专利名称：低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法
技术领域：
本发明涉及低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的制造方法。
背景技术：
(1)无醇及低醇原汁发酵酒精饮料的由来原汁发酵酒精饮料主要包括啤酒、果酒(葡萄酒、苹果酒、山楂酒、梅酒、猕猴桃酒以及其它果汁发酵酿造酒等)和黄酒，在整个饮料市场中占有很大份额。普通原麦汁发酵生产的啤酒中酒精含量在3～5％(w/w)之间，原葡萄汁发酵生产的葡萄酒中酒精含量在9～10％(w/w)或11～12％(v/v)，糯米加酒曲发酵生产的黄酒中酒精含量则在15～25％(w/w)之间。近几年来，随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，以及某些工作性质的约束，无醇及低醇酒精饮料越来越受到大众的欢迎和喜爱。这类饮料由于降低了酒精的含量，减少了酒精对人体的危害，同时很大程度上保持了其原有的色泽及风味，并且含有人体所必需的多种氨基酸，多酚化合物和微量元素，低热量、助消化，减少血管中脂肪沉积，符合绿色健康消费趋势的需求，特别适合女士、老人、儿童、司机、疾病患者及时尚青年等各类人群的需要。在以上背景下，国际上尤其是欧美一些西方发达国家，看好无醇及低醇酒精饮料的市场前景，积极研制并生产这方面的产品，已取得了可喜的成绩。
(2)无醇和低醇酒精饮料的定义目前国内有关部门及啤酒酿造工作者，对无醇及低醇的基本定义可归纳如下无醇啤酒是酒精体积分数在0.5％以下的一种啤酒饮品。其原材料与普通传统啤酒相同，基本风格接近于普通传统啤酒，但又是一种具有一定特色的新型啤酒。低醇啤酒是酒精体积分数为0.5％～2.5％的新型啤酒。它所用的原材料与普通啤酒相同，风格接近于普通啤酒，有些产品具有一定特色。
2003年1月1日起实施的《中国葡萄酒技术规范》中明确定义低醇葡萄酒是指采用鲜葡萄或葡萄汁经全部或部分发酵，经特种工艺加工而成的饮料酒，所含酒度1％-7％(v/v)；无醇葡萄酒是指采用鲜葡萄或葡萄汁经过全部或部分发酵，经特种工艺脱醇加工而成的饮料酒，所含酒度不超过1％(v/v)。
至于无醇和低醇黄酒的定义，目前国家尚无专门的行业标准规定。我们认为，酒精含量低于10％的黄酒可认为是低醇黄酒，而低于1％酒精含量的黄酒可认为是无醇黄酒。
(3)目前的无醇及低醇原汁发酵酒精饮料的生产技术目前，世界上生产无醇或低醇酒精饮品的方法主要有两类。一类是用限制发酵的方法降低制酒发酵过程中生成的乙醇含量，另一类是制成酒精饮料后再脱酒精。前一类方法主要包括专一酵母发酵，改变糖化工艺和改变发酵工艺等，其无须额外的设备投资，但工艺过程复杂，而且在限制乙醇生成的同时，也在很大程度上限制了酒中其他风味物质的生成，造成酒品质的下降。八十年代以来，关于后一类方法的研究层出不穷，已基本取代了前类技术。这类研究方法主要包括蒸馏、萃取、膜分离、超临界、冷冻结晶等单元操作。其中常、减压蒸馏法是目前国内外用于制备低醇或无醇发酵饮料的较普遍的方法。常压蒸馏法是将常规发酵制得的酒精饮料常压下加热蒸发除掉酒精，但过程中CO2、挥发性物质及热敏性物质也大量逸失或变性。现在普遍采用真空蒸馏，可以在低温条件下加热蒸馏，减少50％～70％的酒精的葡萄酒，使酒精含量低于0.5％v/v，同时可一定程度避免芳香物的热损伤。徐朝晖，Barth，Boucher，孙尤海等人采用该方法获得了脱醇产品。[参见徐朝晖，低醇啤酒与无醇啤酒工艺概述，酿酒，2003(30)59-63；Barth；Norbert，Process for the production of fermented drinks with reduced alcoholcontent，US PatentNo.4,804,554；Boucher，A.R.Perparation of wine having a low caloriecontent and a reduced alcohol content，US PatentNo.4405652.209；Boucher，A.R.Preparation of alcohol free wine，US PatentNo.4775538；孙尤海，陈海昌，鄂文杰，无醇果酒及制法，中国专利，No.93104724.2]原酒中的芳香物质是一些低浓度(ppm级)的挥发性有机物质，包括醇类，醛类，酯类，内酯类，羧酸类，烃类，苯酚类，醚类和萜烯类，常压沸点范围在40～200℃。按照沸点范围，可将这些芳香物质分为四类(1)沸点低于乙醇类芳香物，主要包括甲醇，乙酸乙酯，乙醛等，(2)乙醇；(3)沸点高于乙醇类芳香物，主要为杂醇油，即正丙醇，异戊醇，丁醇，异丁醇等；(4)沸点最高的芳香物，主要为醋酸，乳酸乙酯，己醇，辛醇等。一定量的天然芳香物质在原酒的脱醇过程中会伴随乙醇一同脱出，从而造成产品酒的风味损失，同时若加热处理不当，易导致产生热变性。特别需要指出的是原酒中某些芳香组分如甲醇，杂醇油等是原酒中的主要有害物质，饮用过量后可使人严重中毒。甲醇的代谢产物—甲醛和甲酸的毒性更大。过高的杂醇油能使神经系统充血，使人头痛，其毒性随分子量增大而加剧，此外杂醇油等在原酒中比例失调，则会引起产品酒的苦、涩、酸、辛等怪味。前人关于真空蒸馏法制备脱醇酒品的文献以及专利报道中都只是简单地将原酒(主要为啤酒和葡萄酒等)中的主要芳香物成分回收，而如果因发酵阶段造成现有的原酒中芳香物组分比例不理想，以及根据市场口味需求的变化需要对芳香物组成做出相应调整，现有文献和专利都没有提供切实有效的解决方法。因此采用特殊的超短时接触-低温精馏法可以温和、定向地分离和重组原酒中各类天然芳香物质，从而既可以充分保证产品的口感、风味的保持，又可以对品质欠佳的原酒进行有效地调整，更可以根据市场需要对新品种酒进行优化和创新。
发明内容
发明目的本发明以两座超短时接触-低温双塔精馏塔为核心构成一个过程，用于定向脱除原汁发酵酒精饮料如啤酒、果酒(葡萄酒、苹果酒、山楂酒、梅酒、猕猴桃酒以及其它果汁发酵酿造酒)和黄酒等中的乙醇和其它有害物质，同时进行原酒中各芳香物的有目的地分离和重组，以制造低醇或无醇的新型酒类产品。
本发明的技术方案如下一种低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法它是将原酒在第一塔中进行超短时接触-低温减压蒸馏，第一塔塔底得到脱醇料液，第一塔塔顶得到水、乙醇和芳香物的混合物，第一塔塔顶馏分低温进入第二塔中部，第二塔采取减压分馏、塔顶多级冷凝-多侧线采出方式，以达到精细分离各芳香物质的目的，第二塔塔顶馏分为常压沸点低于乙醇的芳香物，通过控制分凝器温度和控制回流比的方式定向采出各类芳香物，并有目的地去除部分甲醇，第二塔塔中部侧线采出乙醇产品，第二塔塔下部侧线采出部分沸点高于乙醇的芳香物(杂醇油)，而第二塔塔底残留液则为沸点最高的芳香物成分，将第一塔塔底的脱醇料液、第二塔塔顶分级冷凝得到的芳香物以及第二塔塔底芳香物混合，并补加适量蒸馏水，即可得到保持原有风味和口感的低醇或无醇原汁发酵酒精饮料。
上述的低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法，通过调节塔顶分凝器温度和两塔的各线采出量，可调配出不同风味的新酒品。
本发明中，所述的低醇或无醇的新型酒类产品的乙醇质量含量根据需要可任意低于原酒的乙醇含量，最低可达到0.5％。
本发明中，所述的两座精馏塔串联并连续操作，并在减压和低温下进行；两座塔底的加热方式均采用超短时加热接触蒸发器，可有效避免物料的热敏变质。
本发明中，所述的过程技术包括如下几个步骤将原酒在第一塔中进行超短时接触-低温蒸馏操作，塔底得到脱醇料液，塔顶得到水、乙醇和芳香物的混合物，低温进入第二塔中部；第二塔减压分馏采取塔顶多级冷凝-多侧线采出方式，以达到精细分离各芳香物质，塔顶馏分为沸点低于乙醇的芳香物，通过控制分凝器温度和控制回流比的方式定向采出各类芳香物，并有目的地去除部分甲醇，塔中部侧线采出乙醇产品，塔下部侧线可采出部分沸点高于乙醇的芳香物(杂醇油)，而塔底馏分则为沸点最高的芳香物成分，将第一塔塔底的脱醇料液、第二塔塔顶分级冷凝得到的芳香物以及第二塔塔底的芳香物混合，并补加适量蒸馏水和进行后期修饰，即可得到保持原有风味和口感的低醇或无醇原汁发酵酒精饮料。
本发明中，所述的第一塔的原酒进料温度在15～50℃之间，最好为20～40℃之间；塔顶操作压力在2667Pa～13333Pa之间，最好为2667Pa～5998Pa之间。
本发明中，所述的第一塔的塔顶得到的水、乙醇和芳香物的混合物占原酒进料质量的15～50％。
本发明中，所述的第二塔的原酒进料温度在15～50℃之间，最好为20～40℃之间；塔顶操作压力在2667Pa～13333Pa之间，最好为2667Pa～5998Pa之间。
本发明中，所述的第二塔塔顶采出沸点低于乙醇的芳香物及除去部分甲醇，塔顶采用多级分凝器和全凝器进行冷凝，冷凝温度在-20～20℃之间。
本发明中，所述的第二塔塔顶采出的沸点低于乙醇的芳香物的回收率最高可达95％，而除去的甲醇最高可占原酒甲醇含量的80％。
本发明中，所述的第二塔塔中部侧线采出乙醇质量含量在60％～95％之间。
本发明中，所述的根据脱醇酒风味需要，第二塔塔下部侧线采出部分沸点高于乙醇的芳香物(杂醇油)可占原酒中杂醇油含量的0～100％。
本发明中，所述的第二塔塔底部采出的沸点最高的芳香物成分的常压沸点范围在120～200℃。
本发明中，所述的过程可以对原汁发酵酒精饮料的最终产品进行，也可以在酒的酿造过程的某个中间阶段进行(如在发酵时)。
本发明中，所述的两座精馏塔底部均配备了超短时加热蒸发器，在其中料液与器壁接触时间小于1秒，可有效避免原酒在加热过程中热敏性变质。
四
图1是本发明的低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法流程示意图，其中1.原酒容器；2.泵；3.预热器；4.第一精馏塔；5.全凝器；6.回流储罐；7.超短时加热蒸发器；8.第二精馏塔；9.一级分凝器；10.回流储罐；11.超短时加热蒸发器；12.二级分凝器；13.三级分凝器；14.全凝器；15，16，17，18.泵；19.甲醇富集储罐；20.酒精储罐；21.杂醇油储罐；22.低醇或无醇产品酒储罐。
五、具体实施方法实施例1采用两座低温分离精馏塔，塔径分别为200mm和100mm，理论板高度均为60块，使用江苏华基塔业生产的SINOPAK-500丝网填料，塔底再沸器均为料液与热源超短时接触的薄膜蒸发器(衡阳市金山中药设备制造有限公司生产的NB系列-12m2加热面积的薄膜蒸发器)。按图1的流程，以10Kg/h的进料量从容器1取干红葡萄酒(张裕干红，烟台张裕公司，原酒乙醇浓度约为15.77％(w/w))加热到35℃进入第一精馏塔4，塔顶操作压力为6665Pa，回流比为20。塔顶采出水、乙醇和芳香物的混合物约为2Kg/h，于35℃进入第二精馏塔8；塔底采出8Kg/h的脱醇料液，输送进入低醇或无醇产品酒储罐22。第二精馏塔塔顶操作压力为6665Pa，回流比为30。塔顶一级分凝器9温度约在15℃，二级分凝器温度12约在7℃，三级分凝器13温度约在-15℃。三级分凝器13冷凝下的液态芳香物约0.007Kg/h，进入低醇或无醇产品酒储罐22；三级凝器13未冷凝下的蒸汽进入全凝器14，全凝器14的温度约在-20℃，冷凝后储存在甲醇富集储罐19，流量约为0.003Kg/h。第二精馏塔塔中部(约从顶部数40块理论板位置)得到酒精，经泵15输送进入酒精储罐20，流量约为1.40Kg/h，乙醇含量为90～95％。第二精馏塔塔下部(约从顶部数50块理论板位置)得到杂醇油组分，经泵16输送进入杂醇油储罐21，流量约为0.44Kg/h。第二精馏塔塔底部得到沸点最高的芳香物组分，经泵17输送进入低醇或无醇产品酒储罐22，流量约为0.44Kg/h。低醇或无醇产品酒储罐22中产品酒由第一塔塔底的脱醇料液，第二塔顶芳香物以及第二塔底芳香物混合而成，并补加适量蒸馏水和进行后期修饰。低醇或无醇葡萄酒外观颜色与原酒完全相同，品尝的口感与原酒几乎完全相同。产品酒成分分析表明乙醇含量为0.5％，甲醇含量大幅下降，仅为原酒的50％，杂醇油含量根据需要适当下调，其他芳香物成分含量几乎无变化。
实施例2从容器1取干红葡萄酒加热到15℃进入第一精馏塔4，塔顶操作压力为2667Pa，回流比为15。塔顶采出水、乙醇和芳香物的混合物于15℃进入第二精馏塔8，第二精馏塔塔顶操作压力为2667Pa，回流比为25。塔顶一级分凝器9温度约在17℃，二级分凝器温度12约在5℃，三级分凝器13温度约在-13℃，全凝器14温度约在-19℃。其余试验条件与实施例1完全相同。结果与实施例1一致。
实施例3从容器1取干红葡萄酒加热到50℃进入第一精馏塔4，塔顶操作压力为13333Pa，回流比为25。塔顶采出水、乙醇和芳香物的混合物于50℃进入第二精馏塔8，第二精馏塔塔顶操作压力为13333Pa，回流比为35。塔顶一级分凝器9温度约在16℃，二级分凝器温度12约在4℃，三级分凝器13温度约在-12℃，全凝器14温度约在-19℃。其余试验条件与实施例1完全相同。结果与实施例1一致。
实施例4第二精馏塔塔顶一级分凝器9温度约在13℃，二级分凝器温度10约在7℃，三级分凝器13温度约在-18℃。第二精馏塔塔顶操作压力为12000Pa。其余试验条件与实施例1完全相同。结果与实施例1一致。
实施例5采用两座低温分离精馏塔，塔径分别为200mm和100mm，理论板高度均为60块，使用江苏华基塔业生产的SINOPAK-500丝网填料，塔底再沸器均为料液与热源超短时接触的薄膜蒸发器(衡阳市金山中药设备制造有限公司生产的NB系列-12m2加热面积的薄膜蒸发器)。按图1的流程，以15Kg/h的进料量从容器1取啤酒(金陵干啤，南京金陵啤酒公司，原酒乙醇浓度约为5％(w/w))加热到35℃进入第一精馏塔4，塔顶操作压力为5998Pa，回流比为20。塔顶采出水、乙醇和芳香物的混合物约为0.975Kg/h，进入第二精馏塔8；塔底采出14.02Kg/h的脱醇料液，输送进入低醇或无醇产品酒储罐22。第二精馏塔塔顶操作压力为5998Pa，回流比为30。塔顶一级分凝器9温度约在14℃，二级分凝器温度12约在6℃，三级分凝器13温度约在-15℃。三级分凝器13冷凝下的液态芳香物约0.0113Kg/h，进入低醇或无醇产品酒储罐22；三级凝器13未冷凝下的蒸汽进入全凝器14(温度约在-20℃)冷凝后储存在甲醇富集储罐19，流量约为0.0038Kg/h。第二精馏塔塔中部(约从顶部数40块理论板位置)得到高纯度酒精，经泵15输送进入酒精储罐20，流量约为0.675Kg/h，乙醇含量为90～95％。第二精馏塔塔下部(约从顶部数50块理论板位置)得到杂醇油组分，经泵16输送进入杂醇油储罐21，流量约为0.121Kg/h。第二精馏塔塔底部得到沸点最高的芳香物组分，经泵17输送进入低醇或无醇产品酒储罐22，流量为0.075Kg/h。低醇或无醇产品酒储罐22中产品酒由第一塔塔底的脱醇料液，第二塔顶芳香物以及第二塔底芳香物混合而成，并补加适量蒸馏水，用干冰补充二氧化碳损失及进行后期修饰。低醇或无醇啤酒外观颜色与原酒完全相同，品尝的口感与原酒几乎完全相同。产品酒成分分析表明乙醇含量为0.5％，甲醇含量大幅下降，比原酒下降84％，杂醇油含量根据需要适当下调，其他芳香物成分含量几乎无变化。
实施例6采用两座低温分离精馏塔，塔径分别为200mm和100mm，塔底再沸器均为料液与热源超短时接触的薄膜蒸发器(衡阳市金山中药设备制造有限公司生产的NB系列-12m2加热面积的薄膜蒸发器)。按图1的流程，以10Kg/h的进料量从容器1取黄酒(会稽山黄酒，东风绍兴酒有限公司，原酒乙醇浓度约为25％(w/w))加热到35℃进入第一精馏塔4，塔顶操作压力为6665Pa，回流比为20。塔顶采出水、乙醇和芳香物的混合物约为3.13Kg/h，进入第二精馏塔8；塔底采出6.87Kg/h的脱醇料液，输送进入低醇或无醇产品酒储罐22。第二精馏塔塔顶操作压力为6665Pa，回流比为30。塔顶一级分凝器9温度约在15℃，二级分凝器温度12约在8℃，三级分凝器13温度约在-18℃。三级分凝器13冷凝下的液态芳香物约0.01Kg/h，进入低醇或无醇产品酒储罐22；三级凝器13未冷凝下的蒸汽进入全凝器14(温度约在-20℃)冷凝后储存在甲醇富集储罐19，流量约为0.005Kg/h。第二精馏塔塔中部(约从顶部数40块理论板位置)(具体位置？)得到高纯度酒精，经泵15输送进入酒精储罐20，流量约为2.19Kg/h，乙醇含量为90～95％。第二精馏塔塔下部(约从顶部数50块理论板位置)得到杂醇油组分，经泵16输送进入杂醇油储罐21，流量约为0.68Kg/h。第二精馏塔塔底部得到沸点最高的芳香物组分，经泵17输送进入低醇或无醇产品酒储罐22，流量为0.925Kg/h。低醇或无醇产品酒储罐22中产品酒由第一塔塔底的脱醇料液，第二塔顶芳香物以及第二塔底芳香物混合而成，并补加适量蒸馏水，用干冰补充二氧化碳损失及进行后期修饰。低醇或无醇黄酒外观颜色与原酒完全相同，品尝的口感与原酒几乎完全相同。产品酒成分分析表明乙醇含量为0.5％，甲醇含量大幅下降，仅为原酒的60％，杂醇油含量根据需要适当下调，其他芳香物成分含量几乎无变化。
权利要求
1.一种低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法，其特征是它是将原酒在第一塔中进行超短时接触-低温减压蒸馏，第一塔塔底得到脱醇料液，第一塔塔顶得到水、乙醇和芳香物的混合物，第一塔塔顶馏分低温进入第二塔中部，第二塔采取减压分馏、塔顶多级冷凝-多侧线采出方式，以达到精细分离各芳香物质的目的，第二塔塔顶馏分为常压沸点低于乙醇的芳香物，通过控制分凝器温度和控制回流比的方式定向采出各类芳香物，并有目的地去除部分甲醇，第二塔塔中部侧线采出乙醇产品，第二塔塔下部侧线采出部分沸点高于乙醇的芳香物杂醇油，而第二塔塔底残留液则为沸点最高的芳香物成分，将第一塔塔底的脱醇料液、第二塔塔顶分级冷凝得到的芳香物以及第二塔塔底芳香物混合，并补加蒸馏水，即可得到保持原有风味和口感的低醇或无醇原汁发酵酒精饮料。
2.根据权利要求1所述的低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法，其特征是通过调节第二塔塔顶分凝器温度和第二塔的侧线采出量，可以有目的地从塔顶去除部分甲醇及从塔下部侧线去除部分杂醇油，从而可调配出不同风味的酒品。
3.根据权利要求1所述的低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法，其特征是所述的第一塔的原酒进料温度和由第一塔塔顶馏分进入第二塔的进料温度在15～50℃之间，第一塔和第二塔的塔顶操作压力在2667Pa～13333Pa之间。
4.根据权利要求1所述的低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法，其特征是所述的第一塔的原酒进料温度和由第一塔塔顶馏分进入第二塔的进料温度在20～40℃之间，第一塔和第二塔的塔顶操作压力在2667Pa～5998Pa之间。
5.根据权利要求1所述的低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法，其特征是所述的第二塔塔顶采出沸点低于乙醇的芳香物及除去甲醇，塔顶采用多级分凝器和全凝器进行冷凝，冷凝温度在20～-20℃之间。
6.根据权利要求5所述的低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法，其特征是所述的第二塔塔顶采用三级分凝器和全凝器进行冷凝，冷凝温度在20～-20℃之间，全凝器冷凝得到馏分甲醇。
7.根据权利要求1所述的低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法，其特征是所述的方法是对原汁发酵酒精饮料的最终产品进行，或是对在酒的酿造过程的某个中间阶段的中间产品进行。
全文摘要
一种低温双塔精馏法制造低醇或无醇原汁发酵酒精饮料的方法，它是将原酒在第一塔中进行超短时接触－低温减压蒸馏，第一塔塔底得到脱醇料液，塔顶得到水、乙醇和芳香物的混合物，塔顶馏分低温进入第二塔中部，第二塔采取减压分馏，塔顶馏分为常压沸点低于乙醇的芳香物，通过控制分凝器温度和控制回流比的方式定向采出各类芳香物，并有目的地去除甲醇，塔中部侧线采出乙醇产品，塔下部侧线采出沸点高于乙醇的芳香物(杂醇油)，而塔底残留液则为沸点最高的芳香物成分，将第一塔塔底的脱醇料液、第二塔塔顶分级冷凝得到的芳香物以及第二塔塔底芳香物混合，并补加适量蒸馏水，即可得到保持原有风味和口感的低醇或无醇原汁发酵酒精饮料。
文档编号A23L2/38GK1814739SQ200510122830
公开日2006年8月9日 申请日期2005年12月5日 优先权日2005年12月5日
发明者张志炳, 李磊, 谭淑娟, 武法文, 徐志红 申请人:南京大学