способ брожения и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обработки растительного продукта в виде измельченного вещества, включающий следующие этапы, на которых:

(i) хранят измельченное вещество в первом чане, чтобы позволить ему забродить внутри чана и образовать шапку из твердых частиц, плавающую над жидкой массой;

(ii) подсоединяют второй чан к первому, чтобы собрать в нем газообразные продукты брожения из первого чана так, что газообразные продукты могут оставаться запертыми под давлением во втором чане;

(iii) изолируют два чана;

(iv) снижают давление газа в первом чане до величины давления, являющейся промежуточной между величиной давления во втором чане и величиной комнатного давления;

(v) подсоединяют второй чан к первому в точке, расположенной ниже шапки, так, чтобы, благодаря перепаду давления между двумя чанами, самопроизвольное сливание газообразных продуктов в жидкую массу происходило таким образом, чтобы при подъеме они контактировали с шапкой.

2. Способ по п.1, где второй чан подсоединяют к первому таким образом, что сбор газообразных продуктов осуществляется посредством самопроизвольного перетекания газов.

3. Способ по п.2, где этапы (ii)-(v) выполняют циклически в соответствии с заранее заданной программой.

4. Способ по п.1, где на этапе (iv) давление газа в первом чане снижают, пока оно не достигнет комнатного давления.

5. Способ по п.4, где на этапе (v) осуществляют сливание всего за один раз, при этом в значительной мере задействуют все содержимое второго чана.

6. Способ по п.4, где на этапе (v) осуществляют сливание посредством повторяющихся импульсов с заранее заданной интенсивностью потока, причем время от времени импульс включает фракции содержимого второго чана.

7. Способ по п.1, где давление газа во втором чане контролируют и осуществляют этап (v), когда такое давление превышает заранее заданный порог.

8. Способ по п.1, где уровень измельченного вещества в первом чане контролируют и, при необходимости, точку, расположенную ниже шапки, в которой газообразные продукты выпускают на этапе (v), меняют, чтобы обеспечить указанным газообразным продуктам возможность подходить к шапке снизу.

9. Способ по п.1, где в качестве измельченного продукта используют муст.

10. Устройство для обработки растительного продукта в виде измельченного вещества, пригодное для осуществления способа по предшествующим пунктам и включающее:

- первый чан, в котором содержится измельченное вещество, и второй накопительный чан для сбора газообразных продуктов, образующихся в первом чане при брожении измельченного вещества,

- первую систему трубок, применяемую для сообщения верхней части первого чана, где скапливаются газообразные продукты, со вторым чаном так, что газообразные продукты могут оставаться запертыми под давлением во втором чане,

- вторую систему трубок, применяемую для сообщения второго и первого чанов, причем система снабжена выходным отверстием внутри первого чана, где, при использовании, находится жидкая масса измельченного вещества,

- первое и второе клапанные устройства, относящиеся соответственно к первой и второй системам трубок, необходимые, чтобы два чана выборочно сообщались в зависимости от открытого/закрытого состояния указанных устройств так, чтобы, благодаря перепаду давления между двумя чанами, происходило самопроизвольное сливание газообразных продуктов в жидкую массу, третье клапанное устройство для контролирования давления и его снижения в первом чане.

11. Устройство по п.10, включающее внешний кожух, разделенный внутри, по меньшей мере, одной разделительной стенкой на две емкости, составляющие первый и второй чаны.

12. Устройство по п.11, где указанные первый и второй чаны расположены вертикально один над другим внутри кожуха.

13. Устройство по п.11, включающее две независимые разделительные стенки для размежевания двух указанных емкостей, причем две разделительные стенки являются вогнутыми и расположены так, что вогнутые поверхности обращены в противоположные стороны.

14. Устройство по п.10, где первая система трубок включает внешнюю по отношению к кожуху трубку, в продолжение которой устанавливается настраиваемый клапан.

15. Устройство по п.10, где вторая система трубок включает первую трубку, подсоединенную между двумя чанами и имеющую коленчатую секцию, которая проходит по внешней стороне кожуха, вертикальную секцию, которая проходит сквозь верхний чан, вертикальную секцию, которая проходит сквозь часть нижнего чана, и горизонтальную выводящую секцию, причем длина секции такова, что горизонтальная секция всегда, принимая во внимание ожидаемый уровень жидкой массы, находится под шапкой, образуемой при брожении, и настраиваемый клапан устанавливается в продолжение указанной первой трубки.

16. Устройство по п.10, где вторая система трубок включает вторую трубку, подсоединенную между двумя чанами и имеющую коленчатую секцию, которая проходит поверху и внутри чана, вертикальную секцию, которая проходит снаружи двух чанов, и почти горизонтальную выводящую секцию, которая проходит внутри чана с выходным отверстием приблизительно в центре самого чана и в точке, расположенной, при наличии измельченного вещества, ниже шапки, и настраиваемый клапан, установленный в продолжение указанной второй трубки.

17. Устройство по п.16, где во второй трубке предусмотрена настраиваемая телескопическая секция.

18. Устройство по п.10, включающее программируемый модуль обработки информации (ЭБ), запрограммированный контролировать клапанные устройства таким образом, чтобы после загрузки растительного продукта в виде измельченного вещества в первый чан осуществлять следующие этапы, на которых:

- подсоединяют второй чан к первому, чтобы собрать в него газообразные продукты, образующиеся в результате брожения, посредством открывания первого клапанного устройства;

- закрывают первое клапанное устройство, чтобы изолировать два чана;

- открывают второе клапанное устройство, чтобы подсоединить второй чан к первому таким образом, чтобы происходило самопроизвольное сливание газообразных продуктов в жидкую массу измельченного вещества.

19. Устройство по п.18, где модуль обработки информации (ЭБ) запрограммирован на снижение давления газа в первом чане посредством использования третьего клапанного устройства.

20. Устройство по п.18, где модуль обработки информации (ЭБ) запрограммирован открывать второе клапанное устройство только один раз таким образом, чтобы позволить газам перетечь из одного чана в другой и чтобы при этом было в значительной мере задействовано все содержимое второго чана.

21. Устройство по п.18, где модуль обработки информации (ЭБ) запрограммирован открывать второе клапанное устройство повторяющимися импульсами таким образом, чтобы газы перетекали из одного чана в другой порциями с заранее заданной интенсивностью потока.

22. Устройство по п.10, где модуль обработки информации (ЭБ) запрограммирован контролировать давление газа во втором чане посредством соответствующего датчика и контролировать открывание второго клапанного устройства, когда такое давление превышает заранее заданный порог.

23. Устройство по п.10, где модуль обработки информации (ЭБ) запрограммирован контролировать уровень измельченного вещества в первом чане посредством соответствующего датчика и, при необходимости, сдвигать точку, расположенную ниже шапки, в которой выпускаются газообразные продукты, посредством регулирования телескопической секции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу брожения и устройству для его осуществления. Хотя изобретение применимо к обработке любого растительного продукта в виде измельченного вещества, приводимое ниже описание будет в качестве примера относиться к виноделию, области, в которой изобретение показало себя особенно эффективным.

Виноделие осуществляется при помощи специальных чанов, в которых муст подвергается брожению. В результате процесса брожения образуется большое количество газообразных продуктов, в особенности CO₂, которые активно участвуют в изготовлении высококачественного вина. Газы выделяются мустом и выталкивают выжимки и любые другие твердые частицы к поверхности, где те уплотняются и образуют твердый слой, известный как «шапка».

Газы брожения соответствующим образом применяются в способах виноделия. В WO 2006/087601 описывается винодельческий чан, который контролирует давление газов внутри себя, удерживая этот показатель на почти постоянном уровне.

В WO 98/45403 газы применяются для того, чтобы перемешивать шапку и не допускать ее затвердевания. Описывается чан брожения, внутри которого предусмотрена расположенная под углом мембрана, под которой газ скапливается, а потом, в виде пузырьков, постоянным потоком подходит ко дну шапки. Пузырьки взбалтывают шапку и непрерывно перемешивают ее. Клапан и наружная трубка позволяют быстро выводить скапливающийся под мембраной газ и выбрасывать его под шапку. Это изобретение имеет различные недостатки, включая тот факт, что:

- объем скапливающегося газа зависит от размера мембраны, а тот зависит от общего объема бродильной емкости;

- по мере скопления газа шапка поднимается вверх, и, чтобы избежать переполнения чана, за ним необходим надзор;

- под мембрану попадают даже выжимки, которые могут образовывать корку и тем самым создавать серьезные препятствия очищению, они могут засорить трубку и внешний клапан; и это определенно ограничивает количество газа, который может скапливаться под мембраной.

Целью данного изобретения является предоставить способ и устройство для обработки растительного продукта в виде измельченного вещества, предпочтительно муста, при которых возможно применение газов, вырабатываемых при брожении, без вышеупомянутых недостатков. Такая цель достигается посредством способа обработки растительного продукта в виде измельченного вещества, включающего этапы, на которых:

(i) Хранят измельченное вещество в первом чане, чтобы позволить ему забродить внутри чана и образовать шапку из твердых частиц, плавающую над жидкой массой;

(ii) Подсоединяют второй чан к первому, чтобы собрать в нем газообразные продукты брожения;

(iii) Изолируют два чана;

(iv) Снижают давления газа в первом чане;

(v) Подсоединяют второй чан к первому в точке, расположенной ниже шапки, так чтобы, благодаря перепаду давления между двумя чанами, самопроизвольное сливание (которое также можно определить как выброс или выпуск) газообразных продуктов в жидкую массу происходило таким образом, чтобы при подъеме они контактировали с шапкой.

Таким образом, применяя природный газ, образующийся при брожении, можно нарушить шапку.

Предпочтительные варианты осуществления способа, отдельно или в сочетании, включают этапы, на которых:

- второй чан подсоединяют к первому таким образом, чтобы сбор газообразных продуктов происходил посредством самопроизвольного перетекания газов (выгодное отсутствие приводов или насосов);

- этапы (ii)-(v) выполняют циклически в соответствии с заранее заданной программой (автоматизация системы);

- на этапе (iv) давление газа в первом чане снижают до комнатного давления (простое удаление газа);

- на этапе (iv) давление газа в первом чане снижают до величины давления, являющейся промежуточной между величиной давления во втором чане и величиной комнатного давления (усовершенствованная операция регулирования давления);

- на этапе (v) осуществляют сливание всего за один раз, при этом в значительной мере задействуют все содержимое второго чана (для максимального воздействия на шапку);

- на этапе (v) осуществляют сливание посредством повторяющихся импульсов с заранее заданной интенсивностью потока, причем каждый импульс включает фракции содержимого второго чана (для более мягкого и/или продолжительного разделения шапки);

- давление газа во втором чане контролируют, и этап (v) осуществляют, когда такое давление превышает заранее заданный порог (что делает процесс контролируемым и безопасным);

- уровень измельченного вещества в первом чане контролируют, и при необходимости точку, расположенную ниже шапки, в которой газообразные продукты выпускают на этапе (v), сдвигают, чтобы обеспечить указанным газообразным продуктам возможность подходить к шапке снизу (что делает процесс контролируемым и безопасным);

Способ изобретения может осуществляться при помощи устройства для обработки растительного продукта в виде измельченного вещества, полезного для осуществления способа по предшествующим заявкам и включающего:

- первый чан, в котором содержится измельченное вещество, и второй накопительный чан для сбора газообразных продуктов, образующихся при брожении измельченного вещества;

- первую систему трубок, применяемую для сообщения части первого чана, где скапливаются газообразные продукты, со вторым чаном;

- вторую систему трубок, применяемую для сообщения второго и первого чана, причем система снабжена выходным отверстием внутри первого чана, где, при использовании, находится жидкая масса измельченного вещества;

- первое и второе клапанные устройства, относящиеся соответственно к первой и второй системе трубок, необходимые, чтобы два чана выборочно сообщались в зависимости от открытого/закрытого состояния указанных устройств.

Предпочтительными вариантами осуществления устройства, отдельно или в сочетании, являются такие варианты осуществления, при которых:

- устройство включает третье клапанное устройство для выведения газов из первого чана наружу;

- устройство включает внешний кожух, разделенный внутри, по меньшей мере, одной разделительной стенкой на две емкости, составляющие первый и второй чан;

- указанные первый и второй чаны расположены вертикально один над другим внутри кожуха;

- устройство включает две независимые разделительные стенки для размежевания двух указанных емкостей, причем две разделительные стенки являются вогнутыми и расположены так, что вогнутые поверхности обращены в противоположные стороны;

- первая система трубок включает внешнюю по отношению к кожуху трубку, в продолжение которой устанавливается настраиваемый клапан;

- устройство включает программируемый модуль обработки информации, запрограммированный контролировать клапанное устройство таким образом, чтобы после загрузки растительного продукта в виде измельченного вещества в первый чан осуществлять следующие этапы, на которых:

(i) подсоединяют второй чан к первому, чтобы собрать в него газообразные продукты, образующиеся в результате брожения, посредством открывания первого клапанного устройства;

(ii) закрывают первое и второе клапанное устройство, чтобы изолировать два чана;

(iii) открывают второе клапанное устройство, чтобы подсоединить второй чан к первому таким образом, чтобы происходило самопроизвольное сливание газообразных продуктов в жидкую массу измельченного вещества;

- модуль обработки информации программируют на снижение давления газа в первом чане посредством использования третьего клапанного устройства;

- модуль обработки информации программируют открывать второе клапанное устройство только один раз, таким образом, чтобы позволить газам перейти из одного чана в другой, и чтобы при этом было в значительной мере задействовано все содержимое второго чана;

- модуль программируют открывать второе клапанное устройство повторяющимися импульсами таким образом, чтобы газы переходили из одного чана в другой порциями с заранее заданной интенсивностью потока.

Изобретение также касается такой программы для указанного программируемого модуля, которая при загрузке в программируемый модуль и запуске осуществляет контроль над указанным клапанным устройством и/или считывает данные с указанных датчиков.

Далее, мы будем ссылаться на фигуры 1-4, которые иллюстрируют принцип изобретения при помощи схемы.

Чан или винодельческое устройство 10 (фиг.1) наполняют мустом 30 с помощью известных средств и способов. С помощью трубки 14 устанавливают контролируемое (посредством клапана 24) сообщение между верхней частью чана 10 и верхней частью второго чана 12. С помощью второй трубки 18 устанавливают контролируемое (посредством клапана 26) сообщение между нижней частью чана 10 и верхней частью чана 12. Чан 10 имеет верхнее вентиляционное отверстие 20, контролируемое посредством клапана 22. Клапан 26 изначально закрыт таким образом, чтобы не допускать обратного тока муста 30.

По прошествии заданного периода времени (фиг.2), под действием брожения муст 30 выделяет газообразные продукты или газ 32 (в особенности CO₂), и происходит образование твердой шапки 34. Следует отметить, что трубка 18 оканчивается внутри чана 10 в точке, занятой мустом 30, на уровне, расположенном ниже дна шапки 34. Клапан 24 открывается, и газ 32 самопроизвольно течет в чан 12. Клапан 22 закрывается, чтобы газ 32 не просачивался из чана 10.

По прошествии заранее заданного периода времени чаны 10, 12 изолируют, закрывая клапан 24. Газ 32 остается запертым под давлением в чане 12, тогда как во втором чане происходит сброс давления (или выведение газов) через трубку 20 путем открывания клапана 22 (фиг.3).

Давление газа 32 в изолированном чане 12 можно контролировать на предшествующем этапе посредством клапана 22, например, используя клапан, имеющий градуированный порог открывания. Экспериментально установлено, что наиболее выгодные уровни давления находятся в пределах от 0,3 до 2 бар (пользователь будет время от времени устанавливать такой уровень в зависимости от типа винограда/муста и конечного продукта, который стремится получить винодел: следовательно, если этого потребуют продукты, обрабатываемые согласно изобретению, могут быть установлены уровни давления, более высокие или более низкие по сравнению с указанным и обычно применяемым). Клапан 22 позволяет также регулировать остаточное давление в чане 10 после выведения газов; экспериментально установлено, что восстановление атмосферного давления является выгодным и простым.

Наконец, (фиг.4), клапан 26 открывается, и газ 32 самопроизвольно течет в муст 30. Поднимаясь, газ 32 газ приводит к легкому нарушение шапки 34 и ее выщелачиванию, экстрагируя ее запахи и природные пигменты.

Как было упомянуто, среди вариантов осуществления способа главным является, чтобы:

- описанные выше этапы могли осуществляться циклически с фиксированными или переменными интервалами;

- выведение газов из чана 10 осуществлялось путем восстановления его внутреннего давления до атмосферного или сохранения внутреннего давления на промежуточном уровне между атмосферным и тем, что наблюдается в чане 12;

- газ 32 мог выпускаться в чан 10 за один раз или более-менее продолжительными импульсами, интенсивность потока которых каждый раз контролируется.

Компоненты фигур 1-4 выгодно объединены в одно винодельческое устройство, описанное ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы, где фигуры 1-4 иллюстрируют этапы способа согласно изобретению;

Фиг.5 иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления винодельческого устройства, обозначенного 50;

Фиг.6 иллюстрирует второй предпочтительный вариант осуществления винодельческого устройства, обозначенного 150.

Винодельческое устройство 50 для содержания муста 90 выполнено из цилиндрического кожуха 52, разделенного внутри разделительной стенкой 56, имеющей форму горизонтального свода, на два меньших чана или расположенные одна над другой емкости 54, 62, соответственно верхнюю и нижнюю. Нижняя емкость 62 сообщается с внешней средой при помощи донного люка 64 и вертикального люкового просвета 72, вокруг которого выполнен чан 54. Верхний чан 54 может выборочно подсоединяться к люковому просвету 72 посредством трубки 66 и клапана 70. Та же трубка 66 снабжена вторым клапаном 68, с помощью которого можно устанавливать сообщение между люковым просветом 72 и внешней средой (когда его закрывающая дверца 73 закрыта).

Верхний чан 54 также можно выборочно подсоединять к нижнему чану 62 через трубку 76 и клапан 78. У трубки 76 есть коленчатая секция 76a, которая проходит снаружи кожуха 52, вертикальная секция 76b, которая проходит сквозь верхний чан 54, вертикальная секция 76c, которая проходит сквозь часть нижнего чана 62, и горизонтальная выводящая секция 76d.

Длина секции 76c такова, что на этапах способа секция 76d всегда, также принимая во внимание ожидаемый уровень муста 90, находится под шапкой, образуемой при брожении, обозначенной 60. Однако может быть установлена адаптивная система регулирования, например, телескопическая трубка 76d, которую можно контролировать снаружи, чтобы регулировать высоту или уровень секции 76d.

Контроль над телескопической трубкой с регулируемым положением в чане 62 или эквивалентным средством переноса газа, подаваемого выводящим газовым отверстием, может осуществляться посредством программируемого модуля обработки информации ЭБ (электронного блока), например ПК (персонального компьютера) или ПЛК (программируемого логического контроллера). В этом модуле могут быть предусмотрены датчики времени, программные пользовательские интерфейсы и управляющие каскады для клапанов 68, 70, 78 (см. стрелки на фиг.5).

К модулю ЭБ может быть подключен датчик давления 80, который измеряет давление газа 92 в чане 54, и/или датчик давления 84, который измеряет давление газа, наблюдаемое в чане 62, и/или датчик уровня 82, который измеряет уровень жидкости в чане 62.

Винодельческое устройство 50 функционирует следующим образом. Далее будут приведены ссылки на фигуры 1-4, чтобы можно было проследить соответствие с указанными ранее деталями. В частности следует обратить внимание на соответствие между:

Чан 10 Чан 62

Чан 12 Чан 54

Клапан 22 Клапан 68

Клапан 24 Клапан 70

Клапан 26 Клапан 78.

(i) Чан 62 наполняют мустом 90.

(ii) По прошествии заданного периода времени под действием брожения муст 90 выделяет газ и твердую шапку 60. Клапан 70 открывают, клапан 68 регулируют таким образом, чтобы установить в двух чанах заранее заданное давление и удерживать его на постоянном уровне в течение заданного периода времени, клапан 78 закрывают. Таким образом, газ самопроизвольно течет в чан 54 (см. ссылочную позицию 92 на фиг.5).

(iii) По прошествии заданного периода времени клапан 70 закрывают. Газ остается запертым под давлением в чане 54, тогда как во втором чане 62 происходит сброс давления (или выведение газов) путем открывания клапана 68.

(iv) Клапан 78 открывают, и газ 92 самопроизвольно перетекает в муст 30 и при подъеме взаимодействует с шапкой 60, нарушая ее.

Предпочтительно, чтобы этапы описанного выше процесса контролировались модулем ЭБ.

Считывая и обрабатывая данные, получаемые от датчика 80, модуль ЭБ может контролировать клапаны 68, 70, 78, чтобы осуществлять этапы способа, когда, например, в чане 54 достигается максимальный порог давления.

Считывая и обрабатывая данные, получаемые от датчика 82, модуль ЭБ может контролировать указанную телескопическую трубку или эквивалентное средство переноса таким образом, чтобы на этапе (iv) газу 92 всегда обеспечивалась возможность подходить к шапке 60 снизу. Однако можно достигнуть того, чтобы газ 92 попадал в шапку 60 даже, например, из точки, находящейся в толще шапки.

Ясно, что каждый этап винодельческого процесса изобретения может быть выгодно автоматизирован и/или запрограммирован. Это позволяет, например, устанавливать периодические циклы нарушения шапки 60, экспериментировать с различными способами выведения газов из чана 10 (находя лучший уровень давления, промежуточный между давлением в чане 54 и комнатным давлением; необходимый уровень достигается с помощью контроля модуля ЭБ над данными датчика 84), программировать параметры выпуска газа 92 в чан 10 (такие как длительность одноразового выпуска или длительность различных последовательных импульсов, интенсивность газового потока при каждом импульсе и т.д.).

Второе винодельческое устройство 150 иллюстрирует фиг.6. Функционирует оно идентично предыдущему, и, таким образом, будут указаны только те компоненты, которые существенно отличаются от него в плане структуры (муст и шапка, например, не показаны). Элементы, функционально аналогичные предыдущим, обозначены индексом "1". На практике системы трубок, переносящие газ внутрь и наружу из газосборного чана и внутреннего подразделения внешнего кожуха, выполняются по-разному.

Винодельческое устройство 150 выполнено из цилиндрического кожуха 152, разделенного внутри двумя разделительными стенками, имеющими форму горизонтального свода 156a, b, на два меньших чана или расположенные одна над другой емкости 154, 162, соответственно верхнюю и нижнюю. Нижняя емкость 162 сообщается с внешней средой при помощи вентиляционного отверстия 164.

Верхний чан 154 может выборочно подсоединяться к вентиляционному отверстию 164 посредством трубки 166 и клапана 170.

С помощью клапана 168 на трубке 166 можно установить сообщение между вентиляционным отверстием 164 и, таким образом, чаном 162, и внешней средой, а также регулировать уровни давления внутри чанов.

Верхний чан 154 также можно выборочно подсоединять к нижнему чану 162 посредством трубки 176 и клапана 178. У трубки 176 есть коленчатая секция 176a, которая проходит поверху и снаружи чана 154, вертикальная секция 176b, которая проходит снаружи чана 154, 162, и почти горизонтальная выводящая секция 176d, которая проходит внутри чана 162 с выходным отверстием приблизительно в центре самого чана и в точке, расположенной, при наличии муста, ниже шапки.

Как было описано ранее, программируемый модуль ЭБ управляет автоматическим приводом клапанов 168, 170, 178.

В целях упрощения описанные выше датчики давления и/или уровня, которые выполняют те же функции, что уже упоминались ранее, не показаны.

Функционирование винодельческого устройства 150 по существу аналогично предыдущему и не описывается повторно. Очевидно, что все замечания, выраженные касательно винодельческого устройства 50, остаются в силе. В частности, следует отметить функциональное соответствие между компонентами винодельческих устройств 50, 150:

Чан 62 Чан 162 (содержание муста)

Чан 54 Чан 154 (содержание газа)

Клапан 68 Клапан 168 (для выведения газа из чана, содержащего муст)

Клапан 70 Клапан 170 (для сбора газа между двумя чанами)

Клапан 78 Клапан 178 (для выпускания газа из одного чана в другой).

Само собой разумеется, что некоторые описанные выше особенности конструкции винодельческих устройств 50, 150 можно также опустить или выполнить в сочетании друг с другом в иных, отличных вариантах осуществления.