присутствии бисульфита натрия, который выводит из реакции уксусный альдегид. Поэтому винодел всегда должен учитывать, что в присутствии повышенных доз сернистого ангидрида накапливается глицерин и может повышаться содержание уксусного альдегида.
Введение в бродящую среду уксусного альдегида приводило к повышению содержания в ней 2,3-бутиленгликоля, ацетоина, янтарной и уксусной кислот. Таким образом, уксусный альдегид является основным источником образования вторичных продуктов брожения.
При окислении дрожжами уксусного альдегида образуется уксусная кислота, которая в результате дегидрирования и конденсации дает янтарную кислоту. Образование янтарной кислоты может проходить также путем дезаминирования глютаминовой кислоты по теории Эрлиха. Этим путем образуется только около 10% янтарной кислоты. Из янтарной кислоты через фумаровую, яблочную и щавелево-уксусную кислоты образуется лимонная. Молочная кислота и ацетоин образуются из пировиноградной кислоты. 2,3-бутиленгликоль синтезируется в результате восстановления ацетоина.
При брожении без доступа воздуха образуется меньше янтарной кислоты и больше уксусной, 2,3-бутиленгликоля и ацетоина, чем в аэробных условиях. С увеличением pH повышается содержание глицерина, уксусной и янтарной кислот и уменьшается образование спирта, ацетоина и 2,3-бутиленгликоля.
На образование вторичных продуктов брожения оказывают влияние и другие факторы: температура брожения, исходный состав сусла, содержание аминокислот и витаминов, возраст и расы дрожжей и многое другое. Высшие спирты синтезируются дрожжами в ходе брожения в анаэробных и аэробных условиях.
На долю изоамилового, изобутилового и н-пропилового спиртов приходится 85-93% от содержания всех высших спиртов. Образование всех высших спиртов по теории Эрлиха связывалось с дезаминированием аминокислот, последующим декарбоксилированием и восстановлением получающихся альдегидов в спирты.
Современный взгляд на этот механизм предполагает два пути: первый - это реакция переаминирования аминокислот среды и клетки с пировиноградной кислотой, образующейся при спиртовом брожении; второй - образование высших спиртов в процессе синтеза некоторых аминокислот дрожжевой клеткой. Накопление в среде высших спиртов зависит от биосинтетических процессов в клетке и определяется ростом и размножением дрожжей, а также обменом веществ сформировавшейся, но не размножающейся клетки.
Хересные дрожжи могут использовать уксусную кислоту в процессе выдержки вина под пленкой. Н.Ф. Саенко отмечает возможность развития хересной пленки при содержании 4 г/дм3 уксусной кислоты и снижении ее уровня до 1,35 г/дм3 за 45 суток. А.А. Мартаков показал, что дрожжи интенсивно используют уксусную кислоту в условиях глубинно-аэробной ферментации вин, а также при брожении сусла с аэрацией. При этом дрожжи, используя уксусную кислоту, образовывали кислоты цикла Кребса: щавелево-уксусную, яблочную, фумаровую, янтарную, акетоглутаровую и лимонную, а также гликолевую кислоты. Часть уксусной кислоты идет на образование аминокислот белков дрожжей. Этот процесс проходит наиболее интенсивно при размножении дрожжей с аэрацией бродящего сусла. Может происходить также вторичный синтез этанола из ацетальдегида в аэробных условиях ферментации сухих вин.
Для исправления сухих вин с повышенным содержанием уксусной кислоты рекомендуется их вновь перебраживать с добавлением свежего или концентрированного сусла.
Брожение сусла. Основной особенностью брожения в крупных резервуарах является чрезмерное повышение температуры бродящего сусла за счет выделяющегося при этом тепла. Грамм-молекула сахара (180 г) выделяет 23,5 ккал тепла.
Относительно плохая теплопроводность резервуаров, большая масса бродящей жидкости, сомкнутое расположение резервуаров - все это обусловливает слабое теплоизлучение и разогревание бродящего сусла.
Отрицательное влияние повышенной температуры заключается в следующем. Виноград и виноградное сусло содержат в себе эфирные масла, которые и создают впоследствии основу букета вина. Во время брожения пузырьки углекислого газа (С02), проходя через слой жидкости, насыщаются парами эфирных масел и выносят их в атмосферу. Из 1 л сусла выделяется во время брожения до 50 л С02. Чем выше температура, тем большее количество ароматических веществ выносится в атмосферу с С02. Понижение температуры брожения способствует сохранению ароматических веществ в вине.
Е.Н. Датунашвили разработан способ улавливания и использования эфирных масел, выносимых с углекислотой. При брожении сусла в крупных емкостях на коммуникации, отводящей углекислоту, устанавливаются адсорберы, заполненные активированным углем, с целью улавливания эфирных масел.
Элюированные с угля спиртом-ректификатом эфирные масла могут быть использованы для улучшения аромата столовых, крепких, десертных и полусладких вин. Эфирные масла, выделяемые при брожении, применяются в количествах от 0,007 до 0,03% (в расчете на чистые масла) в зависимости от типа вина.
С повышением температуры брожения увеличиваются потери спирта, так как он также выносится с углекислым газом.
При температуре бродящего сусла 30°С и выше происходит массовое отмирание дрожжевых клеток, а при 37-40°С брожение останавливается. Иногда даже введение свежей дрожжевой разводки не вызывает дображивания. Получается недоброд с повышенным содержанием сахара, который в дальнейшем является благоприятной почвой для развития болезнетворных микроорганизмов и дрожжей.
Болезнетворные бактерии, в частности маннитные, свободно развиваются при повышенных температурах, обогащают вино летучими кислотами и придают ему своеобразный посторонний привкус.
При повышенных температурах брожения, отмершие дрожжевые клетки скорее подвергаются автолизу, вследствие чего виноматериал излишне обогащается азотистыми веществами. Это обусловливает увеличение склонности вин к белковым помутнениям, к микробиальным заболеваниям и возникновению тонов переокисленности.
Температура брожения оказывает значительное влияние на скорость выбраживания сахаров, химический состав получаемого вина и на его качество. При медленном брожении, проводимом при низкой температуре, вина отличаются свежим и чистым сортовым ароматом, гармоничным тонким вкусом.
По данным Крюсса, при повышении температуры брожения от 7 до 20-22°С наблюдается одинаково высокое содержание спирта в получаемых виноматериалах - в пределах 16,5% об. При дальнейшем повышении температуры брожения крепость получаемых виноматериалов значительно снижается. Так, если при температуре брожения 25°С содержание спирта было 13,4% об., то при 28°С - 13,1% об., при 31°С - 11,9% об., при 34°С - 9% об. и при 37°С - 6,2% об.
В США сейчас предлагается следующая схема брожения с охлаждением: 18 дней брожение проходит при температуре 4°С, а заканчивается при 10°С. При такой схеме, брожение длится 32 дня.
Поршэ, наблюдая за хранением фруктовых соков, установил, что дрожжи способны забраживать при 0°С и даже при 3°С. Автор подчеркивает, что проведение спиртового брожения при температуре ниже 15°С исключает развитие яблочно-молочного брожения, весьма важного при получении красных и высококислотных белых вин.
Температурный оптимум развития дрожжей лежит в пределах 22-30°С. Минимальной температурой, при которой дрожжи сохраняют свою жизнедеятельность, считается - 8°С. Максимальная температура бродящего сусла, наблюдавшаяся в Туркмении, была 40-42°С. Эта температура подавляет бродильную способность дрожжей, что обусловлено изменениями внутриклеточной структуры, ведущими в итоге к гибели клеток. Местные туркменские дрожжи более термостабильны и свободно выносят температуру до 40°С. При 41 - 42°С эти дрожжи могут сбраживать сахар до конца только при исходной сахаристости сусла не более 20%. Для нормального брожения высокосахаристого сусла в условиях Туркмении температура должна быть не выше 37°С.
Имеется ряд патентов на методы автоматического регулирования брожения, которое производится или по температуре бродящего сусла, или по выделяющейся углекислоте, или по ходу разложения сахара.
Одним из основных факторов, определяющих качество столового вина, является гармоничное содержание в нем эфирных масел винограда, альдегидов, летучих кислот, органических кислот, азотистых веществ, особенно аминного азота, ферментов и некоторых других веществ. Большое влияние на ход обмена веществ, на выработку и активность ферментов оказывают pH среды, в которой культивируются дрожжи, температура брожения и степень аэрации бродящего сусла.
Летучие кислоты образуются дрожжами в небольших количествах в кислой среде. Повышение pH среды приводит к более усиленному образованию летучих кислот, которое является результатом действия ферментного аппарата дрожжей, регулирующего pH и удерживающего его на оптимальном для развития дрожжей уровне. Дрожжи, реагируя на изменение среды в неблагоприятную для их жизнедеятельности сторону, стараются ликвидировать этот сдвиг. Так, при повышении pH сверх оптимального значения они образуют повышенное количество уксусной кислоты, причем тем больше, чем выше pH. Наименьшее содержание летучих кислот наблюдается при pH в пределах от 3 до 4.
На изменение температуры и степени аэрации бродящей среды дрожжи также реагируют, образуя разное количество тех или иных веществ. Меньше всего летучих кислот получается при температуре брожения от 15 до 25°С. Повышение температуры брожения выше 25°С и понижение ниже 15°С приводят к повышенному образованию летучих кислот в процессе брожения виноградного сусла.
В сусле, бродящем с доступом кислорода воздуха, при всех вариантах температур летучих кислот образуется даже несколько меньше, чем в контрольных образцах бродящих в анаэробных условиях. Однако общая закономерность повышения содержания летучих кислот при низких и высоких температурах сохраняется.
Сусло и вино характеризуются значительным содержанием азотистых веществ, представленных белками и продуктами их гидролиза: пептонами, пептидами, аминокислотами, а также амидами и аммиаком. Важное значение азотистых соединений на стадиях образования и формирования вина не вызывает сомнений. С одной стороны, они являются необходимым питательным материалом для дрожжей во время спиртового брожения и для бактерий в процессе яблочно-молочного брожения; с другой - некоторые вещества оказывают прямое или косвенное влияние на сложение ароматических и вкусовых качеств вина в процессе его формирования и созревания.
Избыток азотистых веществ, при определенных условиях, создает предпосылки к большей склонности вин к помутнениям и микробиальным заболеваниям, а при наличии доступа к ним кислорода - к переокисленности и мадеризации.
Обоснование приемов регулирования количества азотистых веществ в виноматериалах является важной практической задачей. Одним из способов уменьшения содержания азотистых веществ в виноматериале является так называемое биологическое азотопонижение. Но, по данным Е.Н. Датунашвили, даже семикратная фильтрация с внесением после каждой фильтрации свежей порции дрожжей не удаляет весь ассимилируемый дрожжами азот. Кроме того, выполнение этого приема в производственных условиях весьма затруднительно.
Прекрасным регулятором содержания азотистых веществ в виноматериалах является температура брожения. Проводя брожение при температуре в пределах 14-18°С, можно получить виноматериал с минимальным содержанием азотистых веществ. Повышение температуры брожения вызывает увеличение количества азотистых веществ и прежде всего аминного азота в результате отмирания и автолиза дрожжевых клеток. При понижении температуры брожения (10°С и ниже) содержание азотистых веществ также увеличивается. И если в первом случае (при высокой температуре) это увеличение количества азота происходит за счет низкомолекулярных соединений - пептидов и аминокислот, выделяемых дрожжевыми клетками в результате автолиза, то при низкой температуре азот представлен, вероятно, высокомолекулярными соединениями - полипептидами, пептонами и белками.
На основании баланса азотистых веществ, потребляемых дрожжами и выделяемых обратно в среду при разных температурах брожения, нами установлено, что в ходе брожения виноградного сусла наиболее равномерное потребление азотистых веществ наблюдается при 15°С. При этой температуре на всем протяжении брожения выделение азотистых веществ дрожжевыми клетками аналитически не обнаруживается. Очевидно, оно все же происходит, но потребление азотистых веществ дрожжами значительно преобладает над выделением их.