專利名稱：一種根據(jù)發(fā)酵排氣濃度監(jiān)測(cè)葡萄酒發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種葡萄酒發(fā)酵裝置，尤其是涉及一種根據(jù)發(fā)酵排氣二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)葡萄酒發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵罐。
背景技術(shù)：
葡萄酒發(fā)酵過(guò)程中酵母細(xì)胞釋放大量的CO2，根據(jù)酒精發(fā)酵的機(jī)理，葡萄糖發(fā)酵生成酒精的反應(yīng)式為C6H6O12＝2C2H5OH+2CO2理論上1mol(180g)葡萄糖發(fā)酵生成2mol(92g)酒精和2mol CO2(88g，約44.4L)，酒精和CO2二者質(zhì)量比為0.956。發(fā)酵1L酒精度12°的葡萄酒需要消耗216g葡萄糖，約產(chǎn)生56L CO2氣體。
實(shí)際酒精發(fā)酵過(guò)程中由于一些底物進(jìn)入細(xì)胞用于構(gòu)成細(xì)胞成分和分解生成能量ATP，以及發(fā)酵副產(chǎn)物(3.3％的糖轉(zhuǎn)變?yōu)楦视停?.6％的糖轉(zhuǎn)變成有機(jī)酸，此外還有乙醛、雜醇油等)的產(chǎn)生，實(shí)際轉(zhuǎn)化率為理論理論得率的95％，即實(shí)際酒精的生成系數(shù)約為0.95，酵母利用的葡萄糖中約95％轉(zhuǎn)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(chǎn)生的CO2和酒精的數(shù)量基本相等。
發(fā)酵過(guò)程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并控制發(fā)酵進(jìn)程。目前國(guó)內(nèi)葡萄酒發(fā)酵多數(shù)是測(cè)定發(fā)酵液密度變化來(lái)監(jiān)測(cè)過(guò)程。普遍的方法是人工定時(shí)取樣測(cè)定比重，通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程發(fā)酵液密度(或比重)的變化，繪制發(fā)酵曲線，并以此來(lái)判斷發(fā)酵進(jìn)行的正常與否。密度變化實(shí)際上是發(fā)酵液中糖、酒精濃度等化學(xué)成分變化的外在表現(xiàn)。當(dāng)發(fā)酵液中的糖、酒精成分測(cè)定不方便的情況下，密度作為物理參數(shù)是能夠準(zhǔn)確反映發(fā)酵進(jìn)程的主要參數(shù)。酒精發(fā)酵最直接的監(jiān)測(cè)參數(shù)是酒精濃度的增加和糖的消耗。然而葡萄酒發(fā)酵過(guò)程密度在線檢測(cè)存在以下實(shí)際問題(1)被測(cè)信號(hào)的變化量小以葡萄汁中18g/l糖生成1％(v/v)酒精，若生產(chǎn)12v/v(％)葡萄酒，要求相應(yīng)葡萄汁中含糖為216g/l，其比重約為1.092，密度約為1092g/l。發(fā)酵生成12％葡萄酒的比重約為0.992~0.996。從葡萄汁到發(fā)酵結(jié)束成為葡萄酒其比重的絕對(duì)變化量為0.096~0.100，這就要求測(cè)試儀器具有很高的精確度。
(2)發(fā)酵過(guò)程中存在干擾對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響發(fā)酵產(chǎn)生的CO2氣體對(duì)發(fā)酵液體存在著向上的推動(dòng)作用，工藝操作的循環(huán)、倒罐產(chǎn)生強(qiáng)制對(duì)流，使罐內(nèi)流體呈上下環(huán)繞的流動(dòng)狀態(tài)，是動(dòng)態(tài)過(guò)程。當(dāng)發(fā)酵處于旺盛階段時(shí)，液體流動(dòng)產(chǎn)生的干擾信號(hào)大于被測(cè)信號(hào)密度的變化量，使得測(cè)定結(jié)果難以辨認(rèn)和區(qū)分干擾信號(hào)與被測(cè)號(hào)。
(3)發(fā)酵液中各種物質(zhì)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響接觸式密度傳感器浸沒在發(fā)酵液中使用一段時(shí)間后，發(fā)酵液中含有的某些固形物(如結(jié)晶沉淀產(chǎn)生的酒石以及酵母及其殘?bào)w形成的生物沉淀)會(huì)粘附在傳感器表面，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果的可信度大為降低。
結(jié)合葡萄酒生產(chǎn)實(shí)際，發(fā)酵在敞口容器內(nèi)即在常壓下進(jìn)行，葡萄酒發(fā)酵溫度維持在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)(干紅葡萄酒26-30℃，干白葡萄酒18-20℃)，在一定的壓力、一定的溫度下，液體中CO2溶解度為常數(shù)?，F(xiàn)有的葡萄酒發(fā)酵罐是開放式，當(dāng)發(fā)酵液中溶解的CO2濃度達(dá)到飽和時(shí)，其余的CO2通過(guò)液相逸出并經(jīng)發(fā)酵罐口排放到周圍環(huán)境中，通過(guò)強(qiáng)制通風(fēng)或自然對(duì)流排到室外。
根據(jù)發(fā)酵動(dòng)力學(xué)理論，排氣CO2濃度及CO2釋放速率(單位時(shí)間、單位底物產(chǎn)生的CO2濃度，用CER表示)可以作為反映發(fā)酵進(jìn)程的重要特征，CO2釋放量可作為監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程的指標(biāo)，CO2釋放速率(CER)與發(fā)酵速率是相關(guān)聯(lián)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種根據(jù)發(fā)酵排氣二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)葡萄酒發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵罐，采用軟測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵的在線測(cè)定，以利于控制發(fā)酵，即用容易在線測(cè)定的參數(shù)(排氣二氧化碳濃度和流量)取代不易在線測(cè)定的參數(shù)(酒精濃度、葡萄糖濃度以及發(fā)酵液密度等)，就可以根據(jù)葡萄酒發(fā)酵排氣CO2濃度和流量監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種根據(jù)發(fā)酵排氣濃度監(jiān)測(cè)葡萄酒發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵罐，其特殊之處在于包括罐體，在罐體封頭上設(shè)有二氧化碳?xì)怏w排出管道，二氧化碳?xì)怏w排出管道上設(shè)有二氧化碳濃度測(cè)定儀和二氧化碳?xì)怏w流量計(jì)。
上述二氧化碳?xì)怏w排出管道的進(jìn)氣口處設(shè)置一濾網(wǎng)。
上述發(fā)酵罐上安裝有安全閥。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下1、本發(fā)明根據(jù)排氣CO2濃度及流量直接監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程，代替了人定時(shí)工取樣測(cè)定發(fā)酵液密度，減少了大量的測(cè)定工作量，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測(cè)發(fā)酵進(jìn)程；2、本發(fā)明亦適用于白葡萄汁發(fā)酵前的低溫浸漬、澄清及紅葡萄酒的蘋果酸—乳酸發(fā)酵等。
四

附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施例方式參見附圖，該發(fā)酵罐為立式圓柱體結(jié)構(gòu)，由罐體、罐底、橢圓形封頭5、外夾層換熱器、液位計(jì)2、取樣閥、人孔13、進(jìn)料口7、濁酒出口15、清酒出口14、排污口1等組成。在罐體封頭5上設(shè)有二氧化碳?xì)怏w排出管道8，二氧化碳?xì)怏w排出管道8上設(shè)有二氧化碳濃度測(cè)定儀9和二氧化碳?xì)怏w流量計(jì)10，連續(xù)測(cè)定排出二氧化碳濃度和氣體流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)，監(jiān)測(cè)發(fā)酵進(jìn)程。安裝在排氣管路上的氣體流量計(jì)10能夠準(zhǔn)確計(jì)量流量；濃度測(cè)定儀9能夠測(cè)定排氣濃度。通過(guò)對(duì)流量累積量和濃度測(cè)定，就可以計(jì)算出在發(fā)酵的某一時(shí)刻累計(jì)消耗的底物葡萄糖和生成的產(chǎn)物酒精的量，監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程。二氧化碳?xì)怏w排出管道8的進(jìn)氣口處設(shè)置一濾網(wǎng)11，避免由于葡萄汁中含有少量固體(主要是未除凈的果皮)進(jìn)入排氣管道。罐體外表面設(shè)有冷卻夾套3，冷卻夾套3由罐體壁和夾套壁所構(gòu)成，夾套壁密接于罐體壁，冷卻夾套3內(nèi)設(shè)有換熱器，冷卻夾套3上開有冷卻介質(zhì)進(jìn)出口4。為提高換熱效果，使冷卻介質(zhì)呈現(xiàn)湍流狀態(tài)，換熱器蜂窩板12表面有規(guī)律地分布蜂窩狀凹坑，凹坑與罐體壁點(diǎn)焊。另外，在為了保證安全，在發(fā)酵罐上安裝安全閥6，避免由于某些特殊情況(如發(fā)酵產(chǎn)生的泡漠、未除凈的果皮等)導(dǎo)致排氣管路不暢而可能出現(xiàn)的意外。為便于排空罐內(nèi)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(shè)有進(jìn)料口、人孔以及清酒出口和濁酒出口。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)發(fā)酵排氣濃度監(jiān)測(cè)葡萄酒發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵罐，其特征在于包括罐體，在罐體封頭(5)上設(shè)有二氧化碳?xì)怏w排出管道(8)，二氧化碳?xì)怏w排出管道(8)上設(shè)有二氧化碳濃度測(cè)定儀(9)和二氧化碳?xì)怏w流量計(jì)(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種根據(jù)發(fā)酵排氣濃度監(jiān)測(cè)葡萄酒發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵罐，其特征在于所述二氧化碳?xì)怏w排出管道(8)的進(jìn)氣口處設(shè)置一濾網(wǎng)(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種根據(jù)發(fā)酵排氣濃度監(jiān)測(cè)葡萄酒發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵罐，其特征在于所述發(fā)酵罐上安裝有安全閥(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種根據(jù)發(fā)酵排氣二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)葡萄酒發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵罐，其用容易在線測(cè)定的排氣二氧化碳濃度取代不易在線測(cè)定的酒精濃度、葡萄糖濃度以及發(fā)酵液密度，根據(jù)葡萄酒發(fā)酵排氣二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程。本發(fā)明包括罐體，在罐體封頭上設(shè)有二氧化碳?xì)怏w排出管道，二氧化碳?xì)怏w排出管道上設(shè)有二氧化碳濃度測(cè)定儀和二氧化碳?xì)怏w流量計(jì)，二氧化碳?xì)怏w排出管道的進(jìn)氣口處設(shè)置一濾網(wǎng)，罐體外表面設(shè)有冷卻夾套，冷卻夾套由罐體壁和夾套壁所構(gòu)成，夾套壁密接于罐體壁，冷卻夾套內(nèi)設(shè)有換熱器。
文檔編號(hào)C12M1/36GK1683493SQ20031012223
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者高暢, 李華, 高樹賢, 沈忠勛 申請(qǐng)人:西北農(nóng)林科技大學(xué)