Производство виноградного сока имеет свои особенности, связанные с тем, что он содержит две слаборастворимые соли винной кислоты: нейтральный тартрат кальция и кислый тартрат калия (винный камень), которые при хранении сока выпадают в осадок и ухудшают внешний вид готового продукта. Поэтому при производстве виноградного сока должна применяться такая технология, которая исключает или уменьшает опасность выпадения слаборастворимых солей винной кислоты в осадок.
Растворимость винного камня в соке зависит от величины рН, температуры и наличия спирта или других кислот, кроме винной. В чистой воде винный камень растворяется в количестве 4,9 г/дм3, а в растворе с 6 % спирта - только 3,58 г/дм3. При добавлении яблочной или молочной кислоты растворимость винного камня повышается, а при добавлении винной кислоты - понижается. Снижение величины рН повышает растворимость винного камня. От величины рН зависит и соотношение в соке количества винного камня и винной кислоты. Так, при рН 2,8 в форме винного камня находится 31 % винной кислоты, при рН 3 - 40,8 %, при рН 3,6 - 60,7 %, затем доля винного камня снижается - при рН 3,8 до 58,9 %, при рН 4 до 54 %, так как начинается образование средней калиевой соли винной кислоты.
Температура значительно влияет на растворимость винного камня: с понижением ее растворимость винного камня значительно снижается. Так, если при 15°С в растворенном виде было 2,91 г/дм3 винного камня, то при снижении температуры до минус 2°С в растворе остается только 1,5 г/дм3 винного камня.
Растворимость тартрата кальция мало зависит от температуры, основное значение для растворимости этой соли имеет величина рН. Понижение рН вызывает резкое повышение растворимости тартрата кальция; увеличение концентрации спирта снижает растворимость его.
Выпадение в осадок солей винной кислоты ускоряется при наличии кристаллов винного камня, которые служат центрами кристаллизации. Чтобы избежать выпадения осадка тартратов в готовом продукте, процесс производства ведут так, чтобы удаление винного камня обеспечивалось на стадии полуфабриката.
Наиболее распространенным способом получения виноградного сока является разделение производства на две стадии. На первой стадии получают сок-полуфабрикат, который хранят несколько месяцев в условиях, исключающих возможность микробиологической порчи, желательно при пониженной температуре. Во время хранения происходит выпадение в осадок слаборастворимых солей винной кислоты и коллоидных веществ и сок осветляется.
Вторая производственная стадия включает переработку этого осветленного полуфабриката в готовый продукт. Эта стадия может включать и искусственные способы осветления сока, если полуфабрикат не имеет должной прозрачности.
В последние годы в нашей стране применяют и трехстадийный способ переработки винограда, когда свежеотжатый сок (сусло) получают на пунктах первичной переработки или заводах первичного виноделия, а затем в цистернах доставляют его на заводы, где из сусла готовят сок-полуфабрикат. Схема переработки винограда на сусло по технологии, разработанной ВНИКТИплодопромом, предусматривает возможность получения сусла с мойкой и без мойки винограда.
При переработке без мойки виноград, доставленный в контейнерах на автомашине, взвешивают на автовесах и выгружают с помощью тельфера в приемный бункер-питатель. Из бункера шнековым транспортером виноград передают в валковую дробилку-гребнеотделитель.
При переработке с мойкой виноград доставляют на автомашинах в ящиках, взвешивают на автовесах и выгружают ящики с помощью штабелеформирующей машины. Из ящиков виноград с помощью ящикоопрокидывателя загружают в вентиляторную моечную машину, откуда конвейером подают в дробилку. Дальнейшая переработка ведется одинаково для мытого и немытого винограда.
Масса из дробилки попадает в сборник, а из него перекачивается мезгонасосом в стекатель. Здесь отделяется 50-60 % сусла первой фракции, которое собирается в сборнике. Оставшаяся мезга переходит в шнековый пресс, где от нее отжимается сусло второй и третьей фракций. Сусло второй фракции направляют в сборник, где оно смешивается с суслом первой фракции. Сусло третьей фракции с высоким содержанием фенольных веществ собирают в сборнике, а затем насосом перекачивают в накопительный резервуар, откуда передают на сульфитацию.
Из резервуара смесь сусла первой и второй фракций перекачивают насосом на очистку и хранение как полуфабрикат или загружают в цистерны для отправки на дальнейшую переработку.
Гребни конвейером подают в бункер, откуда они передаются в агрегат на дробление и сушку для дальнейшего использования в качестве удобрений.
Выжимки из шнекового пресса конвейером загружают в бункер, откуда конвейером подают в установку для сушки и измельчения.
Переработка сусла на сок-полуфабрикат включает операцию очистки от грубых примесей на отделителе грубых примесей и сепарирование. Очищенный сок-полуфабрикат затем направляют на хранение асептическим способом или при пониженной температуре под небольшим давлением диоксида углерода.
После хранения в течение 2-4 месяцев сок сливают с осадка и перерабатывают в готовый продукт. Технология переработки зависит от качества полученного после хранения сока-полуфабриката. Если при хранении из сока коагулировали и выпали все коллоидные вещества и винный камень и сок имеет хорошую прозрачность, то его сразу направляют на фильтрование, розлив в тару и пастеризацию. Если же при хранении не произошло осветления сока, применяют искусственные способы осветления. В зависимости от наличия в соке пектиновых, белковых или полифенольных веществ проводят осветление только пектолитическими ферментами или пектолитическими ферментами с бентонитом, одним бентонитом или бентонитом с желатином.
После осветления сок фильтруют на фильтрпрессах через фильтркартон или намывных фильтрах с использованием асбестовой массы. Фильтрование проводят на двух установленных последовательно фильтрах. После фильтрования сок нагревают до 60-70 °С в пластинчатых или трубчатых теплообменниках и фасуют в стеклянные бутылки, металлические банки или стеклянные банки вместимостью до 3 л.
Наполненную тару герметично укупоривают и направляют на пастеризацию, которую ведут при температуре 85-100 °С в автоклавах или непрерывнодействующих пастеризаторах.
Возможно и горячее фасование сока без последующей пастеризации.
При горячем розливе сок перед наполнением нагревают до 98-100 °С и при такой температуре фасуют в подготовленную горячую тару с выдержкой при этой температуре 15-20 мин и последующим охлаждением до 30-40 °С.
Выпускаются комплектные линии производства виноградного сока-полуфабриката для винодельческой промышленности, которые используются также и в соковом производстве.
В состав поточной линии входят бункер-питатель, валковая дробилка-гребнеотделитель, насосы, стекатель, пресс двухшнековый, сборники сусла первой, второй и третьей фракций и сборник мезги.
Существуют комплектные линии производства виноградного сока, в которых предусмотрена обработка ферментами не сока, а мезги. Технологическая схема производства виноградного сока предусматривает мойку винограда, дробление с отделением гребней, подогрев мезги до 45-50 °С, автоматическое дозирование суспензии ферментного препарата в мезгу, непродолжительное (0,5-1 ч) выдерживание мезги с ферментами. После ферментирования отделившуюся часть сока сливают в сборник, а густой остаток отжимают на шнековом прессе. Обе фракции сока соединяют и к ним добавляют бентонит. После смешивания и выдержки с бентонитом сок сепарируют, фильтруют, деаэрируют и пастеризуют, после чего его загружают в резервуары на асептическое хранение или хранение при пониженной температуре. После хранения сок может отгружаться потребителю в автоцистернах или фасоваться в тару.
Наряду с производством виноградного сока по двухступенчатой схеме возможно и ускоренное производство с применением разных способов быстрой кристаллизации винного камня. Наиболее простой способ, который принят и в нашей стране, состоит в охлаждении сока до температуры, близкой к криоскопической (0 - минус 1,5 °С), выдержке при этой температуре около 2 суток и отделении образовавшегося осадка. Охлаждение проводят последовательно вначале до 4-5°С рассолом в трубчатом теплообменнике, затем до 0-2°С в установке непосредственного охлаждения. Охлажденный сок направляют в резервуары, установленные в охлаждаемом помещении или имеющие снаружи охлаждающие рубашки, и выдерживают 36-48 ч, после чего декантируют с осадка и сепарируют для отделения образовавшихся кристаллов винного камня и взвесей.
Более быстрыми способами удаления винного камня являются контактный, когда для ускорения кристаллизации к соку добавляют кристаллы винного камня, и ускоренное глубокое охлаждение. Осветленный и фильтрованный виноградный сок собирают в сборном резервуаре, затем насосом перекачивают в охладитель, где он охлаждается до 0 - минус 1 °С. Охлажденный сок поступает в резервуары с мешалками, где к нему добавляют тонкоизмельченные кристаллы винного камня, которые служат центрами кристаллизации. В резервуарах при интенсивном перемешивании сок выдерживают примерно 2 ч. За это время кристаллы винного камня укрупняются. Сок с кристаллами винного камня перекачивают в приемный резервуар, а из него в намывной фильтр. Здесь кристаллы винного камня отделяются и накапливаются в резервуаре, а сок фильтруется. После фильтра сок проходит через пластинчатый теплообменник, где нагревается поступающим свежим соком, затем резервируется в сборнике, а из него идет на дальнейшую переработку.
Накопленные кристаллы винного камня измельчают в дробилке и используют для введения в свежий сок в качестве центров кристаллизации. Перед внесением в сок кристаллы промывают, чтобы освободить от налипших остатков сока и повысить эффективность их действия.
Винный камень может быть удален и другими способами: путем ионообмена, электродиализа и химически.
Удаление винного камня путем ионообмена.
Для обработки сульфитированного виноградного сока наиболее целесообразно применять катионо- и анионообменные смолы, так как при этом в одном процессе могут быть удалены и катионы (К+ и Са2+) и анионы (кислоты и сернистый ангидрид). Для такой обработки применяется установка, в состав которой входят три фильтра: два с катионообменной и один с анионообменной смолой. В состав установки входят также резервуары для соляной кислоты и едкого натра, катионообменный фильтр для очистки воды, насосы и система трубопроводов.
Виноградный сок, подаваемый в ионообменную установку, должен быть предварительно осветлен и профильтрован.
Подготовленный сок вначале пропускают через фильтр с катионообменной смолой, которая удерживает катионы, присутствующие в виноградном соке (К+, Са2+, Mg2+, тяжелые металлы и др.), и освобождает ионы водорода Н+. Кислотность сока при этом резко повышается, а рН достигает 1.
Затем сок переходит во второй фильтр с анионообменной смолой, которая путем абсорбции задерживает кислоты, сернистый ангидрид и фенольные красящие вещества при переносе ионов ОН- в сок; сок становится высокощелочным.
На третьем, последнем фильтре сок проходит через катионообменную смолу. Здесь задерживаются оставшиеся катионы и одновременно освобождаются кислоты, связанные с этими катионами. рН сока повышается до 3-5.
Освобожденный от катионов и красящих фенольных веществ сок представляет собой почти бесцветную жидкость и может применяться в качестве виноградного сахара.
После завершения рабочего цикла очистки фильтры промывают водой для извлечения остатков виноградного сока, а затем проводят регенерацию смол.
Удаление винного камня электродиализом.
В этом процессе под действием электрического тока электролиты проходят через полупроницаемую перегородку. Этот способ применяют для удаления ионов калия из виноградного сока и в некоторых случаях - для регулирования (увеличения или уменьшения) кислотности соков.
В нашей стране электродиализ применяют для удаления винного камня из виноградного сока.
Свежеотжатый сок (сусло) доставляют в автоцистернах и сливают в сборник, откуда насосом перекачивают в напорный резервуар, а из него в отделитель грубых примесей. Очищенный сок сливают в сборник, а взвеси собирают в резервуаре. Из сборника очищенный сок перекачивают в сепаратор для дополнительной очистки, затем нагревают до 98 °С в пластинчатом теплообменнике и охлаждают до 35-40 °С в охладителе. Растворы осветляющих веществ готовят в смесителе.
Удаление осадка осветляющих веществ производят в сепараторах, затем сок фильтруют и подают в электродиализную установку через промежуточный сборник.
Электродиализная установка состоит из четырех блоков электродиализаторов, которые включают основные (рабочие) камеры и промежуточные для промывной воды. Вода используется питьевого качества. Производительность и режим работы установки регулируют в зависимости от содержания винного камня в соке и напряжения на выпрямителе: чем больше содержится винного камня, тем выше должно быть напряжение на выпрямителе.
После электродиализной обработки концентрация калия в соке не должна превышать 800-900 мг/дм3.
Недостатком электродиализной обработки является то, что она обеспечивает удаление только кислого тартрата калия, а нейтральный тартрат кальция остается в соке и в заметных количествах может образовывать осадок в готовом продукте.
Химический способ удаления винного камня.
Химическая детартрация заключается в добавлении к виноградному соку кальциевой соли молочной или другой органической кислоты. В результате реакции двойного обмена между винным камнем и солями кальция образуется труднорастворимая средняя кальциевая соль винной кислоты, которая выпадает в виде кристаллического осадка. Осаждение винного камня лактатом кальция продолжается 7-10 сут.
При обработке неосветленного сока одновременно проводят удаление винного камня и осветление. Для этого вместе с лактатом кальция в сок вносят ферментные препараты или оклеивающие вещества. Обработка ферментами разрушает защитные коллоиды и облегчает этим кристаллизацию и осаждение солей винной кислоты.
Лактат кальция должен применяться высокой степени очистки во избежание появления в соке постороннего привкуса. На 1 т сока расходуется примерно 10 кг лактата кальция.
Применение метавинной кислоты.
Метавинная кислота является полимером винной кислоты, получаемым из нее путем осторожного нагревания; имеет смолоподобный вид, желтый цвет.
Впервые метавинную кислоту в виде препарата Колагель-57 применили во Франции для предотвращения тартратного помутнения сладких вин. Этот способ получил распространение в виноделии.
Использование метавинной кислоты в производстве виноградного сока и технологию ее применения для ускоренного производства готового продукта предложили А. Т. Марх и В. Я. Айзенберг. Сложность применения метавинной кислоты в производстве сока обусловливалась тем, что при нагревании она гидролизуется с образованием винной кислоты, что снижает стабилизирующие свойства метавинной кислоты.
Стабилизирующее действие метавинной кислоты увеличивается при повышении рН сока; ослабляют ее действие ионы железа, меди и спирт. Для стабилизации винного камня в неосветленных соках требуется в 2-2,2 раза больше метавинной кислоты, чем в осветленных.
На способности метавинной кислоты образовывать растворимые соединения с винным камнем и этим предотвращать его выпадение в осадок и с учетом свойств метавинной кислоты была разработана технология ускоренного производства виноградного сока. Свежеотжатый сок (сусло) очищают от взвесей, осветляют пектолитическими ферментными препаратами, нагревают до 92 °С, охлаждают до 35-40 °С, сепарируют и фильтруют. К прозрачному соку добавляют метавинную кислоту в количестве 0,05-0,06 %, тщательно перемешивают 5-6 мин, подогревают, фасуют и стерилизуют, как обычно.