葡萄酒控温发酵实验研究

第５卷第１期　顺德职业技术学院学报　ｖｏ１．５　ＮＯ．１　２Ｏｏ７年３月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｕｎｄｅ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｍａｒｃｈ　２Ｏｏ７　葡萄酒控温发酵实验研究　刘彬，童明伟，徐永松　（重庆大学动力工程学院，重庆４０００３０）　摘　要：葡萄酒发酵过程放热量大，会使发酵介质的温度升高而影响酒的质量，因而控温　发酵是酿造高品质葡萄酒的一项重要技术措施。为此，对红葡萄酒发酵过程的发热特性进行　了实验研究。首先在无温控状况下进行自然发酵，研究发热量的变化关系，确定发酵过程中　变化的内热源项。随后进行控温发酵实验，得到控温条件下的发酵介质温度变化曲线，并分　析了控温范围等因素对发酵过程传热的影响。　关键词：发酵；内热源；控温　中图分类号：ＴＫ１２１；ＴＳ２６１．４　文献标志码：Ａ文章编号：１６７２—６１３８（２００７）０１—００１９—０３　微生物发酵过程是极其复杂的生化反应，在这个　进行发酵。该装置为一３００ｍｍｘ３０Ｏｍｍｘ３０Ｏｍｍ的正　过程中热量产生以及温度分布的分析非常困难。目　方体发酵箱，正面留有观察窗口。从其侧面正中心位　前对于有生物内热源存在下的微生物发酵的传热过　置导入一根不锈钢水管以便通入冷热水作为控温用冷　程研究较少，只对少数的微生物种类模拟了其传热　热源。发酵箱外部采用良好的绝热，内部布置铠装热　过程和温度分布【　２１。　电偶测量发酵过程中的温度升高。发酵箱中的葡萄酒　葡萄酒发酵生产过程中释放大量的热，使发酵　发酵介质分布均匀，在箱体长度方向中间位置取一切　介质温度升高，因而低温发酵是生产高品质葡萄酒　面作为热电偶的布置面，热电偶呈十字形分布在布置　的关键。红葡萄酒酿造的理想温度是２６—３０℃，白或　面上，如图１所示。实验研究的是红葡萄酒的发酵酿　桃红葡萄酒的发酵在１８—２０℃左右。温度超过某一限　制，自然发酵过程实验进行了１２天，记录了发酵过　度，酵母停止繁殖，导致发酵滞缓和停止。发酵温度　程中各个时刻各个测点的温度值，如图２所示。图３　一般不能超过３０ｏＣｔ３，４ｌ。因此，拟实验研究红葡萄酒　为热电偶布置中心测点７点的温度时间变化曲线。　发酵过程，分析发酵过程中的生物内热源。据观察　发酵介质主要为胶状物，流动性很差，因此在忽略对　１　２　３　４　５　６　７　流换热而主要考虑导热的情况下进行发酵实验分析，　—　研究其热量产生的变化关系；同时进行控温实验，对　８　９　发酵过程的传热进行分析。　—　１Ｏ　１１　１自然发酵实验与内热源研究　１２　实验采用了一个可视化发酵实验装置，发酵时　将消毒、破碎后的葡萄连皮、籽等一起放入发酵箱内　图１　中间截面热电偶分布　收稿日期：２００６－－１２—１８　作者简介：刘彬（１９８２一），男，重庆人，硕士，重庆大学博士研究生。研究方向：制冷与低温技术。　１９　维普资讯 http://www.cqvip.com

顺德职业技术学院学报　第５卷　由于发酵过程为放热过程，发酵箱中的介质吸　收热量后温度逐渐升高。当其温度升高到一定值以　后，由于超过了发酵的温度范围，发酵可能会停滞或　减缓，此时温度就不再升高。在实验进行到１５２小时　左右时，发酵箱中各点的温度都大致到达最高值。图　２曲线出现的温度下降是由于发酵装置绝热不够完善　造成的。当发酵停滞后，部分热量透过保温层散失掉　导致温度下降。　为研究葡萄酒发酵介质的放热量，对发酵介质　的热物理性质进行了实验研究，发酵介质密度Ｐ和发　酵介质比热容ｃ均由实验测定。其中比热容ｃ由ＤＳＣ　（差示扫描量热法）确定。实验发现，发酵试样的比　热容虽然随温度产生变化但在１９℃一３９℃温度范围内　波动较小，在实验条件下可假定为常数。经测试，比　热容之值在１．３０—１．４８之间波动，为此确定：ｃ＝１．４１　（ｋｇ．℃）。而发酵介质密度则采用量筒称取一定体　积的发酵胶试样，用电子称称重的方法确定。经过多　次测量，得到密度ｐ的平均值为：１．００８７￣１０￣ｋｇ｛ｍ３。　根据发热量的计算式，可以得到单位体积发酵　介质的温度升高所需要的热量：Ｑ　ａＴｏ式中，ｐ　为发热量ｋＪ／ｍ　，Ｐ为发酵介质密度ｋｇ／ｍ３，ｃ为发酵　介质比热容ｋＪ／（ｋｇ．℃）。　内热源为单位时间、单位体积中的生成热，表　达式为：　ａｒ，ａｒ为温升△　的时间。　因为各个测点在自然发酵时，变化规律相同，　以中心测点为分析对象，可以得到对应于不同温度下　的　值，故得出不同温度下的内热源大小趋势，如　图３所示。　可以看出在２５℃到３０℃之间内热源逐渐减小，　证明酵母活力随着温度升高逐渐减弱。内热源即生物　反应自身的产热量，反应了生物反应的剧烈程度。而　２５℃到２７℃范围内红葡萄酒发酵最为剧烈。当温度大　于３８￣Ｃ时，内热源几乎消失，证明发酵已经接近停　止。采用最ＩＪ＇￣－－乘法原理，利用Ｏｒｉｇｉｎ软件处理实验　数据得到一条多项式拟合曲线，如图３所示。　。　图３　中心测点７发热量与温度变化曲线　２控温发酵实验研究　自然发酵时，各个测点的温度变化趋势一致。　因为此时发酵介质处于均匀状态，各处的温度变化只　与时间相关而与空间位置无关。当通入控温用冷热源　后，温度不但随时间变化，也会随空间位置变化。　控温水管采用直径１６ｒａｍ的不锈钢管。控温用冷　热水由恒温浴槽提供，流量为６　Ｌ／ｍｉｎ，发酵过程中　进出口水温变化关系如图４所示。　图４　进出水口温度时间变化关系　远离控温水管的测点受到的影响弱于靠近控温　水管的测点，各个测点控温发酵过程中的温度与时　间变化关系如图５所示。可以看出各个测点在大部　分时间范围内温度波动范围为２５—３Ｏ℃，正好处于红　葡萄酒发酵的最佳温度范围内。发酵箱内离控温水管　最远测点１点的温度变化关系如图６所示。控温发酵　过程中最高温度为３３℃，而且持续时间不长，基本上　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　刘彬。等：葡萄酒控温发酵实验研究　属于控温水管温度影响范围之内。可见本实验采用　的冷热水管控温方式是有效的，单根控温水管有效　温度控制范围可以达到距离控温水管０．１５ｍ的区域。　３结论　（１）发酵过程中介质吸收热量后温度逐渐升高。　当温度升高到一定值以后，由于超过了发酵的温度　范围，发酵会停滞或减缓，此时温度不再升高；　（２）２５ｃ【＝到３０ｃ【＝之间内热源逐渐减小，证明酵　母活力随着温度升高逐渐减弱。当温度大于３８￣Ｃ时，　内热源几乎消失，发酵接近停止；　（３）内置式冷热源温控方式是有效的，单根控　图５　控温温度时间变化关系　温水管有效温度控制范围为０．１５ｍ。　参考文献：　【１】　孙天松．发酵过程中微生物代谢的限制因素［Ｊ】．中国调　味品，１９９４，（１　ｏ）：２—６．　［２］　陈敏，王静馨．发酵工艺条件的多目标化【Ｊ】．生物技术，　１９９５，５（４）：３７－３９．　【３】　高海生，张建材．葡萄酒酿造中的控温发酵技术【Ｊ】．食品　工业科技，２００５，（２）：１９４—１９５．　图６　控温测点１温度时间变化关系　［４］　李华．葡萄酒酒精发酵的终止【Ｊ】．酿酒，２００６，３３（２）：７—８．　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｗｉｎｅ　Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ＬＩＵ　Ｂｉｎ，ＴＯＮＧ　Ｍｉｎ—ｗｅｉ，ＸＵ　Ｙｏｎｇ—ｓｏｎｇ　（ＣｏＨｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｎｅ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｗｉｌｌ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｇｒｅａｔ　ｈｅａｔ，ｗｈｉｃｈ　ｗｉｌｌ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｍｅｄｉｕｍ　ａｎｄ　ｄｅｂａｓｅ　ｔｈｅ　ｗｉｎｅ　ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｈｉｇｈ　ｑｕａｌｉｙ　ｗｔｉｎｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｉｎ　ｒｅｄ　ｗｉｎｅ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ　ｎａｔｕｒａｌ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ；ｔｈｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｒｅｌｅａｓｉｎｇ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｎｅｒ　ｈｅａｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｏｆ　ｗｉｎｅ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｄｅｎｔｉｉｅｄ．Ｓｕｂｓｅｑｆｕｅｎｔｌｙ．ｔｈｅ　ｗｉｎｅ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｍｅｄｉｕｍ　ａｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｒａｎｇｅ　ｏｎ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｉｎ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｉｎｎｅｒ　ｈｅａｔ　ｓｏｕｒｃｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　【责任编辑：陈礼】　２１