劉 朋，李志揚(yáng)，倪紅軍*，陳林飛

（南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南通226019）

白酒釀造設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀與展望

劉 朋，李志揚(yáng)，倪紅軍*，陳林飛

（南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南通226019）

該文介紹了傳統(tǒng)白酒釀造設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀，系統(tǒng)地概述了物料混合拌料及輸送機(jī)械化設(shè)備、蒸煮設(shè)備、冷卻設(shè)備、糖化設(shè)備、生物發(fā)酵反應(yīng)器等釀酒設(shè)備的工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)，闡述了酒精的凈化設(shè)備、常用水處理設(shè)備、復(fù)合型多功能白酒處理機(jī)、過濾裝置、自動(dòng)酒降固處理機(jī)、酒老化設(shè)備等一系列酒后處理設(shè)備的用途和性能，指出了目前釀酒技術(shù)中所存在的問題，提出了將機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于釀酒行業(yè)，提出了釀酒技術(shù)未來的研究方向及發(fā)展趨勢(shì)。

釀酒設(shè)備；后處理；釀造技術(shù)；自動(dòng)化技術(shù)

中國傳統(tǒng)白酒是世界六大蒸餾酒之一，有著幾千年的釀酒歷史，在漫長的發(fā)展過程中，形成了天然微生物接種、固態(tài)糖化發(fā)酵、固態(tài)甑桶蒸餾的獨(dú)特工藝和特有的風(fēng)格。然而，傳統(tǒng)釀酒工藝也存在一些固有的弊端，主要是效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境差等，尤其是在翻曲、制曲、曲粉灌裝打包、酒醅出觀、攤涼等環(huán)節(jié)[1]。白酒的固態(tài)釀酒工藝酒質(zhì)醇厚，但白酒生產(chǎn)老化周期長，大部分企業(yè)都是老式工房，主要以手工操作為主，機(jī)械化程度低。為了克服固態(tài)釀酒工藝的弊端，各大酒廠致力于改進(jìn)釀酒工藝，研發(fā)新技術(shù)，開發(fā)新設(shè)備，推進(jìn)白酒行業(yè)的發(fā)展[2]。

目前，隨著生活水平的提高，人們更加注重白酒的品質(zhì)，因此，在保證白酒品質(zhì)的同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)白酒生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化。對(duì)現(xiàn)有工藝改進(jìn)和優(yōu)化，合理地采用機(jī)械化和自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)資源的合理配置[3-5]；提高企業(yè)管理和科技含量水平，促進(jìn)釀酒設(shè)備向全自動(dòng)化[6-8]和現(xiàn)代化的方向發(fā)展，促進(jìn)企業(yè)向“優(yōu)質(zhì)、安全、低耗、可循環(huán)”的方向發(fā)展。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

法國、德國、英國、意大利和日本等國家科技力量雄厚，涉入白酒機(jī)械化領(lǐng)域較早，機(jī)械化水平較高[9-11]。但國外多采用液態(tài)釀酒工藝，與國內(nèi)固態(tài)釀酒工藝不同，例如以谷物類發(fā)酵蒸餾的威士忌[12-14]，以果汁發(fā)酵蒸餾的白蘭地[15-17]，以甘鹿汁發(fā)酵蒸餾的朗姆酒[18-20]，以大米發(fā)酵蒸餾的日本清酒[21-23]，以葡萄發(fā)酵釀制的葡萄酒[24-26]等，機(jī)械化程度較高。

中國科學(xué)技術(shù)的不斷提升，推動(dòng)了白酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。大陸地區(qū)，豉香型（如玉冰燒酒）機(jī)械化發(fā)展較快[27-29]；而醬香型（如茅臺(tái)酒、郎酒等）和濃香型白酒（如五糧液、瀘州老窖等），機(jī)械化水平較低，主要是因?yàn)槎邔?duì)發(fā)酵程度、溫濕度控制和白酒香型要求高。臺(tái)灣地區(qū)的白酒屬于清香型系列[30]，釀造工藝較簡單，機(jī)械化較容易實(shí)現(xiàn)[31]。

1.1 釀酒設(shè)備的研究

1.1.1 物料混合拌料及輸送機(jī)械化設(shè)備

在白酒釀造過程中，需要遠(yuǎn)距離運(yùn)輸大量的物料，需根據(jù)物料的不同，選用不同的輸送設(shè)備。比如齒條式、螺帶式等混合攪拌機(jī)構(gòu)和傳送網(wǎng)帶、螺旋等輸送設(shè)備以及叉車、行車運(yùn)送設(shè)備。

（1）物料混合拌料設(shè)備

曲塊粉碎機(jī)（見圖1）：用于曲塊的整體粉碎，粉碎粒度可調(diào)，強(qiáng)制除塵。同時(shí)還可以粉碎高粱、玉米。該類機(jī)器已在貴州茅臺(tái)集團(tuán)習(xí)水酒廠、四川五糧液酒廠、瀘州老窖酒廠等多家酒廠得到應(yīng)用。

圖1 曲塊粉碎機(jī)Fig.1 Pulverizer ofQublock

曲藥粉碎設(shè)備（見圖2）：采用低轉(zhuǎn)速破碎、高錳鋼耐磨錘頭、粗細(xì)度可調(diào)的工作原理，把曲磚一次性粉碎，錘式粉碎集礦山機(jī)械的堅(jiān)固和糧食機(jī)械的耐磨于一身，增加了產(chǎn)品的壽命，同時(shí)降低了故障率。利用旋風(fēng)和布袋除塵，有效收集了加工曲藥過程中產(chǎn)生粉塵，達(dá)到了無塵生產(chǎn)及高效利用的效果。

圖2 曲藥粉碎設(shè)備Fig.2 Breaking plant ofQu

（2）輸送機(jī)械化設(shè)備

自動(dòng)攤晾機(jī)（見圖3），其主要作用是自動(dòng)輸送酒糟、攤晾、加漿、加曲、降溫、卸料，其中加漿、加曲是非常重要的環(huán)節(jié)，制曲的水平?jīng)Q定了釀酒質(zhì)量的高低。解決了生產(chǎn)過程中常見的工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、晾茬操作繁瑣、篦子孔漏料不易回收等一些列問題。自動(dòng)攤晾機(jī)維修方便、操作簡單、大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，整個(gè)過程只需10～30 min。該類機(jī)器已在貴州茅臺(tái)集團(tuán)習(xí)水酒廠、廣東玉冰燒酒廠、四川沱牌舍得酒廠等多家酒廠得到應(yīng)用。

圖3 自動(dòng)攤晾機(jī)Fig.3 Automatic spread drying machine

封閉式地上自動(dòng)攤晾機(jī)（見圖4）可以一次性完成攤晾、加漿、加曲、攪拌、卸料等工序，其中加漿、加曲是很重要的環(huán)節(jié)，酒曲中含有豐富的微生物和培養(yǎng)基成分，如酵母菌、乳酸菌等，酒曲是提供釀酒用各種酶的載體。與傳統(tǒng)工藝相比，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，一定程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。使高溫晾茬降至規(guī)定的溫度，實(shí)現(xiàn)較好的攤晾效果，本機(jī)上還裝了多個(gè)軸流風(fēng)機(jī)。在攤晾過程中，安裝了多個(gè)攪拌裝置，使晾茬足夠松散，不易結(jié)坨，而且加漿、下曲均勻，可以將漿水、曲粉、晾茬攪拌均勻。

1.1.2 蒸煮設(shè)備

在白酒釀造過程中，其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是蒸煮，在蒸煮時(shí)應(yīng)考慮到不同的工藝要求和不同的物料配比，所用設(shè)備是酒甑，主要有行車吊甑和旋轉(zhuǎn)式酒甑[32]。

行車吊甑：采用專用支架作為酒甑支撐機(jī)構(gòu)，沿用了傳統(tǒng)的出甑工藝，采用了不銹鋼雙層保溫蒸餾鍋，上氣快，結(jié)構(gòu)緊密，節(jié)約能源。蒸糧結(jié)束后，采用行車調(diào)走，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但增加了出甑作業(yè)的時(shí)間，同時(shí)對(duì)工人的操作要求比較高，存在安全隱患。

旋轉(zhuǎn)式酒甑：主要由機(jī)架、甑體、行走機(jī)構(gòu)、電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)組成，動(dòng)力部件為電機(jī)，通過減速機(jī)構(gòu)，將電機(jī)動(dòng)力傳送至酒甑，使其做搖擺運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出甑。工作原理：熱源是水蒸氣，水蒸氣從中心孔進(jìn)入甑底，然后向上竄行，帶出酒蒸汽，在甑蓋處進(jìn)行收集，最后通過隔板網(wǎng)孔輸送至冷卻設(shè)備[33]。

1.1.3 冷卻設(shè)備

在白酒釀造過程中，冷卻是非常重要的一步工藝，是保證酒質(zhì)和出酒率的關(guān)鍵，也是保證釀酒效率的重要環(huán)節(jié)。冷卻方式主要有風(fēng)冷式冷卻和水冷式冷卻，根據(jù)不同的外部環(huán)境選擇不同的冷卻方式。

圖5為風(fēng)冷式冷卻裝置，其工作原理是通過翅片管實(shí)現(xiàn)酒蒸汽與冷卻氣熱量交換，同時(shí)通過溫度傳感器自動(dòng)控制溫度和冷卻空氣量。冷卻裝置采用不銹鋼制作，冷卻效率高；冷卻管采用了鋼鋁復(fù)合翅片管，熱傳導(dǎo)效率高、耐腐蝕。這種裝置節(jié)約用水，使用壽命長，便于操作。該類機(jī)器已在貴州茅臺(tái)集團(tuán)習(xí)水酒廠、四川沱牌舍得酒廠、勁牌酒廠等多家酒廠得到應(yīng)用。

圖5 不銹鋼風(fēng)冷式冷卻器Fig.5 Stainless steel air-cooling condenser

圖6 為整體水冷式冷卻裝置，其工作原理是通過冷卻水和酒蒸汽熱量交換，同時(shí)通過溫度傳感器自動(dòng)控制溫度和冷卻水量。冷卻裝置將甑蓋、過氣筒和冷卻器融為一體，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，安裝使用方便。這種裝置上汽大、流酒快、節(jié)約能源，出酒率高。

圖6 整體水冷式冷卻裝置Fig.6 Integral water-cooling equipment

1.1.4 糖化設(shè)備

在白酒釀造過程中，其中一個(gè)環(huán)節(jié)就是糖化。白酒糖化過程是釀造基礎(chǔ)過程，其主要作用是將大多數(shù)富含淀粉的釀酒原料轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖，為發(fā)酵做準(zhǔn)備工作。通過糖化設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)出料，進(jìn)一步控制和調(diào)整溫度、濕度和含氧量，促進(jìn)糖化反應(yīng)，另外設(shè)有攤平起堆裝置，在出料時(shí)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，加快冷卻速度；根據(jù)工作方式，一般分為固定床式、圓盆式、流動(dòng)床式等。

1.1.5 發(fā)酵設(shè)備

在白酒釀造過程中，發(fā)酵是最重要的工藝，發(fā)酵設(shè)備也是重中之重。生物發(fā)酵反應(yīng)器是發(fā)酵的核心部件，是以酶或酵母為生物催化劑為化反應(yīng)提供適宜環(huán)境的設(shè)備，一般根據(jù)工藝的不同，選用不同的生物發(fā)酵反應(yīng)器，目前發(fā)酵還離不開窖池，生物發(fā)酵反應(yīng)器還有待深入研究。發(fā)酵設(shè)備的主攻方向是新型生物反應(yīng)器的開發(fā)、新型分離手段和發(fā)酵生產(chǎn)過程的控制。

1.2 酒后處理設(shè)備的研究

在整個(gè)生產(chǎn)流程中，發(fā)酵在先，降度、凈化、過濾等在后，灌裝在末，故將發(fā)酵之后、灌裝之前這一工作段的技術(shù)措施稱之為“后處理”。在“后處理”方面，技術(shù)設(shè)備發(fā)展緩慢，投入資金也比較少，這是白酒行業(yè)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)和瓶頸。

1.2.1 酒精的凈化設(shè)備

酒精凈化設(shè)備的主要作用就是凈化酒精，凈化的目的就是降低白酒中各種雜質(zhì)的含量，使調(diào)配出來的酒很難嘗出雜質(zhì)的味道。而酒精的好壞就在于這些雜質(zhì)，比如雜醇油、甲醇和醛類等，另外，基酒中殘留蕃薯酮，會(huì)使酒中有異味。酒精的處理方法主要有以下幾種：高錳酸鉀氧化法、活性炭吸附法和臭氧凈化法。酒廠里的處理方法有很多種，對(duì)改善酒精品質(zhì)有一定的作用，但是不夠理想。而臭氧凈化法在這方面有很好的效果，臭氧凈化系統(tǒng)主要由兩部分組成，第一部分是利用臭氧氧化酒精，把酒精中的有害成分氧化；第二部分是凈化塔，氧化產(chǎn)物進(jìn)入凈化塔后被吸附材料吸附掉，從而達(dá)到除雜的效果，基本去除酒中的異味。

1.2.2 常用水處理設(shè)備

經(jīng)過國內(nèi)多家研究院在酒后處理方面的研究中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)多數(shù)酒廠的酒質(zhì)不合格，有50%是由于勾兌用水的質(zhì)量差引起的，可能出現(xiàn)的不良后果為嚴(yán)重的沉淀和渾濁。還要特別注意的是加漿用水，白酒擱置一段時(shí)間會(huì)出現(xiàn)白色片狀或針狀懸浮物，都是由于加漿用水不當(dāng)引起的，因此白酒加漿用水必須經(jīng)過處理才可以使用。經(jīng)過實(shí)踐，多數(shù)研究普遍認(rèn)為，純凈水、軟水是最好的加漿用水。水處理是提高酒質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也是研究的重點(diǎn)，目前，常用水處理設(shè)備有離子交換裝置、電滲析裝置和膜反滲透純水裝置[34]。該類機(jī)器已在貴州茅臺(tái)集團(tuán)習(xí)水酒廠、陜西西鳳酒廠、瀘州老窖酒廠等多家酒廠得到應(yīng)用。

1.2.3 復(fù)合型多功能白酒處理機(jī)

復(fù)合型多功能白酒處理機(jī)的主要作用是降低高低度酒渾濁度，使其在低溫的時(shí)候仍能保持清澈透明，從而避免出現(xiàn)渾濁、沉淀和降固抗凍等問題。該類機(jī)器已在貴州茅臺(tái)集團(tuán)習(xí)水酒廠、四川五糧液酒廠、瀘州老窖酒廠等多家酒廠得到應(yīng)用。

1.2.4 過濾裝置

過濾裝置的主要作用是過濾掉酒中的固體顆粒，隨著膜技術(shù)的發(fā)展，能過濾的固體顆粒越來越小。在過濾時(shí)，應(yīng)選擇粗細(xì)不同的過濾器，由粗到細(xì)，逐層過濾，不僅效果好，而且節(jié)約時(shí)間。

1.2.5 自動(dòng)酒降固處理機(jī)

自動(dòng)酒降固處理機(jī)的主要作用是降低酒中重金屬離子所產(chǎn)生的無機(jī)鹽、有機(jī)鹽和不溶物等[35]，降固效果顯著、使用方便、速度快。

2.2.6 酒老化專用設(shè)備

酒老化專用設(shè)備的主要作用是減少酒中的有害成分，同時(shí)減少酒中的雜油醇，使酒發(fā)生一系列的氧化反應(yīng)，促進(jìn)醇與酸之間酯化反應(yīng)，使酒的香味馥郁、口味甘順、柔和。目前酒老化專用設(shè)備發(fā)展較緩慢，老化反應(yīng)特別復(fù)雜，而且老化效果不佳，有待于進(jìn)一步研究。

2 存在的問題和發(fā)展趨勢(shì)

白酒釀造機(jī)械化、自動(dòng)化勢(shì)在必行，通過科技創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)每道工序之間機(jī)械化、自動(dòng)化連接。目前，國內(nèi)白酒機(jī)械化僅限于局部環(huán)節(jié)，與全方位機(jī)械化還有很大差距。據(jù)相關(guān)資料顯示，國內(nèi)白酒多采用固態(tài)釀酒工藝，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化難度較大，只有米香型、豉香型白酒發(fā)展比較迅速，在釀造和蒸餾上基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。另外，國外的技術(shù)也值得學(xué)習(xí)。在制曲方面，可以借鑒日本的白酒制曲工藝和制曲設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新，研制出機(jī)械化制曲、培曲設(shè)備；在糧食的蒸煮方面，可以吸收和學(xué)習(xí)國外技術(shù)，采用加壓蒸煮，提高蒸煮的質(zhì)量和效率；在蒸餾方面，可以借鑒國外蒸餾酒的蒸餾設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，提高蒸餾設(shè)備的濃縮、提香和除雜的效果。

2.1 存在的問題

（1）前序洗瓶工藝、白酒灌裝工藝、后續(xù)包裝工藝等工序，大多是手工完成，混和物料攪拌和輸送，工作量大，機(jī)械化水平較低，生產(chǎn)效率低；

（2）酒自然老化周期較長，酒老化專用設(shè)備發(fā)展緩慢，老化效果不佳；

（3）傳統(tǒng)工藝蒸餾出來的酒存在異味，酒味不純，濃縮除雜效果不佳，冷卻時(shí)出酒率較低；

（4）釀酒發(fā)酵過程和發(fā)酵質(zhì)量不易控制，自主研發(fā)和創(chuàng)新能力有待于提高，促進(jìn)釀酒行業(yè)快速發(fā)展。

2.2 發(fā)展趨勢(shì)

隨著機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，釀酒自動(dòng)化、智能化已是大勢(shì)所趨。未來在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用主要有以下幾方面：

（1）將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于混和物料攪拌和輸送、釀酒操作、前序洗瓶工藝、白酒灌裝工藝、后續(xù)包裝工藝等工序，代替人工操作，提高生產(chǎn)效率。

（2）將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)釀酒過程中，形成蒸糧自動(dòng)化、發(fā)酵自動(dòng)化、涼糟自動(dòng)化、酒糟處理自動(dòng)化、包裝自動(dòng)化、制曲生產(chǎn)自動(dòng)化等一系列自動(dòng)化生產(chǎn)線，自動(dòng)化生產(chǎn)線具有高度智能化、自動(dòng)化、勞動(dòng)強(qiáng)度小、成本低、效率高、產(chǎn)品質(zhì)量高等特點(diǎn)。

（3）將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)釀酒過程，在培曲過程中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)曲塊及曲房溫度、濕度的即時(shí)變化情況；在蒸煮和冷卻過程中，在料糟冷卻攤晾、酒汽冷卻酒溫控制、培養(yǎng)箱溫度控制調(diào)整上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；在蒸酒過程中，通過壓力傳感器控制調(diào)整蒸汽的開度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化；在酒庫管理方面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，自動(dòng)化計(jì)算，信息數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化與共享化，保證計(jì)量準(zhǔn)確和運(yùn)行的封閉性；在酒儲(chǔ)存和自然老化方面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)存環(huán)境溫度、濕度和透光度等因素的變化，做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最大限度地保證酒的品味和風(fēng)格，并發(fā)揮自動(dòng)化、智能化潛能。

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Development status and prospects ofBaijiu-making equipments

LIU Peng,LI Zhiyang,NI Hongjun*,CHEN Linfei(School of Mechanical Engineering,Nantong University,Nantong 226019,China)

The development status of traditionalBaijiu(liquor)-making equipments was mainly introduced.The working principle and application characteristics ofBaijiu-making equipments including material mixing and conveying mechanical equipment,cooking equipment,cooling equipment, saccharification equipment,biological fermentation reactor were systematically summarized.The use and performance of a series of liquor post-processing equipments including alcohol purification equipment,commonly used water treatment equipment,multifunctional complex liquor processor, filtering device,automatic liquor solid-reducing processor,liquor aging equipment were expounded.The problems in theBaijiu-making technology were pointed out.Robot technology,automation technology and internet technology used in liquor-making industry was put forward,and the future research direction and development trend ofBaijiu-making technology was put forward as well.

Baijiu-making equipment;post-processing;Baijiu-making technology;automation technology

U673.38

0254-5071（2017）01-0024-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.01.005

2016-08-11

江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目（蘇政辦發(fā)（2014）37號(hào)）；南通市應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目（BK2014053）

劉朋（1993-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榛稛龣z測(cè)分析及其老化裝置。

*通訊作者：倪紅軍（1965-），男，教授，博士，研究方向?yàn)閿?shù)字化制造技術(shù)。