Влияние ультразвука на кислотность вина и виноматериалов в процессе осветления в трубчатых мембранных фильтрах

Во вторичном виноделии важное значение имеют процессы, происходящие при выдержке и фильтрации вина перед реализацией для придания винам требуемого вкуса, аромата и стабильности в хранении. Потребность в специальных помещениях и большие затраты ручного труда увеличивают стоимость вин, а возможные неизбежные изменения температуры и давления влияют на качественные показатели конечного продукта. Тепловая пастеризация также привносит не всегда желательные привкусы в вино. Сейчас исключительно большое внимание стали уделять обеспложивающей (стерильной) фильтрации вин и виноматериалов с применением фильтров с размером глубинных пор

0,5…0,2 мкм. При размерах клеток винных дрожжей 6 x 4 мкм, а бактериальных клеток и того меньше – (1,0…0,8) x 0,3 мкм, удалить их из вина достаточно трудно. При этом проблема засорения таких фильтров решена не полностью, даже если вместо тупиковой фильтрации использовать тангенциальную фильтрацию. При этом поток жидкости подают вдоль мембраны со скоростью 1,0–2,5 м/с, что обеспечивает смыв прилипших частиц с ее поверхности, и более длительное сохранение производительности процесса. Однако и такие фильтры при работе с винами теряют расчетную производительность, и требуется иметь параллельную секцию фильтров для периодической очистки их поверхности.

К новому способу фильтрации относится ультразвуковая мембранная технология,

которая позволяет дозировано воздействовать на отдельные компоненты виноматериалов. Изменяя подводимую мощность и частоту ультразвука, возможно при фильтрации избирательно разрушать длиннополимерные соединения и существенно ускорять реакции этерификации, придавая новые ароматные нотки винам.

Обработка ультразвуком нарушает равновесие процессов в созревании вин, идет дополнительное возникновение новых эфиров и низкомолекулярных органических кислот, изменяющих органолептические показатели вина и его кислотность. То есть, фактически под действием ультразвука происходит ускоренный процесс старения вина. Причем весьма важно распределить энергию звуковой волны равномерно в объеме потока обрабатываемого виноматериала, например, параллельно с процессом микрофильтрации. В этом случае эффекты ультразвука воздействуют в каждой микропоре вибрирующего фильтра, к тому же препятствуя их засорению.

Предполагается, что повышение кислотности изменит не только дегустационные показатели, но и физические свойства вин, положительно влияющих на стойкость их в хранении. Кислотность здесь играет одну из ведущих ролей и является одним из основных показателей химического состава и дегустационной оценки. Кислотность вина обусловлена в основном присутствием в вине алифатических оксикислот: винной, яблочной и лимонной, как наиболее сильных. Их общая доля во вкусовых ощущениях достигает 80–90%. Вино с лучшим вкусом и букетом получается при отношении винной кислоты к яблочной 3 и выше. Кислотность – не только важный вкусовой показатель вина, это отличительный химический признак напитка. Активная кислотность вина играет важную роль в процессе формирования и созревания вина, определяет соотношение продуктов брожения, склонность вина к окислению, кристаллическим, биологическим, коллоидным помутнениям, металлическим кассам [2]. Активная кислотность столовых вин (рН) объективно колеблется в пределах 3,0–4,2, а титруемая кислотность 5–7 г/дм3 в пересчете на винную кислоту [3].

На кафедре технологических машин и оборудования ИТМО проведены исследования на экспериментальной ультразвуковой установке мембранной ультрафильтрации по осветлению и фильтрации красных вин с показателем средней кислотности из виноградных сортов Изабелла, Каберне и Совиньон, осуществляемых путем тангенциальной микрофильтрации с использованием мембранных керамических фильтрующих элементов с размером пор 0,2 мкм при давлении 0,5–2,0 бар. Виноматериалы имели титруемую кислотность

3,3–3,4 г/дм3, остаточную сахаристость 1,2–5 г./100 см3 и объемную долю этилового спирта 11,4–12,2%. Фильтрацию виноматериала проводили в потоке через секцию трубчатого керамического фильтра с полезным объемом 300 см3, жестко закрепленного на концентраторе ультразвукового излучателя (рисунок 1).

\

Рисунок 1. Крепление на концентраторе ультразвукового излучателя секции трубчатого керамического фильтра. 1) Концентратор ультразвукового излучателя;

2) Керамический мембранный фильтр; 3) Входной трубопровод; 4) Трубопровод концентрата; 5) Трубопровод фильтрата; 6) Емкость с вином; 7) Насос; 8) Весы для контроля производительности

Figure 1. Fastening on the ultrasonic emitter concentrator of the tubular ceramic filter section. 1) Ultrasonic emitter concentrator; 2) Ceramic membrane filter; 3) Entrance pipeline; 4) Concentrate pipeline; 5) Filtrate pipeline; 6) Container with wine; 7) Pump; 8) Scales for control of productivity

Одной из задач исследования было определение изменения кислотности виноматериала при прохождении через фильтр и вводимой мощности ультразвука до 500 Вт и амплитуде колебаний до 40 мкм при частоте 22 ± 1,65 кГц.

Влияние ультразвука при мощностях 0; 20; 40; 60 80 и 100% ультразвукового генератора аппарата «Волна – М» УЗТА-1/22-ОМ на содержание титруемой кислотности и рН кислотности, представлено на рисунках 2 и 3.

Рисунок 2. Изменение титруемой кислотности вина сорта Изабелла в зависимости от мощности ультразвукового излучателя, наложенной на фильтр

Figure 2. Titrable acidity variation (for Isabella wine grade) depending of the ultrasonic emitter power applied on the filter

Рисунок 3. Изменение рН вина сорта Изабелла в зависимости от мощности колебаний ультразвукового излучателя, наложенных на фильтр

Figure 3. Wine рН variation (for Isabella wine grade) depending of the ultrasonic emitter oscillation power applied on the filter

То есть в течение нескольких минут воздействия ультразвука для тихих вин титруемая кислотность поднимается от 3,3 до 4,7 г/дм3 без добавления химических реагентов.

Из рисунка 3 видно, что реакции деструкции высших кислот при мощности более 400 Вт ускоряются, что в дальнейшем отражается отрицательно на органолептических характеристиках вина. Поэтому рабочий диапазон обработки столовых вин следует поддерживать в диапазоне 150–400 Вт.

Результаты экспериментального исследования влияния ультразвука в процессе осветления вин и виноматериалов показали повышение титруемой кислотности, что для виноградных вин сказывается положительно на вкусовых качествах и при хранении.

Т а б л и ц а 1

Дегустационная оценка вина после обработки в ультразвуке

T a b l e 1

Tasting assessment of the wine after ultrasound processing

Наименование показателя Name of an indicator	Характеристика Сhаrасtеristiс
Прозрачность Transparence	Искристо-прозрачное, осадок и посторонние включения отсутствуют Sparkling-clear, the deposition and foreign particles are absent
Цвет / Color	Красно-рубиновый / Red and ruby
Аромат Aroma	Мягкий, соответствующий сорту Изабелла, посторонние тона и тона окисленности отсутствуют Soft, corresponding to an Isabella grade, foreign tone and tone of oxidation are absent
Вкус Taste	Гармоничный, чистый, соответствующий сорту, свежий Harmonious, pure, corresponding to a grade, fresh

Т а б л и ц а 2

Физико-химические показатели готового продукта

T a b l e 2

Physical and chemical characteristics of the finished product

Наименование показателя Name of an indicator	Единица измерения Unit of measurement	Нормы Rate
Объемная доля этилового спирта / Volume fraction of ethyl alcohol	%, об.	9,0–13,0
Массовая концентрация сахаров, не более / Mass concentration of sugars, no more	г/дм3 g/dm3	4,0
Массовая концентрация титруемых кислот в пересчете на винную кислоту, не менее / Mass concentration of titrable acids in terms of wine acid, not less	г/дм3 g/dm3	4,5
Массовая концентрация летучих кислот в пересчете на уксусную кислоту, не более / Mass concentration of flying acids in terms of acetic acid, no more	г/дм3 g/dm3	1,0

Показано, что фильтрация с применением дозируемого ультразвука в виноделии позволяет не только снизить затраты на материалы, оборудование и убрать некоторые традиционные технологические процессы, но и обеспечить при этом холодную стерилизацию виноматериалов с повышением их качества.

Появилась возможность отказаться от многократной регенерации керамических элементов фильтров для восстановления их производительности, а также от использования консервантов и антисептиков при высокой розливостойкости вин.

Заключение

Использование предлагаемого способа производства столовых вин обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: получено биологически стабильное вино, качество которого улучшено на 0,3 балла; упрощается процесс производства вина и сокращаются производственные затраты за счет исключения из цикла производства применения консервантов, пастеризации и многократного использования холода.