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 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5000 t 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 1 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5000 t 红葡萄酒的工艺设计，是在结合中国葡萄酒业实际情况的基础上，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。2 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1 d 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：可加速胶体凝聚，对非生物杂质起到助沉作用。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。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1622 为宜，主发酵期为6 d 左右。主发酵后残糖降至5 g/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30 d 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6070 ， 杀菌1520 min。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30mg50mg/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 酵母和糖二氧化硫 控温 26-28葡萄分选破碎分离取汁澄清 多次倒 桶发酵压榨红葡萄酒 过滤调配冷处理过滤储酒 皂土白砂糖蒸馏酒柠檬酸图1 红葡萄酒生产总流程图3 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57 d， 后酵期为2030 d， 储酒期0.52年，生产能力5000 t。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1000 kg。其糖度为196 g/L，按正常工艺操作，酿成的酒的酒精度为11.0 %vol12.0 %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 %）=3734.5 t3.1.4 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 %）=3510.43 kg，苹果酸-乳酸发酵后所得原酒的量为：3510.43（1-2 %）=3440.2 kg3.1.5 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 %）= 3337 kg3.1.6 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 %)=3204.8 kg3.1.7 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 %）= 3140.8 kg3.1.8 出酒率由物料衡算得知，5000 t 葡萄产酒3140.8 t；则葡萄出酒率为：3140.85000100 %=62.8 %吨酒耗葡萄量为：50003140.8=1.59 t年产5000 t 红葡萄酒耗葡萄量为：50001.59 t=7950 t3.1.9 二氧化硫的添加量生产5000 t 红葡萄酒，二氧化硫用量为50 mg/L，使用6 %的亚硫酸调硫，添加量为：500050/6 %=4170 L。3.1.10 蔗糖添加量生产5000 t 红葡萄酒，出汁率为75 %，含糖为196 g/L，生产12 %vol 葡萄酒，需补加蔗糖：（1218-196）5000=100000 kg=100 t。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=363.6m3 V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=1.2D 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=*DH=3.14*4.2*5.1=67.3m3 A2=A3=*R(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=m*sq 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*5*103*1%*418.6=1.3*106kJ/h Q2=5%*Q1=5%*1.3*106=6.5*104kJ/h Q3=A*kc(TW-TB) 假定罐壁不包扎保温层，TW=35，TB=32 则 kc=k对+k辐=1.7(TW-TB)1/4+c(TW/100)4-(TB/100)4/(TW- TB) =8kJ/(m2.h) Q3=102.5*8*(35-32)=2400kJ/h Q=Q1-(Q2+Q3) Q=1.3*106-6.5*104-2400=1.2*106kJ/h4 效益评估4.1基本投产4.1.1固定资产投资建筑工程费用，用于厂房建筑，设备基础处理，大型土方石方和场地平整等。K1=500W设备及工期购置费用，用于购置各种设备工具K2=200W安装工程费用，用于设备和工作台的安装，已经铺设管线等。K3=50W其他费用，包括土地使用费，人员培训费，勘察涉及分。K4=600W基本预备费，用于事先难以预料的工程和费用。K5=20W 固定投资费用.K=K1+K2+K3+K4+K5=1370W4.1.2流动资金投产 设流动资金占固定资产20% 则k=K*20%=300W基本投产K0=K+K=1633W4.1.3原料燃料费 葡萄市场价格58000元/吨。全年葡萄耗费7950*8000=6360W。糖市场价格5000元/吨。全年糖耗费=100*5000=50W其他添加剂，全年耗费=30W全年原料耗费M1=6450W燃料，动力耗费M2=650W原料燃料费用M=M1+M2=7100W4.2利润750ML中高档葡萄酒的市场价格平均为50元/瓶，约6.6万/顿。假设每年5000吨葡萄酒均能销售一空，则每年销售额为33000万。销售费用为销售收入的45% ，则税前利润为=33000*(1-45%)-7100W= 11050W 企业税收方面按年利润的28%计算，这税收为 11050*28%=3094W 年利润为11050*72%=7956W4.3投资回收期投资回收期=项目总投资/年利润=10103/7956=1.27年本项目所产生的废渣、废水是很好的肥料。因此其对资源的合理利用、对环境的保护、对经济与生态的平衡，都有着重大的作用，进而改善农业生态环境，实现农业资源的可持续利用。本项目利用现有技术生产红葡萄酒，瞄准的是市场的变化。其经济效益、社会效益和生态效益均十分显著