способ стабилизации вина

Формула изобретения

Способ стабилизации вина, включающий воздействие на поток виноматериала лазерным излучением, отличающийся тем, что воздействие лазерным излучением проводят, выбирая интенсивность лазерного излучения, создающую в обрабатываемом материале лазерную ударную волну (ЛУВ).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к винодельческой промышленности и может быть использовано для стабилизации вин к помутнению кристаллической природы, вызываемому выпадением кристаллов из пересыщенных растворов.

Известен способ стабилизации вин к кристаллическому помутнению с помощью ультразвука [1] .

К недостаткам способа можно отнести необходимость применения искусственного холода, ухудшение органолептики обрабатываемого продукта, большие трудозатраты по обслуживанию применяемого источника ультразвука.

Известен также способ стабилизации вина [2] , предусматривающий применение лазерного излучения с длиной волны 5,3 и 10,6 мкм.

К недостаткам этого способа относится необходимость осуществлять обработку вина при строго определенных значениях длины волны. Для этого требуются

- дополнительные операции и оборудование, в т. ч. преобразование (удвоение) частоты излучения, обеспечивающее получение заданной длины волны, в частности 5,3 мкм;

- высокая квалификация персонала, обслуживающего лазерный комплекс с удвоителем частоты для поддержания его работоспособности;

- большая стоимость дополнительного оборудования, превышающего стоимость самого лазера.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ стабилизации вина [3] , заключающийся в воздействии лазерным излучением на длине волны второй гармоники СО₂-лазера на поток виноматериала с интенсивным перемешиванием.

Основным недостатком этого способа является: необходимость преобразования частоты излучения СО₂-лазера. В этой связи все недостатки способа [2] в полной мере относятся и к способу [3] .

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение технологии, уменьшение энерго- и трудозатрат процесса стабилизации вина.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом способе стабилизации вина, включающем воздействие на поток виноматериала лазерным излучением, последнее производят, выбирая интенсивность лазерного излучения, создающего в обрабатываемом виноматериале лазерную ударную волну (ЛУВ).

Механизм генерации ЛУВ состоит в следующем. При поглощении лазерного излучения в объеме жидкости происходит выделение энергии и быстрый локальный нагрев среды. Следует отметить, что поглощение излучения происходит в тонком слое (~ 50 мкм) и поэтому вещество в области воздействия нагревается до высокой температуры.

При интенсивности излучения где k - температуропроводность, Н -удельная теплота парообразования, - длительность импульса излучения, R - коэффициент отражения от поверхности среды, теплопроводность не ограничивает роста температуры. Для водных растворов, к которым относится и вино, I₀~ 10⁴ Вт/см². Жидкость в объеме поглощения нагревается до температуры кипения и начинается процесс испарения с поверхности. Образующийся пар оказывает давление на жидкость. Основной вклад в воздействие вносит давление отдачи расширяющегося пара (абляции). В результате в среде возникает разрыв параметров (плотность, давление, температура) и формируется ударная волна. Интенсивность ЛУВ определяется интенсивностью I₀ и длиной волны излучения, I~ I₀ [4] .

Процесс стабилизации заключается в следующем. Ударная волна разрушает вредные связи в течение времени воздействия. Раствор солей становится пересыщенным, в результате начинается интенсивная кристаллизация и выпадение кристаллического осадка.

В виноматериалах, предрасположенных к кристаллическим помутнениям катионы Са, К, Na и анионы органических кислот связаны относительно устойчивыми органическими комплексами, препятствующими процессу кристаллизации. Пересыщение раствора и выпадение кристаллического осадка происходит в течение длительного времени по мере разрушения этих комплексов.

Способ стабилизации вина заключается в следующем:

В технологическом процессе производства вина, перед склеиванием, создается регулируемый поток виноматериала. Расход составляет величину от 0.5 до 1.5 л/с, в зависимости от качества (состава) виноматериала. Воздействие лазерным излучением проводят на открытую поверхность виноматериала в потоке. Методом фокусировки добиваются интенсивности излучения, создающей ЛУВ в потоке виноматериала. Ударная волна в течение времени воздействия разрушает вредные комплексы, связывающие ионы К, Са и органических кислот. Раствор солей становится пересыщенным. В результате начинается интенсивная кристаллизация и выпадение кристаллического осадка.

Для подтверждения эффективности заявленного способа были проведены эксперименты, подтверждающие работоспособность заявляемого способа.

Пример 1.

Виноматериал обрабатывали путем воздействия лазерного излучения на открытую поверхность. Длина волны = 5.3 мкм была получена с помощью преобразования частоты излучения СО₂-лазера в нелинейном кристалле AgGaSe₂. Интенсивность излучения I= 10^-2-10^-3 Вт/см². По окончании лазерного воздействия пробу виноматериала микроскопировали и центрифугировали. В фугате определяли концентрации катионов калия и кальция.

Пример 2.

Виноматериал обрабатывали излучением импульсно - периодического СО₂-лазера с длиной волны = 10.6 мкм и I= 10⁴-10⁶ Вт/см² путем воздействия на открытую поверхность с образованием ЛУВ. Затем пробу виноматериала микроскопировали и центрифугировали. В фугате определяли концентрации катионов калия и кальция.

Пример 3.

Аналогичен примеру 2, но I= 10⁶-10⁷ Вт/см².

Пример 4.

Аналогичен примеру 2, но I= 10⁷-10⁸ Вт/см².

Во всех экспериментах продолжительность воздействия на образец составляла 5 с, расход в потоке - 0.5 л/с. Полученные данные представлены в таблице.

Представленные результаты наглядно свидетельствуют в пользу облучения при I= 10⁶-10⁷ Вт/см². Дальнейшее увеличение интенсивности воздействующего лазерного излучения не приводит к снижению концентрации катионов K⁺ и Са⁺⁺. При меньших величинах интенсивности количество образующихся кристаллов не столь велико и, как следствие, остаточное содержание К и Са в растворе больше, чем при оптимальном значении интенсивности с образованием ЛУВ.

В предлагаемом способе по сравнению с прототипом используется излучение СО₂-лазера без преобразования частоты, что существенно снижает стоимость устройства, осуществляющего способ и упрощает сам процесс облучения виноматериала. Более того, облучение виноматериала излучением с длиной волны 10.6 мкм с точки зрения технологического результата более выгодно (см. примеры). Кроме того, в прототипе используется перемешивание, поскольку взаимодействие происходит в тонком слое виноматериала, а центры кристаллизации необходимо распределять по всему объему.

В заявляемом же способе перемешивание не требуется, т. к. образование центров кристаллизации индуцируется лазерной ударной волной, а значит процесс происходит во всем объеме виноматериала. Это исключает использование дополнительных устройств, обеспечивающих перемешивание среды, что также существенно уменьшает энерго- и трудозатраты и упрощает реализацию способа.

В настоящее время на предприятии создана установка для осуществления предлагаемого способа и проведены экспериментальные исследования, подтверждающие его работоспособность и преимущества.

Источники информации, принятые во внимание

1. Валуйко Г. Г. , Зинченко В. И. , Мехузла Н. А. , Стабилизация виноградных вин. - М. , Агропромиздат, 1987, с. 48.

2. Патент РФ 2003676 от 04.08.92, МПК С 12 Н 1/02.

3. Описание к заявке 94005724 от 17.02.94, МПК С 12 Н 1/16. - прототип.

4. Коротеев Н. И. , Шумай И. Л. Физика мощного лазерного излучения. М. : Наука, 1991, 312 с.