一種根據發酵排氣濃度監測葡萄酒發酵過程的發酵罐的製作方法

2023-11-10 12:20:42

專利名稱：一種根據發酵排氣濃度監測葡萄酒發酵過程的發酵罐的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種葡萄酒發酵裝置，尤其是涉及一種根據發酵排氣二氧化碳濃度監測葡萄酒發酵過程的發酵罐。
背景技術：
葡萄酒發酵過程中酵母細胞釋放大量的CO2，根據酒精發酵的機理，葡萄糖發酵生成酒精的反應式為C6H6O12＝2C2H5OH+2CO2理論上1mol(180g)葡萄糖發酵生成2mol(92g)酒精和2mol CO2(88g，約44.4L)，酒精和CO2二者質量比為0.956。發酵1L酒精度12°的葡萄酒需要消耗216g葡萄糖，約產生56L CO2氣體。
實際酒精發酵過程中由於一些底物進入細胞用於構成細胞成分和分解生成能量ATP，以及發酵副產物(3.3％的糖轉變為甘油，0.6％的糖轉變成有機酸，此外還有乙醛、雜醇油等)的產生，實際轉化率為理論理論得率的95％，即實際酒精的生成係數約為0.95，酵母利用的葡萄糖中約95％轉變成酒精(51.1％×0.95＝48.54％)和CO2(2×44.07/180＝0.489，48.9×0.95＝46.5％)，產生的CO2和酒精的數量基本相等。
發酵過程中需要實時監測並控制發酵進程。目前國內葡萄酒發酵多數是測定發酵液密度變化來監測過程。普遍的方法是人工定時取樣測定比重，通過監測發酵過程發酵液密度(或比重)的變化，繪製發酵曲線，並以此來判斷發酵進行的正常與否。密度變化實際上是發酵液中糖、酒精濃度等化學成分變化的外在表現。當發酵液中的糖、酒精成分測定不方便的情況下，密度作為物理參數是能夠準確反映發酵進程的主要參數。酒精發酵最直接的監測參數是酒精濃度的增加和糖的消耗。然而葡萄酒發酵過程密度在線檢測存在以下實際問題(1)被測信號的變化量小以葡萄汁中18g/l糖生成1％(v/v)酒精，若生產12v/v(％)葡萄酒，要求相應葡萄汁中含糖為216g/l，其比重約為1.092，密度約為1092g/l。發酵生成12％葡萄酒的比重約為0.992~0.996。從葡萄汁到發酵結束成為葡萄酒其比重的絕對變化量為0.096~0.100，這就要求測試儀器具有很高的精確度。
(2)發酵過程中存在幹擾對測試結果的影響發酵產生的CO2氣體對發酵液體存在著向上的推動作用，工藝操作的循環、倒罐產生強制對流，使罐內流體呈上下環繞的流動狀態，是動態過程。當發酵處於旺盛階段時，液體流動產生的幹擾信號大於被測信號密度的變化量，使得測定結果難以辨認和區分幹擾信號與被測號。
(3)發酵液中各種物質對測試結果的影響接觸式密度傳感器浸沒在發酵液中使用一段時間後，發酵液中含有的某些固形物(如結晶沉澱產生的酒石以及酵母及其殘體形成的生物沉澱)會粘附在傳感器表面，導致測定結果的可信度大為降低。
結合葡萄酒生產實際，發酵在敞口容器內即在常壓下進行，葡萄酒發酵溫度維持在工藝規定的範圍內(乾紅葡萄酒26-30℃，乾白葡萄酒18-20℃)，在一定的壓力、一定的溫度下，液體中CO2溶解度為常數。現有的葡萄酒發酵罐是開放式，當發酵液中溶解的CO2濃度達到飽和時，其餘的CO2通過液相逸出並經發酵罐口排放到周圍環境中，通過強制通風或自然對流排到室外。
根據發酵動力學理論，排氣CO2濃度及CO2釋放速率(單位時間、單位底物產生的CO2濃度，用CER表示)可以作為反映發酵進程的重要特徵，CO2釋放量可作為監測發酵過程的指標，CO2釋放速率(CER)與發酵速率是相關聯的。

發明內容
本發明為了解決上述背景技術中的不足之處，提供一種根據發酵排氣二氧化碳濃度監測葡萄酒發酵過程的發酵罐，採用軟測量技術實現發酵的在線測定，以利於控制發酵，即用容易在線測定的參數(排氣二氧化碳濃度和流量)取代不易在線測定的參數(酒精濃度、葡萄糖濃度以及發酵液密度等)，就可以根據葡萄酒發酵排氣CO2濃度和流量監測發酵過程。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案為一種根據發酵排氣濃度監測葡萄酒發酵過程的發酵罐，其特殊之處在於包括罐體，在罐體封頭上設有二氧化碳氣體排出管道，二氧化碳氣體排出管道上設有二氧化碳濃度測定儀和二氧化碳氣體流量計。
上述二氧化碳氣體排出管道的進氣口處設置一濾網。
上述發酵罐上安裝有安全閥。
與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下1、本發明根據排氣CO2濃度及流量直接監測發酵過程，代替了人定時工取樣測定發酵液密度，減少了大量的測定工作量，降低了人員的勞動強度，能夠實現在線監測發酵進程；2、本發明亦適用於白葡萄汁發酵前的低溫浸漬、澄清及紅葡萄酒的蘋果酸—乳酸發酵等。
四

附圖為本發明的結構示意圖。
五具體實施例方式參見附圖，該發酵罐為立式圓柱體結構，由罐體、罐底、橢圓形封頭5、外夾層換熱器、液位計2、取樣閥、人孔13、進料口7、濁酒出口15、清酒出口14、排汙口1等組成。在罐體封頭5上設有二氧化碳氣體排出管道8，二氧化碳氣體排出管道8上設有二氧化碳濃度測定儀9和二氧化碳氣體流量計10，連續測定排出二氧化碳濃度和氣體流量兩個參數，監測發酵進程。安裝在排氣管路上的氣體流量計10能夠準確計量流量；濃度測定儀9能夠測定排氣濃度。通過對流量累積量和濃度測定，就可以計算出在發酵的某一時刻累計消耗的底物葡萄糖和生成的產物酒精的量，監測發酵過程。二氧化碳氣體排出管道8的進氣口處設置一濾網11，避免由於葡萄汁中含有少量固體(主要是未除淨的果皮)進入排氣管道。罐體外表面設有冷卻夾套3，冷卻夾套3由罐體壁和夾套壁所構成，夾套壁密接於罐體壁，冷卻夾套3內設有換熱器，冷卻夾套3上開有冷卻介質進出口4。為提高換熱效果，使冷卻介質呈現湍流狀態，換熱器蜂窩板12表面有規律地分布蜂窩狀凹坑，凹坑與罐體壁點焊。另外，在為了保證安全，在發酵罐上安裝安全閥6，避免由於某些特殊情況(如發酵產生的泡漠、未除淨的果皮等)導致排氣管路不暢而可能出現的意外。為便於排空罐內殘液及清洗水，罐底平面為與水平面夾角為2～5度的斜面。罐體上還設有進料口、人孔以及清酒出口和濁酒出口。
權利要求
1.一種根據發酵排氣濃度監測葡萄酒發酵過程的發酵罐，其特徵在於包括罐體，在罐體封頭(5)上設有二氧化碳氣體排出管道(8)，二氧化碳氣體排出管道(8)上設有二氧化碳濃度測定儀(9)和二氧化碳氣體流量計(10)。
2.根據權利要求1所述的一種根據發酵排氣濃度監測葡萄酒發酵過程的發酵罐，其特徵在於所述二氧化碳氣體排出管道(8)的進氣口處設置一濾網(11)。
3.根據權利要求5所述的一種根據發酵排氣濃度監測葡萄酒發酵過程的發酵罐，其特徵在於所述發酵罐上安裝有安全閥(6)。
全文摘要
本發明涉及一種根據發酵排氣二氧化碳濃度監測葡萄酒發酵過程的發酵罐，其用容易在線測定的排氣二氧化碳濃度取代不易在線測定的酒精濃度、葡萄糖濃度以及發酵液密度，根據葡萄酒發酵排氣二氧化碳濃度監測發酵過程。本發明包括罐體，在罐體封頭上設有二氧化碳氣體排出管道，二氧化碳氣體排出管道上設有二氧化碳濃度測定儀和二氧化碳氣體流量計，二氧化碳氣體排出管道的進氣口處設置一濾網，罐體外表面設有冷卻夾套，冷卻夾套由罐體壁和夾套壁所構成，夾套壁密接於罐體壁，冷卻夾套內設有換熱器。
文檔編號C12M1/36GK1683493SQ20031012223
公開日2005年10月19日 申請日期2003年12月30日 優先權日2003年12月30日
發明者高暢, 李華, 高樹賢, 沈忠勳 申請人:西北農林科技大學