劉新超-年產(chǎn)5000噸紅葡萄酒工藝設計

1、蘭州交通大學課程設計蘭州交通大學課程設計題目名稱：年產(chǎn)5000噸紅葡萄酒工藝設計學 院： 化學與生物工程學院 專業(yè)班級: 生工1301班 學 號： 201307604 學生姓名： 劉新超 指導教師： 桂妍雯 摘要葡萄酒是我國五大酒種中增長較快的酒種之一，本設計在結合中國葡萄酒行業(yè)實際情況的基礎上，借鑒國外葡萄酒行業(yè)的成熟經(jīng)驗，設計了年產(chǎn)5000 t 紅葡萄酒的工藝體系。該設計以質量優(yōu)良的葡萄為原料，經(jīng)過破碎加工、發(fā)酵、過濾等工藝生產(chǎn)得到優(yōu)質紅葡萄酒。該工藝具有投資小、產(chǎn)出大、見效快、節(jié)約、環(huán)保、高效等特點，具有科學性、先進性和可操作性。關鍵詞：紅葡萄酒 工藝設計 產(chǎn)品質量 1 前言1.1葡萄酒

2、定義葡萄酒是用葡萄果實或葡萄汁，經(jīng)過發(fā)酵釀制而成的酒精飲料。在水果中，由于葡萄的葡萄糖含量較高，貯存一段時間就會發(fā)出酒味，因此常常以葡萄釀酒。葡萄酒是目前世界上產(chǎn)量最大、普及最廣的單糖釀造酒。早在六千年以前，在盛產(chǎn)葡萄的地中海區(qū)域，兩河流域的蘇美爾人和尼羅河流域的古埃及人就會釀造葡萄酒。有趣的是，在舞蹈文化中，有一種葡萄酒舞是在釀酒用葡萄豐收時，慶祝的團體舞蹈。在古埃及文化中，葡萄酒（紅酒）和血相關聯(lián)，這種象征關系也影響了附近地區(qū)產(chǎn)生的的宗教。在中國文化中，與葡萄酒有關的詩詞文學始自漢朝，多視葡萄酒為一種美酒。清代末期張弼士從歐洲引進葡萄酒的釀制技術到中國，并在山東煙臺建立中國近代首個葡萄園和

3、葡萄酒廠，中國才有重新制作本土生產(chǎn)的葡萄酒，其體系和禮節(jié)完全按照歐洲技術和傳統(tǒng)。紅葡萄酒的顏色主要來自于葡萄皮中的花色素苷。由于在發(fā)酵制作過程中含有葡萄皮的成分，紅葡萄酒有比白葡萄酒有更高的保健價值。 研究表明，攝入適量的紅葡萄酒對健康有益。一部分原因是因為皮中含有兒茶素、白藜蘆醇等多酚物質。它們可能降低癌癥的發(fā)病風險。1.2葡萄酒分類葡萄酒有許多分類方式。以成品顏色來說，可分為紅葡萄酒、白葡萄酒及粉紅葡萄酒三類。其中紅葡萄酒又可細分為乾紅葡萄酒、半乾紅葡萄酒、半甜紅葡萄酒和甜葡葡萄酒。白葡萄酒則細分為干白葡萄酒、半干白葡萄酒、半甜白葡萄酒和甜白葡萄酒。以釀造方式來說，可以分為葡萄酒、氣泡葡萄

4、酒、加烈葡萄酒和加味葡萄酒四類。其中一般葡萄酒的酒精含量約為百分之八到十五，然而加烈葡萄酒的酒精含量可能會更高。1.3葡萄品種葡萄酒的風味取決于釀酒葡萄的品種。因為不同的葡萄，所釀制出來的香味、喝的方式、收藏的方式都不同，所以風味會有很大的差別。葡萄的品種千變萬化，而不同地區(qū)的地理位置、緯度、土質與氣候，都有適合栽培的葡萄品種。釀制紅葡萄酒的葡萄品種主要有：赤霞珠、梅洛葡萄、西拉葡萄、黑皮諾、馬爾貝克、山吉歐維榭、格那希、內比奧羅、金芬黛、加美；釀制白葡萄酒的葡萄品種主要有：夏多內、雷司令、瓊瑤漿、蜜思卡岱、白蘇維儂、榭密雍、麝香葡萄、格烏塔明那、維歐尼爾、灰皮諾。要釀造好的葡萄酒，首先要有好

5、的葡萄原料，葡萄酒的質量，七成取決于葡萄原料，葡萄原料是奠定葡萄酒質量的物質基礎。所謂葡萄原料的質量，主要是指釀酒葡萄的品種，葡萄的成熟度及葡萄的新鮮度，這三者都對釀成的葡萄酒質量具有決定性的影響。葡萄酒的質量先天在于原料，后天在于工藝。我國東北、西北及黃河地區(qū)都適合栽培釀酒葡萄品種。1.4 選題的目的和意義本題目是年產(chǎn)5000 t 紅葡萄酒的工藝設計，是在結合中國葡萄酒業(yè)實際情況的基礎上，同時借鑒國外葡萄酒行業(yè)的成熟經(jīng)驗，制訂出的一套更科學、更合理的工藝體系，以滿足生產(chǎn)管理和消費者的需求。與傳統(tǒng)工藝相比，該工藝除具有投資小、產(chǎn)出大、見效快的特點外，還有省水、省電、省汽、勞動強度低、環(huán)保等特點

6、，因此，該工藝設計具有科學性、先進性和可操作性；所以新工藝的推廣必將引導行業(yè)的產(chǎn)品技術和質量的全面提升，提高本企業(yè)的葡萄酒在市場上的地位，并將會引領整個葡萄酒行業(yè)升級和科技進步。2 紅葡萄酒生產(chǎn)工藝2.1 紅葡萄酒生產(chǎn)工藝簡介葡萄酒是用葡萄果實或葡萄汁，經(jīng)過發(fā)酵釀制而成的酒精飲料。它的主要生產(chǎn)工藝分三步：第一步，分離獲得葡萄汁；第二步，進行酒精發(fā)酵和蘋果酸-乳酸發(fā)酵階段；第三步，儲存管理工藝。2.2 紅葡萄酒生產(chǎn)工藝2.2.1 收集葡萄紅葡萄比較容易被氧化， 采收時必須盡量小心保持果粒完整，以免影響成品質量。2.2.2 破碎加工葡萄采收后，要進行破碎加工，從而最大限度地保證破碎葡萄的新鮮度，并

7、便于壓榨取汁和去除果梗。除梗可在破碎前，也可在破碎的同時或之后。目前通常使用葡萄破碎機加工，破碎與除梗工序同時完成。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傷及種子及果梗，以避免種子和果梗中所含的寧、油脂等物質進入果汁中，增加葡萄酒的苦澀和麻味。在破碎前，應對葡萄果實進行分選，把不同品種、不同成熟度的果實分開破碎，同時除去爛果。在破碎時可按葡萄重量加入適量的 SO2 ，可以防止雜菌繁殖2.2.3 壓榨為了不將葡萄皮、梗和籽中的單寧和油脂榨出，壓榨時壓力必須溫和平均，而且要適當翻動葡萄渣。2.2.4 分離取汁果汁分離是紅葡萄酒的重要工藝。將葡萄破碎除梗，果漿直接輸入果汁分離機進行果汁

8、分離。采用連續(xù)螺旋式果汁分離機低速、輕微施壓于果漿。2.2.5 澄清傳統(tǒng)沉淀法約需1 d 的時間；離心分離器比較方便，但動力太強，常將酵母菌一并除去而需添加人工酵母。二氧化硫靜置澄清采用適量添加二氧化硫來澄清葡萄汁，其操作簡單，效果較好，在澄清過程中二氧化硫主要起3個作用：可加速膠體凝聚，對非生物雜質起到助沉作用。葡萄皮上有野生酵母、細菌、霉菌等微生物，在采收加工過程中也可能感染其他雜菌， 使用二氧化硫起到抑制雜菌的作用。葡萄汁中酚類化合物、色素、兒茶素等易發(fā)生氧化反應，使果汁變質，當葡萄汁中有游離二氧化硫存在時，首先與二氧化硫發(fā)生氧化反應，可防止葡萄汁被氧化。2.2.6 發(fā)酵紅葡萄酒發(fā)酵多采

9、用人工培育的優(yōu)良酵母（或固體活性干酵母）進行低溫發(fā)酵。主發(fā)酵溫度在1622 為宜，主發(fā)酵期為6 d 左右。主發(fā)酵后殘?zhí)墙抵? g/L 以下，即可轉入后發(fā)酵。后發(fā)酵溫度一般控制在15以下。在緩慢的后發(fā)酵中， 葡萄酒香和味的形成更為完善， 殘?zhí)抢^續(xù)下降至2g/L 以下。后發(fā)酵持續(xù)30 d 左右。2.2.7 倒桶、儲酒將澄清的葡萄酒倒入橡木桶中儲藏， 此過程對紅葡萄酒的釀制很重要， 幾乎所有高品質的葡萄酒都經(jīng)橡木桶的儲藏，因為橡木桶不僅補充了酒的香味，同時提供適度的氧氣使酒圓潤和諧。儲藏時間的長短依據(jù)酒的結構、橡木桶的大小新舊而定，通常不會超過2年。紅葡萄酒儲藏的過程主要是為了提高穩(wěn)定性，使酒成熟，

10、口味重，要達到這個要求，和諧乳酸發(fā)酵、換桶、短暫透氣等都是不可少的程序。2.2.8 過濾紅葡萄酒是否清澈跟酒的品質沒有太大的關系，除非是因為細菌感染使酒渾濁。但為了美觀，或使酒結構更穩(wěn)定，通常還是會進行澄清的程序。釀酒師可依需要選擇適當?shù)倪^濾法。2.2.9 冷處理冷處理是使酒中雜質因溫度降低而發(fā)生沉淀， 再通過過濾把沉淀除去，使酒質穩(wěn)定，如去酒石酸化鹽、乳酸發(fā)酵、澄清等，才能使發(fā)酵液在瓶中進行二次發(fā)酵。2.2.10 調配在二次發(fā)酵前， 釀酒師常會混合不同產(chǎn)區(qū)和年份的葡萄酒以調配出所要的各種口味。發(fā)酵完畢，經(jīng)儲藏一段時間的葡萄原酒，逐漸趨向老熟，酒味變得醇和起來，釀酒者可以對原酒的酒度、糖分、酸

11、分進行調配。上市的紅葡萄酒的含糖量為12 %14 %，酒度為12 %vol，酒度用同品種蒸餾酒調配，酸度可用檸檬酸或中性酒石酸調配，糖度用白砂糖調配。2.2.11 裝瓶前的過濾裝瓶前，必須去除酒中的死酵母和葡萄碎屑等雜質。常用的方法有換桶、過濾法、離心分離器和皂土過濾法等。2.2.12 裝瓶、殺菌、包裝把酒裝入預先消毒的酒瓶中， 于6070 ， 殺菌1520 min。為了延長瓶裝紅葡萄酒的穩(wěn)定期，防止棕色破敗病，紅葡萄酒裝瓶以前，要加入30mg50mg/L的VC。對于裝瓶后立即投入市場，短時間里就能消費的紅葡萄酒，可采用防盜蓋封口，這樣成本低。國內外大多數(shù)紅葡萄酒，都是采用軟木塞封口，軟木塞封

12、口比較嚴密，可以延長瓶裝紅葡萄酒的保存期限。所謂葡萄酒的包裝，就是對裝瓶封口后的葡萄酒，進行包裝裝潢。紅葡萄酒生產(chǎn)總工藝流程見下圖圖1 酵母和糖二氧化硫 控溫 26-28葡萄分選破碎分離取汁澄清 多次倒 桶發(fā)酵壓榨紅葡萄酒 過濾調配冷處理過濾儲酒 皂土白砂糖蒸餾酒檸檬酸圖1 紅葡萄酒生產(chǎn)總流程圖3 工藝計算及設備選型3.1葡萄酒工藝物料衡算3.1.1生產(chǎn)周期主酵期57 d， 后酵期為2030 d， 儲酒期0.52年，生產(chǎn)能力5000 t。3.1.2 原料用量按工藝要求， 葡萄酒的原料為100 %新鮮的優(yōu)質葡萄，葡萄用量為1000 kg。其糖度為196 g/L，按正常工藝操作，釀成的酒的酒精度為

13、11.0 %vol12.0 %vol，符合國家的標準要求。3.1.3 葡萄汁的量葡萄經(jīng)除梗破碎之后得到的葡萄汁，一般情況下皮、梗、籽占整個果穗的23 %，不能釀酒發(fā)酵的低檔壓榨汁為3 %。因此，所得葡萄漿的量為：5000×（1-23 %）×（1-3 %）=3734.5 t3.1.4 發(fā)酵原酒的量葡萄汁經(jīng)過酒精發(fā)酵之后，分離酒腳，接著進行自然發(fā)酵，之后分離酒腳得到的發(fā)酵原酒。一般情況下，酒精發(fā)酵后的酒腳量約占整個發(fā)酵醪液的5 %， 自然發(fā)酵后的酒腳量約占發(fā)酵原酒的2 %，再次發(fā)酵過程中的壓榨、管道及操作損失約為1 %。因此，酒精發(fā)酵后所得原酒的量為：3734.5×（

14、1-5 %-1 %）=3510.43 kg，蘋果酸-乳酸發(fā)酵后所得原酒的量為：3510.43×（1-2 %）=3440.2 kg3.1.5 陳釀原酒量發(fā)酵后，原酒進入陳釀階段，此過程需經(jīng)過幾次的倒罐操作，分離酒腳，得到較澄清的、口感較佳的陳釀型原酒。在陳釀期間酒腳、儲存期自然損失及操作過程中的損失一般為3 %左右，因此，陳釀后原酒的量為：3440.2×（1-3 %）= 3337 kg3.1.6 穩(wěn)定后處理原酒的量陳釀后的原酒在品評均衡后經(jīng)穩(wěn)定性處理，主要進行下膠澄清、低溫冷凍和趁冷過濾處理。其中下膠澄清過程的損失約為2 %。低溫冷凍和趁冷過濾過程損失為2 %。因此，穩(wěn)定性處

15、理后原酒的量為：3337×（1-2 %）×(1-2 %)=3204.8 kg3.1.7 裝瓶后成品的量穩(wěn)定性處理后的酒經(jīng)無菌過濾后， 進入灌裝系統(tǒng)裝瓶包裝。在此過程中的過濾損失及機械操作等損失大約為2 %。因此，裝瓶后的成品的量為：3204.8×（1-2 %）= 3140.8 kg3.1.8 出酒率由物料衡算得知，5000 t 葡萄產(chǎn)酒3140.8 t；則葡萄出酒率為：3140.8÷5000×100 %=62.8 %噸酒耗葡萄量為：5000÷3140.8=1.59 t年產(chǎn)5000 t 紅葡萄酒耗葡萄量為：5000×1.59

16、t=7950 t3.1.9 二氧化硫的添加量生產(chǎn)5000 t 紅葡萄酒，二氧化硫用量為50 mg/L，使用6 %的亞硫酸調硫，添加量為：5000×50/6 %=4170 L。3.1.10 蔗糖添加量生產(chǎn)5000 t 紅葡萄酒，出汁率為75 %，含糖為196 g/L，生產(chǎn)12 %vol 葡萄酒，需補加蔗糖：（12×18-196）×5000=100000 kg=100 t。3.2 設備設計及選型（1） 發(fā)酵罐的選型（2） 發(fā)酵罐個數(shù)和結構尺寸的確定年產(chǎn)5000噸，裝料系數(shù)0.8，出汁率75%葡萄酒密度=1076kg/m3， 生產(chǎn)周期T=15天 發(fā)酵罐個數(shù)的確定 日產(chǎn)5

17、000/300=16.67t/天 有效容積：16.67*15=250t/天 發(fā)酵體積：250/0.8=312.5t/天 取發(fā)酵罐 20t*15 加1個備用，公用16個發(fā)酵罐，即N=16 總V=62.6*5000/1076/0.8=363.6m3 V有效=62.6*5000/1076=290.9m3 發(fā)酵罐結構尺寸的計算 發(fā)酵罐采用圓柱形器身，底和頂為錐形蓋，選取結構尺寸的比例關系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 由發(fā)酵罐的基本結構尺寸，可確定氣罐表面積，罐體圓柱

18、部分表面積A1和罐底、罐頂表面積A2、A3分別為：R罐的半徑 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 所以全罐面積A=A1+A2+A3=102.5m2 （3）總的發(fā)酵熱計算 Q=Q1（Q2+Q3）3 Q1=m*sq 式中m每罐發(fā)酵醪量，kg s糖度降低的百分值，% q每1kg糖發(fā)酵放熱，J Q主發(fā)酵期每小時糖度降低1度所放出的熱量，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*

19、kc(TW-TB) 假定罐壁不包扎保溫層，TW=35，TB=32 則 kc=k對+k輻=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 效益評估4.1基本投產(chǎn)4.1.1固定資產(chǎn)投資建筑工程費用，用于廠房建筑，設備基礎處理，大型土方石方和場地平整等。K1=500W設備及工期購置費用，用于購置各種設備工具K2=200W安裝工程費用，用于設備和工作臺的安裝，已經(jīng)鋪設管線等。K3=50W

20、其他費用，包括土地使用費，人員培訓費，勘察涉及分。K4=600W基本預備費，用于事先難以預料的工程和費用。K5=20W 固定投資費用.K'=K1+K2+K3+K4+K5=1370W4.1.2流動資金投產(chǎn) 設流動資金占固定資產(chǎn)20% 則k''=K*20%=300W基本投產(chǎn)K0=K'+K''=1633W4.1.3原料燃料費 葡萄市場價格58000元/噸。全年葡萄耗費7950*8000=6360W。糖市場價格5000元/噸。全年糖耗費=100*5000=50W其他添加劑，全年耗費=30W全年原料耗費M1=6450W燃料，動力耗費M2=650W原料燃料費

21、用M=M1+M2=7100W4.2利潤750ML中高檔葡萄酒的市場價格平均為50元/瓶，約6.6萬/頓。假設每年5000噸葡萄酒均能銷售一空，則每年銷售額為33000萬。銷售費用為銷售收入的45% ，則稅前利潤為=33000*(1-45%)-7100W= 11050W 企業(yè)稅收方面按年利潤的28%計算，這稅收為 11050*28%=3094W 年利潤為11050*72%=7956W4.3投資回收期投資回收期=項目總投資/年利潤=10103/7956=1.27年本項目所產(chǎn)生的廢渣、廢水是很好的肥料。因此其對資源的合理利用、對環(huán)境的保護、對經(jīng)濟與生態(tài)的平衡，都有著重大的作用，進而改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)利用。本項目利用現(xiàn)有技術生產(chǎn)紅葡萄酒，瞄準的是市場的變化。其經(jīng)濟效益、社會效益