В данной статье рассматриваются основные этапы производства красного вина, начиная от выбора винограда и заканчивая выдержкой виноматериала. Описываются технологии дробления, прессования и выдержки виноматериала, которые играют ключевую роль в формировании характера красного вина. Также производится конструктивный расчет валковой дробилки. Статья будет полезна как профессиональным виноделам, так и любителям, интересующимся процессом создания одного из самых популярных алкогольных напитков в мире.

Ключевые слова: этапы виноделия, красное вино, сусло, мезга.

Современное виноделие является значимой отраслью пищевой промышленности, основанной на передовых достижениях науки и техники, включая микробиологию, биохимию, механику и автоматику.

Многие высококачественные вина известных брендов пользуются всемирным признанием и занимают значительную долю на международных рынках винодельческих стран. Производство виноматериала для красного вида — это производством с непрерывным технологическим процессом

Объемы производства вина как в России, так и в мире постоянно растут По данным Всемирной организации вина и виноделия (OIV) за 2024 год, в России было произведено 27 131 тыс. дал виноградного вина, что на 9,3 % превышает показатели предыдущего года. Это объясняется не только наличием определенной культуры употребления вина во многих странах, но и его полезными терапевтическими свойствами, связанными с содержанием органических кислот, сахаров, антиоксидантов, витаминов и других соединений, а также микроэлементов (калий, натрий, кальций, магний, фосфор), дубильных, красящих и ароматических веществ. Минеральные кислоты, такие как винная, яблочная, салициловая, содержащиеся в любом виде вина, способствуют усвоению пищевых протеинов, таких как мясо и рыба. Красное вино, в частности, содержит кофеиновую кислоту, которая способствует выздоровлению пациентов с бронхолегочными заболеваниями, помогая разжижать мокроту и облегчая ее отхождение.

С целью проектирования технологической линии производства виноматериалов для столового красного вина, были произведены материальные расчеты линии в соответствии с заданной часовой и годовой производительностью.

В нашей работе производство виноматериала для красного вина — это производство с непрерывным технологическим процессом. Оборудование предназначено для работы в течение длительного периода, что позволяет повысить производительность, однако оно более специализировано, поэтому при изменении требований к сырью или упаковке могут потребоваться значительные инвестиции и перенастройка всего процесса.

Технологическая схема для производства виноматериала для красного вина представлена следующими этапами [1 ,2, 4]:

1. Подготовка производства

2. Дробление

3. Сульфинирование

4. Осветление.

5. Брожение

6. Контроль спиртового брожения

7. Обработка виноматериала холодом

8. Отстаивание

9. Выдержка виноматериала

В среднем рентабельное производство вина начинается примерно с 1 млн бутылок вина — это приблизительно 1100 тонн виноград в год и около 130–150 га виноградников с плотной посадкой. Рассмотрим процесс приготовлении виноматериала из 1000 кг винограда

Количество рабочих дней в году примем за 300 дней. В среднем рентабельное производство вина начинается примерно с 1 млн бутылок вина — это приблизительно 1100 тонн виноград в год и около 130–150 га виноградников с плотной посадкой. Рассмотрим процесс приготовлении виноматериала из 1000 кг винограда.

Потеря винограда при приемке, разгрузке, подачи на дробление и дробление n = 0.6 %: n = 1000 0,6 / 100 = 6 кг

Количество винограда, прошедшее дробление: Mв = 1000,0–6,0 = 994,0 кг

Количество гребней образующихся из винограда при дроблении: Мr = 994,0 0,37 (100 + 16,47) / 100 = 42,83 кг

Количество жирной мезги образующейся из винограда при дроблении: М = 994–42,83 = 951,17 кг

Потери при брожении мезги до остаточной сахаристости 7 %: 46,6 10 (22,25–7) 755,2 / 100000 = 53,66 кг

На контракцию образование спирта при брожении: 0,0008 0,6 (22,25–7) 755,2 = 5,49 л или 5,49 100 / 755,2 = 0,72 % об

Механические потери приняты равными n = 0.6 %: 0,6 755,2 / 100 = 4,53 л или 0,6 951,17 / 100 = 5,70 кг

Выход сусла недоброда из аппаратов брожения на мезге: потери подброженного сусла в стекателях и прессах n = 0,5 % n = 1000,0 0,005 = 5 кг

Количество отходящих сладких выжимок: 51,17–5–5,7–53,66–763,06 = 123,75 кг ρ²° = 0,99823 (0,9849 + 1,0415–1,000) = 1,024 кг/л

Виноматериал с остаточным сахаром 7 % 755,2–5,49–4,53 = 745,18 л или 745,18 1,024 = 763,06 кг

Соотношение выхода сброженного сусла после стекания и прессования сусло-самотек в смеси с суслом низкого давления СВД = 89,48 л СНД = 655,70 л Или СВД = 91,63 кг СНД = 671, 43 кг

Таблица 1

Материальный баланс годовой переработки винограда на сусло

Количество сусловой гущи в сброженном сусле-самотеке и сусле низкого давления:

5,7 1,024 = 5,83 % об.

mcm = 655,7 (1 + 1,5) 5,83 / 100 = 95,57 л.

655,7 1,024 (1 + 1,5) 5,83 / 100 = 97,86 кг

Количество осветленного сброженного сусла-самотека в смеси с суслом низкого давления полученное при деконтировании осадка:

mcc = 655,7 – 95,57 = 560,13 л.

671,43 – 97,86 = 573,57 кг

Образование сульфированного осадка: 5,57 1 / 2,5 = 38,23 л .97,86 1 / 2,5 = 39,14 кг.

Потери при дображивании до 4,5% и осветление в емкостях для хранения на образование СО _2:

46,6 10 (22,25 – 17,75) 560,13 / 100000 = 11,7 кг

На контракцию образовавшегося спирта при дображивании:

0,08 0,6 (22,25 – 17,75) 560,13 / 100 = 1,21 л

1,21 100 / 560,13=0,216 % об.

Механические потери приняты равными разности между средней величины суммарных потерь брожения 3 % и уже учтенными

3 – 1,21 – 0,6 – 0,216 = 0,974 % об.

560,13 0,974 / 100 = 5,455 л

573,57 0,974 / 100 = 5,586 кг

Количество молодого виноматериала на момент снятия с дрожжевых осадков

560,13 – 1,21 – 5,455 = 553,465 л.; 573,57 – 11,7 – 5,586 = 556,284 кг

Потери при снятии виноматериала с дрожжевых осадков (принята равными 0,5 % от объема сусла):

560,13 0,005 = 2,8 л.;

2,8 556,284 / 53,465 = 2,8 кг

Выход продуктов по объему при снятии с осадка дрожжей: дрожжевой гущи принята равным 7,5 % об из условия, что ее образуется в 3 раза больше, чем плотной дрожжевой массы, представляющей собой дрожжевые отходы при брожении сусло на п/сладкое и составляют 2,5 % от осветленного сусла.

560,13 0,075 = 42 л

Осветленного снятого с осадка виноматериала:

553,465 – 2,8 – 42 = 508,665 л

Выход продуктов по массе при снятии с осадка дрожжей осветленного виноматериала плотность, вычисления в нем по содержанию спирта

(22,25 – 4,5) 0,6 = 10,65 % об и общего экстракта принятого равным 2%

p²º = 0,99823 (0,9835 + 1,0216 – 1,000) = 1,003 кг/л

508,665 1,003 = 510,19 кг

— дрожжевой гущи:

556,284 – 2,8 – 510,19 = 42,294 кг

Выход продукта при центрифугировании дрожжевой гущи сброженного сусла – фугата составляет 7,5 – 2,5 = 50 % об от сбраживаемого сусла или

5 / 7,5 = 2,3 от части объема дрожжевой гущи:

Потери при обработке холодом в потоке без выдержки (n = 0,25 %):

508,665 0,0025 = 1,27 л

510,19 0,0025 = 1,27 кг

Выход виноматериала полусладкого после обработки холодом:

508,665 – 1,27 = 507,395 л

510,19 – 1,27 = 508,92 кг

Потери при холодной фильтрации включает в себя переливки и фильтрации через фильтр-пресс:

— потери при переливки (n = 0,09 %)

— потери при фильтрации через фильтр-пресс (n = 0,15 %)

507,395 (0,09 + 0,15) / 100 = 1,22 л

508,92 (0,09 + 0,15) / 100 = 1,22 л

Выход виноматериала после обеспложивающей фильтрации:

507,395 – 1,22 = 506,175 л

508,92 – 1,22 = 507,7 кг

Таблица 2

Сводная таблица материального баланса готового виноматериала

На основании материального баланса выбрали оборудование для производства виноматериалов для столового красного вина.

Предлагаемое технологическое оборудование выбиралось с учетом следующих факторов:

1. Обеспечение качества выпускаемой продукции
2. Соответствие технических характеристик необходимым параметра технологического процесса
3. Обеспечение требуемых производственных мощностей
4. Опыт эксплуатации данного оборудования на предприятиях винодельческой отрасли
5. Оптимальное соотношение «цена-качество» данного оборудования

Таблица 3

Сводная таблица оборудования для каждого этапа

Исходя из выбранного оборудования, составлена машинно-аппаратурная схема производства виноматериалов для красного вина, представленная на рисунке 1. Поступившее на завод сырье, находившееся в автоконтейнере 1, выгружается в приемный бункер питатель 2 и шнеком подается в валковую центробежную дробилку 3. Получившиеся после дробления мезга поступает в мезгоприемник 4, находящийся под дробилкой, откуда он подается на сульфитодозатор 5. После процедуры сульфитации образовавшееся сусло передается на пресс 7 при помощи стекателей 6. Далее сусло попадается в настойные резервуары 8 (экстрактор-винификатор), где происходит разделение твердой и жидкой частей и обработка осадка твердыми частицами. После настаивания сусло суслонасосом 9 через трубчатый теплообменник 10, где происходит охлаждения, направляется на фильтрацию с использованием фильтр-прессов 11, а позднее в отстойные термостатированные резервуары 12. Осветленное сусло насосами снимается с осадка и подается на брожение в бродильный чан 13. Далее происходит термическая обработка сусла с помощью ультраохладителя 14, осветление с применением отстойного термостатированного резервуара 15 и фильтр-прессов 16. Виноматериал отправляют на выдержку на несколько месяцев при температуре 10–12˚С в холодильную камере 17 в резервуаре для хранения 18.

Рис. 1. Машинно-аппаратурная схема производства виноматериалов для красного вина

Следующей задачей нашего исследования являлось конструктивный расчет валковой дробилки.

Исходные данные:

d _{н —} средний начальный размер измельчаемых ядер = 18 мм.

b — зазор между валками = 5 мм.

L- рабочая длина валков = 700 мм.

n _{валк —} частота вращения валков = 70 об/мин.

d _{валк —} диаметр валков =317 мм.

n — частота вращения вала = 200 об/мин.

Определить:

N — мощность электродвигателя валкового механизма, кВт.

V _{с —} секундный объём ленты продукта, выходящей через щель между валками, м ³ /с.

Рис. 2. Иллюстрация к расчету валковой дробилки

Принимаем угол захвата α=15 °.

Определяем ширину выходной щели а, м, из отношения:

Принимаем угол захвата α=15 °.

Определяем ширину выходной щели а, м, из отношения:

где d _н – диаметр загружаемого материала, d = 85 = 0,018 м

Значение D находится из треугольника ABC:

Наибольший диаметр загружаемого материала (d) задан 18 мм, поэтому диаметр вальцов равен:

Определяем окружные скорости валков по формуле

где D = D _B = 317 мм- минимальный диаметр валка

n — частота вращения валков = 70 об / мин (n _м = 69 об / мин, n _б = 70 об / мин)

Нагрузки в основных элементах.

Усилия в деталях валковой дробилки определяются нагрузкой, которая создается пружинами предохранительного устройства. Эта нагрузка зависит от многих факторов и может быть вычислена лишь приближенно.

Предположим, что среднее суммарное усилие между валками при дроблении материала равно Рср (Н). Площадь, на которой будет действовать это усилие:

где L - длина валков, м; l - длина дуги на участке измельчения материала, м,

l = R ⋅ α = (D α) / 2

(R - радиус валка, м; α - угол дуги, рад.).

α = 15 °.

Тогда l = 0,131 ⋅ D=0,143 ⋅ 0,306 = 0,042 м.

F=0.7 ⋅ 0,042 = 0.029 м²

Среднее суммарное усилие (Н) дробления

где σ _сж - предел прочности материала при сжатии, кг\см² (σ _сж =1200-1800 кг/см2);

µ— коэффициент разрыхления материала, для прочных пород µ= 0,2-0,3.

H = 1500 ⋅ 290 ⋅ 20 = 8700000 Н = 7,92 МН

Мощность привода электродвигателя валковой дробилки:

где К — коэффициент, учитывающий физико-механические свойства винограда, профиль

валков = 0,2

d _яг - диаметр ягоды = 0,018 м

l _валк - длина валка = 0,7 м

D _валк - диаметр валка = 0,317 м

n _валк - частота вращения валка = 70 об/мин

N=0,119 0,7 0,317 70 (120 0,0014 + 0,317 ² ) 0,2 = 0,65 кВт

Подбираю валковую дробилку ВДГ-20 (рис. 3).

Рис. 3. Валковая дробилка ВДГ-20

Таблица 4

Техническая характеристика двухвалковой дробилки ВДГ-20

На основе анализа научно-технической литературы предложен непрерывный способ производства виноматериала для красного столового вина, включающее брожение в закрытых чанах с плавающей шапкой. Материальными расчетами установлены потребности в сырье на 1 час и 1 год работы линии при заданной производительности по сырью: 1100000 кг/год и 152,3 кг/ч. Исходя из выбранного оборудования, составлена машинно-аппаратурная схема производства виноматериалов для красного вина, и выполнены конструктивные расчеты двухвалковой дробилки ВГД-20, предложены технические характеристики.

Литература:

1. Баланов П. Е. Промышленное производство вина / П. Е. Баланов — М.: ИТМО, 2016. –12–43 с.
2. Аношин И. М. Физико-химические процессы виноделия/ И. М. Аношин, А. А. Мержаниан. — М.: Пищевая промышленность, 1976. — 352 с.
3. Балануце А. П. Современная технология столовых вин/ А. П. Балануце, Г. Ф. Мустяце. — Кишинев: Картя Молдовеняскэ.- 1985. — 223с.
4. Герасимов М. А. Технология вина/ М.А Герасимов. — М.: Типография Московской картонажной фабрики. — 1959. — 637 с.
5. Валуйко Г.Г Справочник по виноделию / Г. Г. Валуйко. — М.: Агропромиздат, 1985. — 447 с.
6. Бурьян Н. И. Микробиология виноделия/ Н. И. Бурьян, А. В. Тюрина — М.: Пищевая промышленность, 1979. — 272 с.
7. Кишковская С. А. Основы микробиологии, санитарии и гигиены в винодельческой промышленности/ С. А. Кишковская, В. С. Разуваев. — К.: Агропромиздат, 1986. — 144 с.
8. Бриллинг Н. С. Справочник по строительному черчению/Н. С. Бриллинг, С. Н. Белягин, С. И. Симонов. — М.: Стройиздат, 1987. — 448 с.
9. Будасов Б. В. Строительное черчение/ Б. В. Будасов, В. П. Каминский — М.: Стройиздат,1990. — 464 с.