2021-4-9 | 酿酒工业论文
云南是全国少数民族最多的省份，各民族都有酿酒、饮酒的传统习俗，至今还保持着许多独特的酿造方法及优美的饮酒习俗，具有深厚的“酒文化”底蕴。不同的地区及民族有不同的酿酒传统工艺，但是，绝大部分都是以小曲清香型白酒为主。小曲清香型白酒是以高粱、玉米等粮谷为主要原料，以小曲为糖化发酵剂，经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、陈酿、勾兑而制成的蒸馏酒［１］，小曲白酒独具特色：用曲量少，出酒率高，发酵周期短，其醇香清雅、糟香突出、回甜、协调，余味清爽。随着国际交流扩大，人们饮酒习惯正在向淡雅风味转变，小曲酒口感风格正好符合这一发展趋势，饮用人群逐渐扩大［２］。因此，应充分利用“桥头堡战略”的地域优势，做大做强云南的酒产业，改变云南有好烟、好茶，无好酒的历史。
长期以来，由于酿造过程中更多的依赖定性指标而非定量指标，酿造技术及工艺控制落后，出酒率较低，不同批次的酒口感及质量差异较大。从酿酒的过程看，每一步都会对成品产生影响，其中发酵过程对酒质的影响是最根本的关键因素。
粮食发酵过程控制不好不仅仅会降低出酒率，影响呈香、呈味物质的形成，同时还会产生甲醇、杂醇油等有害物质的超标。为了提高生产效率及效益，保证产品的安全性，保证不同批次产品的一致性，发酵环节的自动控制是亟待解决的问题。
本文选取对发酵过程影响较大的参数如：发酵温度、糖化度、酒醅酒份含量作为关键质量控制点，采用多罐（单罐发酵物质中心与外壁温差较大）发酵控制方式，其中发酵罐温度参数自动控制，糖化度及酒精度采用人工采样分析的方法。上述参数获取后，结合数据库系统，实现发酵过程的控制。
材料与方法
1.材料
不锈钢发酵罐；热电偶传感器，变送器，交流电磁阀，可控热源；酒精度仪；糖化仪；单片机系统；控制ＰＣ及软件；数据库
2.系统原理
其中一罐的控制系统原理结构如图１所示。在正常发酵温度范围内，进、出水管的电磁阀关闭，夹层中物质为空气。当发酵物加权温度大于设定上限时，循环水经由罐壁吸收发酵物的热量，从而降低其温度。当发酵物加权温度低于设定下限时，循环水经罐壁把热量传递给罐内发酵物，升高其温度。实时数据采集及控制由单片机系统完成，并将采集到的数据发送到工控ＰＣ；糖化度（还原糖占比）及酒精度随发酵时间的加长，抽样检测次数增加，并通过录入界面录入数据库。工控机软件由ＶＢ６＋ＳＱＬＳＥＲＶＥＲ２０００构成。采用控件Ｍｓｃｏｍｍ实现工控机与单片机的实时通讯。同时还可实现实时状态显示，数据查询，历史数据追溯，报表输出，单一发酵粮控制数据选择，多粮发酵控制数据选择，局域网数据共享等功能。
3.方法
通过上、中、下３个温度传感器实时测量发酵物的温度，通过加权计算，与数据库中的高低限温度值比较，决定加温还是带走多余热量；通过糖度及酒精度的测量与数据库中数值比较，判断发酵是否完成；单片机完成对传感器及其整定数据的采集，并且在０?２ｓ内完成将采集数据传递给工控机。同时，根据工控机发来的指令完成对进、出水电磁阀及泵的控制；工控机完成实时测量数据的接收，状态显示，发酵完成报警。数据库记录实时数据，输出控制数据，同时提供可以追溯的历史数据；单片机与工控机之间采用ＲＳ?２３２Ｃ通信模式。
4.单片机数据采集
单片机数据采集流程如图２所示，本机自带Ａ／Ｄ，根据传感器接口不同，选择相应的数字、模拟通道。系统每２４ｈ由工控机控制，通过ＷａｔｃｈＤｏｇ自动复位１次，确保数据采集系统的长期，稳定运行。所有具体控制由单片机负责执行（指令由工控机发出），单片机不进行数据数学运算，数据传送为每组３字节（１字节传感器号，２字节数据）。
结果与分析
通过单片机实时数据的采集，结合数据库中的目标数据，实现控制后的结果见表１（表略）。表２（表略）为自然发酵的时间及参数。通过对比表１，２的数据，可以发现对发酵过程的温度进行控制，即发酵前期保持较高温度，发酵中期保持较为恒定温度，发酵最后适当降低温度，只需要发酵１２ｄ即可以达到酒精度１３％ｖｏｌ，还原糖占比０?７％；而自然发酵需１５ｄ以上，酒精度只达到９％ｖｏｌ，还原糖占比还高达１?１％。因此，通过对发酵过程的控制，可以明显缩短发酵时间，提高出酒率。由于在发酵过程中的持续高温会导致酒质变差，因此需要实时对发酵物质的温度（上部外沿、中部中心、底部中心）进行实时（０?２ｓ）采集，用于控制升温及降温控制，经试验确定升温提前１２ｍｉｎ，降温提前５ｍｉｎ效果较好。
讨论
由于在实际应用过程中，在线式糖化率及酒精度传感器较为昂贵，在现阶段可以采用由工控机定时提示，人工取样测量，再输入测量结果的方式完成。云南小曲白酒的产地遍布全省区域，各地气候差异较大。即使同一地区随季节及早晚的变化，温差也较大。在没有自动控温的技术条件时，部分地区的白酒酿造有很强的季节性。或者采用冷天用火炉加热环境温度，热天采用喷淋、吹风对流等降温措施。近年来，随着生产企业经济条件的好转，及酿造理念的改变（好酒是靠酿造出来的，勾调只是补救措施），也有采用中央空调对环境温度进行控制的，但是每年因此花费巨额的能源费用，既不利于节能环保，也不能达到有效的控制目的。而采用本文介绍的控制方法及控制系统，由于是针对每一发酵罐进行发酵控制，既可以有效地对发酵过程进行控制，同时也简便易行，节约能源，具有事半功倍的效果。但是由于经济条件的限制及时间的关系，没有进行多地区，多粮种的试验，因此其应用过程中肯定还会存在不少问题。另外，由于发酵罐的温控系统是一个大时滞系统，因此确定控制数学模型，开闭电磁阀及泵的时间选择是本系统精确、可靠工作的关键。
总之，通过本系统的应用，有效地解决了发酵工程的出酒率低下及不同批次间的发酵差异，有效地避免了超标有害物质的产生，为规模化生产打下了坚实的基础，也为同一品种的酒提供了标准化生产的便利。既可以为企业产生较大的经济利益，同时也可以实现品牌质量的保证。
本文作者：王锐刚 王晋 张云 张云超 方志强 单位：云南农业大学 基础与信息学院 昆明酒类行业协会