CN100460496C

CN100460496C - 一种根据发酵排气浓度监测葡萄酒发酵过程的发酵罐

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Publication number: CN100460496C
Application number: CNB2003101222330A
Authority: CN
Inventors: 高畅; 李华; 高树贤; 沈忠勋
Original assignee: Northwest A&F University
Current assignee: Northwest A&F University
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2023-12-30
Also published as: CN1683493A

Abstract

本发明涉及一种根据发酵排气二氧化碳浓度监测葡萄酒发酵过程的发酵罐，其用容易在线测定的排气二氧化碳浓度取代不易在线测定的酒精浓度、葡萄糖浓度以及发酵液密度，根据葡萄酒发酵排气二氧化碳浓度监测发酵过程。本发明包括罐体，在罐体封头上设有二氧化碳气体排出管道，二氧化碳气体排出管道上设有二氧化碳浓度测定仪和二氧化碳气体流量计，二氧化碳气体排出管道的进气口处设置一滤网，罐体外表面设有冷却夹套，冷却夹套由罐体壁和夹套壁所构成，夹套壁密接于罐体壁，冷却夹套内设有换热器。

Description

一种根据发酵排气浓度监测葡萄酒发酵过程的发酵罐

一、技术领域：

本发明涉及一种葡萄酒发酵装置，尤其是涉及一种根据发酵排气二氧化碳浓度监测葡萄酒发酵过程的发酵罐。

二、背景技术：

葡萄酒发酵过程中酵母细胞释放大量的CO₂，根据酒精发酵的机理，葡萄糖发酵生成酒精的反应式为：

C₆H₆O₁₂＝2C₂H₅OH+2CO₂

理论上1mol(180g)葡萄糖发酵生成2mol(92g)酒精和2mol CO₂(88g，约44.4L)，酒精和CO₂二者质量比为0.956。发酵1L酒精度12°的葡萄酒需要消耗216g葡萄糖，约产生56L CO₂气体。

实际酒精发酵过程中由于一些底物进入细胞用于构成细胞成分和分解生成能量ATP，以及发酵副产物(3.3％的糖转变为甘油，0.6％的糖转变成有机酸，此外还有乙醛、杂醇油等)的产生，实际转化率为理论理论得率的95％，即实际酒精的生成系数约为0.95，酵母利用的葡萄糖中约95％转变成酒精(51.1％×0.95＝48.54％)和CO₂(2×44.07/180＝0.489，48.9×0.95＝46.5％)，产生的CO₂和酒精的数量基本相等。

发酵过程中需要实时监测并控制发酵进程。目前国内葡萄酒发酵多数是测定发酵液密度变化来监测过程。普遍的方法是人工定时取样测定比重，通过监测发酵过程发酵液密度(或比重)的变化，绘制发酵曲线，并以此来判断发酵进行的正常与否。密度变化实际上是发酵液中糖、酒精浓度等化学成分变化的外在表现。当发酵液中的糖、酒精成分测定不方便的情况下，密度作为物理参数是能够准确反映发酵进程的主要参数。酒精发酵最直接的监测参数是酒精浓度的增加和糖的消耗。然而葡萄酒发酵过程密度在线检测存在以下实际问题：

(1)被测信号的变化量小

以葡萄汁中18g/l糖生成1％(v/v)酒精，若生产12v/v(％)葡萄酒，要求相应葡萄汁中含糖为216g/l，其比重约为1.092，密度约为1092g/l。发酵生成12％葡萄酒的比重约为0.992~0.996。从葡萄汁到发酵结束成为葡萄酒其比重的绝对变化量为0.096~0.100，这就要求测试仪器具有很高的精确度。

(2)发酵过程中存在干扰对测试结果的影响

发酵产生的CO₂气体对发酵液体存在着向上的推动作用，工艺操作的循环、倒罐产生强制对流，使罐内流体呈上下环绕的流动状态，是动态过程。当发酵处于旺盛阶段时，液体流动产生的干扰信号大于被测信号密度的变化量，使得测定结果难以辨认和区分干扰信号与被测号。

(3)发酵液中各种物质对测试结果的影响

接触式密度传感器浸没在发酵液中使用一段时间后，发酵液中含有的某些固形物(如结晶沉淀产生的酒石以及酵母及其残体形成的生物沉淀)会粘附在传感器表面，导致测定结果的可信度大为降低。

结合葡萄酒生产实际，发酵在敞口容器内即在常压下进行，葡萄酒发酵温度维持在工艺规定的范围内(干红葡萄酒26-30℃，干白葡萄酒18-20℃)，在一定的压力、一定的温度下，液体中CO₂溶解度为常数。现有的葡萄酒发酵罐是开放式，当发酵液中溶解的CO₂浓度达到饱和时，其余的CO₂通过液相逸出并经发酵罐口排放到周围环境中，通过强制通风或自然对流排到室外。

根据发酵动力学理论，排气CO₂浓度及CO₂释放速率(单位时间、单位底物产生的CO₂浓度，用CER表示)可以作为反映发酵进程的重要特征，CO₂释放量可作为监测发酵过程的指标，CO₂释放速率(CER)与发酵速率是相关联的。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种根据发酵排气二氧化碳浓度监测葡萄酒发酵过程的发酵罐，采用软测量技术实现发酵的在线测定，以利于控制发酵，即用容易在线测定的参数(排气二氧化碳浓度和流量)取代不易在线测定的参数(酒精浓度、葡萄糖浓度以及发酵液密度等)，就可以根据葡萄酒发酵排气CO₂浓度和流量监测发酵过程。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种根据发酵排气浓度监测葡萄酒发酵过程的发酵罐，其特殊之处在于：包括罐体，在罐体封头上设有二氧化碳气体排出管道，二氧化碳气体排出管道上设有二氧化碳浓度测定仪和二氧化碳气体流量计。

上述二氧化碳气体排出管道的进气口处设置一滤网。

上述发酵罐上安装有安全阀。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、本发明根据排气CO₂浓度及流量直接监测发酵过程，代替了人定时工取样测定发酵液密度，减少了大量的测定工作量，降低了人员的劳动强度，能够实现在线监测发酵进程；

2、本发明亦适用于白葡萄汁发酵前的低温浸渍、澄清及红葡萄酒的苹果酸—乳酸发酵等。

四、附图说明：

附图为本发明的结构示意图。

五、具体实施方式：

参见附图，该发酵罐为立式圆柱体结构，由罐体、罐底、椭圆形封头5、外夹层换热器、液位计2、取样阀、人孔13、进料口7、浊酒出口15、清酒出口14、排污口1等组成。在罐体封头5上设有二氧化碳气体排出管道8，二氧化碳气体排出管道8上设有二氧化碳浓度测定仪9和二氧化碳气体流量计10，连续测定排出二氧化碳浓度和气体流量两个参数，监测发酵进程。安装在排气管路上的气体流量计10能够准确计量流量；浓度测定仪9能够测定排气浓度。通过对流量累积量和浓度测定，就可以计算出在发酵的某一时刻累计消耗的底物葡萄糖和生成的产物酒精的量，监测发酵过程。二氧化碳气体排出管道8的进气口处设置一滤网11，避免由于葡萄汁中含有少量固体(主要是未除净的果皮)进入排气管道。罐体外表面设有冷却夹套3，冷却夹套3由罐体壁和夹套壁所构成，夹套壁密接于罐体壁，冷却夹套3内设有换热器，冷却夹套3上开有冷却介质进出口4。为提高换热效果，使冷却介质呈现湍流状态，换热器蜂窝板12表面有规律地分布蜂窝状凹坑，凹坑与罐体壁点焊。另外，在为了保证安全，在发酵罐上安装安全阀6，避免由于某些特殊情况(如发酵产生的泡漠、未除净的果皮等)导致排气管路不畅而可能出现的意外。为便于排空罐内残液及清洗水，罐底平面为与水平面夹角为2～5度的斜面。罐体上还设有进料口、人孔以及清酒出口和浊酒出口。

Claims

1.一种根据发酵排气浓度检测葡萄酒发酵过程的发酵罐，其特征在于：包括罐体，在罐体封头(5)上设有二氧化碳气体排出管道(8)，二氧化碳气体排出管道(8)上设有二氧化碳浓度测定仪(9)和二氧化碳气体流量计(10)。

2.根据权利要求1所述的一种根据发酵排气浓度检测葡萄酒发酵过程的发酵罐，其特征在于：所述二氧化碳排出管道(8)的进气口处设置以滤网(11)。

3.根据权利要求1或2所述的一种根据发酵排气浓度检测葡萄酒发酵过程的发酵罐，其特征在于：所述发酵罐上安装有安全阀(6)。