IT201800008209A1

IT201800008209A1 - “apparato di fermentazione”

Info

Publication number: IT201800008209A1
Application number: IT102018000008209A
Authority: IT
Inventors: Remo Crosato
Original assignee: NoForm Srl
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-02-28
Also published as: EP3617302A1; RU2019127064A

Description

“APPARATO DI FERMENTAZIONE”

DESCRIZIONE

L’invenzione riguarda un metodo di fermentazione e un apparato adattato per realizzare il metodo. Nonostante l’invenzione sia utile per il trattamento di un qualsiasi prodotto vegetale, in particolare sottoforma di pigiato, la descrizione che segue farà riferimento esemplificativamente alla vinificazione, settore nel quale l’invenzione si è dimostrata particolarmente efficace.

La vinificazione avviene con l’ausilio di particolari serbatoi, ove si introduce a fermentare il mosto. Il processo fermentativo genera una grande quantità di prodotti gassosi, soprattutto CO2, che partecipano attivamente alla riuscita di un buon vino. I gas si sprigionano dal mosto e spingono la vinaccia e ogni parte solida verso l’alto dove si compatta e forma uno strato solido, detto “cappello”.

I metodi di vinificazione sfruttano adeguatamente i gas della fermentazione. In W020061087601 si descrive un serbatoio vinificatore che controlla la pressione dei gas al suo interno. In W098145403 i gas sono sfruttati per rimescolare il cappello ed evitarne la solidificazione. In EP 2058384 si accumula gas fermentativo in pressione in una cella ausiliaria e dopo aver diminuito la pressione gassosa nel serbatoio principale, si collega la cella al serbatoio in un punto sotto il cappello affinché, grazie al differenziale di pressione tra i due, avvenga il travaso spontaneo dei prodotti gassosi nella massa liquida, in modo che risalendo essi interessino il cappello.

Scopo della presente invenzione è presentare un metodo e un apparato per il trattamento di un prodotto vegetale, ad es. sottoforma di pigiato, preferenzialmente mosto, che migliori questo stato dell’arte.

Tale scopo è ottenuto con un metodo come rivendicato nella rivendicazione 1. Le varianti preferite, singole o combinate, del metodo sono elencate nelle rivendicazioni dipendenti di metodo.

Il metodo comprende la fase di pompare tramite una pompa peristaltica gas generato dalla fermentazione del prodotto vegetale.

Il gas può così essere stoccato, per impiego futuro, o ri-utilizzato in tempo reale durante la fermentazione o la vinificazione.

Per pompa peristaltica si intende un dispositivo comprendente

un rotore dotato di una pluralità di rulli, e

un tubo flessibile, al cui interno può scorrere il gas da pompare, che forma un anello attorno al rotore. I rulli e l’anello sono montati in modo che i primi, quando il rotore ruota, creino sul secondo una porzione schiacciata o strozzata di tubo che avanza lungo l’anello.

L’avanzamento della porzione schiacciata o strozzata lungo l’anello di tubo determina la spinta del gas e il suo pompaggio.

Si noi che ad es. nel settore enologico la pompa peristaltica era impiegata solo per il trasferimento di mosto, vino, spumanti, uva intera e uva diraspata, ovvero solo liquidi e solidi. L’intuizione sottostante all’invenzione è usare la pompa peristaltica per pompare gas generati dalla fermentazione.

In particolare, il gas pompato comprende o è costituito da CO2 generata dalla fermentazione di un prodotto vegetale.

Quando la pompa peristaltica si usa per il pompaggio e/o la compressione della CO2, la pompa peristaltica dà notevoli vantaggi. Infatti, la compressione della CO2 di fermentazione è una fase molto critica. La CO2 di fermentazione è umida e piena di zuccheri, quindi in grado di intasare pistoni, palette ecc. di normali compressori, cosa che richiederebbe ordinariamente la fase supplementare di depurare la CO2 in ingresso al compressore. La pompa peristaltica evita tale fase supplementare.

Inoltre, tutti i noti compressori funzionano con componenti meccanici a bagno d’olio, il che impone filtri costosi e ingombranti per eliminare l’olio che inevitabilmente finisce nella CO2 compressa. Tutto ciò, oltre a rappresentare un costo ingente, snatura le caratteristiche stesse della CO2 prodotta durante il processo fermentativo, che è piena di aromi e sostanze naturali legate alla fermentazione.

La pompa peristaltica non funziona con olio, e consente di fare a meno dei filtri in ingresso ed in uscita della pompa per filtrare la CO2 di fermentazione.

Preferibilmente il metodo prevede di

immagazzinare il pigiato in un primo serbatoio per farlo ivi fermentare; e

pompare meccanicamente i prodotti gassosi generati nel primo serbatoio dentro un secondo serbatoio tramite una pompa peristaltica.

Tramite il pompaggi del gas si può ad es. stoccare il gas in bombole o trasferirlo altrove per eseguire lavorazioni enologiche.

Il metodo consente anche di migliorare il metodo di EP 2058384, con le fasi di

(i) immagazzinare il pigiato in un primo serbatoio per farlo ivi fermentare e formare un cappello di parti solide galleggiante su una massa liquida;

(ii) collegare un secondo serbatoio al primo per catturare in esso prodotti gassosi della fermentazione pompando con la pompa peristaltica i prodotti gassosi generati nel primo serbatoio dentro il secondo serbatoio;

(iii) collegare il secondo serbatoio al primo in un punto sotto il cappello affinché, grazie al differenziale di pressione tra i due serbatoi, avvenga il travaso spontaneo dei prodotti gassosi nella massa liquida, in modo che risalendo essi interessino il cappello.

Aumentando la pressione nel secondo serbatoio tramite la pompa peristaltica, all’atto dell’iniezione di gas aumenta l’effetto dirompente del gas sul cappello e nel liquido contenuto nel primo serbatoio.

Secondo una fase preferita, con la pompa peristaltica si pompano meccanicamente i prodotti gassosi generati nel primo serbatoio dentro un contenitore di stoccaggio isolato.

Secondo una fase preferita, si rileva il tipo di gas, per esempio CO2 o aria atmosferica, presente nel primo serbatoio e si controlla la pompa in relazione al tipo di gas rilevato internamente al primo serbatoio.

Il metodo dell’invenzione può essere realizzato con un apparato come alla rivendicazione 7. Le varianti preferite, singole o combinate, dell’apparato sono elencate nelle rivendicazioni dipendenti di apparato.

L’apparato per il trattamento di un prodotto vegetale, ad es. sotto forma di pigiato, utile per realizzare il metodo di una delle rivendicazioni precedenti, comprende

- un serbatoio per contenere il prodotto vegetale onde generare prodotti gassosi dalla fermentazione del prodotto vegetale, e

- una pompa peristaltica collegata col serbatoio per pompare gas generato dalla fermentazione del prodotto vegetale verso l’esterno del serbatoio.

In una variante, l’apparato comprende anche

- un primo serbatoio per contenere il prodotto vegetale onde generare prodotti gassosi dalla fermentazione del prodotto vegetale,

- un secondo serbatoio per raccogliere i detti prodotti gassosi;

- un primo sistema di condutture adattato a mettere in comunicazione una parte del primo serbatoio, ove si accumulano i prodotti gassosi, con il secondo serbatoio in modo che i prodotti gassosi possano essere trasferiti nel secondo serbatoio,

- un secondo sistema di condutture adattato a mettere in comunicazione il secondo e il primo serbatoio il sistema avente uno sbocco nel primo serbatoio ove in uso è presente la massa liquida del pigiato,

- primi e secondi mezzi a valvola associati rispettivamente al primo e secondo sistema di condutture per rendere selettivamente comunicanti i due serbatoi condizionatamente allo stato aperto/chiuso di detti mezzi;

- una pompa peristaltica collegata tra i serbatoi per pompare gas generato dalla fermentazione del prodotto vegetale dal primo serbatoio al secondo serbatoio.

In una variante, l’apparato comprende terzi mezzi a valvola per degassare il primo serbatoio verso l’esterno.

In particolare l’apparato comprende un dispositivo elaboratore programmato per gestirne le funzioni. Ad es. il dispositivo elaboratore è programmato per diminuire la pressione gassosa nel primo serbatoio azionando i terzi mezzi a valvola; e/o

il dispositivo elaboratore è interfacciato con un sensore di pressione, atto a misurare la pressione del gas nel primo serbatoio, e/o un sensore di pressione, atto a misurare la pressione del gas presente nel secondo serbatoio; e/o

il dispositivo elaboratore è programmato per controllare la pressione gassosa nel secondo serbatoio tramite il sensore relativo e pilotare l’apertura dei secondi mezzi a valvola quando tale pressione raggiunge o supera una soglia prestabilita; e/o

il dispositivo elaboratore è programmato per controllare la pressione gassosa nel primo serbatoio tramite il sensore relativo e pilotare la disattivazione della pompa quando tale pressione scende sotto una soglia prestabilita; e/o

il secondo serbatoio è una partizione del volume interno del primo serbatoio.

Un altro aspetto dell’invenzione è l’uso di una pompa peristaltica per pompare del gas generato dalla fermentazione di un prodotto vegetale, ad es. sottoforma di pigiato. L’aspetto dell’invenzione riguardante detto uso gode di tutte le varianti descritte per il metodo.

L’invenzione verrà ora descritta nel dettaglio con riferimento all’allegato disegno, che illustra un preferito utilizzo della pompa peristaltica, ove

- fig.1 mostra una forma preferita di realizzazione per un vinificatore,

- fig.2 mostra una forma preferita di realizzazione per vari vinificatori.

Un vinificatore 50 per del pigiato vegetale composto da mosto 90 e da buccia 92 è costituito da un involucro 52 supportato da opzionali gambe 54. Il mosto 90 fermentando produce un cappello galleggiante 92 di vinaccia e/o parti solide, composto dalle bucce che, spinte dalla CO2 di fermentazione, galleggiano.

La parte superiore o tetto 55 del serbatoio 50 è collegabile selettivamente, tramite un condotto 66 e una valvola 70, ad un serbatoio esterno 30 di accumulo gas. Sul condotto 66 è anche presente una pompa o compressore peristaltico 68. La pompa peristaltica 68 ha la funzione di pompare dentro il serbatoio 30 gas di fermentazione generati nel serbatoio 50, facendo in modo che la pressione del gas nel serbatoio 30 sia maggiore rispetto a quella presente nel tetto 55 del serbatoio 50.

Il serbatoio 30 è a sua volta collegabile selettivamente alla parte inferiore del serbatoio 50 tramite un condotto 76 e una valvola 78. Il condotto 76 ha un tratto terminale 79 che penetra dentro l’involucro 52, in modo da iniettare il gas al centro del volume del mosto.

I condotti 76 e le valvole 78 possono essere più di uno per il serbatoio di fermentazione 50, al fine di avere più punti di iniezione gas nel mosto 90. Questo risulta essere particolarmente vantaggioso per serbatoi di fermentazione di grande capacità.

La lunghezza del tratto 79 non è essenziale. Basta che, durante le fasi del metodo, il tratto 79 si trovi sempre, tenuto conto anche del livello previsto del mosto 90, sotto il cappello 92. Alla fine del condotto 76 si può comunque installare un sistema di regolazione adattativo, ad es. un condotto 79 telescopico e controllabile dall’esterno per regolare la quota dello sbocco.

Il sistema preferibilmente comprende inoltre un dispositivo elettronico EU, ad es. un PLC, che è collegato (si vedano in figura le frecce che indicano linee di segnale elettrico) a

un sensore di pressione 80, che misura la pressione del gas nella parte alta e vuota del serbatoio 50. Tale sensore di pressione può essere vantaggiosamente sostituito o coadiuvato anche da un sensore che rileva il tipo di gas, per esempio CO2 o aria atmosferica, e quindi comandare la pompa in relazione al tipo di gas rilevato internamente al serbatoio 50. In una variante si può aggiungere al sensore di pressione anche il sensore che rilevi il tipo di gas presente nel serbatoio di fermentazione 50, oppure semplicemente prevedere una accensione e spegnimento “a tempo” con timer della pompa di risucchio CO2, e

un sensore di pressione 84, che misura la pressione del gas presente nel serbatoio 30,

una (opzionale) valvola di sfiato 60, montata per ridurre la pressione del gas nel serbatoio 50, la pompa o compressore 68,

una valvola 94, che controlla il flusso in un condotto 98 che alimenta, da una riserva di gas inerte, il serbatoio 30, e

una valvola 96, che controlla il flusso in un condotto 99 che alimenta, da una riserva di aria compressa, il serbatoio 30, e

la valvola 78,

la valvola 70 (opzionale) per permettere il flusso del gas dal serbatoio 50 al serbatoio 30.

La valvola 70 è ad es. del tipo “apri/chiudi”, e potrebbe essere sostituita da una valvola di non ritorno, oppure semplicemente anche omessa se la pompa 68 è a tenuta ermetica ed impedisce reflusso di gas dal serbatoio 30 al serbatoio di fermentazione 50.

Il funzionamento del vinificatore 50 può seguire queste fasi preferite (eseguite preferibilmente via software dal dispositivo EU):

(i) Il serbatoio 50 viene riempito di mosto 90.

(ii) Dopo un certo tempo il mosto 90 fermentando genera del gas e un cappello solido 90. La valvola 70 è comandata aperta, la valvola 60 e la valvola 78 sono chiuse.

(iii) Si attiva la pompa 68 per trasferire un eccesso di gas di fermentazione nel serbatoio 30.

(iv) Dopo un tempo prestabilito, o dopo che nel serbatoio 30 si è raggiunta la pressione desiderata, si ferma la pompa 68, e si chiude la valvola 70. Il gas resta intrappolato in pressione nel serbatoio 30, mentre l’altro serbatoio 50 viene depressurizzato (o degassato) aprendo la valvola 60.

La valvola 60 può anche regolare la pressione nella parte alta del serbatoio 50. In questo caso avrà la funzione di valvola di mantenimento della pressione desiderata nel serbatoio 50.

(v) Si apre la valvola 78 e il gas spontaneamente fluisce nel mosto 90 per effetto del differenziale di pressione tra la pressione esistente nel serbatoio 30 ed il battente idrostatico (più eventuale pressione gassosa nella parte alta del serbatoio 50) presente nel punto di iniezione 79 interno allo stesso serbatoio 50. Il gas iniettato in pressione risale nel mosto 90 e interagisce sia con lo stesso mosto 90 che col cappello 92, miscelandoli, ossigenandoli o inertizzandoli (a seconda dei gas o miscele impiegati), ed in alcuni casi (ciò è in funzione del volume di gas iniettato in un arco di tempo breve comunque inferiore ai 60 secondi) rompendolo.

La pompa 68 consente di ottenere un sovrappressione del gas nel serbatoio 30 rispetto a quella raggiunta con la sola fermentazione. La sovrappressione è tale da superare il valore del battente idrostatico la pressione gassosa nel serbatoio 50 nel punto di iniezione. Inoltre permette di raccogliere, stoccandola, una quantità enorme di gas di fermentazione CO2, quantità dipendente dalla grandezza del serbatoio 30 e dalla massima pressione raggiungibile sia dalla pompa 68 che dal serbatoio 30.

Data la sovrappressione del gas nel serbatoio 30 ottenibile con la pompa 68, la fase di depressurizzare (o degasare) il serbatoio 50 aprendo la valvola 60 non è strettamente necessaria. Tale fase è però vantaggiosa perché amplifica la potenza del gas iniettato nel serbatoio 50 potendo ridurre a piacimento la pressione gassosa interna al serbatoio 50, potendola portare anche a livello di pressione ambiente pari a “0” bar relativi.

Il vantaggio della valvola 60, quando è aperta, è permette il deflusso del gas iniettato nel mosto 90 all’esterno del serbatoio di fermentazione 50, evitando sovra pressioni indesiderate nel serbatoio 50.

In generale la pompa 68 ha il vantaggio di garantire alte pressioni di iniezione per il gas anche se il gas inizialmente ha poca o insufficiente pressione. E’ il caso ad es. di serbatoi di grandi dimensioni, in cui il battente idrostatico (la colonna di liquido) che il gas iniettato deve vincere è considerevole.

Un altro vantaggio della pompa 68 è consentire la costruzione di serbatoi di fermentazione 50 con specifiche rilassate. Non è necessario che strutturalmente il serbatoio di fermentazione debba resistere ad una pressione gassosa interna molto alta, quella necessaria per garantire l’iniezione di gas, perché il vincolo si sposta sul serbatoio 30, che è più piccolo e non contiene liquido.

Un altro vantaggio della pompa 68 è che rende possibile lo stoccaggio ad alta pressione di grandi quantità d gas naturale inerte, anche in contenitori diversi dal serbatoio 30. Il gas può venire utilizzato anche durante, per esempio, la fase macerativa della vinificazione, dove non c’è produzione di CO2, oppure durante altre fasi del processo di produzione del vino (per esempio l’imbottigliamento) dove viene richiesta la presenza di gas inerte. In questo caso il gas stoccato dal processo fermentativo verrà opportunamente depurato da residui di zuccheri o batteri fermentativi o umidità, e costituirà una importante fonte di risparmio energetico ed economico per la cantina.

Un altro vantaggio della pompa 68 è che rende possibile il pompaggio della CO2 di fermentazione senza ricorrere a pompe costose e di complessa manutenzione, evitando la contaminazione della CO2 da olio lubrificante, e evitando l’uso di filtri per olio lubrificante.

Le fasi di processo sopra esposte sono preferibilmente controllate dal dispositivo EU.

Tramite lettura ed elaborazione dei dati inviati dai vari sensori, il dispositivo EU può comandare le valvole per eseguire le fasi del metodo quando ad es. si raggiunge una pressione massima di soglia nel serbatoio 50 e/o 30.

Ogni fase del processo di vinificazione dell’invenzione può essere vantaggiosamente automatizzato e/o programmato con il dispositivo EU. Ciò consente ad es. di impostare dei cicli periodici di miscelazione della massa in fermentazione e, magari, di rottura del cappello 92, di programmare i parametri del rilascio del gas nel serbatoio 50 (come la durata del rilascio a scarica unica o la durata di vari impulsi consecutivi, la portata di gas per ogni impulso, ecc.).

Le valvole 94, 96 e i condotti 98, 99 sono opzionali. Ma la loro presenza è vantaggiosa perché controllando le valvole 94, 96 si può arricchire il gas nel serbatoio 30 con componenti gassose diverse, per iniettare una miscela di gas opportuna dentro il serbatoio 50 e favorire un determinato tipo di fermentazione.

Anche se la valvola di sfiato 60 non è presente, nel serbatoio 30 si può accumulare gas a pressione sufficientemente elevata da iniettare comunque gas nel serbatoio 50 in modo turbolento.

Il serbatoio 30 può essere anche realizzato internamente o attaccato al serbatoio 50. Ad es. il serbatoio 30 può essere una partizione del volume interno del serbatoio 50.

In una variante, v. fig.2, il serbatoio 30 può essere collegato per ricevere gas da, e/o inviare gas a, due o più serbatoi 50. Così il serbatoio 30 può ricevere e immagazzinare da ciascun serbatoio 50 gas in pressione e/o mandare dentro ciascun serbatoio 50 gas in pressione.

In fig. 2 uguali riferimenti numerici indicano parti uguali, e per semplicità la centralina EU i relativi collegamenti sono stati omessi. Ogni serbatoio 50 funziona rispetto al serbatoio comune 30 come spiegato per fig.1.

Come variante del sistema, la pompa 58 può essere usata per stoccare CO2 in pressione dentro a bombole.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il trattamento di un prodotto vegetale, ad es. sottoforma di pigiato, comprendente la fase di pompare tramite una pompa peristaltica (68) del gas generato dalla fermentazione del prodotto vegetale.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, con le fasi di (i) immagazzinare il prodotto vegetale in un primo serbatoio (50) per farlo ivi fermentare e formare un cappello (92) di parti solide galleggiante su una massa liquida (90); (ii) collegare un secondo serbatoio (30) al primo per catturare in esso prodotti gassosi della fermentazione generati nel primo serbatoio pompando i prodotti gassosi dentro il secondo serbatoio (30) tramite la pompa peristaltica; (iii) collegare il secondo serbatoio (30) al primo (50) in un punto sotto il cappello affinché, grazie al differenziale di pressione tra i due serbatoi, avvenga il travaso spontaneo dei prodotti gassosi nella massa liquida, in modo che risalendo essi interessino il cappello.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui nella fase (iii) si diminuisce la pressione gassosa nel primo serbatoio (50), ad es. fino a pressione ambiente o ad un valore di pressione intermedia tra quella del secondo serbatoio e quella ambiente.
4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui si controlla la pressione gassosa nel primo serbatoio (50), e i prodotti gassosi generati nel primo serbatoio (50) sono pompati dentro il secondo serbatoio (30) quando la pressione gassosa nel primo serbatoio supera una certa pressione di soglia e/o finchè la pressione gassosa nel primo serbatoio scende sotto una certa pressione di soglia.
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui si controlla la pressione gassosa nel secondo serbatoio (30) e si esegue la fase (iii) quando tale pressione supera una soglia prestabilita.
6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 2 a 5, in cui si rileva il tipo di gas presente nel primo serbatoio e si controlla la pompa (68) in relazione al tipo di gas rilevato internamente al primo serbatoio.
7. Apparato per il trattamento di un prodotto vegetale, ad es. sotto forma di pigiato, utile per realizzare il metodo di una delle rivendicazioni precedenti, comprendente - un serbatoio (50) per contenere il prodotto vegetale (90; 92) onde generare prodotti gassosi dalla fermentazione del prodotto vegetale, - una pompa peristaltica (68) collegata col serbatoio per pompare gas generato dalla fermentazione del prodotto vegetale verso l’esterno del serbatoio.
8. Apparato secondo la rivendicazione 7, comprendente - un primo serbatoio (50) per contenere il prodotto vegetale (90; 92) onde generare prodotti gassosi dalla fermentazione del prodotto vegetale, - un secondo serbatoio (50) per raccogliere i detti prodotti gassosi; - un primo sistema di condutture (66) adattato a mettere in comunicazione una parte (55) del primo serbatoio (50), ove si accumulano i prodotti gassosi, con il secondo serbatoio (30) in modo che i prodotti gassosi possano essere trasferiti nel secondo serbatoio (30), - un secondo sistema di condutture (76) adattato a mettere in comunicazione il secondo (30) e il primo serbatoio (50), il sistema avente uno sbocco (79) nel primo serbatoio (50) ove in uso è presente la massa liquida del pigiato, - primi e secondi mezzi a valvola (70, 78) associati rispettivamente al primo e secondo sistema di condutture (66, 76) per rendere selettivamente comunicanti i due serbatoi (30, 50) condizionatamente allo stato aperto/chiuso di detti mezzi; - una pompa peristaltica (68) collegata tra i serbatoi per pompare gas generato dalla fermentazione del prodotto vegetale dal primo serbatoio al secondo serbatoio.
9. Uso di una pompa peristaltica (68) per pompare gas generato dalla fermentazione di un prodotto vegetale, ad es. sotto forma di pigiato.
10. Uso secondo la rivendicazione 9, in cui la pompa peristaltica (68) è usata per pompare gas, generato dentro un primo serbatoio grazie alla fermentazione del prodotto vegetale, dal primo serbatoio ad un secondo serbatoio di raccolta gas.