年产1000吨红葡萄酒生产设计
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引言 (2)
1、红葡萄酒生产工艺 (3)
1.1 红葡萄酒生产工艺概述 (3)
1.2 葡萄的成熟与采收 (4)
1.3 红葡萄的破碎加工 (4)
1.4 红葡萄酒的主发酵 (4)
1.5 红葡萄酒的后发酵 (5)
1.6 红葡萄原酒的贮藏和陈酿 (6)
1.7 红葡萄酒的澄清与过滤 (6)
1.8 红葡萄酒的装瓶与包装 (7)
2、发酵罐的设计与选型 (7)
2.1 葡萄酒工艺的物料衡算 (7)
2.2 设备设计与选型 (8)
3、产品质量控制 (9)
参考文献 (10)
收获与体会 (11)
引言
大约7000年以前葡萄栽培已经在小亚细亚里海与黑海之间开始，欧洲最早开始种植葡萄并进行酿造的国家是希腊，随着罗马帝国的扩张葡萄栽培和葡萄酿酒技术开始迅速传播。我国引入欧亚种葡萄是在西汉时期，张骞出使西域将葡萄从大宛引入并引入了酿酒艺人，从此我国开始有了葡萄酒。
我国葡萄酒工业化生产始于1892年烟台张裕葡萄酿酒公司的建立，100多年来，葡萄酒业几经沉浮，近十几年来的发展速度较快，2005年全国葡萄酒年产量达40万吨，酿酒葡萄的栽培面积也达到90万亩，酿酒葡萄产量达到60万吨。
葡萄酒的质量先天在于原料，后天在于工艺。目前国内干红葡萄酒的生产大都采用传统工艺，葡萄破碎后，添加二氧化硫、果胶酶，
在添加果胶酶4—6小时后添加酵母，启动酒精发酵，当糖降到49／L时标志着酒精发酵结束，然后进行皮渣分离，或根据经验延长浸渍几天再进行皮渣分离，分离后满罐贮存，添加二氧化硫终止苹果酸一乳酸发酵，或自然放置15天左右后再添加二氧化硫(进行自然苹果酸，乳酸发酵)。
以新鲜葡萄或葡萄汁为原料，经酒精发酵酿制而成的酒精含量不低于8.5%的饮料酒成为葡萄酒。根据酒的颜色可以分为红葡萄酒、白葡萄酒和桃红葡萄酒。其中红葡萄酒是用果皮带色的葡萄制成的，酒色呈深红、鲜红、紫红或宝石红。红葡萄酒酿造，是将红葡萄原料破碎后，使皮渣和葡萄汁混合发酵。在红葡萄酒的发酵过程中，将葡萄糖转化为酒精的发酵过程和固体物质的浸取过程同时进行。通过红葡萄酒的发酵过程，将红葡萄果浆变成红葡萄酒，并将葡萄果粒中的有机酸、维生素、微量元素及单宁、色素等多酚类化合物，转移到葡萄原酒中。红葡萄原酒经过贮藏、澄清处理和稳定处理，即成为精美的红葡萄酒酒。
1、红葡萄酒生产工艺
1.1 红葡萄酒生产工艺概述
葡萄酒酿造就是将葡萄转化为葡萄酒。它包括两个阶段：第一阶段为物理化学或物理学阶段，即在酿造红葡萄酒时，葡萄浆果中的固体成分通过浸渍进入葡萄汁，在酿造白葡萄酒时，通过压榨获得葡萄汁；第二阶段为生物学阶段，即酒精发酵和苹果-酸乳酸发酵阶段[4]。红葡萄酒生产的总工艺流程见图1。
图1 红葡萄酒生产总流程图
1.2 葡萄的成熟与采收
对于大量生产的葡萄酒，葡萄浆果达到生理成熟期，就应该采收、加工。为了科学地确定葡萄浆果的成熟时间，决定最佳的采收期，可以根据成熟系数的值，来分析判断。在葡萄的成熟过程中，葡萄浆果的含糖量不断升高，含酸量急剧下降，所以成熟系数M的值迅速升高。对于某一个具体的葡萄品
种来说，当葡萄已经达到生理成熟，其含糖量和含酸量很少变化，这时成熟系数的值也相对稳定。一般说来，要做高质量的葡萄酒，M的值必须大于20。
1.3 红葡萄的破碎加工
葡萄酒破碎的目的，是使葡萄果粒破裂而释放出果汁。对红葡萄酒加工而言，一般要求尽量高的果粒破碎率和除梗率。整穗的葡萄经过破碎机上对向滚动的一对辊轴，把葡萄挤碎，落入破碎机的卧式筛笼内。筛笼内有一个能快速转动的轴杆，轴杆上按有许多齿钉，把葡萄梗分离出去。葡萄浆从筛笼的孔落入接受槽里，由活塞泵或转子泵，把葡萄浆输送到发酵罐里。在进行葡萄破碎时，要同时按葡萄重量加入50PPm～60PPm的SO
，可以亚硫酸的
2
形式加入。或随着葡萄破碎机一起加入，或随破碎后的葡萄浆加入。加入的SO2一定要均匀。它对防止杂菌和野生酵母的繁殖，保证葡萄酒酵母菌的纯种发酵极端重要。
1.4 红葡萄酒的主发酵
红葡萄酒的发酵容器多种多样。现代国内外普遍采用不锈钢发酵罐。也有用碳钢罐，必须进行防腐涂料处理。或者用水泥池子，经过防腐涂料处理。传统的生产方法，红葡萄酒发酵是在橡木桶内进行的。
）发酵红葡萄酒的工艺流程：葡萄破碎入罐（加入50～60PPmSO
2
加入果胶酶（用量30～50mg/L）加入活性干酵母及酵母的营养素（干酵母用量200mg/L NH3H2PO4用量300mg/L）自发酵开始24小时加入单宁（200mg～250mg/L）
红葡萄酒浸渍发酵的温度控制在20℃～28℃。从接入酵母菌开始，每天开放式倒罐两次，每次倒罐量50%。倒罐时应喷淋整个皮渣的表面，测温度、比重，绘制发酵曲线，并根据发酵曲线，及时调整发酵过程的控制。
葡萄酒主发酵过程，主要完成的生化反应是，酵母菌把葡萄糖和果糖，转化成酒精和二氧化碳的过程。酵母菌只能通过同化基质中的碳水化合物，获得生长繁殖所需要的能量。酵母菌同化碳水化合物有两种形式，即在有氧
条件下的呼吸作用：C
6H
12
O
6
→6CO
2
+6H
2
O+647J
在无氧的条件下，酵母菌通过对糖的不完全分解，形成乙醇和二氧化碳，
从而获得能量，这一过程叫做酒精发酵：C
6H
12
O
6
→2CH
3
CH
2
OH+2CO
2
酵母菌只
能直接利用己糖（葡萄糖和果糖），蔗糖需经转化酶分解成己糖后，才能被
酵母菌同化。酒精发酵是一个复杂的生物化学反应过程。在酵母体内不同酶的作用下，经过一系列化学反应，生成一系列中间产物，最终生成酒精和二氧化碳，并有多种副产物。酒精发酵的主要副产物有甘油、乙醛、乙酸、琥珀酸、乳酸，还有多种高级醇和酯类[1]。红葡萄酒浸渍发酵的温度控制在20℃～28℃。从接入酵母菌开始，每天开放式倒罐两次，每次倒罐量50%。倒罐时应喷淋整个皮渣的表面，测温度、比重，绘制发酵曲线，并根据发酵曲线，及时调整发酵过程的控制。
红葡萄酒的主发酵过程一般是6～7天。当发酵汁含残糖达到5g/L以下时，进行皮渣分离。分离出来的自流汁，应该单独存放和管理。自流汁控干后，立即对皮渣进行压榨，压榨汁也应该单独存放和管理。
1.5 红葡萄酒的后发酵
在成熟的葡萄果粒中，自然要残留一部分苹果酸。随着葡萄的加工过程，苹果酸要转移到主发酵完成后的葡萄原酒中。苹果酸是双羧基酸，口味比较尖酸。红葡萄酒的后发酵过程，也叫苹果酸—乳酸发酵过程。这个过程是在
乳酸细菌的作用下，将苹果酸分解成乳酸和CO
2
的过程。经过苹果酸—乳酸发酵的红葡萄酒，尖酸降低，果香醇香加浓，口感柔协肥硕，才称得上名副其实的红葡萄酒。现在红葡萄酒苹果酸—乳酸发酵，大多采用人工添加乳酸细菌的方法，人为地控制苹果酸—乳酸发酵。首先是酵母菌完成对糖的主发
酵，然后是乳酸菌完成将苹果酸转化成乳酸的后发酵。当葡萄酒中不再含有糖和苹果酸时，葡萄酒才具有生物稳定性，必须立即除去葡萄酒中所有的微生物[2]。
1.6 红葡萄原酒的贮藏和陈酿
。一方面能杀死乳红葡萄原酒后发酵完成后，要立即添加足够量的SO
2
酸细菌，抑制酵母菌的活动，有利于红原酒的沉淀和澄清。另一方面，SO
2能防止红原酒的氧化，使红原酒进入安全地贮藏陈酿期。从贮藏管理操作上讲，一般应该在后发酵结束后，即当年的11月—12月份，进行一次分离倒桶。把沉淀的酵母和乳酸细菌（酒脚、酒泥）分离掉，清酒倒到另一个干净容器里满桶贮藏。第二次倒桶待来年的3—4月份。经过一个冬天的自然冷冻，红原酒中要分离出不少的酒石酸盐沉淀，把结晶沉淀的酒石酸盐分离掉，有利于提高酒的稳定性。第三次倒桶待第二年的11月份。在以后的贮藏管理中，每年的11月份倒一次桶即可。橡木桶不仅是红葡萄原酒贮藏陈酿容器，更主要的它能赋予高档红葡萄酒所必须的橡木的芳香和口味，是酿造高档红葡萄酒必不可缺小的容器。橡木的芳香成份和单宁物质浸溶到葡萄酒中，构成葡萄酒陈酿的橡木香和醇厚丰满的口味。
1.7 红葡萄酒的澄清与过滤
葡萄酒的澄清，分自然澄清和人工澄清两种方法。红葡萄酒单纯靠自然澄清过程，是达不到商品葡萄酒装瓶要求的。必须采用人为的澄清手段，才能保证商品葡萄酒对澄清的要求。人工的澄清方法有以下几种：其一、下胶。下胶就是往葡萄酒中加入亲水胶体，使之与葡萄酒中的胶体物质和以分子团聚的丹宁、色素、蛋白质、金属复合物等，发生絮凝反应，并将这些不稳定的因素除去，使葡萄酒澄清稳定。其二、过滤。过滤是使葡萄酒快速澄清的最有效手段，是葡萄酒生产中重要的工艺环节。其三、离心。离心处理可以除去葡萄酒中悬浮微粒的沉淀，从而达到葡萄酒澄清的目的。在红葡萄酒生
产中应用不多。
1.8 红葡萄酒的装瓶与包装
葡萄酒的装瓶与包装，是葡萄酒生产的最后一道工序。红葡萄酒装瓶前，首先检验装瓶酒的质量。经过理化分析，微生物检验和感官品尝，各项指标都合格，才能进入装瓶过程。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，就是对装瓶压塞的葡萄酒，进行包装装璜，使其成为对顾客有吸引力的商品。葡萄酒的包装装璜，主要是加热缩帽，贴大标，贴背标，装盒，装箱等。
2、发酵罐的设计与选型
2.1 葡萄酒工艺的物料衡算
（1）加硫90mg/L m s=90*10-3*58.2*103=5.24kg
（2）加单宁0.16g/L m单宁=0.16*58.2*103=9.31kg
（3）加果胶酶30g/t m=30*67.2=2kg
（4）加酵母m酵母=1*67.2/10=6.72kg
（5）加糖m=1.1/10*67.2*103=7.4*103kg
2.2 设备设计与选型
（1）发酵罐的选型
（2）发酵罐个数和结构尺寸的确定
年产1000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1000/300=3.4t/天
有效容积：3.34*15=50.1t/天
发酵体积：50.1/0.8=62.6t/天
取发酵罐20t*3 加1个备用，公用4个发酵罐，即N=4
总V=62.6*1000/1076/0.8=72.7m3
V有效=62.6*1000/1076=58.2m3
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=1.2D h1=h2=0.1D
V=0.785D2(H+1/3h1+1/3h2)
D=4.2m
H=1.2D=5.1m
h1=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
A1=πDH=3.14*4.2*5.1=67.3m3
A2=A3=πR(R2+h2)1/2=3.14*2.35(2.352+0.422)1/2=17.6m2
所以全罐面积A=A1+A2+A3=102.5m2
（3）总的发酵热计算
Q=Q1—（Q2+Q3）[3]
Q1=msq
式中m—每罐发酵醪量，kg
s—糖度降低的百分值，%
q—每1kg糖发酵放热，J
Q—主发酵期每小时糖度降低1度所放出的热量，J
Q1=62.6*103*1%*418.6=2.62*105kJ/h
Q2=5%Q1=5%*2.62*105=1.3*104kJ/h
Q3=Ak c(T W-T B)
假定罐壁不包扎保温层，T W=35℃，T B=32℃
则k c=k对+k辐=1.7(T W-T B)1/4+c[(T W/100)4-(T B/100)4]/(T W- T B)
=8kJ/(m2.．h．℃)
Q3=102.5*8*(35-32)=2400kJ/h
Q=Q1-(Q2+Q3)
Q=2.62*105-1.3*104-2400=2.46*105kJ/h
4、产品质量控制
3.1尽量采取理想工艺，将优良原料的优良特点最大限度地体现在葡萄酒产品中。
3.2尽量采用复合式生产线,以提高设备利用率，节约设备投资;并使生产作业线最径直和捷短，减少运输，节约能源；缩小占地面积，节约厂房投资。
3.3对产品的更新和发展要求应具有较强的适应性。
所谓理想工艺是指葡萄原料状况良好的情况下，所采取的工艺流程。所谓复合生产线是指不同类型的葡萄酒采用同一生产线。不同类型葡萄酒的工艺流程虽有差异，但酿造工艺中仍有许多共同环节。如原料的机械处理(破碎，除梗，压榨)，SO2处理，酵母的添加以及酒精发酵的管理和控制等。白葡萄酒和红葡萄酒的生产工艺主要是酒精发酵过程有所差别，白葡萄酒是用澄清葡萄汁发酵的，红葡萄酒是用皮渣与葡萄汁相混合发酵(即所谓浸渍发酵)。其余工艺环节基本一样，采用的设备完全一致，因此可采用同一生产线进行生产。
参考文献
[1]李华．现代葡萄酒工艺学，陕西人民出版社，1995。
[2]顾国贤．酿造酒工艺学，中国轻工业出版社，1996。
[3]梁世中．生物工程设备，中国轻工业出版社，2002。
[4]李华等．葡萄酒化学，科学出版社，2005。
[5]黄儒强、李玲．生物发酵技术与设备操作，化学工业出版社，2006。
[6]Roger B.Boulton，V ernon L.Singleton，Linda F.Bisson and Ralph
E.Kunkee．Priniples and Practices of Winemaking ．China Light
Industry, 2001。
[7]Brian J.B Wood．Microbiology of Fermented Foods ．China Light
Industry Press, 2001。
收获与体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。通过这次课程设计，让我更详细地了解了红葡萄酒的生产工艺流程，这为以后的生产实习以及今后的学习和工作都能提供很大的帮助。在这次课程设计中，我们精诚合作，积极查找资料，认真阅读文献，对问题深入讨论的同时，逐步的完善了这个课程设计，彼此都很尽心尽力，我也知道了团结协作的重要性。
这次课程设计，是针对自己专业的第一次课程设计，感觉有点没有头绪，毕竟这是以前没有接触过的知识和方法，而大量的翻阅资料，才发现自己的材料整理能力的缺陷。在设计过程中，总是会出现好多无措和烦躁的时候，这和上次做化工原理的课程设计有很大的不同，毕竟那次有老师提供现成的模板，我们照着填写内容，比着猫就能画虎，所以做起来感觉不是很难。然而这次真的是自己在做的时候，竟然发现我们有太多的东西都值得我们去学习和探索，去熟悉和巩固。
虽然这次课程设计结束了，但总感觉做的还不够，发现了自己能力上的欠缺，在以后的过程中，我会加倍努力，慢慢地去弥补，争取做到更好。