夏杭鋒，孫國(guó)偉，韓偉星，倪夏紅（會(huì)稽山紹興酒股份有限公司，浙江紹興312030）

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工業(yè)黃酒生產(chǎn)中酒母發(fā)酵自動(dòng)溫控的研究與應(yīng)用

夏杭鋒，孫國(guó)偉，韓偉星，倪夏紅
（會(huì)稽山紹興酒股份有限公司，浙江紹興312030）

摘要：目前工業(yè)黃酒生產(chǎn)中酒母發(fā)酵溫控多為手動(dòng)操作，存在溫度波動(dòng)大、批次穩(wěn)定性差等問題。利用DCS控制系統(tǒng)，模擬人工溫控方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫控?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方式運(yùn)行穩(wěn)定，不僅滿足生產(chǎn)工藝要求，還改善了控制效果。

關(guān)鍵詞：黃酒；酒母發(fā)酵；自動(dòng)溫控

優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間：2016-03-23；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160323.1533.007.html。

在工業(yè)黃酒的生產(chǎn)中，酒母質(zhì)量的好壞對(duì)黃酒發(fā)酵和成品質(zhì)量有較大的影響，而酒母制備工藝中，酒母溫度控制對(duì)酒母質(zhì)量影響較大。酒母溫控存在諸多難點(diǎn)：①酒母品溫反饋延遲，酒母發(fā)酵罐體積較大，溫度傳感器反饋溫度延遲大；②酒母發(fā)酵罐內(nèi)固液混合，溫度分布不均；③酒母品溫變化無(wú)明確參考模型，發(fā)酵溫度參數(shù)的變化過程可以簡(jiǎn)單概括為一個(gè)升溫和一個(gè)降溫。升溫的熱量來自于本身發(fā)酵產(chǎn)生的溫度，但是要控制這種溫度的上升，不能過快，并維持在某一設(shè)定水平；降溫主要是發(fā)酵后期熱量減少，但也需要冷凝水穿過夾套進(jìn)行降溫。溫度下降后的液態(tài)酒產(chǎn)生的熱量也發(fā)生變化，這種溫度的時(shí)變性不利于控制［1］；④其他如冷媒供給等工況條件。目前酒母發(fā)酵控制基本以人工手動(dòng)操作為主，操作方式多為分階段進(jìn)冷卻水，并實(shí)時(shí)觀測(cè)品溫。也有部分黃酒發(fā)酵溫控研究［2］適用于酒母溫控，但其輸出對(duì)冷媒的控制也多為調(diào)節(jié)閥，系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜、靈活度較低、設(shè)備成本較高。鑒于酒母溫控的復(fù)雜工況，本文簡(jiǎn)化溫度控制，模擬人工操作，實(shí)驗(yàn)后成功應(yīng)用。

1方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)最適發(fā)酵溫度曲線，根據(jù)手動(dòng)溫控經(jīng)驗(yàn)，模擬人工操作，當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)物料實(shí)時(shí)品溫高于對(duì)應(yīng)最適發(fā)酵溫度時(shí)，開啟冷媒閥冷卻，冷卻后關(guān)閉冷媒閥緩沖一段時(shí)間再比對(duì)品溫，進(jìn)一步調(diào)整，使溫度波動(dòng)控制在合理范圍。

1.1最適發(fā)酵溫度曲線設(shè)計(jì)

考慮到實(shí)際工況復(fù)雜及系統(tǒng)計(jì)算負(fù)荷，發(fā)酵溫度曲線簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)為升溫段為曲線，降溫段按時(shí)間間隔（接近開耙時(shí)間間隔）為斜線。升溫段曲線：

式中：TRT為最適發(fā)酵溫度；TT為發(fā)酵時(shí)間；TP1為起始溫度。

降溫階段曲線：

式中：TRT為實(shí)時(shí)目標(biāo)溫度；TT為發(fā)酵時(shí)間；TPA為階段起始溫度；TPB為階段結(jié)束溫度；TTg為階段跨度時(shí)間。各階段溫度、跨度時(shí)間可自行設(shè)置，以適應(yīng)不同季節(jié)溫控和根據(jù)化驗(yàn)指標(biāo)適當(dāng)微調(diào)。表1為發(fā)酵前四階段的參數(shù)設(shè)置表，前一階段的結(jié)束溫度即為下一階段的起始溫度。圖1為某次發(fā)酵的最適發(fā)酵溫度曲線。

1.2控制設(shè)計(jì)

落罐后實(shí)時(shí)比對(duì)罐內(nèi)物料品溫與最適發(fā)酵溫度曲線，當(dāng)溫度過高時(shí)，開啟冷媒閥冷卻，到達(dá)冷卻時(shí)間后關(guān)閉冷媒閥進(jìn)入停滯時(shí)間，停滯時(shí)間結(jié)束后進(jìn)入下一輪品溫比對(duì)。圖2為溫度比對(duì)與執(zhí)行的流程圖。

表1發(fā)酵部分參數(shù)設(shè)置表

圖1某次發(fā)酵的最適發(fā)酵溫度曲線

圖2部分溫控流程圖

冷卻時(shí)間（TC）：設(shè)置基準(zhǔn)時(shí)間根據(jù)酵母品種、物料配比和糖酒酸指標(biāo)實(shí)時(shí)結(jié)果等主要因素人為調(diào)整，并可根據(jù)最適發(fā)酵溫度與實(shí)時(shí)溫度差、冷媒能力、發(fā)酵時(shí)間階段等次要因素自動(dòng)微調(diào)。冷卻時(shí)間計(jì)算為：

式中：TC為冷卻時(shí)間；TS為基準(zhǔn)時(shí)間；TST為實(shí)時(shí)溫度；TRT為最適發(fā)酵溫度，且TC限幅為小于TS的3倍。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1軟硬條件

實(shí)驗(yàn)在會(huì)稽山紹興酒股份有限公司釀造二廠酒母擴(kuò)培進(jìn)行?？刂葡到y(tǒng)采用浙江中控系統(tǒng)工程有限公司的G5（DCS）系統(tǒng)，上位機(jī)人機(jī)界面采用VxSCADA編寫，下位機(jī)采用GCSContrix編寫。酒母發(fā)酵罐容積2.6m3，垂直距罐底0.8m和1.6m罐壁各有1支鉑電阻溫度計(jì)，使用單氣動(dòng)角閥作啟停冷媒控制。

1.3.2工藝流程與方法

酵母菌擴(kuò)大培養(yǎng)程序［3］：

原菌→麥芽汁小試管→固體斜面試管→液體大試管→三角瓶酒母→大罐酒母。

酒母制作工藝：

浸米→淋漿→蒸飯→投料（米飯、麥曲、水、酵母）→開耙發(fā)酵→成品酒母。

1.4結(jié)果測(cè)定

實(shí)驗(yàn)每批投料6罐酒母，其中1罐采用自動(dòng)溫控作實(shí)驗(yàn)，5罐采用手動(dòng)溫控作對(duì)照。落罐溫度均控制在31℃左右，落罐后45h左右取樣測(cè)總糖、酒精度和總酸。

1.4.1酒精度的測(cè)定

參照GB/T 13662—2008《黃酒》［4］中酒精度的測(cè)定。

1.4.2總酸的測(cè)定

參照GB/T 13662—2008《黃酒》中總酸測(cè)定。

1.4.3酵母數(shù)的測(cè)定

參照《會(huì)稽山紹興酒股份有限公司檢驗(yàn)規(guī)程》［5］中酵母數(shù)的測(cè)定。

1.4.4酵母出芽率的測(cè)定

參照《會(huì)稽山紹興酒股份有限公司檢驗(yàn)規(guī)程》中出芽率的測(cè)定。

2結(jié)果與分析

2.1溫控結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)為期4周，共計(jì)投料25批。在升溫階段，實(shí)驗(yàn)罐溫度控制明顯優(yōu)于對(duì)照罐溫度控制，品溫受開耙影響也較小。落罐后6～8h期間實(shí)驗(yàn)罐與對(duì)照罐溫度波動(dòng)均較大，主要因素為氣泡大量產(chǎn)生，麥曲、米飯等上浮形成“酒帽”。8h后發(fā)酵旺盛，溫度上升迅速，實(shí)驗(yàn)罐溫度接近最適發(fā)酵溫度，對(duì)照罐普遍溫度偏差較大。13h開頭耙，實(shí)驗(yàn)罐耙前后溫差較小，對(duì)照罐普遍溫差在0.5℃以上，分析原因?yàn)槿斯そ禍貎A向次數(shù)少、長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)冷媒，是導(dǎo)致罐壁物料溫度過低，受開耙影響物料混合后的品溫突然下降。圖3為某次升溫階段各罐發(fā)酵溫度曲線。

在降溫階段，實(shí)驗(yàn)罐溫度波動(dòng)小。對(duì)照罐溫度前期波動(dòng)較小，后期波動(dòng)普遍大于實(shí)驗(yàn)罐，最大時(shí)接近1℃。

表2實(shí)驗(yàn)化驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖3某次升溫階段各罐發(fā)酵溫度曲線

圖4為同批次的降溫階段溫度曲線。

圖4某次降溫階段各罐發(fā)酵溫度曲線

綜合實(shí)驗(yàn)期內(nèi)溫控情況，自動(dòng)溫控明顯優(yōu)于人工溫控。

2.2化驗(yàn)結(jié)果與分析

酒母使用質(zhì)量工藝標(biāo)準(zhǔn)：酒精含量高于8.5 g/mL、酸度低于4.8 g/mL、酵母數(shù)高于0.9億/mL、出芽率高于8%為良品。實(shí)驗(yàn)罐良品罐數(shù)25罐，良品率為100%；對(duì)照罐良品罐數(shù)107罐，良品率為85.6%。表2為良品實(shí)驗(yàn)罐與對(duì)照罐指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，從中可看出指標(biāo)基本一致，符合工藝標(biāo)準(zhǔn)。除出芽率標(biāo)準(zhǔn)偏差實(shí)驗(yàn)罐略高于對(duì)照罐外，其余均低于對(duì)照罐，可見自動(dòng)溫控對(duì)酒母質(zhì)量穩(wěn)定也有一定促進(jìn)。

3　結(jié)論

通過實(shí)際生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，自動(dòng)溫控優(yōu)于手動(dòng)控制，且酒母化驗(yàn)指標(biāo)符合工藝要求，能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求，同時(shí)能有效減少人工成本、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。因?yàn)辄S酒前發(fā)酵與酒母發(fā)酵機(jī)理一致且工況類似，所以本設(shè)計(jì)方案也適用于黃酒溫控。

參考文獻(xiàn)：

［1］梅光晴.清酒發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)及其過程優(yōu)化的研究［D］.無(wú)錫：江南大學(xué)，2014.

［2］劉登峰.黃酒發(fā)酵過程的建模與優(yōu)化［D］.無(wú)錫：江南大學(xué)，2014.

［3］徐國(guó)強(qiáng)，陳樹，熊偉麗，等.黃酒前酵自控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.自動(dòng)化儀表，2011，32（6）：31-37.

［4］毛青鐘，陳寶良，俞關(guān)松，等.機(jī)械化黃酒速釀酒母制作工藝［J］.釀酒科技，2006（6）：72-76.

［5］全國(guó)食品工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)釀酒分技術(shù)委員會(huì).黃酒：GB/T 13662—2008［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［6］會(huì)稽山紹興酒股份有限公司.會(huì)稽山紹興酒股份有限公司檢驗(yàn)規(guī)程：KJS/ZY—04（B版）［S］.紹興：會(huì)稽山紹興酒股份有限公司，2014.

Research on and Application of Automatic Temperature Control for Yeast Mash Fermentation in Yellow Rice Wine Production

XIAHangfeng，SUN Guowei，HAN Weixing and NI Xiahong
（Kuaijishan Shaoxing Wine Co.Ltd.，Shaoxing，Zhejiang 312030，China）

Abstract:At present，manual operation is the main approach in temperature control for yeast mash fermentation in yellow rice wine production，and it has the disadvantages including large temperature undulation and poor stability in production batches etc.We made use of DCS control system and simulated manual temperature control mode and finally achieved automatic temperature control.Field experimental results demonstrated that such mode operated stably and it could not only meet production requirements but also improve temperature control effects.

Key words:yellow rice wine；yeast mash fermentation；automatic temperature control

中圖分類號(hào)：TS262.4；TS261.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-9286（2016）06-0088-03

DOI：10.13746/j.njkj.2016012

收稿日期：2016-01-18