自动循环发酵技术在干红葡萄酒生产中的开发与利用1

自动循环发酵技术在干红葡萄酒生产中的开发应用-1-目前，我国的葡萄酒行业犹如雨后春笋，正在市场经济的改革大潮中以破竹之势迅猛发展，因此各葡萄酒企业都深感到葡萄酒的品质成为企业生存、发展之本，是企业竞争的生命线；要想获得品质优良的上乘红葡萄酒，生产过程中必须优选良好的酿酒葡萄品种原料，这是先决条件；同时，要优化生产工艺条件的可控制及筛选优良的葡萄酒酵母等。但是，无论理念如何先进，工艺参数如何精准，仍然得落实到生产设备的先进与科学性。本项目的提出原则,依托生产发酵过程中，充分利用设备的可控制性，尽多地提取原料葡萄中的可溶性物质，及单宁、色素，使红葡萄酒酒体饱满，口感浓厚，获得上乘的红葡萄酒，以达到整体红葡萄酒的高品质等级，获得市场竞争能力。因而在国内、疆内一些大型葡萄酒企业对关键发酵罐设备相当重视。绝大部分企业发酵工艺采用发酵罐顶，设置一个喷琳器与罐底通过管道、泵连通，将罐底发酵汁抽出，通过喷淋、以便提取色素、单宁、可溶性物质。一般来说，发酵汁喷淋不能完全覆盖浮起的皮渣，同时接触时间也短，不能充分地浸提色素及单宁物质。浸提效果不尽理想，也容易形成由于喷淋造成的发酵汁与空气过多接触，一方面容易造成发酵汁的氧化,也滋生好气微生物的污染,给生产造成极大威胁,造成酒质的下降。本项目的目的,依托发酵设备的改进设计—“自-2-动循环发酵罐”。进而将此项新技术应用于干红葡萄酒的生产开发。其原理是尽可能在发酵过程中，利用二氧化碳的饱冲作用，充分浸提原料葡萄中的花青色素及可溶性干浸出物；就是利用发酵罐上部设置的筛网状压板压住上浮的皮渣，同时采用密闭式的发酵工艺方法，使二氧化碳充分溶解于葡萄汁之中，达到二氧化碳的饱冲浸提作用，在此基础上，利用自身发酵过程的二氧化碳产生的压力，达到0.15uPa，将发酵底部汁液通过两侧导流管输送至罐的上方，达到自动循环作用。在红葡萄酒工艺中，另一要点是控温发酵，免除因发酵温度过高，导致红葡萄酒口感粗糙的弊病，因而我们新设计的发酵罐利用罐体自身50平方米的表面积作为冷却面，并利用薄膜水流装置形成水循环冷却，达到发酵过程中控温的目的；再就是设计成斜假底，面积达4平方米，作为皮汁自动分离措施。从而保证红葡萄酒的科学参数的实现，提高红葡萄酒的酒体更加浓厚,更具干红葡萄酒收敛性的典型特色,而获得更高酒质红葡萄酒的产品的目的。1.国外红葡萄酒发酵技术状况、典型设备红葡萄酒发酵与白葡萄酒发酵的根本区别是：红葡萄酒葡萄汁与葡萄皮一起发酵，而白葡萄酒则是皮汁分开发酵，红葡萄酒在发酵过程中产生二氧化碳，将皮渣顶在发酵罐的上部，因此产-3-生了工艺上的弊病，色素浸提不完全，易形成杂菌污染。围绕上述的工艺要求，国外采用如下技术方法,早在700年前，采用人工、用脚踩，将皮渣压下去，进而采用直径300mm圆板向下捣压皮渣，后又采用木板压住皮渣上浮。至近代，利用喷淋技术循环将下部汁液抽出至罐上方喷淋，提取色素，防止因皮渣上浮与空气接触产生好气微生物污染，根据以上红葡萄酒工艺要求，同时由于生产工艺技术与设备的密切相关，在此我们介绍国外如下的设备工艺技术状况。为了打破发酵罐上部发酵液中色素、单宁等物质高浓度平衡状态，尽可能多地在一定时间内浸取增加葡萄酒风味的物质，提高浸渍速率，国外在上世纪出现了比较先进的Vaslin、COSVAL和Ganimcde干红葡萄酒发酵罐。Vaslin发酵罐为旋转发酵罐，呈圆柱形轴线水平放置，罐体封头部分为无折边球形封头，内壁进行抛光处理。生产时，链轮带动罐体转动，2～3转／分，可正反旋转。进料口和出料口与罐体连成一体，由4只滚轮托架支撑。罐内沿全长焊有单线螺旋，接近罐前部为双线螺旋，螺旋随罐体转动时对物料产生搅拌作用，加强色素、单宁等物质的扩散；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，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。冷却依靠内置盘管式换热器完成；浸渍结束，旋转罐体排渣。这种发酵罐动力消耗较大。-4-COSVAL型发酵罐为搅拌型发酵罐，罐体为圆柱形，罐体静止，轴线水平放置，罐内按螺旋线排列桨形搅拌叶片，采用外夹套式冷却。搅拌叶片旋转对物料产生搅拌，加强色素、单宁等物质的扩散；浸渍结束，搅拌叶片旋转出渣。由于罐体静止，该种发酵罐动力消耗少。Ganimcde发酵罐是最新型干红葡萄酒发酵罐。其结构特点是在发酵罐中间有一个大的锥台形隔板，连通锥形隔板上下腔有旁通阀。进料时关闭旁通阀，当入罐醪液达到最高液位时，关闭的旁通阀阻止了隔板下腔的空气排到上腔。隔板与罐壁间是空的。液位升高时，皮渣浮在表面。随着发酵过程葡萄醪汁中的糖转化为乙醇，产生的大量2CO积聚在隔板下腔与罐壁间的空间，这些气体只能通过锥台形隔板中心孔升到醪液表面逸出。此时若打开旁通阀，大量的2CO气柱将冲人发酵醪，发酵醪立即占据原来被2CO所充满的空间，同时2CO气柱对顶部果皮形成搅拌作用，防止形成皮盖，液位迅速降低约一米左右。这时关闭旁通阀，随着发酵的进行，2CO不断重新积聚在隔板下腔，液位升高，再次打开旁通阀，发酵罐内重复以上过程，就使葡萄皮中的色泽和芳香物质柔和充分地提取到酒液内。该发酵罐内部不设机械装置，结构简单，不需要额外动力，清洗方便。2.国内干红葡萄酒发酵技术现状，已取得的最新阶段成果和达到的技术水平-5-传统的干红葡萄酒发酵罐采用人工压盖，每天定期将上浮的皮渣用耙压入葡萄酒汁液中，以使葡萄皮色素、可溶性物质得到充分提取；而后，为了防止葡萄皮渣暴露于空气中而滋长霉菌，人们采用无需人工捣压的压板将发酵皮渣控制在葡萄汁液面下；至近代，出现了各式各样的发酵设备，如转动发酵罐、大型喷淋控温发酵罐、移动发酵罐等。当前，中小葡萄酒厂普遍采用罐外泵循环喷淋发酵汁于泡盖的生产设备和工艺，该法对葡萄皮内呈色成味物的浸提率低，操作环境差，产品档次低，相应增加动力消耗。上世纪90年代以来，在新疆相继有多家较大型的葡萄酒企业上马，目前已有约30～40家，其中20%具有了一定规模或者采用较先进的生产设备，而另外80%的企业则属于系中小型葡萄酒厂，年产能在1000吨以下，其采用的发酵设备达不到生产优质酒的水平——甚至出现了用储酒罐代替发酵罐生产干红的现象，这势必造成葡萄酒质量不佳。我们认为，要使新疆葡萄酒的质量整体上升，除了建设原料基地、开展优质酿酒葡萄区域化实验之外，当务之急是要采用先进发酵设备及其对应的工艺，对发酵过程实施良好控制。1998年，张家口冶金制氧机备件厂为华龙葡萄酒公司生产了一批压板式干红葡萄酒发酵罐。这种发酵罐在生产时，在避免泡盖中葡萄皮长期与空气接触而变质发霉的同时，能够将葡萄皮完全压在筛板下使其得到浸泡，促使色素和丹宁得到充分浸提。筛-6-板是该罐的核心部分，它被设置在距第二条(从上向下数)环焊道之上IO0mm处，成为设置在罐内的一道“屏障”而将浮起的葡萄皮完全压在下面。与筛板相对应，在罐体中心直立一根放气筒，以“自动卸压”。2001年前后，我国西北农业大学与企业联合研制成功了多功能葡萄酒发酵罐。罐的本体是一个形如“大象”的容器，罐体由簿不锈钢板焊接而成，罐外焊贴碳钢加强筋，以增强罐体的刚度和抵抗弯曲变形的能力。灌顶设有进料口，罐内两侧装有链条驱动装置，可带动刮板移动，起到均质搅拌、破碎泡盖、皮渣沥干、果汁分离和机械出渣等作用。导轨与链条张紧装置可调节链条松紧；两侧装有四片换热器，用以冷却发酵酒，保证正常的发酵温度。侧壁还装有温度计，用以检查酒的发酵温度；从取样口可取样测定发酵酒的比重，以掌握发酵酒的变化情况。在罐底面和斜面设置过滤筛网，起分离酒汁与皮渣的作用。在经过斜筛时，刮板对皮渣的缓慢推挤，能把皮渣中夹带的酒液沥干。顶部还设有2CO放气阀。多功能发酵罐的优点有两有个，一是可酿造优质干红及干白葡萄酒，酒质可达到出口；二是它既能用于发酵，又能将果汁皮渣分离，一机多用，减少了设备的总投资，减轻了工人工作强度。但在国内，目前主流干红葡萄酒发酵技术，还是在发酵罐顶设置一喷淋器，将其与罐底通过罐外管道及离心泵相连通，生产时利用这一回路，将罐底发酵液抽至罐顶喷淋器而喷向泡盖，以-7-浸提色素。但是浸提效果不理想、葡萄皮发霉现象没有被根除。所以国内干红葡萄酒发酵技术现状是局部有突破，总体落后。国内和国外以发酵罐升级为表征的、较为先进的发酵技术之所以没有得到国内众多葡萄酒厂的采纳，原因在于：国内及疆内的绝大多数葡萄酒厂都为中小型，其原料来源和产能有限，“消费不起”体积过于庞大（如多功能发酵罐、Ganimcde发酵罐）和能耗过大（如Vaslin发酵罐、COSVAL发酵罐）的发酵设备。3.该项目完成后推广应用领域、达到的技术水平，以及在经济发展中的作用。作为中小型葡萄酒厂，本着易操作、高效率、低造价的原则，本公司自主开发了自动循环发酵技术，其核心是倾斜锥底、有固定压板和环形聚汇集水装置、配自动汁液循环管的封闭罐。自动循环发酵技术能提高红葡萄酒成色物浸提率，从而提高生产效率、杜绝杂菌侵染从而改善生产环境、通过发酵罐自体50平方米表面积冷却，循环利用冷却水，从而节约资源，降低生产成本，回收利用废气，从而达到减排二氧化碳的目的。自动循环发酵技术将使葡萄色素、可溶性干浸出物的提取率达到由传统生产方式23g/L增加到27g/L，生产用水通过聚汇装置90%循环使用。节电每月达到8250千瓦时以上，通过密闭发酵，2CO绝大部分被回收，从而减少2CO排放。该技术处于国内干红葡萄酒生产领先水平。-8-自动循环发酵技术，一方面充分浸提了葡萄皮渣中的呈色呈味物质，有利于我区自然资源的充分利用；如果在全区中小型葡萄酒酿造企业推广，还能从整体上提升高我区葡萄酒的的档次、提高市场竞争力，更好地推动新疆葡萄酒走向国际市场；该项目还节水、节电、减排二氧化碳，是循环经济在我区葡萄酒产业中的的具体践行。三、实施方案在红葡萄酒生产过程中，通过对发酵阶段的技术参数的控制，来完成本项目的使命，通过对生产设备发酵罐的设计制造，完成发酵过程技术措施及工艺参数的实现。1.自动循环发酵技术特点、关键技术和关键工艺目前国内葡萄酒企业对红葡萄酒发酵基本上采用喷淋法，由发酵罐底部抽出葡萄汁液，通过泵引到罐顶部，循环喷淋的生产工艺，浸提出葡萄皮中的色素、单宁、干浸出物，其缺点是：①喷淋法葡萄汁液与皮渣接触时间短，不能充分浸出葡萄原料中的单宁色素及可溶性物质；②与空气接触过多，容易形成单宁氧化，降低成品葡萄酒的质量；③由于喷淋时接触空气形成霉菌的污染，特别是好气微生物的污染，造成酸败；④通过泵循环增加动力的消耗。根据以上的弊病，我们通过改进设计，克服上述的不利因素，弥补设备上的缺陷，达到红葡萄酒的科学要求，归纳如下：①自控压板-9-在传统压板式发酵罐基础上，用不锈钢板材设计罐体，容积303m，内置固定式压板；罐外设置2组平衡管，其作用是：一方面释放发酵过程形成的2CO,以免产生过高压力，另一方面形成倒流循环，获得良好的单宁及色素浸提物。②发酵罐冷却水循环装置发酵罐体上锥及筒体巨大外表面积50平方米作为冷却交换面。设计要求罐顶的出水装置能产生均匀的环形水膜，在获得良好的冷却效果时，冷却水通过聚汇装置被回收，通过冷却塔降温后循环利用。③罐体平衡管通过发酵罐密闭发酵调节三通阀，2CO可被回收。实际生产时，将全部发酵罐导流管组合连接，就可将工厂中的所有2CO综合利用，同时减少2CO排放。④斜锥罐底配以倾斜假底筛传统的方法在葡萄汁抽出口处，配以待筛漏网面积仅为0.2～0.4平方米，较易堵塞，而本项目设计采用罐底单方向倾斜，上部配以4平方米大面积的假底筛，使果汁皮渣自动分离。⑤皮渣压板压板抑压框焊接于罐体，压板上开5～8mm的孔洞，构成筛板，从下部贴附于抑压框。-10-2.实施的具体内容和技术路线(1)具体内容：①完成已有三个罐的工艺标准测试，测试内容：a色度，b干浸出物含量，c单宁含量，d多酚类物质含量，e白黎笋醇含量，②测定“自动循环干红葡萄原酒发酵罐”皮渣上浮形成的压强、温度变化等数据，完成2CO压力传感自控阀的设计和安装调试，为今后发酵罐设计、材料强度计算获得科学的数据。