一种葡萄酒发酵过程中挥发性香气、酒精的收集和浓缩富集方法
阅读说明：本技术 一种葡萄酒发酵过程中挥发性香气、酒精的收集和浓缩富集方法 (Method for collecting, concentrating and enriching volatile aroma and alcohol in wine fermentation process ) 是由 党国芳 陈新军 孟丽 刘宗昭 卢丕超 成池芳 柳中海 王晓军 陈志福 张如意 谈 于 2020-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种葡萄酒发酵过程中挥发性香气、酒精的收集和浓缩富集方法,包括：发酵过程中香气与酒精收集：发酵液经处理的挥发性蒸汽经过冷凝后二氧化碳排出,酒精和香气成分以及水蒸汽冷凝成液体被收集；香气和酒精浓缩富集：收集液进入膜组件中膜的上游侧,膜下游侧采用抽真空加冷凝的方式在膜的上下游形成组份的蒸汽分压差,原料中的有效成份经膜渗透至膜下游侧,并汽化成蒸汽后进入冷凝器；膜上游侧的渗余液进行循环分离,直至收集液的酒精度达到要求；本发明通过先冷凝收集再经渗透汽化膜分离富集技术,实现酒精、香气物质的回收和保存,便于生产调配使用,提高产品品质,降低生产过程损耗,同时减少了含挥发性有机物气体向空气中的排放。(The invention discloses a method for collecting, concentrating and enriching volatile aroma and alcohol in a wine fermentation process, which comprises the following steps: collecting aroma and alcohol in the fermentation process: condensing volatile steam of the fermentation liquor, discharging carbon dioxide, condensing alcohol, aroma components and water vapor into liquid, and collecting the liquid; aroma and alcohol concentration enrichment: the collected liquid enters the upstream side of a membrane in the membrane component, the downstream side of the membrane forms the steam partial pressure difference of components on the upstream and downstream sides of the membrane in a vacuum pumping and condensing mode, and effective components in the raw materials permeate to the downstream side of the membrane through the membrane and are vaporized into steam to enter a condenser; circularly separating the residual seepage liquid on the upstream side of the membrane until the alcoholic strength of the collected liquid meets the requirement; the invention realizes the recovery and preservation of alcohol and aroma substances by the technology of condensation collection and pervaporation membrane separation enrichment, is convenient for production, allocation and use, improves the product quality, reduces the loss in the production process and simultaneously reduces the emission of volatile organic compound-containing gas to the air.)
技术领域
本发明涉及葡萄酒香气和酒精的收集技术领域，特别涉及一种葡萄酒 发酵过程中挥发性香气、酒精的收集和浓缩富集方法。
背景技术
葡萄酒中香气分三大类：一类香气或称品种香气，来自于葡萄原料本 身，主要取决于气候、土壤、葡萄品种等自然因素与栽培条件、酿造工艺 等人为因素；二类香气或发酵香气，来自于发酵过程，即由葡萄在酒精发 酵过程中产生的醇类、酯类、醛类和有机酸等物质构成，其浓郁程度主要 取决于葡萄的含糖量高低，也取决于发酵中所使用的酵母菌的种类；三类 香气或陈酿香气，来自于葡萄酒陈酿过程，葡萄酒在成熟过程中，通过氧 化与环合等作用，一类、二类香气逐渐向三类香气转化，葡萄酒的果味慢 慢减淡，各种气味趋于协调与融合。当使用橡木桶来陈酿优质葡萄酒时， 橡木溶解于酒内的芳香物质也在很大程度上影响三类香气。
葡萄酒发酵期间，果汁中的葡萄糖和果糖被酵母转化为酒精和二氧化 碳，同时产生大量副产物并释放热量。产生的二氧化碳的体积约是葡萄汁 体积的40倍，在二氧化碳的释放过程中，部分易挥发香气、酒精和水也被 拖带出去，合理收集利用这部分酒精和香气物质，有利于提升产品质量， 降低生产损耗。
我公司是葡萄酒规模化生产企业，公司主要产品有葡萄酒和葡萄蒸馏 酒(包括白兰地)。近年来，公司年酿酒葡萄加工量最低约为两万吨，如此 数量葡萄酿造后可产出葡萄原酒约14000吨，按照发酵后葡萄原酒的平均 酒精度为12％(体积分数)，预计整个发酵过程产生的二氧化碳约1400吨。 由于分子的拖带作用，二氧化碳在从发酵液溢出的过程中，部分易挥发香 气、酒精和水也被拖带出去，根据本发明的前期试验，拖带出的的蒸汽冷 凝回收后，冷凝回收液的体积约占发酵液体积的1-2％，按照以上生产量， 每年可回收冷凝液14-28吨，该冷凝回收液富含酒精与香气物质，对其进行 合理回收、利用，有利于提升产品质量，降低生产损耗。
目前，国内尚未有规模化收集利用葡萄酒发酵期间因二氧化碳溢出拖 带出来酒精、香气物质等的相关报到，本发明通过先冷凝收集再经渗透汽 化膜分离富集技术，实现拖带液酒精、香气物质的回收和保存，便于生产 调配使用，提高产品品质，降低生产过程损耗，同时减少了含挥发性有机 物气体向空气中的排放。
发明内容
发明的目的在于提供一种葡萄酒发酵过程中挥发性香气、酒精的收集 和浓缩富集方法，解决了如何收集和富集葡萄酒发酵过程中的挥发性香气 和酒精的问题。
本发明是这样实现的，一种葡萄酒发酵过程中挥发性香气、酒精的收 集和浓缩富集方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：发酵过程中香气与酒精收集：发酵罐中的发酵液经过处理的 挥发性蒸汽进入冷凝器，经过冷凝后二氧化碳排出，酒精和香气成分以及 水蒸汽冷凝成液体被收集；
步骤二：香气和酒精浓缩富集：将收集液以液态形式进入膜组件中膜 的上游侧，膜下游侧采用抽真空加冷凝的方式在膜的上下游形成组份的蒸 汽分压差，原料中的酒精及香味等有效成份经膜渗透至膜下游侧，并在真 空环境下汽化成蒸汽，渗透蒸汽在真空机组抽吸下进入冷凝器，冷凝后形 成浓缩液进入产品罐；膜上游侧的渗余液进行循环分离，直至收集液的酒 精度达到要求，香气和酒精富集完成。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤一中的1KL发酵液配套1m2冷 凝面积。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤一中冷凝器的冷凝温度为-1℃～ 5℃。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中收集液在进入膜组件之前 先泵入进行预热处理，设定温度为40℃～45℃。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中膜下游侧采用抽真空加冷 凝的方式，其中抽真空的真空度为4000～8000Pa。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中膜下游侧采用抽真空加冷 凝的方式，其中冷凝的冷凝温度为-10～-15℃。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中膜上游侧的渗余液进行循 环分离，直至收集液的酒精度的体积比降至0～0.5％。
本发明的有益效果：本发明通过先冷凝收集再经渗透汽化膜分离富集 技术，实现拖带液酒精、香气物质的回收和保存，便于生产调配使用，提 高产品品质，降低生产过程损耗，同时减少了含挥发性有机物气体向空气 中的排放；
1、有效收集利用发酵产生的产物，提高了原料利用率高，提高企业经 济效益；
2、通过收集液的合理使用可提升产品品质；
3、挥发香气成分和酒精的收集，避免排向空气中，避免环境污染；
4、低温情况下对收集液进行富集，富集液品质较好，香气得到有效保 护；
5、富集过程是全封闭循环系统，过程损耗小，生产安全性高，自动化 水平高。
附图说明
图1是本发明提供的发酵过程中香气与酒精收集的工艺示意图；
图2是本发明提供的收集液中香气和酒精浓缩富集的工艺示意图；
图3是本发明提供的实施例一中收集过程各时间段收集液的收集量变 化图；
图4是本发明提供的实施例一中收集过程各时间段收集液的酒精度变 化图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还 可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细 节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰 或改变。
一种葡萄酒发酵过程中挥发性香气、酒精的收集和浓缩富集方法，包 括以下步骤：
发酵过程中收集工艺介绍：该收集工艺设计合理的冷凝面积(通常1KL 发酵液配套1m2冷凝面积)，控制冷凝温度(-1～5℃)，利用二氧化碳密度 高于空气的特点，发酵过程中溢出的二氧化碳等蒸汽，靠重力作用进入冷 凝器，经冷凝后二氧化碳排出，酒精、香气成分以及水蒸汽冷凝成液体被 回收。
如图1所示，具体步骤为：
(1)葡萄醪/汁发酵启动后，将发酵罐排气管与板式换热器气体进口相 连，换热器冷凝液排出口与收集罐相连，保证换热器二氧化碳排气口敞开；
(2)开启载冷剂循环系统，控制通过换热器载冷剂温度在-1～5℃；
(3)持续收集经换热器冷凝的回收液只至发酵结束，过程中如果收集 罐满，更换收集罐；
冷凝收集液进行香气和酒精富集工艺介绍：如图2工艺流程示意图所 示：将收集液泵入原料罐，通过原料泵进入预热器，达到预定温度(40～ 45℃)后以液态形式进入膜组件中膜的上游侧。膜的下游侧采用抽真空加 冷凝的方式(真空度要求4000～8000Pa，冷凝温度要求-10～-15℃)在膜 的上下游形成组份的蒸汽分压差，原料中的酒精及香味等有效成份经膜渗 透至膜下游侧，并在真空环境下汽化成蒸汽，渗透蒸汽在真空机组抽吸下 进入冷凝器，冷凝后形成浓缩液进入产品罐。膜上游侧的渗余液返回到原 料罐，进行循环分离，直至根据工艺要求将收集液的酒精度将至0～0.5％ (V/V)，收集液被充分脱醇。
实施例一：
图1-图2示出了一种葡萄酒发酵过程中挥发性香气、酒精的收集和浓 缩富集方法，包括以下步骤：
第一阶段：挥发性成分的冷凝收集，如图1所示：
(1)葡萄醪/汁发酵启动后，将发酵罐排气管与板式换热器气体进口相 连，换热器冷凝液排出口与收集罐相连，保证换热器二氧化碳排气口敞开；
(2)开启载冷剂循环系统，控制通过换热器载冷剂温度在-1～5℃；
(3)持续收集经换热器冷凝的回收液只至发酵结束，过程中如果收集 罐满，更换收集罐；
第二阶段：冷凝收集液的香气和酒精富集，如图2所示：
(4)向原料罐泵入收集液，待换热用水温度升高至45℃时，开启原料 泵，对收集液进行循环加热；
(5)当收集液温度达到40℃时，开启真空泵，控制真空度在4000～ 8000Pa，同时-15℃的载冷剂通入冷凝器，此时透过膜的香气和酒精溶液在 低真空下蒸发，在冷凝器处冷却形成液体，进入产品罐；
(6)控制好以上运行程序参数，收集液一直循环运行，检测收集液的 酒精度变化，当收集液中酒精度降至0～0.5％(V/V)，香气和酒精富集完 成，此时形成高酒精度的富集液(通常酒精度45度以上)；
(7)富集结束后，关闭相应制冷、加热、抽真空和原料泵的设备，将 管路系统中的收集液用氮气顶出，对整个收集液循环系统进行清洗。
2019年，我公司使用该方法收集部分赤霞珠葡萄发酵过程中挥发的酒 精和香气物质并富集研究：
第一阶段冷凝收集情况如下：
其中一罐发酵醪葡萄汁含量12KL，含糖量250g/L，发酵收集开始10 月24日16：30，收集结束11月7日16：30，共收集冷凝回收液15L，平 均酒精度35.4％(V/V)，收集过程各时间段收集量和酒精度情况分别如图3 和图4所示：
图3和图4数据可以反映出收集液体积约占发酵液体积的1.3‰，酒精 度随着发酵液酒精度的提升呈现先升高后降低的趋势，收集量也是此变化 趋势，这与二氧化碳产生量明显相关，收集液的酒精度最低16.7％(V/V)， 最高48.3％(V/V)，平均酒精度35.4％(V/V)，折算成100％酒精，约占发 酵产生总酒精量的3.3‰，存在较高利用价值，合理利用可在一定程度上提 升效益。
第二阶段富集情况如下：
使用渗透汽化膜分离技术对上述收集液进行富集浓缩，浓缩后酒精度 65％(V/V)，主要香气成分为辛酸乙酯、1-丙醇、乙酸乙酯和2,3-丁二醇， 本次分析所有挥发性香气物质总浓度3409mg/L。
浓缩富集液的利用
(1)用于葡萄酒调配：将富集液分别按照0.2‰、0.5‰、0.8‰和1.0‰ 调配入同一款赤霞珠原酒进行品尝，通过公司12位专业品尝人员品尝，0.5‰ 的添加量所有人员均可识别，同时其中8位品尝人员认为较原样香气和口 感质量有较明显提升。
(2)用于葡萄酒烈酒调香：将富集液分别按照1.0‰、1.5‰、2.0‰和 2.5‰调配入同一款烈酒基酒，同样通过公司12位专业品尝人员品尝，1.5‰ 的添加量所有人员均可识别，并且9位品尝人员认为明显提升了葡萄烈酒 的果香浓郁度和优雅度。
通过以上案例，充分验证了该发明专利的可操作性以及良好生产应用 效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
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