第10章发酵与贮藏设备

第10章发酵与贮藏设备从数千年前人们开始酿造葡萄酒时使用的瓷罐陶瓮到目前普遍使用的不锈钢罐，无论是发酵罐所使用的材料还是发酵罐的结构形式都发生了根本的变革。葡萄酒发酵与贮藏容器的材料经历了从橡木、水泥、碳钢到不锈钢的发展过程。§1酿酒工艺对发酵罐的基本要求1.对发酵罐材料的要求1）耐酸腐蚀性2）符合卫生要求3）传热性能2.工艺要求1）发酵温度的检测和控制2）利于色素单宁扩散和传质3）能够出自流酒3.机械自动除渣4发酵罐设计制造方面要求1.对发酵罐材料的要求（1）耐酸腐蚀性葡萄浆果中含有苹果酸、柠檬酸等有机酸，在发酵过程中为了避免氧化并杀死其他细菌，根据葡萄原料的卫生情况，需要加入适量SO2，对发酵罐有腐蚀作用。从材料方面要求制造发酵罐的材料应该耐酸性介质腐蚀，18－8型Cr-Ni不锈钢具有良好的耐腐蚀性、抗氧化、表面易于清洗的特点，Cr能与O2形成极薄（约100埃）的致密而稳定的化合物Cr2O3，与机体结合紧密,能够自动起到表面防护作用。（2）符合卫生要求葡萄酒发酵是生物化学反应，对卫生的要求是非常严格的。从加工制造方面要求发酵罐壁面应平整光滑，避免由于壁面凸凹不平成为细菌滋生的场所；冷轧不锈钢薄钢板表面粗糙度高于热轧不锈钢薄钢板，一般选择冷轧不锈钢薄钢板。（3）传热性能发酵过程是放热反应，发酵工艺对发酵温度有严格限制，发酵热必须及时散发出去，从散热方面考虑发酵罐材料应该具有良好的导热性能，选择大的材料。合金材料的导热系数比纯金属的导热系数小，不锈钢的导热系数约为碳钢的1/3。但从材料耐腐蚀性等方面综合考虑，宜选择不锈钢。2.工艺要求（1）发酵温度的检测和控制发酵过程是放热反应，发酵产生的大量热量若不及时散发出去，发酵温度过高，酵母活力下降，或酵母菌不能正常生长和繁殖，可能导致发酵中止，引起细菌性病害和挥发酸含量升高。发酵温度是影响葡萄酒质量尤其是口感、色泽等感官指标的主要因素。若发酵温度高，干红葡萄酒色素物质、酚类物质含量高、芳香物质挥发过多；发酵温度过高，白葡萄酒芳香浓度降低、葡萄酒上色；发酵温度也不宜过低，发酵工艺对发酵温度有严格限制，发酵罐应该具有温度检测和控制及换热装置，通过强制对流，用冷却介质将发酵热带出。冷却介质的供给可以根据发酵液温度进行调节，达到控制发酵温度的目的，保证在工艺规定的温度范围内发酵。要求发酵设备要用导热性能好的材料制造，以利于散热；要有冷却控温装置，将发酵温度控制在工艺要求规定的范围内(干白及桃红葡萄酒为18-20℃，干红葡萄酒为26-30℃)。(2)利于色素、单宁等物质扩散和传质为了提高干白葡萄酒质量，有采用发酵前低温浸渍，使果皮中的芳香物质溶解于葡萄汁中。干红葡萄酒进行酒精发酵的同时，还对红葡萄的果皮及种子进行着固液萃取，使其所含的色素物质在浸渍作用下溶解于葡萄汁或发酵液中，把存在于葡萄皮及果籽、果肉中优质单宁、天然色素等酚类物质充分浸渍出来，使干红葡萄酒色泽鲜艳、酒体丰满，具有结构感。浸取的程度直接影响葡萄酒的质量。在发酵过程中，果皮会浮在液面，形成葡萄泡盖，约占发酵体积的1／3。传统的果皮接触法是在整个发酵过程中，每天两次抽出一定量葡萄汁，泵送并喷淋到发酵罐上层打散果皮盖，使葡萄皮层充分浸渍，并降低果皮层的温度。3.机械自动除渣葡萄果皮的质量占葡萄果穗质量8%左右。浸渍结束排出的皮渣约占发酵容积的11.5-15.5%，通常人工除渣，劳动强度大、耗时长，不卫生、不安全，不适应规模化生产需要。发酵罐应该设有机械出渣装置，以降低劳动强度，提高劳动生产率。4发酵罐设计制造方面1)发酵罐的结构2)强度3)稳定性4)制造工艺在设计和制造中应该避免死角的存在。为提高罐体强度，减小应力集中，设计时应避免产生结构死角。罐顶及罐底的环型接口部位，采用旋压或利用模具压制成型的圆弧过渡结构。罐体上的接管开孔及上、下人孔的开孔形成圆弧过渡结构。在发酵罐制造过程中要避免焊接死角，罐体内焊缝形成焊接死角，要求罐体内焊缝需磨平、抛光。发酵罐主要是围绕着：温度控制色素、单宁等物质的传递及扩散降低劳动强度安全、卫生在材料、结构、制造工艺等方面进行着不断的改进和完善。橡木桶是传统的酿酒容器。橡木桶的使用在某些方面能够改善酒的质量，尤其是用于红葡萄酒的陈酿时表现得极为明显，是酿造高档葡萄酒的最理想设备。橡木桶容量小、价格高。1头箍2颈箍3腰箍4桶帮5桶口6桶底§2发酵及贮酒容器一、橡木桶二、不锈钢罐不锈钢罐通常用铬镍不锈钢钢板制造，具有机械性能好，强度高；耐蚀能力强，不需设置涂层；表面光滑，卫生条件好；操作维护方便，设备使用寿命长的特点。常用的国产牌号有1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni9、1Cr18Ni12Mo2Ti。进口牌号有304、316等。304不锈钢含有16％～25％的Cr、7％~12％的Ni，容易被稀释的SO2溶液和浓硫酸、盐酸腐蚀。316不锈钢含有16％～18％的Cr、10％～14％的Ni、2％~3％的Mo钼，抗氧化性、抗硫酸、磷酸和盐酸的腐蚀的能力高于304。1.干白发酵罐1料口2罐体3冷却带4温度计5取样口6人孔7清汁出口8浊汁出口9液位计立式发酵罐2.斜底干红发酵罐3.多功能发酵罐罐体1用不锈钢钢板焊接而成，为了增强其承载能力，防止变形，在外壁上布有许多条加强筋；1）结构罐内两侧设有链条2，张紧在两侧链轮9、前导13、后导轨16及活动导轨18上；横置于罐内且互相平行的10根刮杠3的两端分别与两侧链条2连接，可在链条的带动下在罐内作迂回旋转，进行搅拌或刮渣。罐内两侧各设有两个板式换热器17，用以控温；罐体下部斜面和底面分别设有斜筛11和底筛15，用以实现果汁分离；在罐体下部还设有清、浊出酒阀13及14，用以排放不同质量的酒汁。2）操作发酵红葡萄酒时，除梗破碎后的葡萄浆果由料口投入，装入量为距链条以下100mm左右为宜。进料的同时，要根据工艺要求加入SO2。发酵顺利进行后，再盖上料口盖，继续发酵。在此期间，要每天开机运转2—3次，使刮杠正反相间转动3—5分钟，进行搅拌将浮渣压下。并要随时观察温度变化，及时供冷控温。发酵结束后，先打开清汁出口阀，待清汁流尽之后，再打开浊汁出口阀，同时开机使刮杠顺时针旋转，一边搅拌，一边出浊汁。待浊汁流尽后，再打开出渣口，皮渣在刮杠的带动下，刮出罐外。发酵结束后应清洗消毒。3）特点优点①既可作红葡萄酒的浸渍发酵罐，又可实现果汁分离，功能多样，设备利用率高；②可自动搅拌和出渣，搅拌时刮杠慢速平移，对物料的机械作用小；③便于根据生产规模、工艺流程及厂房建筑进行合理布置。布置的形式有单行式及双行式。缺点①结构复杂，设备造价高；②传动路线长，对各传动件的制造精度和设备的装配及安装精度要求较高。4.卧式旋转发酵罐1出渣口2进料口3罐体4螺旋板5冷却管6温度计7链轮8滚轮9滤筛5出酒9排渣进料3246781）结构罐内沿全长焊有单头螺旋，接近罐前部为双头螺旋，以便于排渣。当罐体正反旋转时，螺旋对皮渣起输送和翻拌作用。罐体下半部装有过滤筛网，使自流酒与皮渣分离经出酒口流出，皮渣在螺旋作用下经出料口排出。无级变速传动，通过链轮带动罐体转动，罐体在2—3转／分内可调。1.出渣口；2.进料口；3.罐体；4.螺旋板；5.冷却管；6.温度计；7.链轮；8.滚轮；9.滤筛。5出酒9排渣进料3246782）操作发酵顺利启动后，盖上进料口盖，继续发酵。每天使罐体正反相间旋转2—3次，每次约2分钟，使浮于表面的皮渣浸泡在果汁中以加强浸渍作用。应及时供冷，控制发酵温度。发酵结束后，可先打开进料口盖及出汁阀门，待酒汁排尽后再打开排渣口盖，旋转罐体，皮渣在螺旋板的推动下排往罐外。发酵结束后，应将罐内外清洗干净并且消毒，准备下一次使用。经除梗破碎的葡萄浆果由进料口入罐，同时按工艺要求加入S02。当装至罐容积80％左右时停止进料，进行发酵。5出酒9排渣进料3246783）特点优点①设备密封性好，发酵顺利进行后，可在与外界空气隔绝的状况下继续发酵。发酵迅速，糖份分解充分，避免细菌侵入；②可实现自动搅拌及出渣。缺点：①罐体与物料同时旋转，动力消耗大、传动平稳性差，搅拌对物料的机械作用较强；②冷却管设于罐内，清洗困难，存在因冷却液的渗漏而影响酒的质量的可能性。卧式干红发酵罐5.COSVAL型发酵罐罐体静止，罐体有支座固定在设备基础上；结构简单，动力消耗少，操作简单。采用夹套式冷却带冷却；采用桨型螺旋进行搅拌和排渣。1.料口；2.罐体；3.冷却带；4.桨型螺旋；5.筛；6.出酒口；7.出渣口；8.出渣口盖。发酵罐罐体静止，没有罐体旋转的传动机构，发酵罐结构相对简单，动力消耗少，操作简单。6.带压渣篦自动循环发酵罐由罐体、筛形压板、排气管、循环装置、换热器等组成体。在罐体偏上部位设置带孔压板。发酵过程中产生的CO2气体引起发酵液体积膨胀，压板能将浮起的葡萄皮压在下面，发酵液从压板筛孔中上溢，液面高度超过压板位置，皮渣在发酵过程中浸没于发酵液中，不仅能充分浸渍果皮中色素、优质单宁，还可避免由于葡萄皮与空气接触、顶部果皮处于非浸没状态而导致被细菌感染的情况发生。7.Ganimede发酵罐Ganimede发酵罐中间有一个锥形隔膜，连通隔膜上下腔有旁通阀．进料时关闭旁通阀，当入罐醪液达到最高液位时，隔膜与罐壁间是空的，关闭的旁通阀阻止了隔膜下腔的空气排到上腔。发酵过程产生大量CO2积聚在隔膜下腔与罐壁间的空间，聚满后CO2只能通过隔膜中心的脖颈升到醪液表面逸出，CO2气体形成大气泡，对浮在上部的果皮进行搅拌，防止形成皮盖影响发酵和色泽浸提。这种持续的气泡搅拌作用使葡萄皮中的色素和芳香物质柔和、均衡的提取到酒液内，并使葡萄籽与皮分离，沉到罐底。打开旁通阀，积聚在锥体下腔与罐壁间的CO2逸到醪液表面大量的醪液立即占据原来被CO2所充满的空间，液位迅速降低约一米左右。关闭旁通阀。葡萄皮在重力作用下落入液体随着二氧化碳的积聚，液位升高，葡萄皮再次浸入到醪液内。发酵过程不断地重复上述过程，对提高了浸渍效果。葡萄浸渍状况浸渍效果及发酵过程中排出葡萄籽Ganimede发酵罐操作进罐时旁通阀关闭：1、旁通阀关闭，气体占据隔膜下腔与罐壁间的空间；2、发酵产生大量的二氧化碳搅拌顶部皮盖，并使葡萄籽与皮分离沉到罐底；3、打开旁通阀，大量二氧化碳气体通过旁通阀进入隔膜上腔，强力搅拌顶部皮盖并使更多葡萄籽与皮分离沉到罐底；Ganimcde发酵罐操作4、所有的原来的气体空间都被醪液浸没，皮渣重新混合，皮渣可通过侧阀排出罐外，沉到罐底的葡萄籽可通过底部阀门排出；5、关闭旁通阀，发酵产生的二氧化碳在隔膜下腔与罐壁间的空间集聚，推动醪液液位升高。皮渣浮在表面，继续浸提过程；6、聚满后二氧化碳只能通过隔膜中心升到醪液表面逸出，二氧化碳气柱形成大气泡，不断搅拌顶部皮渣。打开旁通阀上述过程重复进行。大型立式干红发酵罐露天发酵罐群三、发酵设备的冷却系统冷却装置主要包括供冷系统及换热器。冷媒由制冷站供给，经管道与换热器相连。发酵罐供冷系统示意图四、发酵设备的温度控制方法发酵过程的温度控制有人工控制和自动控制。人工控制是操作人员根据随时观察温度计温度的变化及时供冷降温。自动控制是在罐体适当高度处设温度传感器；载冷剂循环管道上设有电磁阀；微机系统中输入根据工艺要求设定的最佳温度参数。发酵温度可通过温度传感器以电信号的形式随时输往微机系统，再经微机系统的识别和处理，将显示的发酵温度参数与输入的温度参数进行自动比较。当发酵温度高于设定温度时，微机系统便发出控制信号，使载冷剂循环管道上的电磁阀打开，进行供冷降温；当温度降至设定值后，电磁阀自动关闭，停止供冷。发酵设备的冷却形式及装置冷却形式有内冷式、外冷式两种：①内冷式换热器置于发酵罐内，浸没在发酵醪中冷却，多采用板式换热器。优点：冷量损失小，换热效率高、冷却均匀。缺点：换热器安装在罐内，维修和清洗不方便；更重要的是冷媒的渗漏很难发现，对酒的质量有严重影响。②外冷式在罐外壁的中上部位设置冷却夹套