Контроль спиртового брожения 5 страница

Процесс фильтрации соков и вин состоит в том, что твердые частицы, увлекаемые потоком жидкости, задерживаются на по­верхности фильтрующей перегородки и не проникают в поры, если размеры пор меньше размеров частиц. В этом случае фильтрация происходит с образованием осадка,' в котором со­держатся посторонние примеси, кристаллы винной кислоты, частицы кожицы и мякоти винограда, микроорганизмы, белко­вые вещества и др. Если размеры твердых частиц меньше раз­меров пор, то частицы могут либо пройти с фильтратом, либо задержаться внутри фильтрующей перегородки в результате сорбции на стенках пор. Застрявшие частицы будут умень­шать эффективное сечение пор, и вероятность задерживания в них последующих частиц увеличится. В этом случае на поверхности фильтрующей перегородки осадок почти не об­разуется.

В практике виноделия процесс фильтрации протекает в бо­лее сложных условиях: при фильтрации виноматериалов, дрож­жевых осадков и сока происходит как закупоривание пор, так и отложение осадка. При этом возрастает сопротивление филь­трующей перегородки и увеличивающегося слоя осадка про­хождению жидкости. Структура образующегося осадка и его сопротивление потоку жидкости зависят от свойств суспензии и условий фильтрации.

Свойства суспензии (в частности, дрожжевых осадков) в свою очередь зависят от наличия в них слизистых и коллоид­ных примесей, засоряющих поры, сольватной оболочки на твер­дых частицах и других факторов. Влияние их становится осо­бенно заметным при фильтрации суспензий с размером частиц 20 мкм и менее. По мере увеличения размера твердых частиц усиливается относительное влияние гидродинамических факто­ров, особенно скорости и давления фильтрации.

Фильтрацию вин и соков проводят как при постоянном дав­лении, так и при постоянной скорости, но возрастающем давле­нии. Чаще процесс ведут в условиях постоянного невысокого давления — 30—50 кПа. При большем давлении слой об­разующихся аморфных осадков, состоящих из органических частиц, легко сжимается и препятствует дальнейшему нор­мальному прохождению процесса.

Общее сопротивление фильтрации R в ходе процесса уве­личивается тем сильнее, чем выше концентрация осадка в жид­кости. Чем больше разность давлений по обе стороны филь­трующей перегородки Ар, тем быстрее растет R. Это обуслов­лено сжимаемостью слоя осадка и закупоркой пор фильтрующей перегородки. При малом содержании осадка и небольшом Ар, не превышающем 50 кПа, рост R имеет линейный характер и подчиняется уравнению вида R = z₀x₀V+R_n=Apt/V, где R — об­щее сопротивление фильтрации, Н-мин/м³; z₀—-удельное сопро­тивление слоя осадка, Н-мин/м⁴; Хо — отношение объема осадка к объему фильтрата, м³/м³; V — объем фильтрата, м³; R_u — со­противление фильтрующей перегородки, Н • мин/м³; t — продол­жительность фильтрации, мин.

С повышением температуры R значительно уменьшается.

Удельное сопротивление осадка zq не зависит от его концен­трации в фильтруемой жидкости, но с увеличением Ар оно резко повышается вследствие сжимаемости осадка и более плотного структурирования его слоя в процессе фильтрации.

Качественный эффект фильтрации вин и соков зависит от правильного выбора фильтрующего материала с учетом коли­чества и свойств осадка, содержащегося в продукте. Фильтрую­щие материалы, применяемые в винодельческой промышленно­сти, должны удовлетворять следующим требованиям: не раство­ряться в вине и быть к нему химически нейтральными, обладать высокой сорбирующей способностью к частицам мути и микро­организмам, сохранять рыхлую микропористую структуру при повышении давления и иметь достаточную механическую проч­ность.

В качестве фильтрующих материалов применяют хлопчато­бумажные (бельтинг) и искусственные (капрон) ткани, асбест, целлюлозу, диатомит и специальные марки фильтр-картона.

Фильтр-ткани применяются главным образом для филь­трации молодых виноматериалов, соков, дрожжевых и гущевых

осадков, содержащих большое количество легкосжимаемых липких осадков, так как тканевые перегородки можно легко промывать при повышенном напоре воды без разборки филь­тров.

Асбест применяется для фильтрации продуктов виноделия в виде хризотила и реже кислотостойкого антифиллита. Тонко­волокнистая древесная сульфитная целлюлоза (беленая) ис­пользуется в качестве компонента фильтрующей массы в смеси с асбестом. В зависимости от соотношения этих компонентов существует несколько марок фультрующей массы. Марка ЯК-1 применяется для фильтрации жидкостей, имеющих низкую вяз­кость (сухих вин, коньяков). Марка ЯК-2 предназначена для фильтрации очень вязких слизистых жидкостей, а марка ЯК-3 — для фильтрации крепких и десертных вин, имеющих среднюю вязкость.

Диатомитовый (кизельгуровый) порошок по­лучают размалыванием прокаленной породы, состоящей из кремнистых панцирей одноклеточных диатомовых водорослей. По химическому составу он представляет собой гидратирован-ный кремнезем с примесью песка, гидроксида железа и орга­нических веществ. Применяется для зарядки пластинчатых и специальных кизельгуровых фильтров при фильтрации трудно-осветляемых вин.

Ф ил ьтр-картон — наиболее распространенный в совре­менном виноделии фильтрующий материал. Он изготовляется в виде листов размером 400X800 и 510X620 мм, а также в виде шайб размером по наружному диаметру 605±2 мм и внутрен­нему— 69±0,5 мм. В состав фильтр-картона входят обработан­ная различными способами целлюлоза, хризотиловый асбест и измельченный диатомит. В СССР выпускается несколько марок фильтр-картона, каждая из которых предназначена для опре­деленных целей: марка Т — для фильтрации виноматериалов, КТФ-1—для тонкой фильтрации вин с крупнодисперсной взве­шенной фазой, КТФ-2 — для тонкой фильтрации вин с мелко­дисперсной взвешенной фазой, КОФ-3 — для обеспложивающей (стерилизующей) фильтрации, КФШ — для фильтрации шам­панского.

От структуры и физико-механических свойств фильтрующего материала зависят отложение и фиксация слоя осадка, который создает большее или меньшее дополнительное сопротивление, так как закупорка капиллярных каналов внутри слоя матери­ала, имеющего различную пористость, протекает неодинаково. Установлено сравнительно медленное увеличение сопротивления осадка, отлагающегося на крупнопористых фильтрующих мате­риалах, обладающих низким сопротивлением прохождению жид­кости. У плотных материалов с большим собственным сопро­тивлением дополнительное сопротивление слоя осадка, отлагае­мого в процессе фильтрации, резко возрастает.

U 'LV 'Й*-

ш»=^

-ч-ч-Ч-ч —ч—\J

<~ЧЬ

L

Эффективность фильтрации находится в прямой зависимости от сорбционных свойств фильтрующего материала, поскольку полнота осветления и удаления микроорганизмов обеспечива­ется не механическим удерживанием частиц, а главным образом в результате сорбции. Сорбируются как низкомолекулярные (определяемые по йоду), так и высокомолекулярные вещества (определяемые по метиленовой сини). Все фильтрующие мате­риалы, за исключением капроновой ткани, обладают приблизи­тельно одинаковой сорбционной способностью к низкомолеку­лярным веществам, а по способности сорбировать высокомоле­кулярные вещества имеют существенные различия.

Важной характеристикой фильтрующих материалов является время наступления сорбционного равновесия, после чего филь­трация происходит только за счет механического удерживания частиц. Момент наступления сорбционного равновесия для раз­ных фильтрующих материалов различен и зависит от физико-механических свойств и химического состава частиц фильтрую­щей перегородки и фильтруемой жидкости, количественного со­отношения между ними, температуры и других факторов.

В процессе фильтрации вино обогащается кислородом воз­духа, что нежелательно в производстве столовых вин и шам­панских виноматериалов. При подаче вина на фильтрацию насосами воздух может проникать через неплотности винопро­водов, особенно в случаях неправильного их монтажа и недо­статочной герметизации. За один цикл фильтрации в вино по­ступает до 9 мг/л кислорода, т. е. происходит полное его на­сыщение при температуре 18—20 °С.

Для уменьшения попадания в вино кислорода воздуха при­меняют насосы и фильтры достаточно высокой производитель­ности, чтобы время заполнения или опорожнения не превышало 3—4 ч и, следовательно, продолжительность контакта свобод­ной поверхности вина с воздухом в емкости была небольшой. С этой же целью крупные резервуары заполняют фильтрован­ным вином не сверху, а через нижний кран.

В винодельческой промышленности применяют фильтры раз­личного типа, которые удовлетворяют следующим требова­ниям: исключают контакт продукта с воздухом, обладают вы­сокой производительностью при небольших размерах, обеспе­чивают возможность быстрой перезарядки, мойки и стерили­зации.

Цилиндрические матерчатые фильтры (ЦМФ) с тканевыми фильтрующими перегородками используют для фильтрации соков и молодых вин, содержащих большое коли­чество аморфных, легкосжимаемых осадков.

Намывные фильтры (рис. 26) применяют главным образом для фильтрации высоковязких жидкостей, например шампанских ликеров. Основой фильтрующих перегородок этих фильтров служат мелкоячеистые проволочные (репсовые) сетки.

150 www.ovine.ru

Рис. 26. Намывной

рильтр: а — схема фильтрации; б —схема промывки фильтра; в — рабочий элемент фильтра; 1 — мелкоячеистая проволочная сетка; 2 — центральное кольцо; 3 — зажимное кольцо

Рис. 27. Пластинчатый фильтр-пресс:

/ — канал для подвода мутного ви­на; 2 — фильтрующая пластина; 3 — камера с прозрачным вином; 4 —ка­мера с мутным вином; 5 — канал для отвода прозрачного вина; 6 — корпус

Для крепления сеток применяют центральные и зажимные кольца. Перед фильтрацией на сетки предварительно намывают слой волокнистого асбеста путем многократной циркуляции по замкнутому циклу суспензии асбестового волокна в вине.

Пластинчатые фильтр-прессы (рис.27) обеспечи­вают фильтрацию без доступа воздуха. В них фильтрующей пе­регородкой является фильтр-картон. Пластинчатые фильтр-прессы легко перезаряжаются, имеют хорошие технико-эксплуа­тационные характеристики. На них можно фильтровать любые вина; применяя фильтр-картон соответствующей марки, доби­ваться нужной степени осветления, вплоть до кристального бле­ска, и удаления микроорганизмов (стерилизации). Фильтр-прессы пригодны для фильтрации вина с диатомитом (кизель­гуром). Для этого в фильтр вставляют специальные рамы, покрытые с обеих сторон тканевыми салфетками, на которые наносят слой диатомита.

Камерные рамные фильтр-прессы обеспечивают отделение только грубых взвесей и пригодны лишь для предва­рительного осветления. В них фильтруемая жидкость проходит через перегородки большой толщины, структурированные из асбестоцелл-юлозных волокон и осадков.

Автоматизированные камерные фильтр-прессы (ФПАКМ) состоят из ряда горизонтально или верти­кально расположенных фильтрующих плит. Цикл работы филь­тра включает операции сжатия плит, фильтрации, промывки осадка, его продувки, раздвигания плит, разгрузки осадка с одновременным перемещением ткани и ее промывкой. Регу­лировка подачи и отвода суспензии, промывной жидкости, воз­духа и воды для отжатия осадка осуществляется автоматически гидравлическими устройствами.

Схема действия автоматизированного фильтр-пресса с го­ризонтальными камерами показана на рис. 28. Фильтрующие плиты, находящиеся между двумя крайними опорными плитами, связаны между собой четырьмя вертикальными стержнями. Между фильтрующими плитами при помощи направляющих ро­ликов протянута фильтр-ткань, имеющая вид бесконечной ленты. Осадок при периодическом перемещении фильтрующей ткани снимается с нее ножами. Операции сжатия и раздвигания плит осуществляются специальным автоматическим устройством.

Для фильтрации молодых виноматериалов и соков, содер­жащих большое количество взвесей, образующих слизистые, липкие осадки, применяют диатомитов ые фильтры намывного типа, фильтрующим материалом у которых яв­ляется диатомит или трепел с частицами размером около 0,5 мм. Диатомит предварительно обжигают, размалывают и просеи­вают. Диатомит хорошо задерживает мелкие частицы мути, дрожжи, бактерии и слизистые вещества. Зарядка фильтра диатомитом производится по схеме, показанной на рис. 29. При работе на таких фильтрах порошок диатомита тщательно пе­ремешивают с отфильтрованным вином в специальном смеси­теле 2. Полученную суспензию диатомита дозирующим насосом вводят в поток вина и перекачивают по замкнутому циклу через фильтр и поддон до тех пор, пока фильтрат не станет про­зрачным. После этого начинают фильтровать основную массу вина. Для обновления фильтрующего слоя по мере фильтрации постепенно добавляют новые порции порошка диатомита через смеситель 2.

Общее количество диатомита или трепела, потребное для фильтрации, зависит от типа вина, его мутности, вязкости, пред­варительной обработки, возраста и других факторов. В среднем расход диатомита колеблется от 10 до 15 кг на 1 дал вина.

Вина, профильтрованные через слой диатомита, не изме­няют свой цвет и химический состав, хорошо осветляются и в ряде случаев становятся более стабильными.

К фильтрам нового типа относятся микропористые метал­лические фильтры с рабочими элементами из титана и мембран­ные фильтры.

Титановые фильтры в зависимости от размера их пор пригодны для грубой, тонкой и стерилизующей фильтрации. Ти­тановые фильтрующие элементы отличаются прочностью, кор-розиестойкостью, длительным сроком работы. После окончания работы фильтрующие элементы легко регенерируются промыв­кой холодной и горячей водой, а после длительного срока эксплуатации — соляной кислотой и прокаливанием. Достоин­ством титановых фильтров является способность задерживать осадки, в состав которых входят полифенолы, белки, пектин, катионы металлов. Благодаря этому уменьшается вероятность возникновения в вине коллоидных помутнений. Вина приобре-

Рис. 28. Автоматизированный фильтр-пресс с горизонтальными камерами:

/ — фильтрующая плита; 2 — опорная плита; 3 — вертикальный стержень; 4 — направ­ляющий ролик; 5 —- фильтр-ткань; 6 — нож; 7 — автоматическое устройство для подъема и опускания фильтрующих плит

------- Виноматериал на фильтрацию

— i —Фильтрат

-—н ^—Разбодка диатомита

Рис. 29. Схема установки для фильтрации вина с диатомитом: / — насос-дозатор для подачи суспензии диатомита; 2 — емкость с мешалкой для раз­водки суспензии диатомита; 3 — привод; 4 — фильтр; 5 — поддон; 6 — смотровой фо­нарь; 7 — насос для подачи вина

тают хорошую прозрачность, не содержат остаточных волокон фильтрующих материалов.

Мембранные фильтры работают на полупроницаемых полимерных мембранах, размеры пор которых можно подби­рать в зависимости 'от целей и вида фильтрации, свойств филь­труемой жидкости и содержащихся в ней взвесей. При правиль­ном выборе фильтрующих мембран эти фильтры обеспечивают хорошее осветление и снижение потерь вина.

Проводя фильтрацию под давлением через полупроницаемые мембраны, можно осуществлять ультрафильтрацию, гиперфиль­трацию, а также обратный осмос и элетродиализ. Ультрафиль­трация обеспечивает биологическую стабильность вина благо­даря выделению из него микроорганизмов и коллоидов. Гипер­фильтрация дает возможность осуществлять молекулярное разделение с целью повышения концентрации сусел и вин, а также стабилизацию их к кристаллическим помутнениям. Электродиализ эффективен для предупреждения кристалличе­ских помутнений, регулирования кислотности, десульфитации.

Подавляющее большинство фильтров, применяемых в вино­делии, являются аппаратами периодического действия. Сменная производительность таких фильтров зависит от режима их пе­резарядки и определяется по формуле У=пУц, где V — объем фильтрата, полученный за смену, л; п — число циклов работы фильтра за смену; V_n — объем фильтрата за один цикл, л.

Величина п может быть найдена из выражения n=tj(t_l + t₂), где / — продолжительность смены, мин; t\ — продолжительность перезарядки (время простоя) за один цикл, мин; ^ — продол­жительность полезной работы фильтра за один цикл, мин.

Наибольшая сменная производительность фильтра периоди­ческого действия может быть обеспечена только при оптималь­ном времени полезной работы в каждом цикле, которое вычис­ляют по уравнению t_on = t_x + y^/U_lvyK, где /₀п — оптимальное время фильтрации, мин; Уф — объем фильтрата, при котором сопротивление фильтрации равно сопротивлению перегородки и фильтрующего материала без отложения осадка, л; К — ко­эффициент фильтрации.

Коэффициент фильтрации вычисляется по формуле Л'= = 2F²Ap/(\iz₀x₀), где F — площадь фильтрующей поверхности, м²; Ар — перепад давления по обе стороны фильтрующей пере­городки, Па; \х — коэффициент вязкости фильтруемой жидко­сти, Па-с; z₀ — удельное сопротивление фильтрации; х₀ — объем осадка в единице объема фильтрата, кг/м³.

ОБРАБОТКА НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ

В винодельческой промышленности широко применяют об­работку виноматериалов различными неорганическими вещест­вами. С целью осветления и стабилизации вин их обрабатывают

дисперсными минералами, в основном монтмориллонитом (бен­тонитом).

Для удаления из вина катионов железа и других тяжелых металлов проводят обработку гексациано-(П)-ферратом калия (желтой кровяной солью, ЖКС).

Обработка дисперсными минералами является в настоящее время одним из основных приемов осветления и стабилизации вин различного типа.

Дисперсные минералы представляют собой алюможелезомаг-ниевые силикаты, обладающие пористостью, обусловленной как особенностями их кристаллического строения, так и зазорами между контактирующими частицами. На их поверхности нахо­дятся гидроксильные группы кислотного и основного характера и обменные катионы. Дисперсные минералы состоят из тетра-эдрических и октаэдрических сеток, которые сочленяются в эле­ментарные пакеты у различных минералов по-разному. Эти пакеты обычно объединены в частицы малой величины, которые способны давать суспензии и образовывать в воде пространст­венные коагуляционные структуры. Вследствие таких особенно­стей строения дисперсные минералы даже в пределах одного структурного типа (например, монтмориллонита или гидро­слюды) обладают различными адсорбционными и адгезион­ными свойствами, дисперсностью и агрегативной устойчивостью частиц в вине.

При обработке виноматериалов дисперсными минералами наблюдается в основном коагуляционный (флокуляционный) ме­ханизм осветления, не сопровождающийся химическим взаимо­действием между осветлителем и компонентами вина. Взаимо­действие частиц, загрязняющих вино, с частицами минерального осветлителя происходит главным образом за счет адгезионного прилипания. При этом частицы осветляющего минерала обра­зуют с частицами примесей вина крупные флокулы, представ­ляющие собой послойные образования, в которых второй и по­следующие слои возникают за счет сил когезии между одно­именно заряженными частицами.

Качество осветления вина и стабильность его после обра­ботки дисперсными минералами зависят от следующих условий: величины и знака заряда поверхности минерала-осветлителя, которые определяют его адгезионную способность; дисперсности минерала; агрегативной устойчивости его частичек в вине с уче­том величины рН; соотношения средних диаметров частичек осветителя и частичек или макромолекулярных комплексов мутящих веществ, а также факторов, влияющих на частоту их соударения. Чем выше (в определенных пределах) перечислен­ные факторы, тем эффективнее протекает процесс осветления. Поэтому при выборе минерального осветлителя руководствуются совокупностью показателей, от которых зависит специфика его действия в конкретных условиях. Многие дисперсные минералы

агрегативно неустойчивы в вине, что значительно снижает их эффективную удельную поверхность, а следовательно, и освет­ляющую способность.

Для хорошего осветления и стабильности виноматериалов дисперсные минералы того или иного кристаллохимического типа подбирают в зависимости от вида и характера помутнения.

Виноматериалы, склонные к белковым помутнениям, обра­батывают бентонитом, палыгорскитом, гидрослюдой, каолином и другими дисперсными минералами.

Бентонит находит наиболее широкое применение в вино­дельческой промышленности как универсальный осветлитель и стабилизатор вина. Он состоит в основном из минералов группы монтмориллонита и бейделлита. Для этих минералов харак­терны слоистое строение кристаллической решетки, способность к обмену оснований и поглощению воды, которое сопровожда­ется резким увеличением объема — набуханием. По внешнему виду бентонит — белый порошок с серым или коричневым от­тенком.

Для осветления и стабилизации виноматериалов, а также для осветления сусла применяют щелочные (натриевые) бен­тониты Огланлинского, Махарадзевского и других месторожде­ний. Сырые бентониты перед употреблением просушивают при температуре 120 °С в течение 30—50 мин.

Для обработки виноматериалов пользуются 20 %-ной водной суспензией бентонита, которую готовят по специальной инструк­ции. Оптимальную дозу бентонита в каждом отдельном случае устанавливают пробной обработкой. Перед началом пробной обработки водную суспензию бентонита разбавляют испыту­емым виноматериалом. Пробную обработку проводят обяза­тельно теми же бентонитом и водой, которые предназначены для производственной обработки. В результате пробной обработки устанавливают минимальную дозу бентонита, при которой вино-материал приобретает достаточную прозрачность и сохраняет стойкость к белковым помутнениям.

Для производственной обработки точно отмеренное количе­ство суспензии, установленное на основании пробной обработки, смешивают с небольшим количеством виноматериала, подлежа­щего осветлению, и раствор немедленно вводят в основную ем­кость при непрерывном перемешивании, которое продолжают до достижения равномерного распределения суспензии во всем объеме обрабатываемого виноматериала.

На крупных винодельческих заводах с непрерывными тех­нологическими процессами и поточными методами производства суспензии бентонита или других осветляющих материалов вво­дят в поток обрабатываемого вина с помощью специальных до­зирующих устройств. При таком способе обеспечивается лучшее распределение и более эффективное действие осветлителя в среде.

Дата добавления: 2014-10-31