刘新超-年产5000吨红葡萄酒工艺设计

兰州交通大学课程设计题目名称：年产5000吨红葡萄酒工艺设计学院：化学与生物工程学院专业班级:生工1301班学号：201307604学生姓名：刘新超指导教师：桂妍雯兰州交通大学课程设计1摘要葡萄酒是我国五大酒种中增长较快的酒种之一，本设计在结合中国葡萄酒行业实际情况的基础上，借鉴国外葡萄酒行业的成熟经验，设计了年产5000t红葡萄酒的工艺体系。该设计以质量优良的葡萄为原料，经过破碎加工、发酵、过滤等工艺生产得到优质红葡萄酒。该工艺具有投资小、产出大、见效快、节约、环保、高效等特点，具有科学性、先进性和可操作性。关键词：红葡萄酒工艺设计产品质量兰州交通大学课程设计21前言1.1葡萄酒定义葡萄酒是用葡萄果实或葡萄汁，经过发酵酿制而成的酒精饮料。在水果中，由于葡萄的葡萄糖含量较高，贮存一段时间就会发出酒味，因此常常以葡萄酿酒。葡萄酒是目前世界上产量最大、普及最广的单糖酿造酒。早在六千年以前，在盛产葡萄的地中海区域，两河流域的苏美尔人和尼罗河流域的古埃及人就会酿造葡萄酒。有趣的是，在舞蹈文化中，有一种葡萄酒舞是在酿酒用葡萄丰收时，庆祝的团体舞蹈。在古埃及文化中，葡萄酒（红酒）和血相关联，这种象征关系也影响了附近地区产生的的宗教。在中国文化中，与葡萄酒有关的诗词文学始自汉朝，多视葡萄酒为一种美酒。清代末期张弼士从欧洲引进葡萄酒的酿制技术到中国，并在山东烟台建立中国近代首个葡萄园和葡萄酒厂，中国才有重新制作本土生产的葡萄酒，其体系和礼节完全按照欧洲技术和传统。红葡萄酒的颜色主要来自于葡萄皮中的花色素苷。由于在发酵制作过程中含有葡萄皮的成分，红葡萄酒有比白葡萄酒有更高的保健价值。研究表明，摄入适量的红葡萄酒对健康有益。一部分原因是因为皮中含有儿茶素、白藜芦醇等多酚物质。它们可能降低癌症的发病风险。1.2葡萄酒分类葡萄酒有许多分类方式。以成品颜色来说，可分为红葡萄酒、白葡萄酒及粉红葡萄酒三类。其中红葡萄酒又可细分为乾红葡萄酒、半乾红葡萄酒、半甜红葡萄酒和甜葡葡萄酒。白葡萄酒则细分为干白葡萄酒、半干白葡萄酒、半甜白葡萄酒和甜白葡萄酒。以酿造方式来说，可以分为葡萄酒、气泡葡萄酒、加烈葡萄酒和加味葡萄酒四类。其中一般葡萄酒的酒精含量约为百分之八到十五，然而加烈葡萄酒的酒精含量可能会更高。1.3葡萄品种葡萄酒的风味取决于酿酒葡萄的品种。因为不同的葡萄，所酿制出来的香味、喝的方式、收藏的方式都不同，所以风味会有很大的差别。葡萄的品种千变万化，而不同地区的地理位置、纬度、土质与气候，都有适合栽培的葡萄品种。酿制红葡萄酒的葡萄品种主要有：赤霞珠、梅洛葡萄、西拉葡萄、黑皮诺、马尔贝克、山吉欧维榭、格那希、内比奥罗、金芬黛、加美；酿制白葡萄酒的葡萄品种主要有：夏多内、雷司令、琼瑶浆、蜜思卡岱、白苏维侬、榭密雍、麝香葡萄、格乌塔明那、维欧尼尔、灰皮诺。要酿造好的葡萄酒，首先要有好的葡萄原料，葡萄酒的质量，七成取决于葡萄原料，葡萄原料是奠定葡萄酒质量的物质基础。所谓葡萄原料的质量，主要是指酿酒葡萄的品种，葡萄的成熟度及葡萄的新鲜度，这三者都对酿成的葡萄酒质量具有决定性的影响。葡萄酒的质量先天在于原料，后天在于工艺。我国东北、西北及黄河地区都适合栽培酿酒葡萄品种。1.4选题的目的和意义本题目是年产5000t红葡萄酒的工艺设计，是在结合中国葡萄酒业实际情况兰州交通大学课程设计3的基础上，同时借鉴国外葡萄酒行业的成熟经验，制订出的一套更科学、更合理的工艺体系，以满足生产管理和消费者的需求。与传统工艺相比，该工艺除具有投资小、产出大、见效快的特点外，还有省水、省电、省汽、劳动强度低、环保等特点，因此，该工艺设计具有科学性、先进性和可操作性；所以新工艺的推广必将引导行业的产品技术和质量的全面提升，提高本企业的葡萄酒在市场上的地位，并将会引领整个葡萄酒行业升级和科技进步。兰州交通大学课程设计42红葡萄酒生产工艺2.1红葡萄酒生产工艺简介葡萄酒是用葡萄果实或葡萄汁，经过发酵酿制而成的酒精饮料。它的主要生产工艺分三步：第一步，分离获得葡萄汁；第二步，进行酒精发酵和苹果酸-乳酸发酵阶段；第三步，储存管理工艺。2.2红葡萄酒生产工艺2.2.1收集葡萄红葡萄比较容易被氧化，采收时必须尽量小心保持果粒完整，以免影响成品质量。2.2.2破碎加工葡萄采收后，要进行破碎加工，从而最大限度地保证破碎葡萄的新鲜度，并便于压榨取汁和去除果梗。除梗可在破碎前，也可在破碎的同时或之后。目前通常使用葡萄破碎机加工，破碎与除梗工序同时完成。需要注意的是，破碎工序中要求所有葡萄粒都要破碎且不能伤及种子及果梗，以避免种子和果梗中所含的宁、油脂等物质进入果汁中，增加葡萄酒的苦涩和麻味。在破碎前，应对葡萄果实进行分选，把不同品种、不同成熟度的果实分开破碎，同时除去烂果。在破碎时可按葡萄重量加入适量的SO2，可以防止杂菌繁殖2.2.3压榨为了不将葡萄皮、梗和籽中的单宁和油脂榨出，压榨时压力必须温和平均，而且要适当翻动葡萄渣。2.2.4分离取汁果汁分离是红葡萄酒的重要工艺。将葡萄破碎除梗，果浆直接输入果汁分离机进行果汁分离。采用连续螺旋式果汁分离机低速、轻微施压于果浆。2.2.5澄清传统沉淀法约需1d的时间；离心分离器比较方便，但动力太强，常将酵母菌一并除去而需添加人工酵母。二氧化硫静置澄清采用适量添加二氧化硫来澄清葡萄汁，其操作简单，效果较好，在澄清过程中二氧化硫主要起3个作用：①可加速胶体凝聚，对非生物杂质起到助沉作用。②葡萄皮上有野生酵母、细菌、霉菌等微生物，在采收加工过程中也可能感染其他杂菌，使用二氧化硫起到抑制杂菌的作用。③葡萄汁中酚类化合物、色素、儿茶素等易发生氧化反应，使果汁变质，当葡萄汁中有游离二氧化硫存在时，首先与二氧化硫发生氧化反应，可防止葡萄汁被氧化。2.2.6发酵兰州交通大学课程设计5红葡萄酒发酵多采用人工培育的优良酵母（或固体活性干酵母）进行低温发酵。主发酵温度在16～22℃为宜，主发酵期为6d左右。主发酵后残糖降至5g/L以下，即可转入后发酵。后发酵温度一般控制在15℃以下。在缓慢的后发酵中，葡萄酒香和味的形成更为完善，残糖继续下降至2g/L以下。后发酵持续30d左右。2.2.7倒桶、储酒将澄清的葡萄酒倒入橡木桶中储藏，此过程对红葡萄酒的酿制很重要，几乎所有高品质的葡萄酒都经橡木桶的储藏，因为橡木桶不仅补充了酒的香味，同时提供适度的氧气使酒圆润和谐。储藏时间的长短依据酒的结构、橡木桶的大小新旧而定，通常不会超过2年。红葡萄酒储藏的过程主要是为了提高稳定性，使酒成熟，口味重，要达到这个要求，和谐乳酸发酵、换桶、短暂透气等都是不可少的程序。2.2.8过滤红葡萄酒是否清澈跟酒的品质没有太大的关系，除非是因为细菌感染使酒浑浊。但为了美观，或使酒结构更稳定，通常还是会进行澄清的程序。酿酒师可依需要选择适当的过滤法。2.2.9冷处理冷处理是使酒中杂质因温度降低而发生沉淀，再通过过滤把沉淀除去，使酒质稳定，如去酒石酸化盐、乳酸发酵、澄清等，才能使发酵液在瓶中进行二次发酵。2.2.10调配在二次发酵前，酿酒师常会混合不同产区和年份的葡萄酒以调配出所要的各种口味。发酵完毕，经储藏一段时间的葡萄原酒，逐渐趋向老熟，酒味变得醇和起来，酿酒者可以对原酒的酒度、糖分、酸分进行调配。上市的红葡萄酒的含糖量为12%～14%，酒度为12%vol，酒度用同品种蒸馏酒调配，酸度可用柠檬酸或中性酒石酸调配，糖度用白砂糖调配。2.2.11装瓶前的过滤装瓶前，必须去除酒中的死酵母和葡萄碎屑等杂质。常用的方法有换桶、过滤法、离心分离器和皂土过滤法等。2.2.12装瓶、杀菌、包装把酒装入预先消毒的酒瓶中，于60～70℃，杀菌15～20min。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30mg～50mg/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，就兰州交通大学课程设计6是对装瓶封口后的葡萄酒，进行包装装潢。红葡萄酒生产总工艺流程见下图图1控温26-28℃皂土图1红葡萄酒生产总流程图葡萄分选破碎压榨分离取汁二氧化硫澄清发酵多次倒桶储酒过滤冷处理调配过滤红葡萄酒酵母和糖蒸馏酒白砂糖柠檬酸兰州交通大学课程设计73工艺计算及设备选型3.1葡萄酒工艺物料衡算3.1.1生产周期主酵期5～7d，后酵期为20～30d，储酒期0.5～2年，生产能力5000t。3.1.2原料用量按工艺要求，葡萄酒的原料为100%新鲜的优质葡萄，葡萄用量为1000kg。其糖度为196g/L，按正常工艺操作，酿成的酒的酒精度为11.0%vol～12.0%vol，符合国家的标准要求。3.1.3葡萄汁的量葡萄经除梗破碎之后得到的葡萄汁，一般情况下皮、梗、籽占整个果穗的23%，不能酿酒发酵的低档压榨汁为3%。因此，所得葡萄浆的量为：5000×（1-23%）×（1-3%）=3734.5t3.1.4发酵原酒的量葡萄汁经过酒精发酵之后，分离酒脚，接着进行自然发酵，之后分离酒脚得到的发酵原酒。一般情况下，酒精发酵后的酒脚量约占整个发酵醪液的5%，自然发酵后的酒脚量约占发酵原酒的2%，再次发酵过程中的压榨、管道及操作损失约为1%。因此，酒精发酵后所得原酒的量为：3734.5×（1-5%-1%）=3510.43kg，苹果酸-乳酸发酵后所得原酒的量为：3510.43×（1-2%）=3440.2kg3.1.5陈酿原酒量发酵后，原酒进入陈酿阶段，此过程需经过几次的倒罐操作，分离酒脚，得到较澄清的、口感较佳的陈酿型原酒。在陈酿期间酒脚、储存期自然损失及操作过程中的损失一般为3%左右，因此，陈酿后原酒的量为：3440.2×（1-3%）=3337kg3.1.6稳定后处理原酒的量陈酿后的原酒在品评均衡后经稳定性处理，主要进行下胶澄清、低温冷冻和趁冷过滤处理。其中下胶澄清过程的损失约为2%。低温冷冻和趁冷过滤过程损失为2%。因此，稳定性处理后原酒的量为：3337×（1-2%）×(1-2%)=3204.8kg3.1.7装瓶后成品的量稳定性处理后的酒经无菌过滤后，进入灌装系统装瓶包装。在此过程中的过滤损失及机械操作等损失大约为2%。因此，装瓶后的成品的量为：3204.8×（1-2%）=3140.8kg3.1.8出酒率由物料衡算得知，5000t葡萄产酒3140.8t；兰州交通大学课程设计8则葡萄出酒率为：3140.8÷5000×100%=62.8%吨酒耗葡萄量为：5000÷3140.8=1.59t年产5000t红葡萄酒耗葡萄量为：5000×1.59t=7950t3.1.9二氧化硫的添加量生产5000t红葡萄酒，二氧化硫用量为50mg/L，使用6%的亚硫酸调硫，添加量为：5000×50/6%=4170L。3.1.10蔗糖添加量生产5000t红葡萄酒，出汁率为75%，含糖为196g/L，生产12%vol葡萄酒，需补加蔗糖：（12×18-196）×5000=100000kg=100t。3.2设备设计及选型（1）发酵罐的选型（2）发酵罐个数和结构尺寸的确定年产5000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5000/300=16.67t/天有效容积：16.67*15=250t/天发酵体积：250/0.8=312.5t/天取发酵罐20t*15加1个备用，公用16个发酵罐，即N=16总V=62.6*5000/1076/0.8=363.6m3V有效=62.6*5000/1076=290.9m3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=1.2Dh1=h2=0.1DV=0.785D2(H+1/3h1+1/3h2)D=4.2mH=1.2D=5.1mh1=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—罐的半径兰州交通大学课程设计9A