本发明的背景
葡萄酒是通过发酵由葡萄酿造的一种乙醇饮料,以及自从文明开始以来供人们享用。较近代的葡萄酒,尤其是红葡萄酒,已作为“法国奇迹”来推销一法国人中心脏病的低发病率,虽然他们具有较高脂肪的饮食。据信,红葡萄酒中含有的三羟芪(trans-3,5,4′-trihydroxystilbene)给予红葡萄酒一定的药物性能,它贡献于“法国奇迹”。三羟芪还据信可以使用于防止或治疗一系列的人类疾病,比如血管、心脏和肝脏疾病。虽然三羟芪存在于其它植物中,其最丰富的天然源就是红葡萄皮。
图1示出生产红葡萄酒的典型的现有技术工艺100。葡萄酒生产工艺100可以分为三个一般的步骤,这就是一个发酵步骤101,一个混合和熟化步骤102和包装和存储步骤103。由发酵步骤开始,在收获之后葡萄105借助一个破碎-除梗器110破碎和除梗。破碎分离葡萄和释放葡萄汁,而除梗清除葡萄105的埂茎,以避免在葡萄酒内过高的丹宁酸水平。埂茎占葡萄105的约2.9%wt。
由葡萄105清除梗茎后,获得的破碎的葡萄混合物115称为“葡萄汁”,泵送至一个发酵罐130。来自一个酒石酸存储罐125的液体酒石酸120可以添加以控制葡萄汁115的pH度。
活性的酵母菌135也添加至发酵罐130,以开始在其中的葡萄汁115的初次发酵。红葡萄酒葡萄汁115允许在发酵罐130内发酵。葡萄汁115内的葡萄皮倾向于浮起至顶部以及浮起的葡萄皮被发酵罐130向下推回进入混合物中。因此葡萄汁在发酵时保持与葡萄皮接触,从而可以由葡萄皮接收红色和香味。在发酵时葡萄汁内的葡萄糖被酵母菌135分解成为二氧化碳和乙醇,它是葡萄酒内的酒精。二氧化碳组成葡萄105的约10%wt%。
当发酵完成时,或当由葡萄皮吸收需要量的香味和颜色,自由流动葡萄酒132通过重力分离,由发酵罐130放置到新的葡萄酒存储罐150内。自由流动葡萄酒132组成加入的葡萄105的约65%wt%。
在发酵罐130内的葡萄汁的剩余物包含全部的葡萄皮和一些葡萄酒。这种组合物称为果渣。为了回收不能借助重力分离获得的葡萄酒(即自由流动葡萄酒132),果渣140供给至一台压榨机145。压榨机145压榨果渣140以生产压榨葡萄酒148,它也放置到新葡萄酒存储罐150内。压榨葡萄酒148具有浓的香味和色素。压榨葡萄酒的体积组成加入的葡萄105的约7.1%wt。果渣的剩余物称为压榨果渣141,予以报废。
葡萄酒由新的葡萄酒存储罐150进入混合和熟化步骤102,在此处葡萄酒混合和经过一系列的存储,过滤和稳定化期,使葡萄酒老化,清除特定的物质和增加清晰度。最后,在包装和存储步骤103,葡萄酒进一步混合,过滤和装瓶。在混合和熟化步骤102以及包装和存储步骤103内过滤期得来的剩余物152和153予以报废。
图2示出用于生产白葡萄酒的一个典型的现有技术工艺160。生产白葡萄酒的工艺160与生产红葡萄酒的工艺类似,但是由于色素存在于葡萄皮内,在葡萄酒生产工艺160的早期就要清除葡萄皮,以便在葡萄酒发酵步骤161内控制葡萄酒的着色。因此,在葡萄105被一个破碎-除梗器110破碎和除梗之后,葡萄汁115被泵送至一个排放罐165。排放罐165通过重力分离,由果渣175分离自由流动葡萄汁170。
自由流动葡萄汁170供给至一个发酵罐190。果渣175供给至压榨机145。压榨机145压榨果渣175以产生压榨葡萄汁176,它也放入发酵罐190内,以及白葡萄酒果渣198予以报废。活性酵母菌195添加到果汁170和176,以开始在发酵罐190内的发酵。
一旦发酵完成,生成的葡萄酒197由发酵罐190进入混合和熟化步骤102,随后是包装和存储步骤103,与图1所示的相关工艺类似。在混合和熟化步骤102以及包装和存储步骤103的过滤期得来的剩余物154和155予以报废。
再次参见压榨机145(图1和2),使压榨的葡萄酒148(图1)由红葡萄酒果渣140(图1)清除,或压榨的果汁176(图2)由白葡萄酒果渣175(图2),压榨的果渣141(图1)或198(图2)清除,仍组成加入的葡萄105的约15%wt。压榨的果渣141和198可以堆存,作为肥料供重新利用。然而,压榨的果渣141和198在使用前必须堆存约12个月。堆存引起一系列问题,它包括臭味,水污染和寄生虫,讨厌的蚊蝇等的繁殖地。
红葡萄酒果渣141的一个代替的用途是作为生产葡萄酒乙醇的蒸馏材料。压榨果渣141的蒸馏典型地是在远离正常的葡萄酒生产场所进行,它要求一个蒸馏公司以高的价格收集大量的压榨果渣141。
再者,压榨的果渣141和198也可用于堆存或简单地填埋处理。
在由其它的植物材料,比如柑橘提取果汁之后,这里也剩余大量的植物材料。这些植物材料典型地被报废或作为牲畜饲料。
本发明的详细说明
在参见任何一个附图或多个附图时,具有相同图号的特点用于说明相同功能,除非出现相反的意图。
图3A示出生产红葡萄酒的一个工艺200。葡萄酒生产工艺200包括四个一般的步骤,这就是一个发酵步骤101,一个葡萄酒回收步骤201,一个混合和熟化步骤102和一个包装和存储步骤103。此发酵步骤101,混合和熟化步骤102和包装和存储步骤103是与背景部分内参见图1的步骤相同。
葡萄酒回收步骤201接收来自压榨机145和压榨果渣141,以及由它产生回收的葡萄酒281。回收的葡萄酒281与新葡萄酒存储罐150内的葡萄酒一起供给至混合和熟化步骤102,用于继续处理。
最后,葡萄酒回收步骤201也接收来自混合和熟化步骤102以及包装和存储步骤103的过滤期的剩余物152和153的输入,用于继续处理。
图3B示出葡萄酒回收步骤201的细节。参见图1可以看出,压榨的果渣141组成加入的葡萄105的约15%wt。压榨的果渣141在工艺201内供给至一个扩散提取器,它制成一个反向流动提取器205形状,用于由压榨的果渣141提取液体,可溶物和细颗粒物质。
反向流动提取器205具有一个螺旋传送器(未示出)安装在一个倾斜的扁长壳体206内,它采用一个槽形或管形,一个反向流动提取器的实例列于以下文献内:Australian Patent Publication No.587994。压榨的果渣141供给进入壳体206的下端,以及被螺旋传送器的转动携带向上。水208作为一种提取液体供给进入壳体206的顶部。优选的反向流动提取器205间歇地反转螺旋传送器的转动方向。螺旋传送器典型地以约1R.P.M转动。
水208在重力作用下流动向下,以及渗透压榨的果渣141。一个液体部分211,它是含有溶解和分散的可提取物质的水,供给进入一个水槽212。一个固体部分210,它被螺旋传送器携带至壳体的顶部,供给至一个水回收器件215,在此处水由固体部分210清除,以产生水216和耗尽的果渣220。此耗尽的果渣220在一个干重量基础上组成加入的葡萄105的约5.5%wt。水回收器件215可以是一台压榨机或一个蒸发器。
由水回收器件215回收的水216添加至水208,用于再循环进入反向流动提取器205。耗尽的果渣220主要含有植物纤维,以及通过复合生产覆盖料或者作为牲畜饲料。
在水槽212内的液体部分211供给通过一系列的分离器件,以回收液体部分211内的有用成分。在优选的应用中,第一分离器件是一个横向流动过滤器225,它使用显微过滤由液体部分211清除颗粒物质。横向流动过滤器225避免了与过滤膜片上颗粒物质堆积有关的问题,它是由于液体部分211通过过滤膜片的表面高的切向流动引起的。这样允许横向流动过滤器225成为“自清洁的”。
在优选的应用中,来自横向流动过滤器225的过滤的流体部分226供给至一个第二分离器件,它具有一个反向渗透器件230的形状。反向渗透器件230增压过滤的液体226,以及使用一个半可渗透的膜片,它允许水、乙醇和非常小的分子通过膜片的移动,而排斥较大的分子作为剩余物235。
最好,水、乙醇和小分子混合物240供给至一个第三分离器件,它具有一个三羟芪回收器件245的形状。三羟芪回收器件245是一个吸附柱,使用聚合物小球,以便由混合物240提取各种低分子量可溶物250,包括三羟芪,它是一种抗氧化剂。
来自三羟芪回收器件245的液体255,它主要含水和乙醇,最好供给至一个第四分离器件,它具有一个乙醇/水分离器260的形状,比如,作为一个连续的蒸馏器。乙醇/水分离器260分离液体255成为输出的水265和乙醇270。水265添加至水208,用于再循环进入反向流动提取器205,而乙醇270供给至回收的葡萄酒存储罐280。
因此,供给至反向流动提取器205的水208是再循环/回收的“葡萄酒”水,从而减少了酿造葡萄酒水的使用量,而同时减少了废水。
再次参见反向渗透器件230,剩余物235最好供给至一个结晶器件272。结晶器件272清除酒石酸氢钾273(也称酒石稀奶油),它是来自剩余物235的剩余物235内的结晶沉积。回收的酒石酸氢钾组成加入的葡萄105的约0.8%wt。
剩余物275的剩余量也供给至回收的葡萄酒存储罐280,在此处它与来自乙醇/水分离器260的乙醇270混合。此回收的葡萄酒存储罐280现含有回收的葡萄酒281。回收的葡萄酒281组成加入的葡萄150的约8.6%wt,以及具有不成比例高的香味和色素。
来自结晶器件272的酒石酸氢钾273以及来自混合和熟化步骤102以及包装和存储步骤103的过滤期的剩余物152和153分别地供给至一个酒石酸生产器件274,在此处生产酒石酸292。酒石酸292存储在一个液体酒石酸存储罐290内。器件274典型地使用一个小的硫酸输入。
在液体酒石酸存储罐290内的液体酒石酸使用于充填液体酒石酸存储罐125。因此,葡萄酒厂生产其自己的酒石酸,而不是由外界货源采购酒石酸。剩余的酒石酸可以出售。
参见图3A可以看出,来自回收的葡萄酒存储罐280的回收的葡萄酒281与新葡萄酒存储罐15D内的葡萄酒一起供给至混合和熟化步骤102。使用增加的回收的葡萄酒281,葡萄酒的收获率由图1排列的约72.1%wt增加至加入的葡萄105的约80.7%wt,它等于葡萄酒的收获率增加12%。此外,当回收的葡萄酒281和新葡萄酒存储罐150内的葡萄酒来自相同批的葡萄105时,葡萄酒的聚合可以保持。
在一个代替的应用中(未示出)来自发酵罐130的果渣140能够直接供给至反向流动提取器205,从而消除了一个步骤,它就是在生产工艺200中的压榨机145的需要。压榨的葡萄酒148不会损失,因为它被葡萄酒回收步骤201回收。
葡萄酒生产工艺200的另一个优点是,葡萄汁115可以较早地由发酵罐130取出,因为葡萄酒回收步骤201会由果渣141提取色素和香味,以及当回收的葡萄酒281与新葡萄酒存储罐150内的葡萄酒混合时,重新引入色素和香味至葡萄酒内。由于较早地由发酵罐130取出葡萄汁,发酵罐130可以空用于处理下一批。
一批结束之后,水208可以使用于冲洗工艺200中的全部存储罐和装置。冲洗的残余水可以供给至结晶器件272,用于生产另外的酒石酸氢钾。
生产工艺200的原理也能使用于白葡萄酒的生产。在图4A内,一个白葡萄酒生产工艺300也包括四个一般步骤,这就是一个发酵步骤161,一个果汁回收步骤301,一个混合和熟化步骤102以及一个包装和存储步骤103。发酵步骤161,混合和熟化步骤102以及包装和存储步骤103与背景部分参见图2所述的相同。
果汁回收步骤301接收来自压榨机145的白葡萄酒果渣198作为输入,以及由它生产回收的果汁382。回收的果汁382也供给至发酵罐190。发酵罐190因此含有自由流动果汁170,压榨果汁176和回收果汁382,全部果汁发酵以生产白葡萄酒197。
图4B示出果汁回收步骤301的细节。压榨的白葡萄酒果渣198供给至一个反向流动提取器205和水回收器件215的组合,用于由压榨的果渣198提取液体,可溶物和细颗粒物质,以生产一种液体部分311,耗尽的果渣220和回收水216。液体部分311,它是含有溶解的和分散的可提取物质的水,供给至一个存储罐312。
存储罐312内的液体部分311供给通过一系列的分离器件,以便由液体部分311回收有用的组分。在优选的应用中,第一分离器件是一个横向流动过滤器325,它使用显微过滤由液体部分311清除悬浮的固体物质327。
在此优选的应用中,来自横向流动过滤器325的过滤的液体326供给至一个第二分离器件,它具有超级过滤器件328的形状,用于继续澄清过滤的液体326。例如,一个控制量的色素(酚醛)可以清除。
在此优选的应用中,来自超级过滤器件328的液体329供给至一个第三分离器件,它具有一个反向渗透器件330的形状。反向渗透器件330允许水365前进通过膜片,而排斥较大分子作为剩余物335。
水365增加至水208,用于再循环进入反向流动提取器205,而剩余物335,它主要含有浓缩果汁,供给至一个回收果汁罐380。回收果汁罐380现在含有回收的果汁381。如以上所述,回收的果汁381供给至发酵罐190(图4A),在此处回收的果汁381与自由流动果汁170和压榨果汁176组合。
再者,当发酵罐190内的葡萄酒197来自相同批的葡萄105时,果汁的聚合可以保持。
在一个代替的应用中(未示出),来自排放罐165的果渣175直接地供给至反向流动提取器205,从而消除了葡萄酒生产工艺300中的一个步骤。压榨的果汁176不会损失,因为它被果汁回收步骤301回收。
因此,由以上所述可以看出,葡萄酒生产工艺200和300是“全面的”。许多化学剂可以由工艺本身制造出来,比如酒石酸,再者,借助在葡萄酒回收步骤201和果汁回收步骤301内的水(葡萄酒水)的再循环,不仅水的使用量减少,溢流废水也减少。在下面的表中列出工艺200和300典型生产的组分的重量百分比。
表1
组分 |
%,wt |
自由流动葡萄酒压榨的葡萄酒回收的葡萄酒干果渣固体酒石酸氢钾CO<sub>2</sub>干梗茎 |
657.18.65.60.8102.9 |
重要的是,与现有技术工艺100和160比较,葡萄酒收获率为80.7%∶72.1%,它增加12%收获率。
工艺200和300虽然涉及葡萄酒的生产,这里所述的原理对于果汁提取后任何植物材料剩余物具有通用性,这些果汁包括来自番茄,柑橘,苹果等的果汁。为了说明此点,图5示出一个工艺500,用于由柑橘510提取果汁。柑橘510的组织可以大致地分为内果皮,外果皮和果核组织。柑橘510首先放入通过一个初次果汁提取器件515,以生产初次果汁520和剩余材料530。初次果汁520供给通过一个精处理器522,在此处精处理的初次果汁泵送至果汁罐580之前,果核和其它重的固体由初次果汁520清除。
在一个应用中,初次果汁提取器件515工作使柑橘510破碎和由内皮榨取初次果汁520。在另一应用中,初次果汁提取器件515工作使柑橘510除核和通过除核器件由内皮榨取初次果汁520。
初次果汁520典型地含有果糖,柑橘酸,矿物质,维生素,包括抗坏血酸(维生素C),一系列希望的生物活性化合物,包括类黄酮和某些柠檬苦素,以及不希望的苦味化合物。柑橘外皮典型地含有某些化合物,但是极高的希望的生物活性化合物在果糖和矿物质内,以及极低的生物活性化合物在柑橘酸内。
剩余材料530主要含有柑橘外皮。剩余材料530供给至一个切片器件532,在此处柑橘外皮切割成为小碎片。切片剩余物533供给至一个反向流动提取器540,用于由剩余物533提取液体,可溶物和细颗粒物质。
切片剩余物533供给至反向流动提取器540的下端,而水550供给至反向流动提取器540的顶部。水550在重力作用下流动向下以及渗透剩余物533。一个液体部分541是接收自反向流动提取器540的下端,以及供给至一个存储槽543。一个固体部分542,它是由反向流动提取器540的顶部排斥的,供给至一个水回收器件555,在此处水由固体部分542排出,以产生水551和基本干燥的外皮556。干燥的外皮556清除以及可以组合,使用作为牲畜饲料或使用作为人类营养辅助剂的一种成分,如下列文献所述:Australian Patent PublicationNo.0736545。借助水回收器件555回收的水551添加至水550,用于再循环进入反向流动提取器540。
存储罐543内的液体部分541供给通过一系列的分离器件,用于澄清。在优选的应用中,第一分离器件是一个横向流动过滤器560,它使用显微过滤由液体部分541清除悬浮的不溶解固体561。
在此优选的应用中,来自横向流动过滤器560的过滤的液体562随后供给至一个第二分离器件,它具有一个反向渗透器件565的形状。反向渗透器件565由过滤的液体562清除水566,以生产澄清的浓缩液体568。水566添加至水550,用于再循环进入反向流动提取器540。
最好,澄清的浓缩液体568供给至一个第三分离器件,它具有一个吸附柱570的形状,它含有聚合物小球,用于由澄清的浓缩液体568清除不希望的苦味化合物和某些希望的生物活性化合物。
来自吸附柱570的液体575是回收的柑橘果汁,它添加至果汁罐580内的精处理的初次果汁523内。
在另一应用中,液体575放入通过一个继续分离器件(未示出),它具有离子交换树脂和结晶器件的形状,用于清除钙,抗坏血酸钙和柠檬酸钙。由另一个分离器件获得的液体与抗坏血酸钙和柠檬酸钙一起随后添加至果汁罐580内的精处理的初次果汁523内。
精处理的初次果汁523的收获率为使用的柑橘510的55-60%wt。这是仅借助现有技术工艺提取的果汁。工艺500提取柑橘510的一个增加的25-30%wt,作为回收的柑橘果汁575,因此增加一个40%的收获率。工艺500的一个增加的利益是,在最终的柑橘果汁内的聚甲氧基黄酮和柠檬葡糖苷(希望的生物活性物质)是单独在精处理的初次果汗523内的两倍。
以上所述的仅是本发明的某些实施例,以及在不脱离本发明的范围和精神的条件下可以作出改进和/或变动,这些实施例是说明性的和不是限制的,例如,另外的分离器件可以增加,以便由植物材料提取另外的组分。