Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 7
1.1, Общая характеристика плодово-ягодных вин, вырабатываемых Б СССР ".
1.2, Пути повьшения качества крепленых плодово-ягодных вин II
1.2.1, Мероприятия по повышению технологической дисциплины и культуры производства 12
1.2.2, Совершенствование технологических процессов и тех-нохимического контроля производства яблочных ви-номатериалов 14
1.2.3, Использование различных технологических приемов и операций для повышения качества и расширения ассортимента плодово-ягодных вин 19
1.3, Особенности процесса хересования виноградных вино-материалов 23
1.4, Использование физиологических особенностей дрожжей для повышения качества крепленых плодово-ягодных вин 29
1.5, Цель и задачи исследований 33
2, Экспериментальная часть 35
2.1. Материалы и методы исследований 35
2.1.1, Объект исследований 35
2.1.2, Методы анализа 35
2.2, Лабораторные установки для проведения процесса ферментации яблочных виноматериалов в условиях высокой концентрации хересных дротаей ашт 4 mm
2.3. Выбор вида и объема насадки для проведения процесса ферментации яблочных виноматериалоБ 46
2.4. Разработка оптимальных параметров процесса ферментации яблочных виноматериалов 56
2.4.1. Определение начальной концентрации дрожжей 57
2.4.2. Спиртуозность среды и температура ферментации 60
2.4.3. Аэрация среды 63
2.4.4. Скорость потока (разбавления) виноматериаяа 69
2.5. Изучение основных компонентов яблочных виноматериалов и их превращений при ферментации в установках с насадкой в условиях высокой концентрации херес ных дрожжей 7I
2.5 1. Азотистые вещества 7I
2.5.2. Нелетучие органические кислоты 83
2.5.3. Летучие компоненты 89
2.5.4. Многоатомные спирты и их влияние на величину остаточного экстракта яблочных виноматериалов 4
2.6. Разработка оптимальных параметров процесса культивирования хересных дрожжей на плодово-ягодных средах "
3. Разработка промышленной аппаратурно-технологической схемы производства новых яблочных вин специального типа с использованием высоких концентраций хересных дрожжей, нанесенных на насадку 119
Основные вывода и рекомендации 42
Список литературы
- Мероприятия по повышению технологической дисциплины и культуры производства
- Особенности процесса хересования виноградных вино-материалов
- Разработка оптимальных параметров процесса ферментации яблочных виноматериалов
- Многоатомные спирты и их влияние на величину остаточного экстракта яблочных виноматериалов
Мероприятия по повышению технологической дисциплины и культуры производства
Ароматизированные вина от общего объема производства плодово-ягодных вин, как указывалось выше, составляют 10,6%. Однако следует отметить, что применение пряно-ароматических настоев при производстве этих вин зачастую преследуют цель скрыть пороки используемой технологии.
Таким образом, в целом ассортимент плодово-ягодных вин, вырабатываемых в настоящее время, еще не удовлетворяет требованиям потребителей. Высок удельный вес безликих крепленых вин, мало сортовых и купажных вин на основе ягодных соков, столовых вин, сидра, а также шипучих вин и напитков.
Повышения качества плодово-ягодных вин и расширения их ассортимента можно достичь путем увеличения выпуска вин из косточковых плодов и ягод, а также использования их соков при приготовлении купажных вин.
При этом необходимо отметить, что 93% от общего объема переработки плодово-ягодного сырья составляют яблоки, и только 7% -груши, айва, косточковые и ягоды. К тому же большая часть косточковых плодов и ягод выращивается в личных садах и на приусадебных участках, а государственные хозяйства нацелены на обеспечение населения ягодами и косточковыми плодами в первую очередь в свежем: и консервированном виде. Поэтому косточковые и ягоды могут рассматриваться как перспективное сырье для расширения выпуска высо - II кокачественных плодово-ягодных вин лишь тогда, когда ими будут полностью удовлетворены потребности населения, Б связи с этим основную массу плодово-ягодных вин, вырабатываемых различными винодельческими предприятиями, составляют яблочные вина.
Более высоким качеством отличаются вина некрепленые, приготавливаемые по 365-дневной схеме, и вина с естественным набродом спирта 10-12% об. Однако выпуск этих вин сдергивается из-за сложности и длительности традиционных технологий их приготовления, Увеличение объемов производства высококачественных столовых вин, крепленых вин с повышенным набродом спирта, а также некрепленых можно достичь, используя технологию сбраживания сусла в установках с насадкой в условиях высоких концентраций дрожжей /19/.
Выпуск шипучих вин, сидра и других слабоалкогольных газированных напитков сдерживается из-за недостаточного обеспечения винодельческих предприятий специальным оборудованием, необходимым при их производстве.
Б связи с этим выпуск плодово-ягодных вин по группам в последние годы стабилизировался. Основной объем их производства составляют крепленые вина, среди которых преобладают безликие яблочные вина, приготавливаемые из сброженно-спиртованных соков по общепринятой технологии. Поэтому вопросы совершенствования технологии, ассортимента и качества крепленых яблочных вин в настоящее время являются первоочередными.
Меры, направленные на повышение качества и улучшение ассортимента плодово-ягодных вин, можно с некоторой степенью условности разделить на три основных направления. Во-первых, это меры, направленные на укрепление технологической дисциплины, санитарного состояния и общей культуры производства. Бо-вторых, это мероприятия, способствующие улучшению качественных и органолептических свойств виноматериалоБ и сброженно-спиртованных соков за счет направленного воздействия на процесс брожения. В-третьих, это использование различных технологических приемов и операций, позволяющих на основе яблочных виноматериалов получать принципиально новые высококачественные вина с оригинальным вкусом и ароматом. Ниже будет вкратце рассмотрено каждое из этих.2.I. Мероприятия по повышению технологической ДИСЦИПЛИНЕ: и культуры производства Для повышения качества и совершенствования ассортимента плодово-ягодных вин, а также ужесточения контроля за их производством Минпищепромом СССР и рядом других ведомств проводится постоянная и планомерная работа.
За последние 5 лет прекращена выработка плодово-ягодных вин более чем на 700 заводах, слабо оснащенных технически и не отвечающих технологическим, санитарным нормам и другим требованиям, предъявляемым к винодельческим предприятиям.
Сняты с производства низкокачественные безликие плодово-ягодные вина "Фруктовое", "Волжское", "Белое крепкое". Запрещено использование при производстве плодово-ягодных вин сульфитирован-ных соков, экстрактов и промывных вод,
С целью повышения требований к сырью разработаны и утверждены Республиканские стандарты Литовской ССР, Эстонской ССР и Белорусской ССР на яблоки свежие для переработки на винодельческую продукцию, где регламентировано минимальное содержание сахара и кислот. На их основе разработан проект ГОСТ "Яблоки свежие культурных сортов для переработки на винодельческую продукцию", ІЗ внедрение которого предотвратит поступление на переработку низкокачественного сырья.
В плане совершенствования техдокументации, усиления контроля разработан и внедрен ГОСТ 2 362-80 "Соки плодово-ягодные сброженно-спиртованные", которые являются основным продуктом для приготовления плодово-ягодных вин. В стандарт внесен новый показатель - норма остаточного экстракта (приведенного экстракта за вычетом титруемой кислотности), который служит предотвращению фальсификации соков. .Аналогичные нормы утверждены Упрвино Мин-пищепрома СССР от 07.09.82 г. для всех плодово-ягодных вин, выпускаемых в СССР. Для усиления контроля за производством плодово-ягодных вин на всех стадиях технологического процесса указанный показатель внесен в новые формы технологических журналов.
Особенности процесса хересования виноградных вино-материалов
В качестве насадки использовали хорошо зарекомендовавшие себя в виноделии трубки из полиэтилена высокого давления ГОСТ 16337-70, буковую стружку и вспученный перлит марки "Ара-гац".
Насадка из буковой стружки содержит различные вещества: целлюлозу, крахмал, лигнин, природные красящие вещества и их производные, таниды, некоторые растворимые полисахариды и глюкозиды, органические азотистые соединения и др. вещества различной природы. Учитывая, что некоторые из них, переходя в вино, могут придавать ему посторонние привкусы и изменять окраску, буковая насадка перед использованием в качестве наполнителя подвергалась следующей обработке.
Сначала стружку заливали холодной, а потом горячей водой (80-90С) и выдерживали по 3 часа для удаления механических включений, минеральных солей, крахмала, пектина, гемицеллюлоз, красящих веществ. Затем для более полного экстрагирования лигнина, танидов насадку трижды обрабатывали 0,5%-ным раствором кальцинированной соды при температуре 70-80С при периодическом перемешивании. Первую обработку проводили в течение 5 часов, вторую - 12 часов, третью - 24 часов. После каждой обработки содовый раствор сливали и насадку промывали горячей водой до тех пор, пока сливаемая вода не становилась бесцветной. В конце обработкк: для нейтрадизации соды насадку заливали 2%-ным раствором серной кислоты на 24 часа и после промывали горячей и холодной водой до нейтральной реакции /НО/.
Насадку из вспученного перлита и полиэтиленовых трубок заливали сначала холодной водой, затем горячей (80-90С), дальше 1%-ным раствором сернистой кислоты и в конце тщательно промывали теплой водой (50-бОС). После предварительной обработки насадки загружали в стеклянные ферментеры вместимостью 1500 см . Объем,занимаемый насадкой,составлял 30, 40, 50, 60 и 70% от объема ферментеров. Заполнение ферментеров насадкой более, чем на 7(У/о, приводило к снижению толщины слоя виноматериала над насадкой, вследствие чего вынос дрожжевых клеток из аппаратов заметно повышался. На поверхность насадок наносили хересную расу дрожжей Херес 96-К, концентрация которых составляла во всех трех ферментерах порядка 500 млн/мл, из которых более 50% находились в активном физиологическом состоянии. Питательной средой служил сухой сброженный яблочный виноматериал с естественным набродом спирта 12% об.,докрепленный этиловым спиртом до 16% об., который непрерывно подавался дозирующим насосом в нижнюю часть ферментера при постоянной аэрации среды предварительно очиленным воздухом из расчета 0,05 дм воздуха на один кубический дециметр среды. Скорость разбавления замеряли при установившемся режиме ферментации, когда в ферментированном виноматериале накапливалось свободных альдегидов порядка 350-380 мг/дм и виноматериал преобретал ярко выраженный оригинальный вкус и аромат.
Как видно из табл. 2.1, наивысшая скорость разбавления -0,0054 ч"1 отмечена при ферментации виноматериала с использованием насадки из вспученного перлита и буковой стружки, занимающих соответственно 60 и 70% объема ферментера. Незначительно меньше - 0,0052 ч"1 скорость разбавления наблюдалась в опыте с полиэтиленовыми трубками при занимаемом ими объеме 70%. Во всех
При заполнении на 70% ферментеров буковой насадкой и полиэтиленовыми трубками рабочий объем ферментеров снижался соответственно на 7,2 и 7,6%. При этом одинаковы были суммарные площади поверхности этих насадок равные 0,51 м . Снижение объема за-FTWII!!8вMOх ттагиитги тго Ч(ТУ окРТСЛв ые 0,бой ммеСьшение сумматшоз площади поверхности насадки с одновременным увеличением рабочего объема ферментеров, а также при этом соответственно снижалась производительность процесса ферментации в ферментере.
В опыте с насадкой из вспученного перлита марки "Арагац", когда ее объем составлял 60%, рабочий объем ферментера снижался на 19,6%. Однако при этом скорость разбавления и продолжительность цикла ферментации яблочного виноматериала были такими же, как и в опыте с буковой насадкой, когда ее объем в ферментере составлял 80%.
При органолептической оценке качества виноматериапов, полученных путем ферментации на всех трех видах насадок, отмечено, что все образцы наряду с яблочным ароматом обладают ярко выраженным оригинальным тоном как во вкусе, так и в аромате.
Таким образом, для ферментации яблочных виноматериалов в условиях высокой концентрации дрожжей можно использовать в качестве насадки полиэтиленовые трубки, буковую стружку и вспученный перлит.
Однако следует отметить, что необходимая предварительная подготовка насадки из буковой стружки длительна, трудоемка и требует специального оборудования при ее щелочной и кислотной обработке.
Разработка оптимальных параметров процесса ферментации яблочных виноматериалов
Известно, что вкусовые качества плодово-ягодных вин и их букет так же, как и виноградных вин различных типов, обуславливают в основном два фактора - видовые и сортовые особенности сырья и технологические приемы, применяемые при производстве вин.
Процесс алкогольного брожения сопровождается многими биохимическими реакциями, в результате которых образуются как основные продукты брожения - этиловый спирт и углекислый газ, так и ряд вторичных и побочных продуктов, играющих важную роль в формировании букета вина. Специфичность этих реакций обусловлена ряд:м ферментативных систем, которые предопределяют ход и направление биохимических процессов.
Впервые выдвинул гипотезу образования вторичных и побочных продуктов при спиртовом брожении Гваладзе /41/. Он считал, что основным соединением, участвующим в образовании вторичных продуктов брожения, является уксусный альдегид.
В настоящее время изучению ароматебразующих веществ различ - 90 ных типов вин посвящено значительное число работ, проведенных советскими и зарубежными авторами. Достаточно глубоко изучен состав ароматебразующих компонентов вин типа херес /65, 73, 74, 88, 100, 105, 136, 138, 139, I9V, 191, 193, 213, 232, 239/.
Однако изучению ароматобразующих веществ плодово-ягодных вин, в частности яблочных, посвящен незначительный ряд работ /34, 96, 187, 210, 222, 228, 229, 242, 243/.
Первый опыт по изучению ароматебразующих веществ яблочного вина, выдержанного под хересной пленкой, принадлежит Арутюнян
В настоящей работе сделана попытка проследить изменения летучих компонентов при ферментации яблочного виноматериала в условиях высокой концентрации хересных дрожжей. С этой целью мы определяли состав ароматебразующих веществ исходного яблочного виноматериала, который одновременно был использован нами в качестве контроля, и в виноматериале, прошедшем ферментацию в двух последовательно соединенных ферментерах при постоянной аэрации среды только в первом ферментере.
В начальный период пуска установки при режиме ферментации, когда концентрация свободных альдегидов находилась на уровне 450-550 мг/л, содержание связанных альдегидов возросло незначительно с 47,2 до 58,0 мг/дм .
Однако через 45 дней после начала эксплуатации установки количество связанных альдегидов составило 161,6 мг/дм3. Видимо, синтез связанных альдегидов обусловлен с одной стороны некоторым снижением рН среды, а с другой стороны протеканием автолитичес-ких процессов во втором ферментере, в котором среда не аэрируется. Состав летучих компонентов и их изменения при ферментации яблочного виноматериала в условиях высокой концентрации хересных дрожжей проводили путем исследования их эфир-пентановых экстрактов методом газожидкостной хроматографии на хроматографе "Хыо-летт Паккард-76ЮА", США.
В результате хроматеграфического анализа обнаружено присутствие 52 ароматических веществ, из которых 12 неидентифицирован-ных.
Как видно из данных, приведенных в табл. 2.9, ферментация яблочного виноматериала в условиях высокой концентрадии хересных дрожжей способствует накоплению этиловых эфиров молочной, энан-товой, каприловой, каприновой, яблочной, лауриновой, миристино-вой и стеариновой кислот. Увеличение массовой концентрации этил-лактата, этилэнантата, этилкаприлата, этилкаприната и диэтилсук--цината положительно сказывалось на органолептической оценке вина, приготовленного по рекомендуемой нами технологии. массовая концентрация выеококипящих спиртов н-гексанола, н-гептанола, н-октанола и J -фенилового спирта увеличивается, что, возможно, также благоприятно влияет на формирование оригинальных свойств данного типа вина, отмечено также увеличение массовой концентрации таких спиртов, как изопронапол, н-пропанол, н-бутанол, изоамилол. одновременно проводили исследование образца ферментированного яблочного виноматериала, выдержанного в течение одного года.
Как видно из данных табл. 2.9, в результате выдержки количество альдегидов снизилось, а массовая концентрация ацеталей увеличилась вследствие взаимодействия альдегадов со спиртами. При этом обнаружено незначительное увеличение массовой концентрации этиловых эфиров выдержанного виноматериала с одновременным снижением содержания спиртов.
Многоатомные спирты и их влияние на величину остаточного экстракта яблочных виноматериалов
Разработанная в данном исследовании технология позволяет регулировать направленность как окислительной, так и восстановительной стадий процесса ферментации яблочных виноматериалов.
В результате проведенных экспериментов установлено, что молодые почкующиеся клетки хересных дрожжей способствуют протеканию окислительных процессов, сопровоадающихся накоплением альдегидов в сухих яблочных виноматериалах с объемной долей этилового спирта 1б,0-1б,5% и массовой концентрацией общей сернистой кислоты порядка 100-120 мг/дм . Однако при протекании глубоких окислительных процессов в ферментированном виноматериале появляется чрезмерная окисленность, что отрицательно сказывается на органолептических свойствах вина. Поэтому с целью предупреждение проявления излишней окисленности в готовом вине необходимо создать благоприятные условия для протекания автолитических процессов, в результате которых вино обогащается восстановленными продуктами. Поэтому в предпусковой период процесса ферментации яблочных виноматерналов накопленную биомассу хересных дрожжей спиртуют до 16,0-16,5% об. спирта, сульфитируют из расчета массовой концентрации общей сернистой кислоты 100-120 мг/дм , наносят на насадку ферментера, в котором аэрация среды не предусмотрена, и выдерживают в анаэробных условиях в течение всего предпускового периода.
Для интенсификации различных биохимических и технологических процессов во многих отраслях промышленности используют различные наполнители. Широкое применение нашли насадки при производстве шампанского, хереса, а также при непрерывном сбраживании плодово-ягодных соков. Наиболее распространенными видами насадок, применяемых в виноделии, являются буковая стружка, трубки из полиэтилена высокого давления, фарфоровые и керамические кольца.
При проведении различных процессов в условиях высокой концентрации дрожжей применение насадок обеспечивает значительное увеличение поверхности контакта дрожжей с вином при непрерывно обновляемой среде. Насадки оказывают определенное влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Так при проведении процесса обескислороживания в шампанском производстве применение насадок значительно стимулирует дыхательную активность дрожжей Sacchaomyees tayonus /154/.
В результате проведенных экспериментов установлено, что прр ферментации яблочных виноматериалов в условиях высокой концентрации хересных дрожжей в качестве насадки можно использовать трубки из полиэтилена высокого давления, буковой стружки, а также вспученного перлита, однако, на наш взгляд, целесообразнее применять полиэтиленовые трубки, которые механически прочны, инертны к среде и не требуют длительной и сложной предварительной подготовки. Рост, развитие и жизнедеятельность нанесенных на насадку дрожжевых клеток являются совокупностью согласованных процессов обмена, наиболее успешно проявляющихся лишь в определенных благоприятных условиях.
Процесс ферментации яблочных виноматериалов в условиях высокой концентрации хересных дрожжей определяется некоторыми факторами, влияющими на его непрерывное протекание.
Как указывалось выше, большое влияние на жизнедеятельность и физиологическое состояние хересных дрожжей оказывает концентрация этилового спирта в питательной среде. Однако с целью предупреждения развития уксуснокислых бактерий яблочные виномате-риалы, предназначенные для ферментации, должны доспиртовываться до 1б,0-16,5% объемной доли спирта.
Одним из основных и важных факторов, влияющих на окислительную функцию хересных дрожжей при ферментации яблочных вино-материалов, является аэрация среды. При этом концентрация кислорода в виноматериалах должна быть такой, которая бы способствовала размножению дрожжей и обеспечивала в необходимых пределах окисление этилового спирта в ацетальдегид. В зависимости от расы дрожжей, их физиологической активности и возраста культуры кислород потребляется дрожжевыми клетками в разных пределах,
В результате проведенных исследований установлен рациональный режим аэрации, при котором расход воздуха составляет 0,05 0,1 дм3/дм .час. Увеличение объема воздуха, подаваемого на аэрацию среды, выше 0,1 дм3/дм .час отрицательно влияет на органлле::-тические свойства готового продукта - во вкусе появляются тона переокисленности, а также заметно возрастают потери спирта. Снижение количества диспергируемого воздуха ниже установленных пределов заметно сказывается на процессе альдегидеобразования и не обеспечивает накопление необходимой концентрации альдегидов в ферментированном виноматериале.
Дрожжи потребляют в основном растворенный кислород и его растворимость в виноматериалах зависит от их физико-химического состава и способа его диспергирования. Поэтому аэрирующее устройство должно быть снабжено мелкопористыми керамическими или металлическими насадками, контроль за режимом аэрации среды целесообразнее производить по массовой концентрации растворенного кислорода в виноматериалах.
