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,

I---- 1 -l.^-P⁰^*! -------- 1---- 1--- \--\ ------ 1- —I------ 1-- 1---- Y — \ -------- ^i-

0 4 8 12 16 20 24 28 32 t.MUH

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):

1 — Альбильо, 19, 5; 2 и 3 — Матраса, 29, 3 и 19, 6; 4 — Цимлянский черный, 24, 2; 5 —
Саперави, 19, 8; в — Гибрид, 20, 5; ------------------------- выход сусла V; ---------------------------- скорость про­
цесса v

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

Рис. 9. Схема стекателя с переме­шивающими устройствами: 1 — корпус; 2 — перфорированный ци­линдр; 3 — лопасть перемешивающего устройства

[Мезга 3^ Т

Сусло j прессовых франций Сусло-самотек

Рис. 10. Схема стекателя, работаю­щего с перемешиванием и подпрес-совыванием мезги:

/ — шнек; 2 — валок; 3 — загрузочный бункер; 4 — звездочка для рыхления мезги; 5 — перфорированный цилиндр; 6 — разгрузочное устройство

перемещении частиц относительно друг друга (рис. 9). В таких стекателях всегда происходит большее или меньшее перетира­ние частиц мезги, которая находится в состоянии повышенной рыхлости, становится легко проницаемой для сока, но плохо задерживает взвеси, так как не образуется фильтрующий слой или он разрушается в ходе процесса. Эти стекатели обеспечи­вают сравнительно легкое, быстрое и достаточно полное отделе­ние сусла-самотека;

аппараты, извлекающие самотек при частичном под-прессов ывании и одновременном перемеши­вании мезги (рис. 10), обеспечивают высокий выход сусла за короткий период времени, но сусло сильно обогащается экстрактивными веществами и взвесями. Такие стекатели (эгут-форы) находят ограниченное применение;

аппараты, совмещающие различные способы

в|ёдействия на

мезгу (рис. 11), в оп­
тимальных режимах
обеспечивают наилуч­
шие результаты. Секци-
онно-шнековые стека­
тели этого типа имеют
три зоны отделения су­
сла: зону свободного
гравитационного отделе­
ния без механического
воздействия на мезгу
(получается сусло-само­
тек); зону рыхления
мезги (выделяется сусло
I фракции) и зону сла­
бого давления на мезгу
с одновременным ее рых­
лением (отбирается сусл(
стекателях составляет 55—60 дал/т при содержании взвесей
65—95 г/л. и фенольных соединений до 2 г/л.

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»

как плотность твердых элементов выше, чем сока. Поэтому на величину Рот стекшей мезги влияет режим стекания и, следовательно, тип стекателя.

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.