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生物工艺学课程设计说明书 年产1000吨红葡萄酒生产设计年产1000吨红葡萄酒生产设计 姓 名： 程广玉 班 级： 07生物制药 学 号： 070110050036 2010.6引言 21、红葡萄酒生产工艺 31.1 红葡萄酒生产工艺概述 31.2 葡萄的成熟与采收 41.3 红葡萄的破碎加工 41.4 红葡萄酒的主发酵41.5 红葡萄酒的后发酵51.6 红葡萄原酒的贮藏和陈酿61.7 红葡萄酒的澄清与过滤61.8 红葡萄酒的装瓶与包装72、发酵罐的设计与选型 72.1 葡萄酒工艺的物料衡算72.2 设备设计与选型83、 产品质量控制 9参考文献 10收获与体会 11引言大约7000年以前葡萄栽培已经在小亚细亚里海与黑海之间开始，欧洲最早开始种植葡萄并进行酿造的国家是希腊，随着罗马帝国的扩张葡萄栽培和葡萄酿酒技术开始迅速传播。我国引入欧亚种葡萄是在西汉时期，张骞出使西域将葡萄从大宛引入并引入了酿酒艺人，从此我国开始有了葡萄酒。我国葡萄酒工业化生产始于1892年烟台张裕葡萄酿酒公司的建立，100多年来，葡萄酒业几经沉浮，近十几年来的发展速度较快，2005年全国葡萄酒年产量达40万吨，酿酒葡萄的栽培面积也达到90万亩，酿酒葡萄产量达到60万吨。葡萄酒的质量先天在于原料，后天在于工艺。目前国内干红葡萄酒的生产大都采用传统工艺，葡萄破碎后，添加二氧化硫、果胶酶，在添加果胶酶46小时后添加酵母，启动酒精发酵，当糖降到49L时标志着酒精发酵结束，然后进行皮渣分离，或根据经验延长浸渍几天再进行皮渣分离，分离后满罐贮存，添加二氧化硫终止苹果酸一乳酸发酵，或自然放置15天左右后再添加二氧化硫(进行自然苹果酸，乳酸发酵)。以新鲜葡萄或葡萄汁为原料，经酒精发酵酿制而成的酒精含量不低于8.5%的饮料酒成为葡萄酒。根据酒的颜色可以分为红葡萄酒、白葡萄酒和桃红葡萄酒。其中红葡萄酒是用果皮带色的葡萄制成的，酒色呈深红、鲜红、紫红或宝石红。红葡萄酒酿造，是将红葡萄原料破碎后，使皮渣和葡萄汁混合发酵。在红葡萄酒的发酵过程中，将葡萄糖转化为酒精的发酵过程和固体物质的浸取过程同时进行。通过红葡萄酒的发酵过程，将红葡萄果浆变成红葡萄酒，并将葡萄果粒中的有机酸、维生素、微量元素及单宁、色素等多酚类化合物，转移到葡萄原酒中。红葡萄原酒经过贮藏、澄清处理和稳定处理，即成为精美的红葡萄酒酒。1、红葡萄酒生产工艺1.1 红葡萄酒生产工艺概述葡萄酒酿造就是将葡萄转化为葡萄酒。它包括两个阶段：第一阶段为物理化学或物理学阶段，即在酿造红葡萄酒时，葡萄浆果中的固体成分通过浸渍进入葡萄汁，在酿造白葡萄酒时，通过压榨获得葡萄汁；第二阶段为生物学阶段，即酒精发酵和苹果-酸乳酸发酵阶段4。红葡萄酒生产的总工艺流程见图1。图1 红葡萄酒生产总流程图1.2 葡萄的成熟与采收 对于大量生产的葡萄酒，葡萄浆果达到生理成熟期，就应该采收、加工。为了科学地确定葡萄浆果的成熟时间，决定最佳的采收期，可以根据成熟系数的值，来分析判断。在葡萄的成熟过程中，葡萄浆果的含糖量不断升高，含酸量急剧下降，所以成熟系数M的值迅速升高。对于某一个具体的葡萄品种来说，当葡萄已经达到生理成熟，其含糖量和含酸量很少变化，这时成熟系数的值也相对稳定。一般说来，要做高质量的葡萄酒，M的值必须大于20。1.3 红葡萄的破碎加工 葡萄酒破碎的目的，是使葡萄果粒破裂而释放出果汁。对红葡萄酒加工而言，一般要求尽量高的果粒破碎率和除梗率。整穗的葡萄经过破碎机上对向滚动的一对辊轴，把葡萄挤碎，落入破碎机的卧式筛笼内。筛笼内有一个能快速转动的轴杆，轴杆上按有许多齿钉，把葡萄梗分离出去。葡萄浆从筛笼的孔落入接受槽里，由活塞泵或转子泵，把葡萄浆输送到发酵罐里。在进行葡萄破碎时，要同时按葡萄重量加入50PPm60PPm的SO2，可以亚硫酸的形式加入。或随着葡萄破碎机一起加入，或随破碎后的葡萄浆加入。加入的SO2一定要均匀。它对防止杂菌和野生酵母的繁殖，保证葡萄酒酵母菌的纯种发酵极端重要。1.4 红葡萄酒的主发酵红葡萄酒的发酵容器多种多样。现代国内外普遍采用不锈钢发酵罐。也有用碳钢罐，必须进行防腐涂料处理。或者用水泥池子，经过防腐涂料处理。传统的生产方法，红葡萄酒发酵是在橡木桶内进行的。发酵红葡萄酒的工艺流程：葡萄破碎入罐（加入5060PPmSO2） 加入果胶酶（用量3050mg/L） 加入活性干酵母及酵母的营养素（干酵母用量200mg/L NH3H2PO4用量300mg/L） 自发酵开始24小时加入单宁（200mg250mg/L） 红葡萄酒浸渍发酵的温度控制在2028。从接入酵母菌开始，每天开放式倒罐两次，每次倒罐量50%。倒罐时应喷淋整个皮渣的表面，测温度、比重，绘制发酵曲线，并根据发酵曲线，及时调整发酵过程的控制。 葡萄酒主发酵过程，主要完成的生化反应是，酵母菌把葡萄糖和果糖，转化成酒精和二氧化碳的过程。酵母菌只能通过同化基质中的碳水化合物，获得生长繁殖所需要的能量。酵母菌同化碳水化合物有两种形式，即在有氧条件下的呼吸作用：C6H12O66CO2+6H2O+647J 在无氧的条件下，酵母菌通过对糖的不完全分解，形成乙醇和二氧化碳，从而获得能量，这一过程叫做酒精发酵：C6H12O62CH3CH2OH+2CO2 酵母菌只能直接利用己糖（葡萄糖和果糖），蔗糖需经转化酶分解成己糖后，才能被酵母菌同化。酒精发酵是一个复杂的生物化学反应过程。在酵母体内不同酶的作用下，经过一系列化学反应，生成一系列中间产物，最终生成酒精和二氧化碳，并有多种副产物。酒精发酵的主要副产物有甘油、乙醛、乙酸、琥珀酸、乳酸，还有多种高级醇和酯类1。红葡萄酒浸渍发酵的温度控制在2028。从接入酵母菌开始，每天开放式倒罐两次，每次倒罐量50%。倒罐时应喷淋整个皮渣的表面，测温度、比重，绘制发酵曲线，并根据发酵曲线，及时调整发酵过程的控制。 红葡萄酒的主发酵过程一般是67天。当发酵汁含残糖达到5g/L以下时，进行皮渣分离。分离出来的自流汁，应该单独存放和管理。自流汁控干后，立即对皮渣进行压榨，压榨汁也应该单独存放和管理。1.5 红葡萄酒的后发酵在成熟的葡萄果粒中，自然要残留一部分苹果酸。随着葡萄的加工过程，苹果酸要转移到主发酵完成后的葡萄原酒中。苹果酸是双羧基酸，口味比较尖酸。红葡萄酒的后发酵过程，也叫苹果酸乳酸发酵过程。这个过程是在乳酸细菌的作用下，将苹果酸分解成乳酸和CO2的过程。经过苹果酸乳酸发酵的红葡萄酒，尖酸降低，果香醇香加浓，口感柔协肥硕，才称得上名副其实的红葡萄酒。现在红葡萄酒苹果酸乳酸发酵，大多采用人工添加乳酸细菌的方法，人为地控制苹果酸乳酸发酵。首先是酵母菌完成对糖的主发酵，然后是乳酸菌完成将苹果酸转化成乳酸的后发酵。当葡萄酒中不再含有糖和苹果酸时，葡萄酒才具有生物稳定性，必须立即除去葡萄酒中所有的微生物2。1.6 红葡萄原酒的贮藏和陈酿红葡萄原酒后发酵完成后，要立即添加足够量的SO2。一方面能杀死乳酸细菌，抑制酵母菌的活动，有利于红原酒的沉淀和澄清。另一方面，SO2能防止红原酒的氧化，使红原酒进入安全地贮藏陈酿期。从贮藏管理操作上讲，一般应该在后发酵结束后，即当年的11月12月份，进行一次分离倒桶。把沉淀的酵母和乳酸细菌（酒脚、酒泥）分离掉，清酒倒到另一个干净容器里满桶贮藏。第二次倒桶待来年的34月份。经过一个冬天的自然冷冻，红原酒中要分离出不少的酒石酸盐沉淀，把结晶沉淀的酒石酸盐分离掉，有利于提高酒的稳定性。第三次倒桶待第二年的11月份。在以后的贮藏管理中，每年的11月份倒一次桶即可。橡木桶不仅是红葡萄原酒贮藏陈酿容器，更主要的它能赋予高档红葡萄酒所必须的橡木的芳香和口味，是酿造高档红葡萄酒必不可缺小的容器。橡木的芳香成份和单宁物质浸溶到葡萄酒中，构成葡萄酒陈酿的 橡木香和醇厚丰满的口味。1.7 红葡萄酒的澄清与过滤葡萄酒的澄清，分自然澄清和人工澄清两种方法。红葡萄酒单纯靠自然澄清过程，是达不到商品葡萄酒装瓶要求的。必须采用人为的澄清手段，才能保证商品葡萄酒对澄清的要求。人工的澄清方法有以下几种：其一、下胶。下胶就是往葡萄酒中加入亲水胶体，使之与葡萄酒中的胶体物质和以分子团聚的丹宁、色素、蛋白质、金属复合物等，发生絮凝反应，并将这些不稳定的因素除去，使葡萄酒澄清稳定。其二、过滤。过滤是使葡萄酒快速澄清的最有效手段，是葡萄酒生产中重要的工艺环节。其三、离心。离心处理可以除去葡萄酒中悬浮微粒的沉淀，从而达到葡萄酒澄清的目的。在红葡萄酒生产中应用不多。1.8 红葡萄酒的装瓶与包装葡萄酒的装瓶与包装，是葡萄酒生产的最后一道工序。红葡萄酒装瓶前，首先检验装瓶酒的质量。经过理化分析，微生物检验和感官品尝，各项指标都合格，才能进入装瓶过程。为了延长瓶装红葡萄酒的稳定期，防止棕色破败病，红葡萄酒装瓶以前，要加入30mg50mg/L的Vc。对于装瓶后立即投入市场，短时间里就能消费的红葡萄酒，可采用防盗盖封口，这样成本低。国内外大多数红葡萄酒，都是采用软木塞封口，软木塞封口比较严密，可以延长瓶装红葡萄酒的保存期限。 所谓葡萄酒的包装，就是对装瓶压塞的葡萄酒，进行包装装璜，使其成为对顾客有吸引力的商品。葡萄酒的包装装璜，主要是加热缩帽，贴大标，贴背标，装盒，装箱等。2、发酵罐的设计与选型2.1 葡萄酒工艺的物料衡算 （1）加硫90mg/L ms=90*10-3*58.2*103=5.24kg （2）加单宁 0.16g/L m单宁=0.16*58.2*103=9.31kg （3）加果胶酶 30g/t m=30*67.2=2kg （4）加酵母 m酵母=1*67.2/10=6.72kg （5）加糖 m=1.1/10*67.2*103=7.4*103kg2.2 设备设计与选型（1） 发酵罐的选型（2） 发酵罐个数和结构尺寸的确定年产1000吨，装料系数0.8，出汁率75%葡萄酒密度=1076kg/m3， 生产周期T=15天 发酵罐个数的确定 日产1000/300=3.4t/天 有效容积：3.34*15=50.1t/天 发酵体积：50.1/0.8=62.6t/天 取发酵罐 20t*3 加1个备用，公用4个发酵罐，即N=4 总V=62.6*1000/1076/0.8=72.7m3 V有效=62.6*1000/1076=58.2m3 发酵罐结构尺寸的计算 发酵罐采用圆柱形器身，底和顶为锥形盖，选取结构尺寸的比例关系3如下： H=1.2D h1=h2=0.1D V=0.785D2(H+1/3h1+1/3h2) D=4.2m H=1.2D=5.1m h1=h2=0.1D=0.42m 由发酵罐的基本结构尺寸，可确定气罐表面积，罐体圆柱部分表面积A1和罐底、罐顶表面积A2、A3分别为：R罐的半径 A1=DH=3.14*4.2*5.1=67.3m3 A2=A3=R(R2+h2)1/2=3.14*2.35(2.352+0.422)1/2=17.6m2 所以全罐面积A=A1+A2+A3=102.5m2 （3）总的发酵热计算 Q=Q1（Q2+Q3）3 Q1=msq 式中m每罐发酵醪量，kg s糖度降低的百分值，% q每1kg糖发酵放热，J Q主发酵期每小时糖度降低1度所放出的热量，J Q1=62.6*103*1%*418.6=2.62*105kJ/h Q2=5%Q1=5%*2.62*105=1.3*104kJ/h Q3=Akc(TW-TB) 假定罐壁不包扎保温层，TW=35，TB=32 则 kc=k对+k辐=1.7(TW-TB)1/4+c(TW/100)4-(TB/100)4/(TW- TB) =8kJ/(m2.h) Q3=102.5*8*(35-32)=2400kJ/h Q=Q1-(Q2+Q3) Q=2.62*105-1.3*104-2400=2.46*105kJ/h4、 产品质量控制3.1尽量采取理想工艺，将优良原料的优良特点最大限度地体现在葡萄酒产品中。 3.2尽量采用复合式生产线,以提高设备利用率，节约设备投资;并使生产作业线最径直和捷短，减少运输，节约能源；缩小占地面积，节约厂房投资。 3.3对产品的更新和发展要求应具有较强的适应性。 所谓理想工艺是指葡萄原料状况良好的情况下，所采取的工艺流程。所谓复合生产线是指不同类型的葡萄酒采用同一生产线。不同类型葡萄酒的工艺流程虽有差异，但酿造工艺中仍有许多共同环节。如原料的机械处理(破碎，除梗，压榨)，SO2处理，酵母的添加以及酒精发酵的管理和控制等。白葡萄酒和红葡萄酒的生产工艺主要是酒精发酵过程有所差别，白葡萄酒是用澄清葡萄汁发酵的，红葡萄酒是用皮渣与葡萄汁相混合发酵(即所谓浸渍发酵)。其余工艺环节基本一样，采用的设备完全一致，因此可采用同一生产线进行生产。参考文献 1李华现代葡萄酒工艺学，陕西人民出版社，1995。 2顾国贤酿造酒工艺学，中国轻工业出版社，1996。 3梁世中生物工程设备，中国轻工业出版社，2002。 4李华等葡萄酒化学，科学出版社，2005。 5黄儒强、李玲生物发酵技术与设备操作，化学工业出版社，2006。 6Roger B.Boulton，Vernon L.Singleton，Linda F.Bisson and Ralph E.KunkeePriniples and Practic