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小议云南小曲白酒的发酵控制

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

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