CN1031110A - 发酵的方法和装置及其应用 - Google Patents

Abstract

在发酵过程中，由于发酵和二氧化碳的挟带而从 发酵槽中散发出的蒸汽进行冷凝。上述冷凝至少在 二个互相串联的级(5，7)中分级完成，第一级的运行 温度为-5℃至-15℃，而第二级的运行温度为-15℃ 至-50℃。本发明可用于提高发醇产品，特别是酒 (在葡萄发酵的情况下)的质量和/或产量。

Description

本发明涉及一种改进的发酵方法及用于实施这种方法的装置。本发明主要（但并不局限于）涉及葡萄发酵。

业已知道，所有的发酵过程均产生碳酸气，后者挟带了芳香族化合物、醇馏出液和水蒸汽而向大气逸出。

GAY-LUSSAC和PASTEUR的研究工作给出（葡萄）酒精发酵的化学平衡，即每100克葡萄糖中含有：

（1）48.4克乙醇

（2）46.6克碳酸酐（23.65升）

（3）3.2克丙三醇

（4）0.6克琥珀酸

（5）1.3克酵母。

人们业已作了大量努力，试图回收葡萄酿酒槽中散发出的醇类、芳香族化合物、杂醇油和碳酸酐。特别是，法国专利2，307，037揭示了这样一种方法，其中葡萄酿酒槽中散发出的蒸汽经冷凝后，再被送回这些酿酒槽中。

这种冷凝的目的在于使冷凝液能重新返回葡萄酿酒槽中，以提高酒中的酒精含量。

但是所有这些努力的实际结果并不理想，诸如冷凝柱的不稳定运行，醇产物回收不足，以及器官感觉效果差等。

长期以来，申请人进行了一系列实验、测试和分析，以找出可能引起的失败的原因，并谋求相应的对策。追其原因有很多，某些问题将在下文讨论。然而，仿佛改进的措施集中在同一方向，亦即用分级冷凝代替简单的冷凝，并按准确的规定进行。

事实上，酒并不是一种简单的含水的醇溶液，其合法的定义，即“新鲜葡萄或新鲜葡萄汁的发酵产品”清楚地表明，酒是生物产品的生物转化结果。现代分析技术（带有改进型接枝相毛细管柱的气相色谱法、高性能液相色谱法、质谱法）已能鉴别和定量测定将近600种化合物，其中大部分是挥发性化合物，约包括200种酯、50种醇和20种醛缩醇等。在整个发酵过程中，某些化合物全部或部分地发生了转化，而其他一些化合物则保持不变，由此显现出颜色、味道和香味，亦即体现出最终产物的质量。风味的概念（味道加香味）是由化学家考虑了那些产生感觉的化学组分而进行评价的;酿酒学家则从消费者对这些组分的反应而予以评价。

这些组分中有重分子和轻分子。根据化学家和酿酒学家的结论，因此有可能确定分级蒸馏液阈值的选择，以及在使冷凝液重新回到酿酒槽还是予以排除的两个方案中作出选择。

因此，本发明的目的在于提供一种改进的葡萄酿酒法，以克服已知方法的缺点，这种改进的方法可以增加酒的风味，或提高酒的产量，更一般地说，本发明的目的是提供一种改进的发酵方法，以及用于实施所说方法的装置。

在发酵过程中，由于发酵和二氧化碳的挟带，从发酵槽中散发出的蒸汽经受冷凝过程，按照本发明，这种发酵方法的特征在于，所说的冷凝过程以至少分成相继（串联）二级的分级方式进行，第一级的运行温度为-5℃至-15℃，第二级的运行温度为-15℃至-50℃。

因此，按照本发明的具体方法，在第一级中冷凝下来的基本上是水和重质醇，而第二级中主要是轻质醇。

按照本发明的一个较佳实施例，至少一部分回收的冷凝液再被送回槽内。

按照本发明的一个较佳实施例，重新送回槽内的冷凝液中，轻质醇所占的比例大于重质醇。

富集轻质醇的冷凝液是在第二级冷凝中回收得到的。在葡萄酿酒情况下，将富集芳香族化合物的轻质醇再引入槽内，可提高酒的质量。

若仅需提高酒的产量，则可将回收的全部冷凝液再送入槽中。

最好能回收槽内逸出的二氧化碳，并进行压缩和/或液化。

上述二氧化碳可用作冷凝阶段的致冷剂（流体）。

按照本发明的一个较佳实施例，回收得到的二氧化碳从槽的底部注入，以对槽内物料起搅动作用，并促进发醇反应。

从槽底注入的二氧化碳的量可随槽内物料的温度而变化，以调节槽内温度。

而且，由本发明的方法所产生的二氧化碳可用来对收获后，但还未送入发酵装置的贮存水果和其他植物性产品进行保护，防止其发生氧化和避免温升。

根据本发明的另一个方面，用来实施本发明之方法的发酵装置，其特征在于：发酵槽的上部至少与二只由致冷剂冷却的彼此串联的柱相连接，所设的温度控制装置将第一只柱的内部温度调节至-5℃至-15℃，而将第二只柱的内部温度调节在-15℃至-50℃之间。

本发明的其他特点和优点将从以下描述中变得更为清楚。由非限制性实施例所给出的唯一的附图是本发明之装置的示意图。

参照附图，首先描述按照本发明所设计的葡萄酿酒装置。

从图中可以看出，装有正在进行发酵的葡萄3的发酵槽1的上部已通过管道4与三只彼此串联，并分别由致冷剂8，9，10冷却的冷凝柱5，6，7相连接。

致冷剂8，9，10的温度和流量系按下述原则选定，亦即应能将前面二个柱5，6的柱内温度调节至-5℃至-15℃之间，而将最后一个柱7的内部温度调节在-15℃至-50℃之间。

按照本发明的一个较佳实施例，前面二个柱5，6的柱内温度控制如下：即第一个柱的温度控制在-5℃和-10℃之间，主要将水冷凝下来，而第二个柱6的温度控制在-10℃和-15℃之间，主要将重质醇冷凝下来。

从附图中也可看出，冷凝柱5，6，7的下部5a，6a，7a经由管子11连接到发酵槽1中，以使柱内形成的全部或部分冷凝液再重新流入槽内。管道11经由支管12，13与柱6，7的下部6a，7a相连接，在支管12和13上装有阀门14，15，以便回收冷凝液。

从发酵槽1逸出的二氧化碳依次通过柱5，6和7，并以最后一个柱7的顶部（参见编号7b）进行回收。在柱7中冷却至-15℃和-50℃范围内的二氧化碳，作为致冷剂被引入第一个柱5（参见管道8），以将该柱温度冷却至-5℃至-10℃。

用于冷却柱6和柱7的致冷剂9，10是乙醇。上述乙醇系在冷却器16中冷却。一部分乙醇经由管道10送入柱7，另一部分经由管道9送入柱6。

柱6和柱7内的温度系按管道9和10中的乙醇温度和流量而进行调节。

从柱7排出的一部分二氧化碳可被压缩或液化，以供其他用途。

将回收得到的一部分二氧化碳再经管道17送入槽1底部，以对槽内物料进行搅动，并对该槽的温度进行调节。借助于与设置在槽1内的温度传感器19相连接的流量调节器18，使重新送回槽1底部的低温二氧化碳的量随该槽的温度而变化，以对槽1的温度进行调节。

以下将更为详细地描述本发明的方法，首先将描述本发明实施过程中所产生的各冷凝级分，及其运行结果。

（1）第一批冷凝液-水

只要温度达到0℃左右，水的冷凝效果非常好。反之，若温度太低，则冷凝过于剧烈，由此可能导致冰的生成。若结水现象显著发生，则必然伴有不规则的运行，并可能有不能接受的比例。业已知道，在混合物进行冷凝时，醇含量每增加2%，则冰点约下降1℃。若冷凝液中含有20%的醇（在发酵阶段开始及结束时的含量），则冰点仅为-10℃。某些研究者试图在大体上低于上述-10℃的温度下冷凝含量较高的蒸汽，但在醇含量太低的情况下，则遇到结冰的现象。

（2）第二批冷凝液-醇及其他重质有机产物

醇及其他重质有机产物是继水之后最先冷凝的产物。业已确定，令人不快的风味与这些产物有关，特别是与比重约为1，000克/升或较之更高的产物有关。去除重质产物或其混合物将有助于产生高质量的酒。

（3）第三批冷凝液-轻质醇和芳香族化合物

酒的风味可通过调整重质醇与轻质醇之比得以稳定，为此，酿酒学家及其技术是至关重要的。经验和试验已经证明，当轻质醇的含量超过重质醇时，可获得质量上的得益。第三批冷凝液的冷凝仅能在-30℃以下才能进行，而且只有在排除了上述第一部分“第一批冷凝液”中所指出的结冰危险后才能得以实现。

（4）第四批冷凝液-碳酸酐（CO₂）

回收得到的二氧化碳纯度随第三阶段中温度的高低而变化。即使在低温下，仍象原来一样，在二氧化碳中挟带了轻质醇和芳香族化合物，这种二氧化碳对某些应用，特别是食品和药物方面的应用是不合适的，为此必须进行一些指定的处理，以除去那些不希望有的组分。因此，它是一种具有有限效用的产物。

另一方面，若最终冷凝是在足够低的温度下进行，则二氧化碳能加以充分利用，包括在食品方面的应用，这将提高装置的经济性。

既已确定了问题的性质，因此就可能选择实施的方法，以使这些因数最佳化。

实际上，必须处理成分在很大范围内变化的冷凝液，其成分可因产区和年份而变化。提供给消费者的酒的色度（gamut）充分证明了问题的重要性。大致情况是，气体中所含的有机产物的量可自发酵开始时的零增大至发酵高峰时的50%以上，然后再回到零。而且，出于明显的经济原因，所选的***中必定有多只发酵槽。而鉴于生产的原因，这些槽从不处于相同的发酵阶段，因此装置仅仅偶尔地在稳定态条件下运行。按照本发明所设计的方法和装置可达到以上列举的全部目的。

按照本发明所制定的方法，它旨在按照附图所示的梗概，提供一种至少在两个冷凝柱（或级）中进行分级冷凝的手段。

具体方法描述如下：

在第一级（柱5和6）中，水和重质馏分冷凝下来。因此，致冷剂9在-5℃至-15℃的范围内运行。

这一级具有以下两个主要功能：

（1）鉴于致冷剂温度和离开槽的气体温度，故对柱和以下的级进行保护，使之避免结冰的危险;

（2）基本上消除了下游处理回路中的重质醇，因而使酿酒学家有可能在去除这些组分，还是将它们以预定比例混合的两种方案中作出选择。在该级中，柱5是作为气/气交换器进行运行的，所用的致冷剂8是在该装置的回路出口处回收得到的业经提纯的二氧化碳。

在第二级中，所用的柱是液/气交换器，该交换器的致冷剂（乙醇、二氧化碳等）可达-30℃以下的温度[结冰的危险已在第一个柱（或级）中消除]以使余下的醇冷凝。这些含有芳香族的轻质醇系按照酿酒学家的判断，将其再送回发酵槽内，由14例以上的葡萄酿酒生产的经验证明，这样可使酒精含量增加2/10-3/10度左右。

此外，第二个柱（或极）还可产生高纯度的，并具有市场价值的食用级质量的二氧化碳。

二个柱（或级）是所需的最低限度。使用补充的柱（或级）对于冷凝液选择往往是有利的。

因此，如附图所示，第一个柱可以是成对设置，以使所得的第一种冷凝液在第一阶段是以水为主，而在第二阶段以重质醇为主。由此得到混合液，避免了以下的级或柱超载。因而不必对装置的设计留有余量，也就不必增加生产成本。

既然是谋求将几乎全部的轻质产物都冷凝下来，则从技术和经济的角度上看，增加柱或塔板的数目也许是合乎理想的，以限制每一级中冷凝液的体积，并控制它们之中每一级的低温。

按照本发明所确定的方法也具有下述特点：

（1）如上所述，回收提纯后的二氧化碳，经压缩后可供某些直接的应用，再经液化，则可用于其他方面，或予以出售;

（2）在柱或热交换器中，通常使用乙醇或其他深致冷剂，但无论用哪一种，都必须采取一切必要的预防措施，以避免回路中酒与致冷剂接触。一种对策是用循环中产生的液态二氧化碳作为致冷剂，它即无危险，又不必冒生态污染的风险。使用回路中产生的二氧化碳具有结构和运行的显著经济性;

（3）葡萄酿酒温度的控制则影响最终产品的质量，如果每一种酒都有一个理想的精心确定的温度，则对于每一度酒精的生成，槽的温度将升高1.3℃。然而，根据颜色而定的槽的最高温度的理想范围在15-25℃之间。但是，在某些情况下，如葡萄供应，室温变化和不同的生物因素等，槽的温度将急剧上升。接着糟发生波动，由此将影响产品质量，并造成液体溢流。申请人谋求提供一种瞬时温度调节手段，将液化二氧化碳再送入槽内，以阻滞或防止波动，使酿酒学家能用常规措施控制发酵。这种温度控制手段达到的温差大于80℃。该操作对葡萄酿酒质量具有极大的效果;

（4）分级冷凝可以这样一种方式进行，以至离开冷凝柱的二氧化碳具有与控制***相容的大致恒定的温度，从而避免通过太多的液相，而这恰恰是不希望有的。

为了在二氧化碳和液态物料之间获得良好的热交换，兹推荐将二氧化碳在靠近槽底处注入，以增加槽内的搅动，有助于葡萄酿酒的顺利进行。由此可提高酿酒过程的速度。

在葡萄酿酒阶段前的最后改进业已完成。当葡萄由收割机采集下来而送入槽之前，必须将采集的葡萄束贮存在篮中。这将引发非常不希望有的发酵，特别在伴有高热时更易发作。申请人已提供了一种在二氧化碳和惰性气氛下的贮存手段，而且还能防止采集下来的葡萄温度上升。

Claims (13)

1、一种发酵方法，它包括由于发酵和二氧化碳挟带，而从发酵槽1中散发出来的蒸汽的冷凝过程，其特征在于所说的冷凝系以分级方式，在至少两个互相串联的级(柱)5，7中完成，第一级的温度约为-5℃-15℃而第二级的温度约为-15℃-50℃。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于至少一部分回收的冷凝液再被送回槽1中。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所说的送回槽1的冷凝液中，轻质醇的含量大于重质醇。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于回收的冷凝液全部送回槽1。

5、根据权利要求1，2，3或4所述的方法，其特征在于回收、压缩和/或液化离开槽1的二氧化碳。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征是用于冷凝阶段的致冷剂（流体）8是回收的二氧化碳。

7、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于将回收所得的二氧化碳从槽1的底部注入，以对槽内物料进行搅拌，并促进了酵反应。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于使注入槽1底部的二氧化碳的量随槽内物料的温度而变化，以对槽内温度进行调节。

9、一种根据权利要求1至8中任一条所述的方法而产生的二氧化碳的用途，其特征在于对采集后，但在送入发酵装置前进行贮存的水果和其他植物性产品予以保护，防止其氧化和温升。

10、一种用于实施权利要求1至8中任一条所述方法的发酵装置，其特征在于所说发酵槽1的上部2至少与二个互相串联的冷凝注5，7相连接，而冷凝柱5、7由致冷流体8、10冷却，而且还设有温度控制装置，以将第一个柱5的柱内温度调节在-5℃至-15℃之间，而将第二个柱7的柱内温度调节在-15℃至-50℃之间。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于所说的第一个柱被分成互相串联的二个柱5，6，其中前者5的温度被调节在-5℃至-10℃之间，主要将水冷凝下来;而后者6的温度被调节在-10℃至-15℃之间，主要将重质醇冷凝下来。

12、根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于所说冷凝柱的下部5a、6a和7a与槽1相连接，以将部分或全部冷凝液再送回槽1。

13、根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于它包括对通过柱5，6和7的二氧化碳进行回收的装置，并使回收的二氧化碳作为致冷剂8重新返回柱内，同时还将所说的二氧化碳从槽1底部送回，以对槽内物料进行搅动，并对其温度进行控制。