專利名稱：發(fā)酵的方法和裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的發(fā)酵方法及用于實施這種方法的裝置。本發(fā)明主要(但并不局限于)涉及葡萄發(fā)酵。
業(yè)已知道，所有的發(fā)酵過程均產(chǎn)生碳酸氣，后者挾帶了芳香族化合物、醇餾出液和水蒸汽而向大氣逸出。
GAY-LUSSAC和PASTEUR的研究工作給出(葡萄)酒精發(fā)酵的化學(xué)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。
人們業(yè)已作了大量努力，試圖回收葡萄釀酒槽中散發(fā)出的醇類、芳香族化合物、雜醇油和碳酸酐。特別是，法國專利2，307，037揭示了這樣一種方法，其中葡萄釀酒槽中散發(fā)出的蒸汽經(jīng)冷凝后，再被送回這些釀酒槽中。
這種冷凝的目的在于使冷凝液能重新返回葡萄釀酒槽中，以提高酒中的酒精含量。
但是所有這些努力的實際結(jié)果并不理想，諸如冷凝柱的不穩(wěn)定運(yùn)行，醇產(chǎn)物回收不足，以及器官感覺效果差等。
長期以來，申請人進(jìn)行了一系列實驗、測試和分析，以找出可能引起的失敗的原因，并謀求相應(yīng)的對策。追其原因有很多，某些問題將在下文討論。然而，仿佛改進(jìn)的措施集中在同一方向，亦即用分級冷凝代替簡單的冷凝，并按準(zhǔn)確的規(guī)定進(jìn)行。
事實上，酒并不是一種簡單的含水的醇溶液，其合法的定義，即“新鮮葡萄或新鮮葡萄汁的發(fā)酵產(chǎn)品”清楚地表明，酒是生物產(chǎn)品的生物轉(zhuǎn)化結(jié)果?，F(xiàn)代分析技術(shù)(帶有改進(jìn)型接枝相毛細(xì)管柱的氣相色譜法、高性能液相色譜法、質(zhì)譜法)已能鑒別和定量測定將近600種化合物，其中大部分是揮發(fā)性化合物，約包括200種酯、50種醇和20種醛縮醇等。在整個發(fā)酵過程中，某些化合物全部或部分地發(fā)生了轉(zhuǎn)化，而其他一些化合物則保持不變，由此顯現(xiàn)出顏色、味道和香味，亦即體現(xiàn)出最終產(chǎn)物的質(zhì)量。風(fēng)味的概念(味道加香味)是由化學(xué)家考慮了那些產(chǎn)生感覺的化學(xué)組分而進(jìn)行評價的;釀酒學(xué)家則從消費(fèi)者對這些組分的反應(yīng)而予以評價。
這些組分中有重分子和輕分子。根據(jù)化學(xué)家和釀酒學(xué)家的結(jié)論，因此有可能確定分級蒸餾液閾值的選擇，以及在使冷凝液重新回到釀酒槽還是予以排除的兩個方案中作出選擇。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的葡萄釀酒法，以克服已知方法的缺點，這種改進(jìn)的方法可以增加酒的風(fēng)味，或提高酒的產(chǎn)量，更一般地說，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的發(fā)酵方法，以及用于實施所說方法的裝置。
在發(fā)酵過程中，由于發(fā)酵和二氧化碳的挾帶，從發(fā)酵槽中散發(fā)出的蒸汽經(jīng)受冷凝過程，按照本發(fā)明，這種發(fā)酵方法的特征在于，所說的冷凝過程以至少分成相繼(串聯(lián))二級的分級方式進(jìn)行，第一級的運(yùn)行溫度為-5℃至-15℃，第二級的運(yùn)行溫度為-15℃至-50℃。
因此，按照本發(fā)明的具體方法，在第一級中冷凝下來的基本上是水和重質(zhì)醇，而第二級中主要是輕質(zhì)醇。
按照本發(fā)明的一個較佳實施例，至少一部分回收的冷凝液再被送回槽內(nèi)。
按照本發(fā)明的一個較佳實施例，重新送回槽內(nèi)的冷凝液中，輕質(zhì)醇所占的比例大于重質(zhì)醇。
富集輕質(zhì)醇的冷凝液是在第二級冷凝中回收得到的。在葡萄釀酒情況下，將富集芳香族化合物的輕質(zhì)醇再引入槽內(nèi)，可提高酒的質(zhì)量。
若僅需提高酒的產(chǎn)量，則可將回收的全部冷凝液再送入槽中。
最好能回收槽內(nèi)逸出的二氧化碳，并進(jìn)行壓縮和/或液化。
上述二氧化碳可用作冷凝階段的致冷劑(流體)。
按照本發(fā)明的一個較佳實施例，回收得到的二氧化碳從槽的底部注入，以對槽內(nèi)物料起攪動作用，并促進(jìn)發(fā)醇反應(yīng)。
從槽底注入的二氧化碳的量可隨槽內(nèi)物料的溫度而變化，以調(diào)節(jié)槽內(nèi)溫度。
而且，由本發(fā)明的方法所產(chǎn)生的二氧化碳可用來對收獲后，但還未送入發(fā)酵裝置的貯存水果和其他植物性產(chǎn)品進(jìn)行保護(hù)，防止其發(fā)生氧化和避免溫升。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，用來實施本發(fā)明之方法的發(fā)酵裝置，其特征在于發(fā)酵槽的上部至少與二只由致冷劑冷卻的彼此串聯(lián)的柱相連接，所設(shè)的溫度控制裝置將第一只柱的內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)至-5℃至-15℃，而將第二只柱的內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)在-15℃至-50℃之間。
本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將從以下描述中變得更為清楚。由非限制性實施例所給出的唯一的附圖
是本發(fā)明之裝置的示意圖。
參照附圖，首先描述按照本發(fā)明所設(shè)計的葡萄釀酒裝置。
從圖中可以看出，裝有正在進(jìn)行發(fā)酵的葡萄3的發(fā)酵槽1的上部已通過管道4與三只彼此串聯(lián)，并分別由致冷劑8，9，10冷卻的冷凝柱5，6，7相連接。
致冷劑8，9，10的溫度和流量系按下述原則選定，亦即應(yīng)能將前面二個柱5，6的柱內(nèi)溫度調(diào)節(jié)至-5℃至-15℃之間，而將最后一個柱7的內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)在-15℃至-50℃之間。
按照本發(fā)明的一個較佳實施例，前面二個柱5，6的柱內(nèi)溫度控制如下即第一個柱的溫度控制在-5℃和-10℃之間，主要將水冷凝下來，而第二個柱6的溫度控制在-10℃和-15℃之間，主要將重質(zhì)醇冷凝下來。
從附圖中也可看出，冷凝柱5，6，7的下部5a，6a，7a經(jīng)由管子11連接到發(fā)酵槽1中，以使柱內(nèi)形成的全部或部分冷凝液再重新流入槽內(nèi)。管道11經(jīng)由支管12，13與柱6，7的下部6a，7a相連接，在支管12和13上裝有閥門14，15，以便回收冷凝液。
從發(fā)酵槽1逸出的二氧化碳依次通過柱5，6和7，并以最后一個柱7的頂部(參見編號7b)進(jìn)行回收。在柱7中冷卻至-15℃和-50℃范圍內(nèi)的二氧化碳，作為致冷劑被引入第一個柱5(參見管道8)，以將該柱溫度冷卻至-5℃至-10℃。
用于冷卻柱6和柱7的致冷劑9，10是乙醇。上述乙醇系在冷卻器16中冷卻。一部分乙醇經(jīng)由管道10送入柱7，另一部分經(jīng)由管道9送入柱6。
柱6和柱7內(nèi)的溫度系按管道9和10中的乙醇溫度和流量而進(jìn)行調(diào)節(jié)。
從柱7排出的一部分二氧化碳可被壓縮或液化，以供其他用途。
將回收得到的一部分二氧化碳再經(jīng)管道17送入槽1底部，以對槽內(nèi)物料進(jìn)行攪動，并對該槽的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。借助于與設(shè)置在槽1內(nèi)的溫度傳感器19相連接的流量調(diào)節(jié)器18，使重新送回槽1底部的低溫二氧化碳的量隨該槽的溫度而變化，以對槽1的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
以下將更為詳細(xì)地描述本發(fā)明的方法，首先將描述本發(fā)明實施過程中所產(chǎn)生的各冷凝級分，及其運(yùn)行結(jié)果。
(1)第一批冷凝液-水只要溫度達(dá)到0℃左右，水的冷凝效果非常好。反之，若溫度太低，則冷凝過于劇烈，由此可能導(dǎo)致冰的生成。若結(jié)水現(xiàn)象顯著發(fā)生，則必然伴有不規(guī)則的運(yùn)行，并可能有不能接受的比例。業(yè)已知道，在混合物進(jìn)行冷凝時，醇含量每增加2%，則冰點約下降1℃。若冷凝液中含有20%的醇(在發(fā)酵階段開始及結(jié)束時的含量)，則冰點僅為-10℃。某些研究者試圖在大體上低于上述-10℃的溫度下冷凝含量較高的蒸汽，但在醇含量太低的情況下，則遇到結(jié)冰的現(xiàn)象。
(2)第二批冷凝液-醇及其他重質(zhì)有機(jī)產(chǎn)物醇及其他重質(zhì)有機(jī)產(chǎn)物是繼水之后最先冷凝的產(chǎn)物。業(yè)已確定，令人不快的風(fēng)味與這些產(chǎn)物有關(guān)，特別是與比重約為1，000克/升或較之更高的產(chǎn)物有關(guān)。去除重質(zhì)產(chǎn)物或其混合物將有助于產(chǎn)生高質(zhì)量的酒。
(3)第三批冷凝液-輕質(zhì)醇和芳香族化合物酒的風(fēng)味可通過調(diào)整重質(zhì)醇與輕質(zhì)醇之比得以穩(wěn)定，為此，釀酒學(xué)家及其技術(shù)是至關(guān)重要的。經(jīng)驗和試驗已經(jīng)證明，當(dāng)輕質(zhì)醇的含量超過重質(zhì)醇時，可獲得質(zhì)量上的得益。第三批冷凝液的冷凝僅能在-30℃以下才能進(jìn)行，而且只有在排除了上述第一部分“第一批冷凝液”中所指出的結(jié)冰危險后才能得以實現(xiàn)。
(4)第四批冷凝液-碳酸酐(CO2)回收得到的二氧化碳純度隨第三階段中溫度的高低而變化。即使在低溫下，仍象原來一樣，在二氧化碳中挾帶了輕質(zhì)醇和芳香族化合物，這種二氧化碳對某些應(yīng)用，特別是食品和藥物方面的應(yīng)用是不合適的，為此必須進(jìn)行一些指定的處理，以除去那些不希望有的組分。因此，它是一種具有有限效用的產(chǎn)物。
另一方面，若最終冷凝是在足夠低的溫度下進(jìn)行，則二氧化碳能加以充分利用，包括在食品方面的應(yīng)用，這將提高裝置的經(jīng)濟(jì)性。
既已確定了問題的性質(zhì)，因此就可能選擇實施的方法，以使這些因數(shù)最佳化。
實際上，必須處理成分在很大范圍內(nèi)變化的冷凝液，其成分可因產(chǎn)區(qū)和年份而變化。提供給消費(fèi)者的酒的色度(gamut)充分證明了問題的重要性。大致情況是，氣體中所含的有機(jī)產(chǎn)物的量可自發(fā)酵開始時的零增大至發(fā)酵高峰時的50%以上，然后再回到零。而且，出于明顯的經(jīng)濟(jì)原因，所選的系統(tǒng)中必定有多只發(fā)酵槽。而鑒于生產(chǎn)的原因，這些槽從不處于相同的發(fā)酵階段，因此裝置僅僅偶爾地在穩(wěn)定態(tài)條件下運(yùn)行。按照本發(fā)明所設(shè)計的方法和裝置可達(dá)到以上列舉的全部目的。
按照本發(fā)明所制定的方法，它旨在按照附圖所示的梗概，提供一種至少在兩個冷凝柱(或級)中進(jìn)行分級冷凝的手段。
具體方法描述如下在第一級(柱5和6)中，水和重質(zhì)餾分冷凝下來。因此，致冷劑9在-5℃至-15℃的范圍內(nèi)運(yùn)行。
這一級具有以下兩個主要功能(1)鑒于致冷劑溫度和離開槽的氣體溫度，故對柱和以下的級進(jìn)行保護(hù)，使之避免結(jié)冰的危險;
(2)基本上消除了下游處理回路中的重質(zhì)醇，因而使釀酒學(xué)家有可能在去除這些組分，還是將它們以預(yù)定比例混合的兩種方案中作出選擇。在該級中，柱5是作為氣/氣交換器進(jìn)行運(yùn)行的，所用的致冷劑8是在該裝置的回路出口處回收得到的業(yè)經(jīng)提純的二氧化碳。
在第二級中，所用的柱是液/氣交換器，該交換器的致冷劑(乙醇、二氧化碳等)可達(dá)-30℃以下的溫度[結(jié)冰的危險已在第一個柱(或級)中消除]以使余下的醇冷凝。這些含有芳香族的輕質(zhì)醇系按照釀酒學(xué)家的判斷，將其再送回發(fā)酵槽內(nèi)，由14例以上的葡萄釀酒生產(chǎn)的經(jīng)驗證明，這樣可使酒精含量增加2/10-3/10度左右。
此外，第二個柱(或極)還可產(chǎn)生高純度的，并具有市場價值的食用級質(zhì)量的二氧化碳。
二個柱(或級)是所需的最低限度。使用補(bǔ)充的柱(或級)對于冷凝液選擇往往是有利的。
因此，如附圖所示，第一個柱可以是成對設(shè)置，以使所得的第一種冷凝液在第一階段是以水為主，而在第二階段以重質(zhì)醇為主。由此得到混合液，避免了以下的級或柱超載。因而不必對裝置的設(shè)計留有余量，也就不必增加生產(chǎn)成本。
既然是謀求將幾乎全部的輕質(zhì)產(chǎn)物都冷凝下來，則從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度上看，增加柱或塔板的數(shù)目也許是合乎理想的，以限制每一級中冷凝液的體積，并控制它們之中每一級的低溫。
按照本發(fā)明所確定的方法也具有下述特點(1)如上所述，回收提純后的二氧化碳，經(jīng)壓縮后可供某些直接的應(yīng)用，再經(jīng)液化，則可用于其他方面，或予以出售;
(2)在柱或熱交換器中，通常使用乙醇或其他深致冷劑，但無論用哪一種，都必須采取一切必要的預(yù)防措施，以避免回路中酒與致冷劑接觸。一種對策是用循環(huán)中產(chǎn)生的液態(tài)二氧化碳作為致冷劑，它即無危險，又不必冒生態(tài)污染的風(fēng)險。使用回路中產(chǎn)生的二氧化碳具有結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的顯著經(jīng)濟(jì)性;
(3)葡萄釀酒溫度的控制則影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量，如果每一種酒都有一個理想的精心確定的溫度，則對于每一度酒精的生成，槽的溫度將升高1.3℃。然而，根據(jù)顏色而定的槽的最高溫度的理想范圍在15-25℃之間。但是，在某些情況下，如葡萄供應(yīng)，室溫變化和不同的生物因素等，槽的溫度將急劇上升。接著糟發(fā)生波動，由此將影響產(chǎn)品質(zhì)量，并造成液體溢流。申請人謀求提供一種瞬時溫度調(diào)節(jié)手段，將液化二氧化碳再送入槽內(nèi)，以阻滯或防止波動，使釀酒學(xué)家能用常規(guī)措施控制發(fā)酵。這種溫度控制手段達(dá)到的溫差大于80℃。該操作對葡萄釀酒質(zhì)量具有極大的效果;
(4)分級冷凝可以這樣一種方式進(jìn)行，以至離開冷凝柱的二氧化碳具有與控制系統(tǒng)相容的大致恒定的溫度，從而避免通過太多的液相，而這恰恰是不希望有的。
為了在二氧化碳和液態(tài)物料之間獲得良好的熱交換，茲推薦將二氧化碳在靠近槽底處注入，以增加槽內(nèi)的攪動，有助于葡萄釀酒的順利進(jìn)行。由此可提高釀酒過程的速度。
在葡萄釀酒階段前的最后改進(jìn)業(yè)已完成。當(dāng)葡萄由收割機(jī)采集下來而送入槽之前，必須將采集的葡萄束貯存在籃中。這將引發(fā)非常不希望有的發(fā)酵，特別在伴有高熱時更易發(fā)作。申請人已提供了一種在二氧化碳和惰性氣氛下的貯存手段，而且還能防止采集下來的葡萄溫度上升。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)酵方法，它包括由于發(fā)酵和二氧化碳挾帶，而從發(fā)酵槽1中散發(fā)出來的蒸汽的冷凝過程，其特征在于所說的冷凝系以分級方式，在至少兩個互相串聯(lián)的級(柱)5，7中完成，第一級的溫度約為-5℃-15℃而第二級的溫度約為-15℃-50℃。
2.根據(jù)權(quán)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.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所說的送回槽1的冷凝液中，輕質(zhì)醇的含量大于重質(zhì)醇。
4.根據(jù)權(quán)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.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3或4所述的方法，其特征在于回收、壓縮和/或液化離開槽1的二氧化碳。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是用于冷凝階段的致冷劑(流體)8是回收的二氧化碳。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于將回收所得的二氧化碳從槽1的底部注入，以對槽內(nèi)物料進(jìn)行攪拌，并促進(jìn)了酵反應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)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隨槽內(nèi)物料的溫度而變化，以對槽內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一條所述的方法而產(chǎn)生的二氧化碳的用途，其特征在于對采集后，但在送入發(fā)酵裝置前進(jìn)行貯存的水果和其他植物性產(chǎn)品予以保護(hù)，防止其氧化和溫升。
10.一種用于實施權(quán)利要求1至8中任一條所述方法的發(fā)酵裝置，其特征在于所說發(fā)酵槽1的上部2至少與二個互相串聯(lián)的冷凝注5，7相連接，而冷凝柱5、7由致冷流體8、10冷卻，而且還設(shè)有溫度控制裝置，以將第一個柱5的柱內(nèi)溫度調(diào)節(jié)在-5℃至-15℃之間，而將第二個柱7的柱內(nèi)溫度調(diào)節(jié)在-15℃至-50℃之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所說的第一個柱被分成互相串聯(lián)的二個柱5，6，其中前者5的溫度被調(diào)節(jié)在-5℃至-10℃之間，主要將水冷凝下來;而后者6的溫度被調(diào)節(jié)在-10℃至-15℃之間，主要將重質(zhì)醇冷凝下來。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于所說冷凝柱的下部5a、6a和7a與槽1相連接，以將部分或全部冷凝液再送回槽1。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于它包括對通過柱5，6和7的二氧化碳進(jìn)行回收的裝置，并使回收的二氧化碳作為致冷劑8重新返回柱內(nèi)，同時還將所說的二氧化碳從槽1底部送回，以對槽內(nèi)物料進(jìn)行攪動，并對其溫度進(jìn)行控制。
全文摘要
在發(fā)酵過程中，由于發(fā)酵和二氧化碳的挾帶而從發(fā)酵槽中散發(fā)出的蒸汽進(jìn)行冷凝。上述冷凝至少在二個互相串聯(lián)的級(5，7)中分級完成，第一級的運(yùn)行溫度為-5℃至-15℃，而第二級的運(yùn)行溫度為-15℃至-50℃。本發(fā)明可用于提高發(fā)醇產(chǎn)品，特別是酒(在葡萄發(fā)酵的情況下)的質(zhì)量和/或產(chǎn)量。
文檔編號C12F3/04GK1031110SQ8810457
公開日1989年2月15日 申請日期1988年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月22日
發(fā)明者莫多脫·馬塞爾, 德·拉帕塞·菲利普, 邁斯特·弗郎索瓦 申請人:農(nóng)業(yè)合作公司