Обоснование и совершенствование технол о гии осветления виноградных вин на основе дву х ступенчатой фильтрации
На правах рукописи
АСЛАНОВ Валерий Ставрович
ОБОСНОВАНИЕ И Совершенствование
технологии осветления ВИНОГРАДНЫХ вин
на основе двухступенчатой фильтрации
05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки
злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,
плодоовощной продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар – 2006
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный
технологический университет»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Соболев Эдуард Михайлович;
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Касьянов Геннадий Иванович;
кандидат технических наук
Толмачев Олег Владимирович
Ведущая организация: Государственное научное учреждение
«Северо-Кавказский зональный научно-
исследовательский институт садоводства и виноградарства» Россельхозакадемии (г. Краснодар)
Защита диссертации состоится 21 декабря 2006 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус “А”, конференц-зал
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета
Автореферат разослан 20 ноября 2006 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
канд. техн. наук В.В. Гончар
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1 Актуальность работы. Одним из основных показателей, характеризующих качество готового вина, является его прозрачность, которая должна отвечать понятиям «кристальная прозрачность» и «прозрачное с блеском». Важнейшую роль в дальнейшей прозрачности вина играет процесс фильтрации. Фильтрация широко используется при переработке основных и вторичных продуктов виноделия, в частности, дрожжевых осадков, виноградного сока и виноматериалов. Однако задача повышения прозрачности и биологической стойкости фильтратов остается актуальной. При решении указанной задачи на уровне совершенствования технологии осветления важная роль принадлежит математическим моделям, основанным на теории и призванным научно обосновать эффективные режимы и способы очистки виноматериалов и вин. Следует подчеркнуть, что осадки, образующиеся при фильтровании, являются сжимаемыми. Теория сжимаемых осадков находится на стадии развития. Основные уравнения фильтрации несжимаемых осадков основаны на теории ламинарных течений: уравнение Пуазейля для течения в капиллярных каналах и уравнение Стокса по омыванию сфер. Для сжимаемых осадков эти уравнения модифицируют в основном за счет введения зависимости удельного сопротивления осадка от перепада давления на слое. Влияние сжимающих напряжений на упругие свойства осадка, на пористость и как следствие на сопротивление слоя рассматривается авторами с различных позиций, зачастую противоречивых. Связь этих свойств с качеством осветления виноматериалов не изучалась. В связи с недостаточной строгостью теории фильтрации и использованием упрощенных эмпирических уравнений для сжимаемых осадков отсутствует база данных по их фильтрационным свойствам. По этой причине не представляется возможным надежное проектирование системы фильтрации, а также разработка методики принятия мобильных решений по реализации производственной программы по переработке различных виноматериалов в условиях меняющихся режимов фильтрации.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ 1997-2005 гг. КубГТУ по теме «Совершенствование технологии виноградных, плодово-ягодных напитков и вин».
1.2 Цель и задачи исследований. Цель работы состоит в обосновании и совершенствовании технологии осветления виноградных вин на основе двухступенчатой фильтрации.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- определить влияние физико-химического состава виноматериалов на режимы фильтрования с использованием различных фильтрующих материалов;
- выявить взаимосвязи между химическим составом вина, технологией фильтрации и разработать математические модели для режимов фильтрования
и 
, наиболее распространенных при фильтровании вин и виноматериалов, учесть изменения перепада давлений 
и скорости фильтрования W по высоте слоя осадка 
; - для обеспечения требуемого качества вина разработать методологию и математическое обеспечение производственных программ и технологических режимов фильтрования виноматериалов на винзаводе;
- исследовать в процессе фильтрации взаимосвязь между удельным сопротивлением осадка
и его пористостью 
; - усовершенствовать технологию осветления виноградных вин на основе двухступенчатой фильтрации путем применения адсорбционной модели улавливания частиц фильтр-картоном и прогнозирования необходимой фильтрующей поверхности и зависимости перепада давлений
от продолжительности фильтрации.
1.3 Научная новизна работы заключается в том, что:
- впервые определены фильтрационные свойства фильтр-картона и свойства сжимаемых осадков, получаемых в результате комплексной двухступенчатой фильтрации различных типов виноградных вин на бельтинге;
- разработаны математические модели процесса фильтрации вин в слое сжимаемого осадка на бельтинге и на фильтр-картоне;
- предложен механизм осветления вина, основанный на свойстве осадка сжиматься в направлении движения фильтрата; установлена зависимость между пористостью осадка и напряжением сжатия;
- разработана методология реализации производственной программы и режимов фильтрования виноградных вин на винодельческом предприятии в условиях меняющихся режимов фильтрации.
1.4 Практическая значимость работы заключается в том, что:
- разработана методика принятия мобильных решений по производственной программе фильтрации виноматериалов и вина на винодельческом предприятии, обеспечивающая минимальные затраты при выполнении производственных заказов;
- на основе стендового эксперимента по фильтрации виноградного сока и промышленного эксперимента по фильтрации вина на бельтинге подтверждена достоверность модели фильтрации в слое сжимаемого осадка и модели фильтрации через фильтр-картон на фильтр-прессе винзавода;
- разработаны рекомендации по режимам процессов фильтрации в две стадии: на фильтр-прессе с бельтингом и фильтровальным волокном и на фильтр-прессе с фильтр-картоном; физико-химические показатели натуральных и специальных виноматериалов при применении двухступенчатого метода фильтрования по сравнению с одноступенчатым через фильтр-картон изменяют свои значения в лучшую сторону по содержанию фенольных и красящих веществ белкового азота и жиров;
- конкретные технологические режимы определены путем сочетания методов модельного (физического) и математического моделирования;
- получен экономический эффект от реализации указанной программы в размере 191714 руб. в год при выработке 100 тыс. дал вина.
1.5 Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на Международной научной конференции «Прогрессивные пищевые технологии – третьему тысячелетию» (г. Краснодар, 2000 г.); на IV Международной научно-технической конференции «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов» (г. Ульяновск, 2001 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Продовольственная безопасность как важнейший фактор национальной безопасности страны и роль информационно-консультационных служб АПК в ее обеспечении» (г. Пенза, 2002 г.); на VIII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и стандартизации пищевых продуктов» (г. Москва, 2002 г.); на Международной научно-практической конференции «Научные основы процессов, аппаратов и машин пищевых производств» (г. Краснодар, 2002 г.); на Международной конференции молодых ученых «От фундаментальной науки – к новым технологиям. Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные технологии» (г. Тверь, 2002 г.); на Международной научно-практической конференции «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» (г. Воронеж, 2003 г.).
1.6 Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 статьи.
1.7 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Основной текст диссертации изложен на 150 страницах компьютерного текста, содержит 21 рисунок и 24 таблицы. Список использованной литературы включает 126 наименований, из них 10 зарубежных авторов.
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объекты исследований. В соответствии с целью и задачами в качестве объектов исследований использовали виноградные вина различного типа, минеральные сорбенты (кизельгур, диатомит, палыгорскит, бельтинг-ткань и фильтр-картон, а также осадки, полученные при осветлении вин.
2.2 Методы исследований. При выполнении работы использованы современные экспериментально аналитические методы физико-химического анализа. Исследование реологических характеристик осадков проводили вискозиметрическим методом. Для определения основных показателей химического состава применяли стандартные методы ГОСТ и ГОСТ Р, а также методики, изложенные в методических рекомендациях ИВиВ «Магарач». Летучие вещества определяли методом газожидкостной хроматографии. Мутность определяли инструментальным методом в формазиновых единицах.
Процесс фильтрации виноградных вин исследовали методом математического моделирования, основанным на непротиворечивой теории. Нами разработан новый подход к теории фильтрации вин с образованием сжимаемых осадков. Как и в известных моделях фильтрования физической основой теории является закон течения жидкости в капиллярах (уравнение Пуазейля). Главными отличиями разработанного применительно к процессам фильтрования на винзаводе подхода являются, во-первых, учет неоспоримого факта, что в различных слоях осадка возникают различные нормальные напряжения, которые вызваны не нормальными силами давления, а касательными силами вязкостного трения. Во-вторых, связь нормального напряжения и пористости материала не подчиняется линейному закону упругости Гука.
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Моделирование процесса фильтрации вин. Анализ и расчет процесса фильтрации виноградных вин проводили, используя разработанную нами математическую модель технологии фильтрации. Абсолютное большинство исследователей считают перепад давления на слое осадка ответственным за сжатие слоя осадка, а напряжение сжатия 
принимают равным 
. На самом деле величина 
не является статической нагрузкой. В капиллярах осадка при движении в них жидкости действуют касательные напряжения. Они являются причиной возникновения нормальных напряжений 
, сжимающих осадок. В случае фильтрации первые по ходу жидкости слои осадка (назовем их верхними) не сжаты, а нижние слои (вблизи фильтровальной перегородки) сжаты в наибольшей степени. Изменение напряжения 
по высоте 
описано уравнением 1.
. (1)
Вместе с изменением напряжения изменяется по высоте осадка и пористость 
. Нами доказано, что закон этого изменения имеет вид:
, (2)
где 
, 
начальная и минимальная пористость; 
коэффициент;
Коэффициент 
найден нами при обработке экспериментальных данных. Для несжимаемой жидкости скорость фильтрации W постоянна по высоте осадка. Это позволяет определить изменение давления по высоте осадка 
.
, (3)
где 
динамическая вязкость фильтрата, Пас; 
начальное удельное объемное сопротивление осадка, 1/м.
На основе решения дифференциального уравнения (3) с учетом уравнений (1) и (2) разработан метод расчета фильтрования виноматериалов с учетом сжимаемости осадка, который впервые учитывает изменение фильтровальных свойств осадка по высоте его слоя и во времени.
Придание стабильной прозрачности винам во многом зависит от характера изменения перепада давления на фильтр-картоне с течением времени. Доказано, что повышение разности давлений при постоянной скорости фильтрования обратно пропорционально диаметру поры в четвертой степени. Следовательно, повышение разности давлений связано с уменьшением диаметра пор, т. е. с забиванием пор частицами адсорбируемой примеси.
Для учета этого явления составлен материальный баланс по количеству адсорбируемой примеси 
, м3, за некоторый промежуток времени 
.
, (4)
где 
усредненные диаметры пор соответственно в начальный момент фильтрования 
и через некоторое время фильтрования 
, м; 
отношение объема осадка к объему фильтрата, м3/м3; F поверхность фильтрования, м2; n число пор на единице поверхности; 
коэффициент извилистости пор; V объем фильтрата, м3.
После преобразований получена зависимость перепада давления от времени:
, (5)
где 
, 
разности давлений за время 
и в начальный момент фильтрования 
; C константа.
Величина константы C найдена нами экспериментально.
Резюмируя изложенное, можно заключить, что на основе анализа особенностей течения жидкостей в капиллярах, получаемого при фильтровании виноградных вин и виноматериалов сжимаемого осадка показано, что слои осадка, образованные при фильтрации виноматериалов, сжаты по высоте не одинаково, напряжение сжатия возрастает в зависимости от высоты слоя в направлении движения фильтрата. Разработанная с учетом этого явления математическая модель процесса фильтрации виноградного вина и виноматериалов в слое сжимаемого осадка удовлетворительно согласуется с данными стендового эксперимента и с результатами производственных испытаний работы фильтр-пресса с бельтингом в качестве фильтровальной перегородки.
3.2 Экспериментальное исследование технологического процесса фильтрации виноматериалов и определение параметров осадка. Экспериментальное исследование проводили на стендовых и промышленных фильтрах. В качестве фильтруемых смесей использованы виноматериалы различного типа. Принципиальная схема стендовой установки, на которой выполнен эксперимент по фильтрованию виноматериалов представлена на рисунке 1.
1 – центробежный насос; 2 – регулирующий вентиль;
3 – манометр; 4 – фильтрпресс; 5 – мерный бачок
Рисунок 1 – Схема фильтрационной установки
Фильтровальной перегородкой служила ткань бельтинг. Опыты проводились при постоянном перепаде давления, которое поддерживалось на следующих уровнях 0,005; 0,02; 0,035; 0,05 МПа.
Для проведения опытов использовался рамный фильтр-пресс, состоящий из 7 рам, размером 120х120х12 мм, общей поверхностью 0,2 м2. Исходный фильтруемый материал с помощью центробежного насоса 1 подавали в рамный фильтр-пресс 4. Необходимое избыточное давление устанавливали с помощью регулирующего вентиля 2 и контролировали по манометру 3. Объем фильтрата измеряли в мерном бачке 5.
Определение сопротивления фильтровальной перегородки 
, в качестве которой использовался бельтинг, проводилось в опытах по фильтрации воды на лабораторном фильтр-прессе (F = 0,2 м2).
Сравнение экспериментальных и расчетных данных представлено на рисунке 2. Из рисунка 2 видно, что наблюдается удовлетворительное согласие теории и эксперимента во всем диапазоне изменения перепадов давления на фильтровальном слое. С использованием результатов, представленных на рисунке 2, построена зависимость скорости фильтрации 
от перепада давления на фильтрующем слое 
при одинаковом удельном количестве фильтрата. Из рисунка 3 отчетливо видно, что скорость фильтрации W не пропорциональна движущей силе процесса 
.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что при фильтровании вина нецелесообразно повышать давление перед фильтр-прессом выше 0,35 бар, так как при дальнейшем повышении давления практически не возрастают скорость фильтрации и выход отфильтрованного вина за заданное время работы фильтра. Этот факт качественно согласуется с известными представлениями об особенностях фильтрования с образованием сжимаемых осадков.
экспериментальные данные;
1 p = 0,05.105 Па; 2 p = 0,2.105 Па;
3 p = 0,35.105 Па; 4 p = 0,5.105 Па.
Рисунок 2 – Зависимость удельного объема Рисунок 3 – Зависимость скорости
фильтрата v, м3/м2, от времени, мин, фильтрации W, м/с, от перепада давлений
при различных значениях p, Па над фильтрующим слоем p, Па
Процесс фильтрации виноматериала исследовали экспериментально с целью проверки развитой теории и математической модели фильтрования при постоянной скорости фильтрации. Исследование проводилось с использованием натурального сухого белого виноматериала «Шардоне». Его характеристика приведена в таблице 1. В качестве фильтровальной ткани использовался бельтинг.
Производственный эксперимент проводился следующим образом: включался насос и с помощью открытия соответствующих вентилей проводилось постепенное увеличение скорости фильтрации вплоть до избыточного давления 0,40,5 бар. В начальный период в результате фильтрации получалось некачественное вино по мутности. Поэтому в течение примерно 40 минут проводилась рециркуляция вина. Полученный фильтрат возвращался по байпасной линии в резервуар исходного виноматериала. После достижения давления 0,40,5 бар начинался основной процесс
Таблица 1 – Физико-химические показатели опытных виноматериалов до фильтрации
| Образцы вин | Объемная доля этилового спирта, % об. | Массовое содержание, г/дм3 | Массовое содержание, мг/дм3 | рН | Степень прозрачности, ф.ед. | ||||
| сахаров | титруемых кислот | фенольных веществ | красящих веществ | белкового азота | жиров | ||||
| Натуральный сухой белый «Шардоне» | 10,0 | 2,1 | 5,6 | 134,0 | 66,3 | 38,0 | 3,1 | 6,0 | |
| Натуральный сухой красный «Понтийское» | 10,7 | 2,2 | 6,2 | 1400,0 | 262,8 | 72,0 | 48,0 | 3,2 | 12,0 |
| Натуральный сухой розовый «Витязево» | 10,1 | 2,0 | 5,8 | 1020,0 | 101,7 | 68,6 | 38,0 | 3,1 | 9,0 |
| Специальный полудесертный розовый «Зори Витязево» | 15,9 | 120 | 5,2 | 1860,0 | 236,4 | 80,4 | 46,4 | 3,3 | 9,5 |
| Специальный десертный красный «Кагор 32» | 16,0 | 163 | 6,3 | 2640,0 | 270,5 | 96,2 | 58,0 | 2,9 | 14,0 |
фильтрования. Процесс проводился до достижения давления перед фильтром 3 бар, что отвечало максимальному напору насоса, обеспечивающему постоянный расход и следовательно постоянную скорость фильтрации. В процессе фильтрации через определенные промежутки времени, т. е. через каждые два часа, фиксировалось значение перепада давления на фильтре. На рисунке 4 представлено сравнение теоретически полученной на идентифицированной математической модели зависимости перепада давления от времени с экспериментальными данными. Получено удовлетворительное согласие теории с опытом. Как показал численный эксперимент, на сухом красном вине пористость осадка с волокном 
сравнительно быстро достигает минимального значения (рисунок 5). Удельное сопротивление осадка 
также быстро растет (рисунок 6).
В процессе опытов путем замера оптической плотности определялась мутность вина. Экспериментально было установлено, что в период экспоненциального роста 
качество фильтрата не удовлетворяло требованиям к готовому вину, а в период роста 
по прямой получался более качественный продукт. Качественно было обнаружено, что прозрачность виноматериала улучшается в течение 30 – 50 мин. Это можно объяснить двумя причинами: во-первых, образованием слоя осадка, который сам оказывает фильтрующее действие и, во-вторых, уменьшением пористости осадка. Полученный результат позволяет в зависимости от типа и качества виноматериала определить заранее программу его фильтрации на основе предварительного лабораторного эксперимента и математического моделирования на разработанной математической модели.
Для проверки было выполнено экспериментальное исследование фильтрации белого сухого вина через фильтр-картон.
В качестве объекта исследования использовалось предварительно отфильтрованное вино специальное десертное красное «Кагор 32». Характеристика вина приведена в таблице 2.
Таблица 2 – Физико-химические показатели вин после фильтрации через фильтр-картон
| Образцы вин | Объемная доля этилового спирта, % об. | Массовое содержание, г/дм3 | Массовое содержание, мг/дм3 | рН | Степень прозрачности, ф.ед. | ||||
| сахаров | титруемых кислот | фенольных веществ | красящих веществ | белкового азота | жиров | ||||
| Натуральный сухой белый «Шардоне» | 10,0 | 2,1 | 5,6 | 98,0 | 43,0 | 26,6 | 3,0 | 0,1 | |
| Натуральный сухой красный «Понтийское» | 10,7 | 2,2 | 6,1 | 1140,0 | 230,0 | 44,5 | 30,0 | 3,1 | 0,4 |
| Натуральный сухой розовый «Витязево» | 10,0 | 2,0 | 5,7 | 970,6 | 98,0 | 36,4 | 30,9 | 3,1 | 0,3 |
| Специальный полудесертный розовый «Зори Витязево» | 15,9 | 120 | 5,2 | 1520,0 | 160,2 | 44,0 | 41,0 | 3,2 | 0,4 |
| Специальный десертный красный «Кагор 32» | 16,0 | 163 | 6,2 | 2010,0 | 210,4 | 46,9 | 40,0 | 2,9 | 0,5 |
Наряду с лабораторным проведен промышленный эксперимент по окончательной очистке сухого виноматериала на фильтре с картоном, который (фильтр) содержал 60 пластин картона размером 600х600 мм. Сравнение расчетных данных с экспериментальными приведено на рисунке 7. Модель удовлетворительно описывает экспериментальные данные.
Рисунок 4 – Зависимость перепада давлений Рисунок 5 – Зависимость пористости
, бар, от продолжительности осадка 
, м3/м3, от продолжительности
фильтрации 
, мин фильтрации 
, мин
Рисунок 6 – Зависимость удельного Рисунок 7 – Зависимость разности давлений
сопротивления осадка 
, 1/м2, от 
, бар, от продолжительности фильтрования
продолжительности фильтрации 
, мин вина 
, с, через фильтр-картон
Анализ влияния свойств осадка на режим процесса фильтрования показал, что при малых значениях начальной пористости осадка 
и больших 
, а также высоких значениях минимальной пористости 
при расчетах фильтрования виноматериалов можно использовать уравнения скорости фильтрации для несжимаемых осадков.
3.3 Разработка технологического режима и оценка эффективности рабочего цикла двухступенчатого фильтрования виноматериалов. Ряд обстоятельств затрудняют определение технологического режима двухступенчатого процесса фильтрования с оптимальным результатом, т. е. с наиболее высоким качеством и при наименьших затратах. Эти затруднения связаны со следующими факторами: фильтрационная способность даже при использовании одинаковых фильтрующих материалов зависит от типа вина и, более того, от технологических условий его приготовления, в частности от погодных условий, от года сбора урожая, от климатических условий, которые были в этот год. В этой связи, не представляется возможным создать общую теорию, которая позволяла бы на чисто теоретической основе разрабатывать оптимальную программу и технологический режим рабочего цикла фильтрования. Это, во-первых. Во-вторых, объемы и время фильтрации зачастую сильно зависят от конъюнктуры сбыта, от потребности рынка, которые имеют не только сезонные, но и временные колебания. Все перечисленное позволило сформулировать задачу, которую необходимо решить перед тем, как начать фильтрацию виноматериалов. Численными методами по разработанной на Borland Pascal программе проведено решение вопросов разработки рабочей программы и определены режимы на первой стадии предварительного фильтрования.
Результаты моделирования представлены в таблице 3.
В соответствии с возможными вариантами задания можно выбрать второй вариант, как обеспечивающий максимальную экономию вспомогательных материалов. Результаты, полученные при разработке технологического режима рабочего цикла двухступенчатой фильтрации использовались для оценки эффективности предлагаемого метода с точки зрения качества полученных виноматериалов.
Таблица 3 – Итоговые показатели сравниваемых вариантов
| № п/п | Показатели | 1-й вариант | 2-й вариант | 3-й вариант | 4-й вариант |
| 1 | Объем заказа, V, дал | 2400 | 2400 | 2400 | 2400 |
| 2 | Требуемая поверхность фильтрации,  , м2 | 38,4 | 10,2 | 38,4 | 20,5 |
| 3 | Производи-тельность насоса, Q, м3/ч | 12 | 3,2 | 24 | 12 |
| 4 | Время фильтрации,  , ч, мин | 3 ч 50 мин | 10 ч | 1 ч 25 мин | 2 ч 30 мин |
Для сравнительной характеристики предлагаемого метода фильтрации был поставлен производственный опыт (таблицы 2 и 4). С этой целью отбирали виноматериал разных типов, проводили оклейку каждой партии, после чего снимали с клеевых осадков и фильтровали, добиваясь степени прозрачности, характеризуемой термином «прозрачное с блеском». Каждую партию виноматериалов разделяли на две части. Первую часть фильтровали через фильтр-картон по общеизвестному способу, а вторую – по предлагаемому двухступенчатому методу через бельтинг-ткань и затем через фильтр-картон в соответствии с рабочей программой, разработанной по вышеизложенной методике. Сравнение виноматериалов проводили по разным физико-химическим показателям, а также по удельному расходу фильтрующих материалов. Исходные физико-химические показатели натуральных и специальных виноматериалов представлены в таблице 1.
После фильтрации через фильтр-картон часть показателей изменили свои значения. Это касается, прежде всего, изменения содержания фенольных и красящих веществ, белкового азота и жиров. Во всех случаях наблюдается тенденция к их снижению. Так содержание фенольных веществ снизилось с 1400 мг/дм3 до 1250 мг/дм3, наибольшее снижение отмечено при двухступенчатой фильтрации. Очевидно, часть фенольных веществ сорбируется на бельтинге. Аналогичные изменения происходят и с красящими веществами. Однако при этом отмечается не только снижение общего содержания, но и более яркая окраска обработанных виноматериалов. В качестве положительного эффекта можно отметить снижение содержания белкового азота и жиров, способных образовывать биокомплексы, которые являются причиной помутнения готовых вин. Удельный расход фильтр-картона при двухступенчатой фильтрации почти в 2,3 раза меньше, чем при обычной технологии.
Таким образом, разработаны рекомендации по режимам процессов фильтрации в две стадии: на фильтр-прессе с фильтровальным волокном и на фильтр-прессе с фильтр-картоном. Разработана программа фильтрации виноматериалов и вина на винодельческом предприятии, обеспечивающая минимальные затраты при выполнении производственных заказов. Использование двухступенчатой фильтрации положительно сказывается на качестве обработанных виноматериалов, обеспечивая снижение фенольных соединений, а также белкового азота и жиров.
На основании экспериментальных исследований обоснована и усовершенствована технология осветления виноградных вин на основе двухступенчатой фильтрации. Технологическая схема осветления вина с помощью одноступенчатой и двухступенчатой фильтрации приведена на рисунке 8.
Внедрение разработанной методологии на винзаводе «Витязево» при выработке 100 тыс. дал вина дало снижение затрат картона в количестве 2,65 т/год, что соответствует 191714 рублей в год.
Таблица 4 – Физико-химические показатели вин после двухступенчатой фильтрации
| Образцы виноградных необработанных виноматериалов | Объемная доля этилового спирта, % об. | Массовое содержание, г/дм3 | Массовое содержание, мг/дм3 | рН | Степень прозрачности, ф.ед. | ||||
| сахаров | титруемых кислот | фенольных веществ | красящих веществ | белкового азота | жиров | ||||
| Натуральный сухой белый «Шардоне» | 10,0 | 2,1 | 5,6 | 110,0 | 42,2 | 31,5 | 3,1 | 0,1 | |
| Натуральный сухой красный «Понтийское» | 10,6 | 2,2 | 6,1 | 1250,0 | 248,0 | 46,0 | 36,4 | 3,1 | 0,5 |
| Натуральный сухой розовый «Витязево» | 10,0 | 2,0 | 5,7 | 980,6 | 98,6 | 37,2 | 35,9 | 3,1 | 0,4 |
| Специальный полудесертный розовый «Зори Витязево» | 15,9 | 120 | 5,2 | 1620,0 | 179,8 | 45,8 | 39,6 | 3,3 | 0,5 |
| Специальный десертный красный «Кагор 32» | 16,0 | 163 | 6,2 | 2150,0 | 238,4 | 48,1 | 40,2 | 2,9 | 0,6 |
одноступенчатая фильтрация; двухступенчатая фильтрация;
1 – резервуар; 2 – станция дозирования оклеивающих веществ; 3 – эгализатор; 4 – установка для обработки холодом «Кристалстоп»;
5 – диатомитовый намывной фильтр; 6 – фильтр пластинчатый; 7 фильтр пластинчатый
Рисунок 8 – Технологическая схема осветления вина с помощью одноступенчатой и двухступенчатой фильтрации
ВЫВОДЫ
- Обоснована и усовершенствована технология осветления виноградных вин на основе применения двухступенчатой комплексной фильтрации.
- Показано, что осадочный слой, образующийся в процессе фильтрации, представляет собой многослойную структуру, напряжение в которой возрастает в зависимости от высоты слоя в направлении движения фильтрата; на основании полученных данных разработана математическая модель процесса комплексной двухступенчатой фильтрации.
- Установлено, что процесс фильтрации вина через фильтр-картон носит адсорбционный характер и с достаточной точностью описывается предложенной математической моделью.
- Показано, что качество вина по показателю мутности повышается по мере снижения пористости осадка.
- Предложенная модель технологического этапа фильтрации адаптирована к производственным условиям и может служить основой для выбора технологических режимов процессов фильтрации.
- Установлено, что фильтрацию целесообразно вести в две стадии: на фильтр-прессе с фильтровальным волокном и на фильтр-прессе с фильтр-картоном.
- Показано, что оптимальная прозрачность вина достигается за счет применения предлагаемых технологических режимов комплексной двухступенчатой фильтрации; при этом удельный расход фильтр-картона более, чем в два раза ниже, чем при действующих технологиях.
- Определены технологические свойства сжимаемых осадков, получаемых при фильтрации различных виноматериалов на бельтинге и фильтрационные свойства фильтр-картона.
- Использование предложенной усовершенствованной технологии осветления виноградных вин позволяет значительно повысить качество обработанной продукции за счет снижения содержания в ней полимерных фенольных соединений, белкового азота.
- При реализации разработанных производственных программ и новых технологических режимов фильтрования получен реальный экономический эффект от реализации указанной программы в размере 191714 руб. в год при переработке 100 тыс. дал вина.
Список работ, опубликованных по теме диссертации:
- Соболев Э.М., Асланов В.С. Особенности осветления вин фильтрованием с использованием вспомогательных веществ // Тез. докл. междунар. научной конф. «Прогрессивные пищевые технологии – третьему тысячелетию», Краснодар.-2000.-С. 215-216.
- Асланов В.С., Соболев Э.М. Моделирование и совершенствование процесса фильтрации в случае сжимаемых осадков // Материалы IV междунар. научно-технич. конф. «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов», Ульяновск.-2001.-С.65-66.
- Асланов В.С., Соболев Э.М., Короткова Т.Г., Константинов Е.Н. Моделирование процесса фильтрации виноградного сока и вина // Изв. вузов. Пищевая технология.-2002.-№ 1.-С. 61-62.
- Асланов В.С., Соболев Э.М., Константинов Е.Н. Улучшение качества виноградного сока на основе моделирования процесса фильтрации // Сб. материалов Всероссийской научно-практич. конф. «Продовольственная безопасность как важнейший фактор национальной безопасности страны и роль информационно-консультационных служб АПК в ее обеспечении», Пенза.-2002. С. 146-148.
- Асланов В.С., Соболев Э.М., Константинов Е.Н. Повышение качества вина при фильтрации сжимаемых осадков // Труды VIII междунар. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и стандартизации пищевых продуктов», Москва.:-2002.-Вып.7.-Том 1.-С. 129-131.
- Асланов В.С., Соболев Э.М., Короткова Т.Г., Константинов Е.Н. Корреляция свойств сжимаемого осадка с изменением прозрачности вина в процессе фильтрации // Изв. вузов. Пищевая технология. -2002.-№ 4.- С. 43-44.
- Асланов В.С., Копань А.С., Шакун М.М. Моделирование процесса фильтрации вина // Материалы междунар. научно-практич. конф. «Научные основы процессов, аппаратов и машин пищевых производств», Краснодар.-2002.-С. 205-207.
- Константинов Е.Н., Асланов В.С. Влияние напряжения сжатия на пористость осадков растительного происхождения при фильтровании // Материалы междунар. научно-практич. конф. «Научные основы процессов, аппаратов и машин пищевых производств», Краснодар.-2002.- С. 131-132.
- Малышев Д.В., Асланов В.С., Константинов Е.Н. Фильтрация сжимаемых осадков с вспомогательными веществами при фильтрации виноматериалов Материалы Междунар. конф. молодых ученых «От фундаментальной науки – к новым технологиям. Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные технологии», Тверь, 2002.-Вып. 2.-С.95-96.
- Асланов В.С., Малышев Д.В., Константинов Е.Н., Короткова Т.Г. Особенности фильтрации вин через фильтр-картон при постоянной скорости фильтрования // Сборник научных статей Междунар. научно-практич. конф. «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции», г. Воронеж, 2003.-С.94-99.
