CN102985524A - 发酵装置 - Google Patents
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Abstract
为了用气体影响以压缩产物形式存在的植物产物的全部液体物质，本方法提供了(i)将压缩产物储存在第一个罐（10）中，以使其在其中发酵；(ii)将一定量的氧合气体（GS）或发酵促进气体，例如空气和/或氧气、CO2、氮气、氩气或一般气体引入到第一个罐（12）中含有的液体部分中，其中所述量以基本上瞬时的方式引入，并适合于形成一个或多个大气泡，所述一个或多个大气泡上升，影响并基本上搅拌了全部体积的液体部分。
Description
本发明涉及发酵方法，并涉及适合于实施发酵的装置。尽管本发明可用于处理压缩形式的任一植物产物，但以下说明以实施例的方式提及了酿酒——一个其中已经证明本发明特别有效的领域。
酿酒借助于特定的罐进行，其中将果汁引入进行发酵。发酵过程产生了大量的气体产物，特别是CO2，其有效地参与了好酒的成功酿制。气体从果汁中散发出来，并向上推动残渣和任何固体部分，在那里所述残渣和任何固体部分压紧并形成固体层，称为“罩（cap）”。
上述酒精发酵通过酵母进行，所述酵母可以是内在的，即包含在葡萄中，并在任何情况下以标准条件引发发酵，或者是添加的，即基于酵母特性，在实验室中选择并引入到发酵罐中，并因此获得酒。在酒精发酵工艺期间，酵母需要氧气用于其生存和繁殖、将糖转化成酒精，并释放大量CO2（每升果汁40-50升的CO2）。
酒精发酵可以在没有氧气的情况下进行，但得到的酒质量低劣。因此，为了得到好的酒，不仅存在合适地氧合酵母的问题，还存在在全部果汁液体物质中均匀地进行氧合的问题。将氧气（或者空气）引入（以尽可能可控的和均匀的方式）到果汁中的另一原因是经过氧气后颜色被固定。
在知道果汁中的糖水平、发酵罐中含有的果汁的体积、可利用的酵母的类型，以及每升果汁的氧气需求的情况下，可以预先定义在某一时间范围内和在某一可控温度下适当地进行酒精发酵所需要的氧气的多少。
因此，产生了另一问题：在酿酒步骤期间，由于极少氧气的引入会减缓或者抑制发酵，所以需要将预期量的氧气精确地引入到发酵罐中。
现有技术包含了部分解决办法，所述解决办法还没有解决上述问题。
例如，通过在发酵罐的一个或多个位点放置喷嘴，通过高压（1-8巴）注射空气并低速进入到果汁中（大型氧合）；或者在发酵白酒的情况下，通过喷嘴或多孔塞将CO2注入到果汁中，来氧合进入果汁中的酵母（更简略地，在下文中称为“氧合果汁”）。在储存步骤期间，用浸没在酒中的多孔塞再次进行可控的氧气注射（微型氧合（micro-oxygenation））。
该***允许将精确已知的气体量：空气、CO2或氧气引入到发酵罐/贮藏罐中，但是其仅能影响置于多孔塞或者喷嘴的垂直位置的液柱。并且对于多孔塞和喷嘴的阻塞问题，对于发酵罐的内部卫生或者使用实用性，还不可能根据需要增加喷嘴或多孔塞的数量。
通常，在红酒的发酵期间，在罐的低点，用泵和泵送管抽取果汁，并将其喷雾在罩上，将空气注入到泵送管中。因此，可以影响氧合中的全部果汁，但已经证明，发酵工艺期间，机械构件或泵的使用大大地破坏了果汁的感官品质。
本发明的主要目的是提出改进现有技术的发酵方法和装置。
其他目的是提供发酵方法和装置，其
-改进酒发酵品质；和/或
-允许果汁均匀地氧合；和/或
-允许果汁精确地和可控地氧合；和/或
-改进酒的感官品质，例如气味和/或香气；
-改进压缩产物的温度控制。
通过所附权利要求的方法和装置实现了上述目的。
以基本上瞬时的方式，将一定量的气体引入到液体部分中，以形成一个或多个大气泡，所述一个或多个大气泡湍动地上升，影响并基本上搅拌了全部体积的液体部分。因此，大气泡和/或气泡的形成允许振荡全部质量的液体果汁，将其混合，并使其全部与引入的气体作用。因此，也使得全部液体物质的温度是均一的。
因此获得了好酒，条件是在酿酒加工期间，给果汁适当进料合适量的空气（红酒的酒精发酵）或CO2或其他气体（白酒的发酵），本发明通过将空气或其他促进气体（其促进了发酵加工的适当发生）例如酵母的促进气体，从外部引入到发酵罐中的果汁中，改进了发酵工艺。
在储存的情况下，本发明还允许在不使用多孔塞的情况下实施酒的微型氧合。
有利地，优选的是引入精确地定量了的气体。
为了精确地调整待转入到发酵罐中的气体的量，以使在没有活化有害物质的情况下促进适当的化学反应，优选地预先填充第二贮藏罐。本发明提供了以比（第一）发酵罐中所存在的压力更高的压力，将预定量的氧合气体（GS）或发酵促进气体，例如空气和/或氧气、CO2、氮气等或其混合物填充入第二个罐的手段。然后在罩下的一个或多个点，将第二个发酵罐与第一发酵罐连通，由于两个发酵罐之间的压力差，使得气体转移到液体果汁物质中，形成了上升的气泡或微气泡，并作用和氧合它。结果是氧气在全部液体物质中最大限度地扩散，并且实现了最大量的酵母用于活化并喂饲它们。
为了测定填充的气体的量，可以使用调整引入到第二个罐中的气体的量的手段以向其中引入预定量的气体和/或用于控制引入到第二个罐中的气体的压力的手段，以推断引入的量。就技术而言，测量罐中的气体压力要比测量所引入的气体的量更简单，因此优选的是间接的测量。在该情况下，下文指出了对应于气体量的压力，意味着在算法上（例如通过软件）或者通过压力的量值根据经验推断对应的量值，其中1/100巴的分辨率便已足够。
由于贮藏罐体积是恒定的，温度也是恒定的，并且可以合理地将储存的气体完全近似地考虑为理想气体，所以压力测量提供了所含气体的摩尔数，以及因此所转移的气体的摩尔数信息（贮藏罐中最初压力与最终压力之间的比率等于最初摩尔数与最终摩尔数之间的比率）。
该数值表明，控制可以是人工的或者优选地自动的（例如通过软件控制）。
现在，本发明的描述将涉及所附图例，其中示意性显示了酒制作器的优选实施方案的功能性结构。
用果汁30，通过已知的手段和方法填充罐10。将导管14放置在罐10的上部，通过阀门24以可控的方式与第二个罐12的上部连通。将第二导管18放置在罐10的底部，通过阀门26以可控的方式与罐12的底部连通。
可以使用一个和多个入口导管，全部都通过相同的阀门控制，或者每一导管通过其自身的阀门控制。阀门打开控制可以是同时的或者非同时的，即顺次打开阀门，影响体积和罩的多个部分。出于相同的目的，可以在罐的不同点放置多个吹出导管。
罐10具有可通过具有放气功能的阀门22控制的上部通风口20（任选的）。
在罐12的壁上，提供了具有调节或者施加罐12内气体温度功能的热调节工具或者热交换工具40。含空气、氮气、氧气或者其他食品级气体GS的第三个罐50通过导管52与罐12连接，其中可通过阀门54调整流速。
可以使用产生工业气体的机器或工具，例如食品级压缩机（如果是压缩空气）或者氮气发生器等等代替罐50。
酒制造器如下运行：
将果汁30引入到罐10中，并且用于封闭果汁30流出的阀门26最初是关闭的。
一段时间后，果汁30发酵并产生了气体产物或者气体80（主要为CO2），并产生了固体罩CP。应当注意，在高度低于罩CP的底部处，导管18在被果汁30占据的点处导入罐10。现在，打开阀门24，并且气体80自动填充罐12。
关闭阀门22，以防止气体80从罐10中逸出。
预定时间后，通过关闭阀门24分离罐10、12。在压力下，气体80保持被截留到罐12中，然而通过打开阀门22，其他部分通过导管20减压（或者放气）。
可以通过阀门22，例如通过使用具有经校准的打开阈值的阀门，以前述步骤控制进入到已分离的罐12的气体80的压力。放气后，阀门22还允许调节罐10中剩余的压力；在实验上，发现这对于在其中重建大气压是有利且简单的。
此时，在罐12中存在具有一定压力的一定量的CO2，所述CO2是在发酵期间，用于将糖转化成醇的工艺的气体产物（处于气味饱和状态）。
按每天每升酿酒罐10中存在的果汁的重量（或体积）计，发酵步骤中的酵母需要一定量的氧气。为了改进发酵工艺，从外部将气体，如空气或氧气加入到罐12中，例如通过打开阀门54取自第三罐50。通过压力差或者压力泵，进行气体至罐12的注入。
例如，果汁30的合适的每日进料可能需要一天将10mgr氧气引入到罐10中，这例如相当于150毫巴空气。如果在罐12中已经存在300毫巴CO2，则产生了450毫巴CO2和空气和/或O2的混合物/体积。
然后打开阀门26，并且气体80自动流入到果汁30中，直到重新建立了罐10、12之间的压力平衡。随着气体上升，该气体决定了罩CP的软性破裂（soft breakage）及其沥滤、天然着色剂及其香气的提取。本发明提供了搅拌全部果汁30的另外作用。将足够体积的气体突然引入到罐10中具有在低压下产生大泡沫和泡沫的作用，并因此有利于全部果汁与一定量的氧气在限定的时间内氧合。
大泡沫的体积优选地为罐10的体积的5%-40%，优选地约10%-15%。
罐12的使用允许气体贮藏罐，其中注入到罐10中的气体的量是精确填充的。作为罐10、12的尺寸之间的优选比例，优选的是罐12的体积为罐10的体积的10%-90%，优选地10%-70%，特别地30%（相对于障碍物（encumbrance）更有效）。当然，可以根据与待加工的葡萄的类型相关的需求来改变比例。
实施例：对于50至300hl之间的发酵罐，连接管或导管（吹出导管）18具有通常为30mm-80mm的内径。对于更低或者更高容量的发酵罐，可以分别使用更小或者更大的直径。罐10具有200hl总容量；罐12具有60hl容积。在罐12中，存在由
-发酵的CO2（300毫巴）；
-为酵母氧合引入的空气（100毫巴）；
-引入的氮气（50毫巴）
的贡献的总和提供的450毫巴压力。
果汁的静水压力头为150毫巴，所以罐12、10之间的压差为300毫巴。假定在每一循环，在罐10中，在2-5秒的时间内，通过导管18，在罐10中吹入气泡或者气体混合物（CO2+空气+氮气）的量为约20hl的体积。
对于罐10、12之间相差的优选压力，优选的是50至1000毫巴之间所包含的区间值，在任一情况下，可以根据罐10、12的体积、待制备成酒的葡萄的类型和酿酒的类型而变化。
除以软性方式破坏罩使得果汁溢出，并在果汁中和罩中重新引入香气和挥发性气味（包含于罐12中所储存的发酵CO2中）外，大泡沫在非常短的时间内移动果汁，并使其完全氧合。实验测试显示，在引入大泡沫后10-15秒后，在全部果汁中存在混合气体微气泡的极细混悬物。因此，该***允许同时实施大型氧合和微型氧合。
因此，引入到果汁30中的气体大气泡不仅移动了果汁并破坏了罩CP，但是在发酵期间，它为存在的酵母喂饲了其所需的适量空气/氧气。因为引入了大量低压气体，作用是完全搅拌并立即混合了全部液体体积。不同于已知的***，例如具有多孔塞的***，其中在果汁中的一个或多个吹入空气或氧气的点中引入空气或氧气，实际上仅影响了位于分配点（dispensingpoint）之上的锥形范围内的果汁。
根据本发明，在保持罩湿润的情况下，以及在预发酵和发酵后步骤期间（其中没有足够的CO2产生），可以实施果汁转移和罩破坏。
在该情况下或者在发酵工艺的给定步骤有功能的任一情况下，将非氧化气体引入到气体贮藏罐12中。酿酒罐10保持0巴的压力。关闭连接管14、18。将例如，将500毫巴的氮气或其他气体或合适气体的混合物引入到罐10中。
然后打开阀门26，并将引入的氮气的大气泡和/或小气泡（或者其他）释放入果汁30中，并在罩CP之下，将其破坏。在此处还发生了影响果汁和/或罩的全部作用的效果。
对于芳香的白酒，该可能性是非常重要的，其对于氧的存在特别敏感，并因此需要相对于红酒而言不同的加工类型。对于白酒，本发明使用外部CO2，用于填充罐12，允许该工艺相当大的改进。
事实上，CO2能萃取香气和气味，并防止有害细菌产生和酒氧化。因此，在理想的环境中，用CO2处理白酒，条件是可以用CO2循环地并且完全地去除[果皮+果汁]物质。
优选的是在低压（例如50-100毫巴）中保持罐10，并且这可以防止空气进入罐10，还可以保持部分CO2溶解在果汁中（参见亨利定律）。
因此，本发明还解决了萃取香气和气味，并在同时防止酒氧化的问题。
上述方法的变型考虑使用具有以下有利作用的方法40。
发酵通常在20至30℃之间进行。尽管储存在罐12中的发酵气体粗略地鉴定为CO2，但其实际上是挥发性物质的化合物，主要是CO2，若非重要量的酿酒价值的典型香味和味道的发酵葡萄糖的话。
通过将储存的气体的温度突然从20-30℃降低至0-5℃来浓缩香气，并在酿酒工艺的最后，通过简单的排放，从罐12中去除它们。在发酵工艺的最后，可以将此类香气重新引入到酒中，用于改善其味道和气味。
还可以冷却或者加热待引入（吹入）到罐10中的储存在罐12中的气体。该目的是在液体和/或[液体+果皮]物质的内部起作用，以改变/控制其温度。
在理论上，用于热调节液体物质的最好的***是在其中（最好是在中心）引入一个或多个热交换器，用于控制其温度。然而，这种***表现出了三个缺点：
-***到食物罐中的热交换器可能是细菌污染的来源；
-平板和/或线圈的存在会干扰物质[液体+果皮]的移动，并且可能会干扰机械罩移动组件；
-热交换器使用添加了有毒化学物质的特殊液体，其防止液体在0℃以下结冰。如果热交换器损坏，那么该液体将不可挽回地污染果汁。
因为全部这些原因，尽管更有热效，但应用于罐体外部的热交换器（通常作为外部口袋）几乎已经完全取代了内部热交换器。
该解决办法解决了上述问题，但效率还不够高，因为去往和来自交换器的热流必须到达液体物质的中心，这是温度控制最关键和最困难的点。
在酒精发酵期间，非常重要的是尽可能均匀地控制果汁温度。由于酵母不受控制的增殖作用和随之发生的果汁感官品质的降低，果汁温度迅速的不可控的增加可能造成不期望的热酒化（thermo-vinification）现象，即加热果汁和果渣超过了一定的阈值。
如果发酵罐尺寸更大，那么该问题更突出。
使用工具40，可以热调节储存在罐12中的气体混合物。将其吹入到果汁中，并利用毛细管扩散，可能获得用大气泡和小气泡以受控的温度立即冷却或加热所有物质[液体+果皮]的效果。
显而易见的是，所述工艺的每一步可以有利的是自动化的和/或程序化的。其允许，例如通过气泡设定罩CP的周期性破坏循环、罐10的实验性放气方法、使用在罐12中混合的气体的多种组合物并然后引入到罐10中，以程序化的次数将不同量的气体或者气体的混合物注入到罐10中。
所述的一部分结构域与EP 2 058 384中存在的结构相同，其中本发明可以带来加大的改进。然而，应当理解，导管14和阀门24，作为相关的加工步骤，对于氧合是任选的，因为它们仅用于从罐10中回收CO2和香气。
对于加工管理便利的是，通过精心制作的部件，例如PLC，进行传感器检测和阀门引导(valve piloting)。
在附图中，罐10、12显示为分离的，但例如，它们可以是单个罐的分区。
Claims (20)
1.用于处理压缩形式的、由液体部分和固体漂浮部分形成的植物产物的方法，包括步骤
(i)将压缩的产物储存在第一个罐（10）中，使其在其中发酵；
(ii)在第一个罐（12）中含有的液体部分中引入适量的氧合气体（GS）或发酵促进气体，例如空气和/或氧气、CO2、氮气、氩气或者一般气体，
其特征在于，
以基本上瞬时的方式引入所述量，并且
所述量适合于形成一个或多个大气泡和/或气泡，所述大气泡和/或气泡上升，影响并基本上搅拌了全部体积的所述液体部分。
2.权利要求1的方法，其中
(ii)用比第一个罐中存在的压力更高的压力的气体填充第二个罐（12）；
(iii)将所述第二个罐与所述第一个罐在液体部分中的一个或多个点处连通，从而由于所述两个罐之间的压力差，发生所述量的气体的转移。
3.权利要求2的方法，其中将所述第一个罐（12）与所述第二个罐连接，用于将第一个罐中发酵形成的气体产物（80）捕获到所述第二个罐中，以在所述转移期间使用它们。
4.权利要求3的方法，其中迅速降低所述第二个罐中的温度，以冷凝在发酵的气体产物中存在的气味。
5.前述权利要求中任一项的方法，其中将预定量的气体引入到所述第二个罐中和/或控制进入所述第二个罐的气体压力，以计算所述量。
6.权利要求5的方法，其中基于氧合所述第一个罐中含有的压缩产物中存在的酵母进行充分氧合对氧的总体需求来计算所述量。
7.权利要求5的方法，其中基于在所述第一个罐中含有的压缩产物的充分发酵对CO2或其他工业气体的总体需求来计算所述量。
8.前述权利要求中任一项的方法，其中调节引入到所述第一个罐中的气体的温度，以调节所述压缩产物的温度。
9.用于处理压缩形式的、由液体部分和固体漂浮部分形成的植物产物的装置，包括用于容纳所述压缩产物（30）的第一个罐（10），
其特征在于，其包含以基本上瞬时的方式将一定量的氧合气体（GS）或者发酵促进气体，例如空气和/或氧气、CO2、氮气、氩气或者一般气体引入所述第一个罐（12）的工具，
所述量能够形成一个或多个大气泡和/或气泡，所述大气泡和/或气泡上升，影响并基本上搅拌了全部体积的所述液体部分。
10.权利要求9的装置，包含
-第二个罐（12），
-适合于将所述第一个罐和所述第二个罐连通的导管***（18），所述***具有进入所述第一个罐的一个或多个出口，其中在使用期间存在压缩产物的液体物质，
-与导管***连接的阀门工具（26），用于根据所述工具的开/关状态，使所述两个罐选择性地连通，
-用于以比所述第一个罐中存在的压力更高的压力，将一定量的氧合气体（GS）或者发酵促进气体，例如空气和/或氧气、CO2、氩气等或者混合物或者一般气体填充入所述第二个罐（12）的工具。
11.权利要求10的装置，包含用于突然打开阀门工具（26）的工具，从而由于所述两个发酵罐之间的压力差，气体被转入液体部分，并形成气泡和/或大气泡，所述气泡和/或大气泡上升而影响并氧合所述液体部分。
12.权利要求10或11的装置，包含
-适于将所述第一个罐的一部分与所述第二个罐连通的第二个导管***（14），其中气体产物在所述第一个罐中积累，和
与所述第二个导管***连接的阀门工具（24），用于根据所述工具的开/关状态，使所述两个罐选择性地连通。
13.权利要求9-12中任一项的装置，包含被至少一个隔板在内部分隔成两个子容积的外壳，所述子容积构成了所述第一个和第二个罐。
14.权利要求9-13中任一项的装置，其中所述填充工具包含
-第三个发酵罐，或者至少一种气体，例如氧合气体（GS）或者发酵促进气体的来源，和
-适于将所述第二个和所述第三发酵罐或者所述来源连通的导管***（52），和
-与导管***连接的阀门工具（54），用于根据所述工具的开/关状态，使所述第二和第三发酵罐或者来源选择性地连通。
15.权利要求10-14中任一项的装置，包含用于释放热量到所述第二个罐或从所述第二个罐去除热量的热交换器工具。
16.权利要求10-15中任一项的装置，包含在所述第二个罐中含有的气体的温度调节工具。
17.前述权利要求9-16中任一项的装置，包含用于检测在所述第一个罐中存在的液体部分的体积或水平的传感器。
18.前述权利要求9-17中任一项的装置，包含用于第一个罐向外放气的阀门工具（22）。
19.前述权利要求14-18中任一项的装置，包含
-可编程的装置，用于计算氧合/影响所述第一个罐中含有的全部体积的液体部分所需的氧合气体（GS）或发酵促进气体或者与所述液体部分化学反应的气体的量，和
阀门工具（24、26、54），用于将计算量的气体填充入所述第二个罐并将其排出到所述第一个罐中。
20.用于权利要求19的可编程装置的程序，以使当在所述可编程装置中装载并执行程序时，其管理阀门工具的控制和/或读取传感器和/或计算氧合气体（GS）或发酵促进气体的所述量。
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