Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЯБЛОЧНОГО СТОЛОВОГО ВИНА

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к виноделию, и может найти применение при производстве яблочного столового белого вин и сидровых виноматериалов.

Традиционная технология производства малоокисленных вин предусматривает такое ведение технологических процессов, чтобы не допустить появления тонов окисленности. При окислении происходит связывание кислорода или потеря водорода. В эти реакции вовлекаются многие компоненты вина: фенольные соединения, азотистые вещества, органические кислоты и др. Образуются соединения (ацетальдегид, диацетил, летучие кислоты и др.), которые вызывают переокисленность и понижают органолептическую оценку. Поэтому производство столовых белых вин и сидровых виноматериалов предусматривает снижение уровня окислительно-восстановительного потенциала (ОВ-потенциал) путем создания анаэробных условий ингибирования окислительных ферментов с помощью диоксида серы, удаления железа и меди, а также за счет ферментов и других веществ, переходящих в вино при автолизе дрожжей. На первых стадиях приготовления вина наибольшую роль в повышении ОВ-потенциала играют фенольные соединения, окисляющиеся до хинонов, которые дегидрируют легкоокисляемые вещества (аскорбиновую кислоту, аминокислоты и др.). Поэтому важной задачей в виноделии является исследование возможностей минимизации окислительных процессов на всех этапах технологического процесса.

Известен способ производства белых столовых выдержанных вин (патент RU 2143478 C1, C12G 1/02, C12G 3/07, опубл. 27.12.1999), в котором улучшение качества белых столовых вин происходит за счет выдержки на щепе из древесины дуба.

Признаком известного способа, совпадающим с существенным признаком заявляемого способа, является использование древесной щепы. В известном аналоге, в процессе выдержки на щепе происходит формирование вкуса вина за счет обогащения его веществами, экстрагируемыми из древесины, тогда как заявляемый способ основывается на совершенно противоположном свойстве используемого природного материала - сорбции фенольных веществ.

В качестве насадки при дображивании используют дубовую стружку, скрученную в виде роликов диаметром 10-20 и длиной 10-20 мм; изготовленную из древесины дуба черешчатого (Quercus robur) возрастом не менее 80 лет, находящейся между вершиной ствола и 40-50 см от комеля, высушенной и созревшей в естественных условиях не менее 2 лет до обеспечения влажности не более 20%, прошедшей обжиг при 220-250°С в течение 5-10 мин.

Недостатком аналога является то, что создаются условия для протекания физических и биологических процессов, приближенных к условиям приготовления вина в деревянной таре. В таких условиях окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) вина увеличивается, снижая органолептическую оценку белых малоокисленных вин. Недостатком аналога является также использование дорогостоящей древесины.

За прототип принят «Способ производства яблочного столового вина» (патент RU 2435838 C1, C12G 1/00 (2006.01) C12G 3/07 (2006.01), опубл. 10.12.2011), основанный на выдержке виноматериала, на яблочной древесной стружке.

Признаком прототипа, совпадающим с существенным признаком заявляемого способа, является использование древесной щепы яблони, но на различных стадиях приготовления вина. В способе, принятом за прототип, брожение виноматериала может осуществляться как на насадках в условиях сверхвысокой концентрации дрожжей, так и без использования насадки. Материал насадки также непринципиален и может представлять собой плоские или сферические развитые вертикальные поверхности различной шероховатости и жесткости из полимеров, дерева или металла для иммобилизации дрожжей. Тогда как в заявляемом способе брожение рекомендуется проводить на насадках из древесной стружки яблони, представляющих собой поверхности для иммобилизации дрожжей. При этом благодаря предварительной обработке этой щепы щелочным гидролизом она проявляет еще и сорбирующие свойства к компонентам вина в процессе брожения.

Недостатком аналога является непостоянство качества, связанное с качеством древесины и процессами экстракции. Отсутствуют указания на то, какие именно формы фенольных соединений (мономеры, олигомеры или полимеры) экстрагируются из древесины, в каком количестве и методы контроля. Известно, что при избытке фенольных соединений в винах появляются излишняя грубость и терпкость. Кроме того, фенольные соединения часто являются причиной металлических, белковых и других видов помутнений.

Задачей заявляемого изобретения является разработка технологии производства легких яблочных белых столовых вин с пониженным ОВ-потенциалом и добавленной биологической ценностью.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в повышении качества готового продукта за счет понижении содержания фенольных соединений в процессе брожения. Улучшение качества готового продукта происходит за счет снижения окислительных процессов во время брожения, которое проявляется в результате сорбирующего действия древесной щепы, повышения биологической ценности белых столовых вин и увеличения сроков их хранения, в результате внесением антиоксидантного препарата - дигидрокверцетина на конечных стадиях производства.

Технический результат достигается тем, что в способе производства яблочного столового вина, включающем получение сусла из яблок или восстановленного концентрированного яблочного сока, брожение сусла с использованием древесной щепы в условиях сверхвысокой концентрации дрожжей, декантацию виноматериала с дрожжевого осадка, осветление, обработку, отдых, фильтрацию и розлив, согласно изобретению брожение сусла осуществляют с использованием древесной щепы яблони или груши, подвергнутой щелочному гидролизу путем пятикратного кипячения в растворе пищевой соды Na₂CO₃ 9% концентрации в течение 30 минут при соотношении древесной щепы к раствору пищевой соды Т:Ж, равном 1:3, с последующим промыванием в проточной воде, а перед фильтрацией в виноматериал вводят дигидрокверцитин в количестве 20 мг/дм³. Технический результат достигается также тем, что используют подвергнутую щелочному гидролизу древесную щепу с размером частиц 3-20 мм.

Другими словами, технический результат достигается тем, что при щелочном гидролизе яблочная древесная стружка меняет свою структуру, в результате чего увеличивается ее сорбционная способность, которая складывается из входящих в состав высокомолекулярных компонентов, %: целлюлозы 47, гемицеллюлоз-37, лигнина-16. Большинство этих соединений, образуя структуру древесного волокна, располагаются настолько регулярно, что образуют кристаллическую решетку, включенную в аморфный матрикс. В процессах сорбции важнейшую роль играют именно аморфные области целлюлозы. Их доля возрастает в процессе щелочного гидролиза в основном за счет удаления гемицеллюлоз и частично лигнина. В результате чего способность древесной щепы сорбировать фенольные соединения возрастает. Как следствие, снижается ОВП, возрастает органолептическая оценка полученного виноматериала. Этот результат закрепляется на более поздних стадиях обработки и выдержки виноматериала введением дигидрокверцетина, взамен используемого в традиционном производстве вредного для здоровья сернистого ангидрида. Наличие биологически активного флаваноида (ДКВ) на стадии готовой продукции повышает ее биологическую ценность.

Кроме повышения органолептической оценки достоинствами заявляемого способа являются: заметное ускорение процесса брожения за счет закрепления дрожжей на древесной щепе, равномерного распределения их в объеме виноматериала и повышения концентрации дрожжевых клеток.

В известных решениях, в отличие от заявленного способа, проявление такого свойства древесной щепы, как сорбция фенольных соединений, не замечено. Следовательно, заявляемое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Известно использование древесной щепы на окончательных стадиях производства вин, таких как стадия обработки и выдержки, с целью повышения органолептических качеств этих вин. В данных случаях древесная щепа, используемая в виноматериалах, несет функцию экстракта.

Примерами таких способов улучшения качества вин является «Способ производства яблочного столового вина» (патент RU 2435838 C1, C12G 1/00 (2006.01) C12G 3/07 (2006.01), опубл. 10.12.2011); «Способ производства белых столовых выдержанных вин» (патент RU 2143478 С1, C12G 1/02, C12 G3/07, опубл. 27.12.1999).

Широко известно из уровня техники, также использование древесной щепы при производстве тихих и игристых вин на стадии брожения. Примером такого способа является способ производства шампанского (патент RU №2229505 С2, C12G 1/06, опубл. 27.05.2004). В этих условиях щепа используется для закрепления дрожжей, с целью ускорения процесса брожения. Таким образом, древесная щепа выполняет функцию насадки, на которой закрепляются дрожжевые клетки. При этом сами дрожжевые клетки сорбируют некоторые компоненты бродящего сусла. Однако, недостаток аналога заключается в сложности аппаратурного оформления и контроле процесса. Накопление отмерших дрожжевых клеток обуславливает склонность вин к белковым помутнениям и микробиологическим заболеваниям, так как в результате автолиза дрожжевых клеток происходит излишнее обогащение вина азотистыми веществами. В заявляемом способе использование древесной щепы яблони или груши, подвергнутой щелочному гидролизу, наряду с известной функцией сорбции дрожжевой клетки проявляет свойства сорбции фенольных соединений.

Особенность заявляемого технического решения состоит в том, что разработанная технология предполагает предварительную подготовку яблочной древесной щепы, которая заключается в ее гидролизе. Гидролиз позволяет экстрагировать некоторые соединения древесной щепы, таким образом, повышая ее сорбционную способность.

Экстрагирование компонентов древесины зависит от продолжительности процесса и степени измельчения сырья, т.к. величина поверхности контакта фаз, через которую проходит массообмен, пропорциональна степени дробления. Полученные нами экспериментальные данные показывают, что оптимальный размер частиц древесной стружки лежит в диапазоне (длина 3-20 мм; ширина 3-12 мм; толщина 1-3 мм), меньшие размеры приводят к затруднению при фильтровании, а увеличение снижает скорость экстракции. Зависимость массообменного процесса от размера древесной щепы иллюстрируется графическим материалом на фиг. 1.

Кроме размера щепы важную роль играет гидромодуль экстракционной системы. Уменьшение гидромодуля менее 1:3 не позволяет полностью покрыть древесную щепу экстрагентом, увеличение гидромодуля ведет к излишнему расходу экстрагента. Зависимость массообменного процесса от гидромодуля иллюстрируется графическим материалом на фиг. 2.

Влияние продолжительности процесса кипячения исследовали в интервале 10-90 минут. Зависимость обменных процессов от продолжительности нагревания показана графическим материалом на фиг. 3. Из приведенных данных следует, что процесс замедляется при кипячении белее 30 минут. Для продолжения процесса требуется замена экстрагента.

Число необходимых циклов кипячения, оценивали по величине сорбции древесной стружки. Оптимальным оказалось пятикратное повторение процесса. Уменьшение количества циклов приводило к снижению сорбционной способности щепы, а увеличение - нецелесообразно с экономической точки зрения, т.к. ведет к затратам энергоресурсов и трудозатратам.

В качестве экстрагента были использованы: щелочь (NaOH) и раствор карбаната натрия (Na₂CO₃), в диапазоне концентраций 0-20 г/дм³. Оптимальная концентрация составила 8 г/дм³. Уменьшение концентрации приводит к необходимости увеличения продолжительности процесса кипячения, а увеличение экономически не целесообразно.

Таким образом технология обработки древесной щепы заключается в пятикратном кипячении древесной щепы в 0,8% растворе карбаната натрия (Na₂CO₃), в течение 30 минут. Отмывка экстрагента водой до нейтральной реакции на щелочь, сушка щепы при диапазоне температур 96-100°С, до влажности 15-20%.

Изобретение поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 представлена зависимость массообменного процесса от размера древесной щепы, иллюстрируемая графическим материалом.

На фиг. 2 представлена зависимость массообменного процесса, от гидромодуля иллюстрируемая графическим материалом.

На фиг. 3 показана зависимость обменных процессов от продолжительности нагревания.

На фиг. 4 приведена принципиальная схема производства белого столового малоокисленного вина из груш и яблок.

На фиг. 5 представлен образец яблочного вина, сброженный на древесной стружке.

На фиг. 6 представлен контрольный образец яблочного вина.

На фиг. 7 - фото микроскопии сусла, с окрашиванием для определения количества мертвых дрожжевых клеток.

На фиг. 8 - фото микроскопии сусла, с окрашиванием для определения наличия полисахаридов в клетках.

Элементам принципиальной схемы, показанной на фиг. 4, присвоены следующие цифровые обозначения.

1 - насос;

2 - резервуар для перемешивания сока с оклеивающими материалами;

3 - резервуар для приготовления раствора полиакриламида и суспензии бентонита;

4 - резервуар для вторичного отстаивания;

5 - основной отстойный резервуар для сока;

6 - фильтр-пресс;

7 - резервуар для подсахаривания сока;

8 - резервуар для приготовления сахарного сиропа;

9 - просеиватель сахара-песка;

10 - спиртоловушка;

11 - пастеризационно-охладительная установка;

12 - расходный резервуар;

13 - резервуар для приготовления дрожжевой разводки;

14 - резервуар для приготовления производственной дрожжевой разводки;

15 - бродильный резервуар, заполненный насадками;

16 - приемный резервуар готового вина.

Способ производства яблочного столового вина осуществляется по схеме, приведенной на фиг. 4, следующим образом. Сок, полученный в результате дробления яблок или восстановления концентрированного яблочного сока, центробежным насосом 1 подают в резервуар 2, оборудованный мешалкой. В этом резервуаре проводят осветление и при необходимости оклейку бентонитом с полиакриламидом, которые предварительно разводят в резервуаре 3. Обработанный сок перекачивают в резервуар 5 для отстаивания, откуда осветленный сок насосом подают на фильтрацию в фильтр-пресс 6, а жидкий осадок направляют в резервуар для вторичного отстаивания 4. Осветленный сок из резервуара вторичного отстаивания тоже отправляют на фильтрацию, а плотный осадок утилизируют. При необходимости сок кондиционируют по сахару. Для этого сахар-песок просеивают на просеивателе 9 и готовят сахарный сироп в резервуаре 8, оборудованном мешалкой. Кондиционирование сока проводят в резервуаре 7. Затем приготовленное сусло пастеризуют при температуре 80-85°С в течение 2 мин и охлаждают на пастеризационно-охладительной установке 11. Охлажденный сок отправляют в расходный резервуар 12. В аппарате 13 готовят дрожжевую разводку, которую затем отправляют в резервуар 14 для приготовления производственной дрожжевой разводки и накопления биомассы дрожжей в емкости с насадкой 15. В ходе разбраживания дрожжевой разводки и непосредственно брожения на насадках образуются пары спирта и СО₂, которые улавливаются спиртоловушкой 10. Спирт из спиртоловушки затем возвращают в резервуар-сборник 16, в котором хранятся готовые вина. Брожение на насадках осуществляется в резервуаре, оснащенном рубашкой, хладагентом которого является холодная вода.

В качестве насадки используется стружка древесины яблони или груши, которую предварительно обрабатывают. Насадки укладывают в резервуар, заполняя 80-85% по высоте. В подготовленный бродильный резервуар насосом подают сверху дрожжевую разводку. Последующее 2-3-кратное заполнение проводят снизу до накопления 400-800 млн. клеток на 1 см³ полезного объема. Далее среду сбраживают до содержания остаточного сахара 0,3-0,5% и оставляют в аппарате на 1 сут. Затем вино перекачивают в приемную емкость 16 на хранение. Перед розливом вносят рассчитанное количество ДКВ и фильтруют.

Пример 1. Приготовление сухого белого яблочного вина с объемной долей этилового спирта 6% из яблочного сока

В опыте использовали дрожжи расы Saccharomyc bayanus, перед внесением проводили процесс регидротации (возвращение воды в клетку, для восстановления функции клеточных структур и ферментативной активности). Для этого рассчитанное количество (3-5%) дрожжей разводили в небольшом количестве яблочного сусла и выдерживали 8-12 часов при температуре t 20°С, периодически перемешивая. После активного забраживания вносили в сок, подготовленный для брожения. Бродильную смесь подавали в емкость с насадкой из древесины яблони в несколько приемов, для достижения требуемой концентрации дрожжей. Температуру брожения поддерживали на уровне 18-20°С. В процессе брожения, контролировали изменение концентрации сахаров, накопление этанола, изменение Eh, рН и физиологическое состояние дрожжей.

При получении вина процесс брожения на древесной стружке закончился на 7 сутки, на 72 часа быстрее, чем в контроле (10 сут), бродившем в аналогичных условиях без стружки. Этому способствовало то, что на поверхности древесины создаются более благоприятные условия для развития дрожжевых клеток, вследствие сорбции стружками физиологически активных соединений, Р-активных фенольных веществ, аминокислот и других стимуляторов роста. Кроме того, насадки благоприятно влияют на газовый режим, ускоряя выделение СO₂. Содержание этанола составило 5,8% при остаточном сахаре 1,5%. По мере накопления спирта наблюдали незначительное понижение титруемой кислотности (с 8,1 до 7,6), связанное с изменением их состава. Активная кислотность (рН) колебалась в пределах 3,2-3,9. Окислительно-восстановительный потенциал в первый день брожения резко снизился с 340 до 155 мВ, в конце брожения составил 160 мВ. В контроле снижался только до 170 (на 3 день) и в конце снова вырос до 210 мВ.

При брожении на стружке наблюдали быстрое осветление и обесцвечивание виноматериала, что, по нашему мнению, связано с замедлением окислительных процессов за счет сорбции красящих и фенольных веществ на поверхности стружки. Подтверждением данного вывода служит снижение содержания фенольных соединений по отношению к контролю более чем в 3 раза. Осветление виноматериалов в процессе брожения (результаты второго дня брожения) иллюстрированы фиг. 5 и 6.

В процессе брожения наблюдали за физиологическим состоянием дрожжевых клеток путем микроскопирования. Результаты исследований представлены на фиг. 7 и 8.

Дрожжи на протяжении всего периода брожения имели крупную овальную форму, количество мертвых клеток, окрашенных в метиленовый синий, не превышало 5%. Окрашивание в красно-бурый цвет клетки говорит о наличии гликогена, что характеризует их хорошее физиологическое состояние.

Готовое вино имеет кристальную прозрачность, светло-соломенный цвет, хорошо выраженный сортовой аромат яблок, вкус мягкий, гармоничный с легкой горчинкой. Физико-химические показатели приведены в таблице 1.

Примечание. Относительная погрешность в диапазоне измеряемых концентраций ±7%.

По всем показателям соответствует ГОСТ Р 31820 «Сидры. Общие технические условия».

Пример 2. Приготовление сухого белого яблочного вина с объемной долей этилового спирта 10% из свежеотжатого яблочного сока

Процесс приготовления вина полностью аналогичен описанному в примере 1. Отличается только тем, что перед постановкой на брожение в сок вводили сахарозу из расчета получения концентрации этилового спирта 10%. Повышение сахаристости привело к увеличению продолжительности брожения до 11 дней, но по отношению к контролю сократилось на 36 часов. Остальные процессы протекали аналогично. В результате получили вино светло-соломенного цвета, с ярким сортовым ароматом, гармоничным приятным вкусом. Содержание этанола составило 9,8% при остаточном сахаре 1,6%. Титруемая кислотность понизилась с 9,1 до 8,6. Активная кислотность (рН) колебалась в пределах 2,9-3,4. Окислительно-восстановительный потенциал в первый день брожения снизился с 325 до 165 мВ, в конце брожения составил 169 мВ. В контроле снижался только до 178 (на 5 день) и в конце снова вырос до 215 мВ.

Вино получилось прозрачное, светло-соломенного цвета, аромат свежий сортовой, вкус гармоничный. Физико-химические показатели приведены в таблице 2.

Примечание. Относительная погрешность в диапазоне измеряемых концентраций ±7%.

По нормируемым показателям готовое вино соответствует требованиям ГОСТ Р 52836. «Вина плодовые столовые и виноматериалы плодовые столовые. Общие технические условия»

Пример 3. Приготовление полусухого белого яблочного вина с объемной долей этилового спирта 12% из свежеотжатого яблочного сока

Процесс приготовления вина полностью аналогичен описанному в примере 1. Отличается только тем, что перед постановкой на брожение в сок вводили сахарозу из расчета получения концентрации этилового спирта 12% и кондиций по сахару 20 г/дм³. При получении виноматериала с необходимыми кондициями процесс брожения останавливали охлаждением до минус 2°С. Выдерживали при заданной температуре 3 дня. Фильтровали с введением рассчитанного количества дигидрокверцетина. Продолжительность брожения составила 17 суток, по отношению к контролю меньше на 72 часа. Остальные процессы протекали аналогично первому примеру. По оранолептическим показателям вино кристально прозрачное, светло-соломенного цвета, с хорошо выраженным сортовым ароматом яблок, вкус мягкий, гармоничный с легкой горчинкой. Физико-химические показатели вина приведены в таблице 3.

Примечание. Относительная погрешность в диапазоне измеряемых концентраций ±7%.

По нормируемым показателям готовое вино соответствует требованиям ГОСТ Р 52836. «Вина плодовые столовые и виноматериалы плодовые столовые. Общие технические условия».

Пример 4. Приготовление полусухого белого яблочного вина с объемной долей этилового спирта 12% из концентрата яблочного сока

Процесс приготовления вина аналогичен описанному в примере 1. Отличается только тем, что в качестве насадки была использована древесина груши и в качестве сусла используется 70% концентрат яблочного сока, который восстанавливали водой в соотношении 1:3. При восстановлении водой в соотношении 1:3 восстановленный яблочный сок имеет кондицию по сахару около 20 г/ дм³, что достаточно для получения 12% наброда этилового спирта, поэтому перед постановкой на брожение дополнительно сахарозу в сусло не вводили. При получении виноматериала с необходимыми кондициями процесс брожения останавливали охлаждением до минус 2°С. Выдерживали при заданной температуре 3 дня. Фильтровали с введением рассчитанного количества дигидрокверцетина. Продолжительность брожения составила 18 суток, по отношению к контролю меньше на 72 часа. Остальные процессы протекали аналогично первому примеру. По оранолептическим показателям вино кристально прозрачное, золотистого цвета, с выраженным сортовым ароматом яблок, вкус мягкий, гармоничный. Физико-химические показатели вина приведены в таблице 4.

Примечание. Относительная погрешность в диапазоне измеряемых концентраций ±7%.

По нормируемым показателям готовое вино соответствует требованиям ГОСТ Р 52836. «Вина плодовые столовые и виноматериалы плодовые столовые. Общие технические условия».

Экспериментальное обоснование подтверждает, что предлагаемый способ позволяет получить яблочные столовые вина стабильно высокого качества с новыми органолептическими характеристиками и повышенной биологической ценностью.