生物技术结课论文—葡萄酒生产(发酵工程)

葡萄酒酿造工艺及其酿造副产物的综合利用【摘要】发酵工程是一种重要的生物工程，发酵工程在葡萄酒酿制过程中得到很好的应用。本文介绍了工业化葡萄酒生产过程，发酵过程控制以及葡萄酒酿造副产物综合利用，主要论述葡萄酒糟的再发酵利用；酒石酸氢钾、葡萄籽油、葡萄色素、丹宁的提取，以及利用葡萄酒糟做饲料。最后，分析我国葡萄酒的发展趋势。【关键字】葡萄酒；发酵过程；发酵控制；葡萄酒糟；副产物；综合利用；发展趋势Abstract：Fermentationengineeringisakindofimportantbiologicalengineeringfermentationengineeringmakesgoodapplicationinthewinemakingprocess.Inthispaper,mainlyintroducedthewineindustrializationfermentationprocess,fermentationcontrolmethodsandintegratedutilizationofby-productsinwinebrewing,whichmainlydiscussedthereuseandfermentationofwineresidue，theextractionofpotassiumtartrate,grapeseedoil,grapepigmentandtannin,theutilizationofwineresidueasfeedstuff,etc.Finally,analysedthedevelopmentofgrapewineindustryinchina.Keywords：wine；fermentationprocess；fermentationcontrol；wineresidue；by-product；integratedutilization；developmenttrend发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉素等。发酵工程在葡萄酒酿造过程中得到很好地应用。1葡萄酒生产工艺流程选择原料→破碎、除梗→葡萄浆成分调整→二氧化硫处理→加入酵母→主发酵→分离皮糟→后发酵→贮存→成品调配→杀菌→装瓶→成品[1]。2葡萄酒生产过程2.1选择原料应选用红、紫、紫红、黑色葡萄，常用玫瑰香、佳丽酿、黑比诺、雷司令等品种，天气晴朗、朝露已干时，采摘葡萄。2.2破碎、除梗为使酵母易与果汁接触，加快发酵速度，利于红葡萄酒色素的浸出，常将果粒压碎使果汁流出。由于果梗的化学成分主要有单宁、树脂等，单宁具有强烈的粗糙感，树脂呈现苦味，使酒产生过重的涩味，果梗还会吸附色泽而导致色泽损失，所以要求除梗。2.3葡萄浆成分调整调糖：葡萄汁必须含17%的糖，才能生成10°的酒，只有10°以上的酒才能保存长久，糖分不足，就需加糖，以蔗糖为主，也可用葡萄糖或浓缩葡萄汁，糖的用量一般以葡萄原来的平均含糖量为标准。例如某一种葡萄完全成熟时，平均含糖22%，则调整糖分时仍添加到含糖22%，加糖过多会影响成品质量。调酸：如果葡萄浆酸度不足，各种有害细菌就会发育，对酵母发生危害，当酸不足时，应调节酸度，常加酒石酸、柠檬酸，在酸性(pH=3.5)条件下，酵母菌生长良好，还可抑制细菌繁殖，使发酵顺利进行，使红葡萄酒得到鲜明的颜色。2.4二氧化硫处理5 在葡萄浆破碎、除梗后，入发酵桶前，一次将二氧化硫全量添加，不可在发酵过程中分数次加入，二氧化硫在葡萄酒中有杀菌、澄清、抗氧化、增酸，使酒的风味变好等作用。2.5主发酵先清洗发酵桶，再用二氧化硫或甲醛薰蒸、消毒，将葡萄浆加至发酵桶3/4容积左右，内部留有1/4空间，以防因产生二氧化碳而溢出皮糟。加入二氧化硫4～8h后，向葡萄浆中添加酒母，酒母用量为投料总量的2%～10%，一般用3%，加入酒母后即开始主发酵，发酵前期通过搅拌，通入空气，使酵母繁殖，随后有零星的二氧化碳气泡产生，说明发酵已开始，之后发酵醪温度迅速升高，二氧化碳逸出量增加，说明发酵进入旺盛期，必须把温度控制在35℃以下，最好是一般在25℃～28℃，当温度达到45℃时，酵母几分钟就死亡。由于发酵产生的二氧化碳将醪液中的葡萄皮和其他固形物质带到醪液表面，生成很厚而疏松的浮糟，要压浮糟，赶走二氧化碳，当醪液的比重下降到1.020左右时，皮糟的浸提已很充分，制成的红葡萄酒色泽鲜艳、爽口、柔和，这时把皮糟分离出来，进行后发酵。主发酵约需12天【2】。2.6后发酵初发酵完成后，利用虹吸法，用细塑料管或胶管将葡萄酒汁倒入二次发酵器，然后将剩下的葡萄皮、籽、糟等用丝袜或细纱布过滤，过滤后的酒液也混入2次发酵器中，葡萄皮、籽、糟扔掉。注意二次发酵器留有1/10空隙，盖子也不要拧的很紧。放在阴凉处。此时的葡萄酒汁较为浑浊，颜色也不大好看，但喝起来已经是干红葡萄酒的味道了。进行第2次发酵时，会有少量洁白、细腻的泡沫上升。此过程可将残糖转化为酒精，其中的酸与酒精发生作用产生清香的酯。2~3周后，二次发酵基本完成，酒液变得清澈起来（没加澄清剂，不如买的酒清澈），后发酵约需15天【3】。2.7贮存把分离出来的葡萄酒倒入贮酒桶进行贮存，室温为8℃～18℃，相对湿度为85%，贮酒场所应保持卫生、空气新鲜，必须随时使贮酒桶内的葡萄酒装满，不让它表面与空气接触，避免菌膜及醋酸菌的生长。当酵母长期缺乏营养物质时，就会下沉死亡，导致酵母自溶现象，出现不良气味，所以要通过换桶除酒脚(杂质)。2.8成品调配当甜葡萄酒含糖不足时，需加糖。加糖量=原糖重量×(要求糖度-原酒糖度)/(100-要求糖度)；当酒精浓度低于指标时，需用同品种酒度高的调配，加酒精量=原酒体积×(要求酒度-原酒度)/(100-要求酒度)。2.9过滤要使葡萄酒澄清，必须进行过滤，往往先下胶100kg，原酒中加入6～10g单宁，24～26g明胶，先用热水溶解单宁，加入酒中搅拌均匀，再加入明胶，因正负电荷相结合，形成絮状沉淀下沉，吸附酒样中的杂质、灰尘，静止10～15天后，进行过滤。2.10杀菌当酒度大于16°，不用杀菌，当酒度低于16°时，采用巴氏杀菌法杀菌[4]。3发酵过程的控制5 在葡萄酒发酵的过程里，酵母菌把葡萄果汁中的还原糖发酵成酒精和二氧化碳，这是葡萄酒发酵的主要过程。在成酒精的发酵过程中，由于酵母菌的作用，及其他微生物如醋酸菌、乳酸菌的作用，在葡萄酒中形成其他的副产物，如挥发酸、高级醇、脂肪酸、酷类等。这些成份是葡萄酒二类香气的主要构成物。控制葡萄酒的发酵过程平稳地进行，就能保证构成葡萄酒二类香气的成份，在葡萄酒中处于最的协调和平衡状态，从而提高葡萄酒的感官质量。如果发酵速度过慢，一些细菌和劣质酵母的活动，可形成具有怪味的副产物，同时提高了葡萄酒中挥发酸的含量。如果发酵温度高，发酵速度过快，CO2的急剧释放会带走大量的果香，因而所形成的发酵香气比较粗糙，质量下降。所以，有效地控制发酵过程，是提高葡萄酒产品质量的关键工序【5】。首先要控制好葡萄酒发酵的温度。白葡萄酒的最佳发酵温度在14℃一18℃范围内，温度过低，起发酵困难，加重浆液的氧化;温度过高，发酵速度太快，损失部分果香，降低了葡萄酒的感官质量。白葡萄酒的发酵罐，罐体外面应该有冷却带，或者在罐的里面安装冷插板。因为在酒精发酵过程产生热量，使品温升高(在葡萄酒发酵过程，每产1度酒精，温度升高1.3℃)。在白葡萄酒的发酵过程，要通过冷却控制发酵温度。红葡萄酒发酵最适宜的温度范围在26℃一30℃，最低不低于25℃，最高不高于32℃。温度过低，红葡萄皮中的丹宁、色素不能充分浸渍到酒里，影响成品酒的颜色和口味。发酵温度过高，使葡萄的果香遭受损失，影响成品酒香气。红葡萄酒的发酵罐，最好也能有冷却带或按冷插板，这样能够有效地控制发酵品温。因为红葡萄酒的发酵温度较高，因而在罐体较小的情况下，用自来水喷淋罐体，也能把发酵温度控制在需要的范围内。这样的罐体可以不带冷却装置。在葡萄酒发酵的过程中，葡萄汁的比重不断下降，按时测定发酵醒液的比重变化(每8小时测定记录一次)，可以掌握发酵的速度或断定是否停止发酵，从而为控制发酵过程提供依据。用于原料成熟度测定的比重计，也可用于葡萄醒及葡萄酒的比重测定。当表测葡萄醒液的含糖量接近零时，只有通过分析滴定，测定葡萄酒的含糖量，才能最后确定酒精发酵是否结束【6】。4葡萄酒酿造副产物的综合利用4.l葡萄酒糟的再发酵利用带皮渣发酵的葡萄醪在酒精发酵结束后，压榨过的湿糟中仍有相当于已流出酒量50％的葡萄原酒，若将它们全部榨出则很困难，而且这样压榨出来的酒质量也不好，因此，可以在酒糟中加入含糖量为170g／L的糖水，并用酒石酸来调节其酸度，使pH值保持在3--4之间进行发酵。由再次发酵所得到的酒糟仍含有一定量的酒精，可以将这些酒糟和葡萄酒贮存转池时剩下的酒脚收集起来，转入蒸馏锅内进行蒸馏，出酒后要截去头尾留中间，因开始出的酒头内有大量沸点低的甲醇和醛类，而在蒸馏酒精为50度以下的酒尾内含有较多的杂醇油，所以酒头与酒尾应单独存放，两者合并后再重新蒸馏。中馏酒可以直接加入葡萄酒中，以增加葡萄酒的酒度，也可以贮存在橡木桶中密闭陈酿，这类酒贮存年限越长，色泽越深，香味越浓，口味细致柔和，经适当调配即可成为优良的白兰地。4.2酒石酸氢钾的提取酒石酸氢钾是白色透明的晶体，它在医药、化工、食品等方面都具有广泛的应用。酒石酸氢钾虽然可以用发酵法或化学法合成，但生产费用比较高，而利用葡萄酒的酿造副产物，可以很方便地提取得到。葡萄酒发酵结束，经较长时间的贮存，特别是经过低温冷贮以后，会在容器的底部或内壁上沾有许多食盐状结晶的酒石酸氢钾，可用刀将其轻轻刮下，同时，在蒸馏酒精后的葡萄酒糟中，也含有一定量的酒石酸氢钾。4.3葡萄籽油的提取5 在葡萄酒生产过程中，会产生占葡萄总量3％的葡萄籽。在这种葡萄籽油中，含有60％-70％的亚油酸以及丰富的维生素E和维生素P等成分，这些物质，人体内不能合成，只能从外界摄取，具有增强体质、降低血压，增黑毛发等功能，可以作为高级食用油和化妆品的原料。葡萄籽油提取时，先将葡萄籽磨碎。萃取的葡萄籽油经过真空蒸发回收溶剂后，用过热蒸气脱臭，再用碱液除去游离脂肪酸，最后用活性炭脱色。即得到精制的葡萄籽油。葡萄籽油很易氧化，加工和贮存过程应注意采取隔氧措施。4.4葡萄色素的提取对于含色素较高的红葡萄酒糟，可以用热水加以浸提，然后将浸提液经冷却器进入沉淀槽分离杂质，再通过树脂柱，使色素被适当的树脂吸附，当树脂吸附饱和后，用适当浓度的酒精液将色素洗脱下来，树脂再生，把溶有色素的酒精溶液进行减压蒸馏，最后的色素溶液经喷粉干燥器制得色素粉；也可以把色素溶液进一步浓缩为浓溶液，进而冷却，贮存，虽然贮存不如色素粉方便，但使用很简便，也可以减少设备投资。所得的葡萄红色素有一定的耐光性，短时间能耐较高温度，它色泽鲜艳自然，无毒无害，是一种比较理想的天然色素，可广泛应用于酸性食品和饮料，但遇铁会使结构发生变化，产生沉淀，因而生产和应用葡萄红色素时，应避免与铁制品接触。4.5丹宁的提取在葡萄果梗和葡萄籽壳中含有相当多的丹宁质，因此，可以把破碎的葡萄果梗和葡萄籽榨油后的干壳用5酒精浸泡。然后取出浸泡液，将酒精蒸馏回收，废液真空浓缩，沉淀干燥后即为丹宁。提取过程要注意隔氧以防丹宁氧化成棕色。丹宁除用于橡胶工业和化学分析外，还能用于葡萄酒明胶处理时因丹宁不足而补充添加。4.6利用葡萄酒糟做饲料干燥粉碎后的葡萄酒糟经分析，其成分为：水分3.2％-9.6％，灰分5.0％-6.6％，蛋白质12.0％-14.8％，纤维素17.7％-35.0％，此外还富含维生素、微量元素、氨基酸(尤其是赖氨酸、色氨酸)，及类胡萝素，这是玉米中所缺乏的，并且葡萄酒糟中含有果胶质，在猪的营养代谢过程中起着有益的作用。葡萄酒糟中纤维素含量较高，尤其是存在着牲畜难以消化的籽壳，因此，需将它和麦麸调和成饲料，或者与少量糖浆混合，以改善口味和碳的含量，同时，干燥粉碎后的葡萄酒糟含水量不能超过6％，否则在贮存过程中易受到霉菌的污染。作为葡萄酒酿造的副产物，葡萄酒糟还可用做沼气的原料等，此外，还含有1.5％-2.5％的氮，0.5％的磷和1.4％-2.6％的钾(干基)，因此，堆积沤制后的葡萄酒糟和葡萄籽油饼在葡萄园里施用，能够改善土壤的物理结构，产生良好的肥效，对促进葡萄生长和提高果实品质具有显著的作用【7】。5我国葡萄酒的发展趋势5.1世界葡萄酒产业发展趋势从整体上分析,在短期内世界葡萄酒产业的发展趋势如下:（1）葡萄种植总面积趋于稳定，葡萄酒产量缓慢上升，消费量将持续增长。（2）世界葡萄酒市场供大于求的状况仍将持续。（3）葡萄酒消费和生产逐渐趋于优质化、高端化。（4）新世界葡萄酒生产和消费量增长强劲【8】。5.2我国葡萄酒产业发展趋势5 根据目前的发展态势，在短期内我国葡萄酒产业可能会呈现如下发展趋势：（1）葡萄酒相关法律、法规将进一步健全。葡萄酒标准体系将继续完善，逐步与世界接轨。特别是产品安全标准，不久将会发布实施。（2）葡萄酒市场需求与产量进一步扩大。预计2014年我国葡萄酒产量将达80万吨。（3）葡萄酒质量稳步提高，产品向高端化发展。未来几年高档酒将占到50%，中档酒占到40%，而低档酒只占10%。（4）产品结构进一步优化,新产品开发加快酒种多样化、个性化发展。（5）葡萄原料基地建设发展方面，利用资源优势和独特生态条件，选育优良的酿酒葡萄品种，提高栽培技术，控制葡萄质量，建立稳定可靠的葡萄原料基地。（6）增强自主创新能力，加强产学研结合，学习国外先进技术开发解决行业急需的、影响发展瓶颈的关键共性技术。（7）增强葡萄酒文化底蕴的宣传，培育消费市场，开发酒庄休闲旅游业发展。（8）进口葡萄酒量增长迅速，国内葡萄酒企业将面临更多国际竞争。尽管与国外发达国家相比，我国葡萄酒产业尚存在差距。但改革开放的蓬勃发展证明了我国葡萄酒产业发展的潜力巨大，在国家和社会的共同关注下，在企业自身的不断努力下，我们相信中国的葡萄酒事业一定会有更加辉煌的明天【9】。【参考文献】【1】顾国贤．酿造酒工艺学[M]．第2版.．北京：中国轻工业出版社，2008：372-374【2】高玉荣，王霞．红葡萄酒的生产工艺的研究[J]．食品科技，2001，(1)：58-59【3】朱宝镛．葡萄酒工业手册．北京：中国轻工业出版社，1995．386544．【4】魏运平．葡萄酒酿造工艺学．酿造酒科技，2003（2）77-78【5】王咏丽等．干红葡萄酒生产关键技术解析[J]．山东轻工业学院学报，1999，（9）：57-65【6】邢小鹤，吴高俊．葡萄酒的控制：食品工业科技，2000【7】张燕，朱济义．中国葡萄酒质量状况及发展探讨[J]．酿酒科技，2011（09）：132-134【8】FLEETGH．Thedevelopmentofgrapewineindustry[J]．InterbatFoodMicrobiol．2003,86(9)：11-22【9】张燕，朱济义．中国葡萄酒行业现状存在的问题及发展现状[J]．酿酒科技，2009（11）：128-1305