Ферментатор

Реферат: Винахід належить до пристрою (50) для ферментації рослинного продукту у формі подрібненого матеріалу, переважно виноградного сусла, що містить перший резервуар (62), що містить подрібнений матеріал (90), і другий накопичувальний резервуар (54) для газоподібних продуктів, що утворюються при ферментації подрібненого матеріалу. Також пристрій має першу трубопровідну систему (66), призначену для стравлювання, що з'єднує частину першого резервуара, де збираються газоподібні продукти, з другим резервуаром, та другу трубопровідну систему (76), призначену для стравлювання, що з'єднує другий і перший резервуари, де система забезпечена випуском всередину першого резервуара, де, при використанні, присутній рідкий подрібнений матеріал. Перший і другий клапани (70, 78), що забезпечують відповідний зв'язок першої і другої трубопровідної системи, роблячи два резервуари відповідно з'єднаними при відкриванні/закриванні згаданих клапанів; який характеризується тим, що містить регуляційний засіб (80, 82, 84), призначений для кінцевого регулювання тиску газоподібних продуктів за одним або більшою кількістю запрограмованих користувачем значень всередині першого і другого резервуарів, коли вони з'єднані і/або всередині другого резервуара, коли він ізольований. UA 101094 C2 (12) UA 101094 C2 UA 101094 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується ферментатора. Хоча винахід корисний для ферментації будь-якого рослинного продукту у формі подрібненого матеріалу, опис, як приведено далі, буде стосуватись виноробства, де винахід є особливо корисним. Виноробство потребує застосування спеціальних резервуарів, яких проводять ферментацію виноградного сусла. Процес ферментації продукує велику кількість газів, особливо СО 2, які приймають активну участь в продукуванні вина відмінної якості. Гази вивільнюються виноградним суслом і штовхають вичавки і будь-які інші тверді часточки доверху, де вони збираються і утворюють твердий шар, відомий як "шапка". У WO 98/45403 гази використовуються для перемішування шапки і попереджають її отвердіння. В комбінації або ні, для забезпечення безпечності розглядаються інші способи регулювання тиску всередині ферментатора, використовуючи дегазувальні клапани або механічні, або мембранні клапани. Приклад регулятора тиску описаний в WO 2006/087601. В ньому використовується особливий тип дегазувального клапану, мембранного типу, в який, натискаючи на нього, закачується рідина і закриває його повітряний клапан. Нещодавно заявник неочікувано встановив наскільки важливим є тиск всередині резервуару для виробництва вина, особливо, під час дегазації. Занадто високий тиск в резервуарі має безпосередній вплив на якість вина. Дегазація, імпульсна або ні, викликає рух виноградного сусла до поверхні на шапку і вивільнення газів з виноградних ягід. Якщо тиск ε занадто високим, ягоди руйнуються і утворюється багато відходів (кашоподібна маса, суспендована у виноградному суслі). Було знайдено, що кожен сорт винограду має оптимальний для нього ферментаційний тиск, який повинен регулюватись з максимальною обережністю в сотих частках бара (наприклад, точне значення 0,29 бар або 0,31 бар). Мембрани в WO 2006/087601 виготовлені з гуми або подібного матеріалу і сильно страждають від багатьох факторів, таких як їх інертність, внаслідок чого вони регулюють дуже неточно, стравлюючи повітря, або температура. Тиск, що підтримується на рівні 0,3 бар протягом дня, може опускатись також до 0,2 бар вночі, коли погріб охолоджується. Однак, чим більше наближається внутрішній тиск резервуару до граничного значення, тим більше втрачається чутливість і точність клапану, оскільки мембрани відкриваються. Коливання значення з похибками 0,1 бар в WO 2006/087601, яка є приблизно 25% звичайного максимального робочого тиску, є неприйнятною для ферментації з контрольованим тиском. Може бути денатуровано не тільки виноградне сусло, але також відповідний процес ферментації винограду підданий дії невірного тиску. Це саме справедливо для механічних клапанів з коригованою і каліброваною силою пружини. Можуть бути поліпшені цей і відомі пристрої для виробництва вина і це є метою представленого винаходу, який повинен бути присутній в пристрої для ферментації рослинного продукту у формі подрібненого матеріалу, переважно виноградного сусла, що дозволяє встановлювати в середині ферментаційного (наприклад, вініфікаційного) резервуару тиск газів, утворюваних при ферментації, з дуже точним значенням. Іншою ціллю є забезпечення можливості встановлення шляхрм програмування тиску всередині (наприклад, вініфікаційного) резервуару. Ця ціль забезпечується ферментатором рослинного продукту у формі подрібненого матеріалу, переважно виноградного сусла, що містить - перший резервуар, що містить подрібнений матеріал, і другий накопичувальний резервуар для газоподібних продуктів, що утворюються при ферментації подрібненого матеріалу; - першу трубопровідну систему, призначену для стравлювання, що з'єднує частину першого резервуару, де збираються газоподібні продукти, з другим резервуаром; - другу трубопровідну систему, призначену для стравлювання, що з'єднує другий і перший резервуар, де система забезпечена випуском всередину першого резервуару, де, при використанні, присутній рідкий подрібнений матеріал; - перший і другий клапан, що забезпечують відповідний зв'язок першої і другої трубопровідної системи, роблячи два резервуари відповідно з'єднаними при відкриванні/закриванні згаданих клапанів; який характеризується тим, що містить регуляційний засіб призначений для кінцевого регулювання тиску газоподібних продуктів в середині, принаймні, одного резервуару за одним або більшою кількістю значень запрограмованих користувачем. Використовуючи винахід, можна дуже добре коригувати тиск всередині одного або обох резервуарів (з похибкою приблизно соті частини бару). У використовуваному стандартному інтервалі тисків (0,15-0,5 бар) енолог або звичайний користувач може підігнати значення і/або 1 UA 101094 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 напрямок зміни тиску з часом, наприклад, при циклічному перекачуванні і/або в послідовності різних циклів. Все це забезпечує фахівцям з вина величезний потенціал для виготовлення вина. Як згадано вище, тиск у вініфікаційному резервуарі сильно впливає на якість і тип вина, що виготовляється. Перемінні, такі як тип винограду, врожайність, температура і ступінь або стадія ферментації, об'єднують з перемінним тиском в одному рецепті для одержання кінцевого вина. Крім того, пристрій винаходу краще пристосований для переробки в ньому більшої кількості типів винограду, оскільки, він може забезпечити їх обробку в ферментаційному середовищі з чітко контрольованим тиском. Для кожного типу винограду необхідні певні параметри тиску, оскільки вони сильно змінюються від одного сорту до іншого; використовуючи винахід, пристрій для виробництва вина здатен запропонувати оптимальні і адаптовані умови вініфікації. Таким чином, переважно, що регуляційний засіб призначений для коригування тиску газоподібних продуктів з похибкою менше ніж або еквівалентною 0,01 бар. Для досягнення такої відмінної точності, переважно, регуляційний засіб містить клапан, пристрій обробки даних, датчик тиску для детектування внутрішнього тиску в стабілізованому резервуарі, блок призначений для зчитування даних одержаних з датчика і коригування третього клапану для підтримування тиску на запрограмованому значенні. На практиці, проводять регулювання із зворотнім зв'язком. Як клапан може використовуватись: - один клапан, розташований між першим резервуаром і оточуючим середовищем, або - один клапан, розташований на першій трубопровідній системі між першим клапаном ί другим резервуаром; - два клапани, один грубий і один більш точний, що розташовані паралельно на першому резервуарі або першій трубопровідній системі. Переважно клапани є типу відкриття/закриття, так що пристрій обробки даних може регулярно відкривати і закривати додатковий клапан(и) для незначного надлишку газу в повітряному клапані з часом стосовно запрограмованого тиску. Об'єм газу сильно впливає на дегазацію. Для дуже великого резервуару це може бута один клапан з неочищеною його механічною складовою, оскільки точний об'єм потоку повітря, що проходить через повітряний клапан є несуттєвим у порівнянні з набагато більшим об'ємом газу. Навпаки, для менших резервуарів необхідний клапан з точним і контрольованим повітряним клапаном, наприклад, в паралельному клапані безпеки, що використовуються для інтенсивної негайної дегазації, може бути розташований маленький електромеханічний клапан відкривання/закривання. Загалом стикаються із специфічними вимогами до точності. Однак, повільній дегазації може завжди допомогти один добре регульований клапан тиску. Для того щоб зрозуміти переваги винаходу, переважний пристрій буде зараз описаний згідно з винаходом з посиланням на малюнки, де На Фіг. 1-4 показний пристрій для виробництва вина згідно з винаходом на різних стадіях процесу, На Фіг. 5 показана інша форма пристрою Для виробництва вина згідно з винаходом, позначеного 50. Резервуар 10 (Фіг. 1) наповнюють виноградним суслом 30 відомим чином і шляхами. Трубопровід 14 контрольованим чином з'єднує, через клапан 24, верхню частину резервуару 10 з верхньою частиною другого резервуару 12. Другий трубопровід 18 контрольованим чином з'єднує, через клапан 16, дно резервуару 10 із дном резервуару 12. Резервуар 10 має верхній вихід 20 контрольований за допомогою коригувача тиску 22. Клапан 16 спочатку закривають для блокування витоку виноградного сусла 30. Через деякий час (Фіг. 2) виноградне сусло 30 під час ферментації продукує газ або газоподібні продукти 32 (в основному СО2), що призводить до утворення твердої шапки 34. Клапан 24 відкривають і газ 32 самовільно рухається в резервуар 12. Коригувач тиску 22 закривають для попередження витоку газу 32 з резервуару 10. Після визначеного проміжку часу, резервуари 10, 12 ізолюють закриваючи клапан 24. Газ 32 залишається ізольованим під тиском в резервуарі 12, в той час як інший стравлюється (або дегазується) через трубопровід 20 використовуючи для цього коригував тиску 22, так що відкривається трубопровід 20 (Фіг. 3). Нарешті, (Фіг. 4), відкривають клапан 16 і газ 32 самовільно рухається в виноградне сусло 30. Піднімання газу 32 повинно відбуватись обережно і руйнувати шапку 34 і це забезпечує вилуговування екстракцією з неї ароматів і природних пігментів. Коригувач тиску 22 контролюється електронним блоком (не показаний), наприклад, ПЛК (програмований логічний контролер), який керує всіма стадіями виробництва вина. Цей блок 2 UA 101094 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 може мати інтерфейс, що програмується користувачем, і керуючі каскади для коригувача тиску 22. Завдяки контролю коригувала тиску 22, блок може акуратно підтримувати будь-який спеціально запланований тиск в середині резервуару 10. Для цієї цілі, блок зв'язаний з датчиком тиску (не показаний), який вимірює тиск газу в резервуарі 10. Як коригувач тиску може використовуватись клапан, наприклад, один клапан, розташований між першим резервуаром 10 і зовнішнім середовищем, або два, один грубий і один більш точний, які розташовані паралельно. Переважно, клапани є типу відкривання/закривання, так що пристрій обробки даних може постійно відкривати і закривати додатковий клапан(и) для стравлювання в цей час малої кількості газу. Тиск всередині газонакопичувального резервуара 12 дуже важливий. Насправді, занадто високий тиск в цьому резервуарі має великий вплив на якість вина. Стравлювання, періодичне або ні, газу 32, що знаходиться під тиском, з резервуару 12 до резервуару 10 (і нижче шапки з вичавок), викликає більш або менш інтенсивне руйнування шапки з вичавок, рух виноградного сусла на шапку і вивільнення газу з середини виноградних ягід. Якщо тиск є занадто високим, ягоди руйнуються і утворюється осад (кашоподібна речовина суспендована у виноградному суслі). Було встановлено, що кожен сорт винограду і шапка з вичавок (у поєднанні з врожаєм, часом збирання винограду і навіть в залежності від способу збирання винограду, наприклад, механічного або ручного) має оптимальний для нього ферментаційний тиск, який повинен регулюватись з максимальною обережністю в сотих частках бара (наприклад, точне значення 0,29 бар або 0,31 бар). Зрозуміло, як винахід гарантує навіть в цьому випадку оптимальне ферментаційне середовище для виноградного сусла. На Фіг. 1-4 показаний інший клапан 22b, необов'язково або замість клапану 22, розташований на трубопроводі 14 з повітряним клапаном спрямованим на зовні. Зокрема, коли присутній клапан 22b, пристрій дозволяє проводити кращий контроль процесу виробництва вина. Розглядається, наприклад, випадок, де клапан 22 відсутній (зменшена кількість компонентів). Газ зберігається в резервуарі 12, з відкритим клапаном 24, що має місце як зазначено вище, але клапан 22b залишається на цій стадії для контролю тиску газу 32 в резервуарі 10, тобто, таким чином контролюється тиск, який виноградне сусло 30 і шапка 34 зазнають під час ферментації. Закривши клапан 24 газ 32 залишається в резервуарі 12, як вже згадувалось, але клапан 22b зараз залишається, коли необхідно проконтролювати тиск в резервуарі 12. Це дозволяє коригувати тиск газу 32, який штовхає виноградне сусло 30 і шапку 34 на наступну стадію перекачування. Зрозуміло, як в цьому випадку винаходу використовуючи тільки два повітряні клапани гарантувати абсолютний контроль всіх ключових тисків в пристрої для виробництва вина. Для більш компактної версії і з двома клапанами дивись Фіг. 5. Пристрій для виробництва вина 50, для деяких видів виноградного сусла 90, складається з циліндричного корпусу 52 всередині розділеного конічною перетинкою 56 на два суб-резервуари або об'єми 54, 62, відповідно верхній і нижній.. Об'єм 62 сполучається з оточуючим середовищем через основний люк 64 і вертикальний люк 72, навколо якого розташований резервуар 54. Верхній резервуар 54 селективно з'єднується з люком 72 через трубопровід 66 і клапан 70. На тому ж самому трубопроводі 66 розташований другий клапан 68 з функцією з'єднання люку 72 (і таким чином резервуару 62) із зовнішнім оточенням для дегазації (коли його люк 73 закривають). На трубопроводі 66, між клапаном 70 і резервуаром 54, розташований інший клапан 80 відкривання/закривання електромеханічного типу, менший ніж клапан 68, і таким чином більш чутливий і з обмеженим потоком. Його задача тонко коригувати тиск в середині резервуарів 62, 54. Резервуар 54 також селективно з'єднаний з резервуаром 62 через трубопровід 76 і клапан 78. Клапани 70, 68, 78, 80 контролюються електронним блоком 84, наприклад, ПЛК, який керує всіма стадіями виробництва вина. Цей блок 84 може виконувати роль таймерів, інтерфейсу, що програмується користувачем, і керуючих каскадів для клапанів 68, 70, 78, 80 (дивіться стрілочки на Фіг. 5). Завдяки контролю клапана 80, спеціально призначеного для вивільнення малої кількості газу з часом на зовні (тобто, він має дуже малий контрольований потік, так що регулюється в сотих частках бара в резервуарі 62 і/або 54), блок 84 може точно підтримувати будь-який 3 UA 101094 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 спеціально запланований тиск всередині резервуару 62 і/або 54. З цією ціллю, блок 84 зв'язаний з датчиком тиску 82, який вимірює тиск газу в резервуарі 54. Принцип роботи пристрою для виробництва вина 50 є таким же самим як описано на Фігурах 1-4 і достатньо дотримуватись знання наступних відповідностей: резервуар 10  резервуар 62 резервуар 12  резервуар 54 клапан 22  клапан 68 клапан 24  клапан 70 клапан 16  клапан 78 трубопровід 14  трубопровід 66 трубопровід 18  трубопровід 76 клапан 22b  клапан 80. Загальний принцип роботи буде коротко повторений використовуючи основні стадії. В основному, специфічне керування клапанами 70, 68, 78 дозволяє акумулювати в резервуарі 54 газоподібні продукти ферментації, для того щоб потім запустити їх в резервуар 62 для руйнування шапки з вичавок 58. (і) резервуар 62 наповнюють виноградним суслом 90. (іі) Через деякий проміжок часу виноградне сусло 90 завдяки ферментації продукує газ і тверду шапку 58. Клапан 70 відкривають, клапан 68 і клапан 78 закривають. Таким чином газ самостійно заповнює резервуар 54. Клапан 80 буде коригуватись, наприклад, з циклами, що мають специфічні робочі параметри з коротким відкриванням альтернативним закриванню, так що в двох резервуарах 54, 62 підтримується попередньо визначений тиск, визначений користувачем при програмуванні блоку 84. Такий тиск може бути або постійним або слідувати запрограмованій тенденції і відповідає тиску, який зазнають виноградне сусло 90 і шапка 58. (ііі) Через заданий проміжок часу, клапан 70 закривають. Газ 92 залишається зібраним під тиском у резервуарі 54, в той час як інший резервуар 62 розгерметизується (або дегазується) шляхом відкривання клапану 68, який спроектований для витримування навіть сильного вихідного потоку. Зараз з клапаном 80 тиск в резервуарі 54 може доводитись до значення, що навіть відрізняється від попереднього тиску (при введенні або ні в резервуар 54 із стиснутим повітрям або іншими сумісними з процесом газами). (iv) Клапан 78 відкривається і газ 92 самовільно рухається у виноградне сусло 30 і в цей час піднімаючись він взаємодіє із шапкою 58, руйнуючи її. Оскільки тиск коригувався до точних значень, які є оптимальними для оброблюваного винограду, взаємодія з виноградним суслом і шапкою відбувається як найкраще. Зрозуміло, що кожна фаза (i-iv) може бути переважно автоматизована і/або програмована використовуючи блок 84. Це дозволяє забезпечити циклічність, періодичну або ні, руйнування шапки 58, і протестувати різні способи дегазації резервуару 62. Зокрема, можна знайти найкраще значення і/або напрямок зміни тиску в резервуарах 54, 62 (значення і напрямки також не залежать один від одного), які забезпечать оптимальні результати для вина. Таке ж саме застосування для пристрою на Фіг. 1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 60 1. Пристрій (50) для ферментації рослинного продукту у формі подрібненого матеріалу, переважного виноградного сусла, що містить - перший резервуар (62), що містить подрібнений матеріал (90), і другий накопичувальний резервуар (54) для газоподібних продуктів, що утворюються при ферментації подрібненого матеріалу; - першу трубопровідну систему (66), призначену для стравлювання, що з'єднує частину першого резервуара, де збираються газоподібні продукти, з другим резервуаром; - другу трубопровідну систему (76), призначену для стравлювання, що з'єднує другий і перший резервуари, де система забезпечена випуском всередину першого резервуара, де, при використанні, присутній рідкий подрібнений матеріал; - перший і другий клапани (70, 78), що забезпечують відповідний зв'язок першої і другої трубопровідної системи, роблячи два резервуари відповідно з'єднаними при відкриванні/закриванні згаданих клапанів; який характеризується тим, що містить регуляційний засіб (80, 82, 84), призначений для кінцевого регулювання тиску газоподібних продуктів за одним або більшою кількістю запрограмованих користувачем значень всередині першого і другого резервуарів, коли вони з'єднані і/або всередині другого резервуара, коли він ізольований. 4 UA 101094 C2 5 10 15 20 25 30 2. Пристрій за пунктом 1, де регуляційний засіб адаптований для коригування тиску газоподібних продуктів з похибкою менше ніж або еквівалентною 0,01 бар. 3. Пристрій за пунктом 2, де регуляційний засіб містить - третій клапан (80), - пристрій обробки даних (84), - датчик тиску (82), для детектування внутрішнього тиску в стабілізованому резервуарі, блок, призначений для зчитування даних одержаних з датчика і коригування третього клапана для підтримування тиску на запрограмованому значенні. 4. Пристрій за пунктом 3, де третій клапан містить клапан (80), призначений для вентиляції стабілізованого резервуара у напрямку оточуючого середовища. 5. Пристрій за пунктом 4, де згаданий клапан розташований на першій трубопровідній системі (66) між першим клапаном (70) і другим резервуаром (54). 6. Пристрій за одним з пунктів 3-5, де третій клапан містить клапан (68), призначений для вентиляції першого резервуара назовні і призначений для негайної дегазації першого резервуара назовні, і другий клапан (80), приєднаний паралельно і призначений для кінцевого стабілізування тиску в резервуарі. 7. Пристрій за одним з пунктів 3-6, де третій клапан є клапаном типу відкриття/закриття. 8. Пристрій за одним з пунктів 3-7, де датчик тиску призначений для моніторингу тиску в другому резервуарі. 9. Пристрій за одним з пунктів 3-8, де пристрій обробки даних має пам'ять і програмується і/або є програмованим для коригування, через привід третього клапана, тиску в першому резервуарі, так що він слідує запрограмованим установкам збереженим в пам'яті. 10. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, що складається із циліндричного корпусу, (52) розділеного всередині принаймні однією розділювальною перетинкою (56) на два суб-об'єми, які утворюють перший і другий резервуари. 11. Пристрій за пунктом 10, де згаданий перший і другий резервуари розташовані вертикально один над одним всередині корпусу. 12. Пристрій за пунктом 10, де згаданий перший і другий резервуари є двома фізично незалежними резервуарами (10, 12) з'єднаними разом через першу і другу трубопровідну систему (14, 18). 5 UA 101094 C2 6 UA 101094 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7