徐鴻飛，王海鷹*，田紹潤(rùn)，潘 登，朱 彤

（1.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海 201804；2.貴州茅臺(tái)酒股份有限公司，貴州 仁懷 564501）

醬香型白酒是中國(guó)白酒的一個(gè)重要分支，以茅臺(tái)酒、四川郎酒為代表，其生產(chǎn)過(guò)程包括“九次蒸煮，八次發(fā)酵，七次取酒”，每個(gè)取酒輪次均經(jīng)打糟、餾酒、攤晾、加曲、堆積、入窖操作[1-2]。長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于醬香型白酒的研究主要集中于發(fā)酵過(guò)程中風(fēng)味物質(zhì)的形成[3-4]、微生物的關(guān)系[5-7]、堆積發(fā)酵[8-10]、酵母菌的分離[11-13]以及發(fā)酵過(guò)程中各參數(shù)的變化[14-15]等，對(duì)蒸餾過(guò)程這一重要環(huán)節(jié)的研究較少。

蒸餾工藝條件對(duì)醬香型白酒的基酒產(chǎn)量有很大影響，在目前酒醅填裝高度適合工人操作的基礎(chǔ)上，加熱飽和蒸汽量和底鍋中尾酒量的控制就顯得尤為重要。飽和蒸汽在白酒甑蒸餾中充當(dāng)酒醅動(dòng)能，它使物系中形成溫度梯度，進(jìn)而打破了酒醅中乙醇-水溶液系統(tǒng)原有的平衡[16]，飽和蒸汽流量的大小直接影響到蒸汽與酒醅的傳熱傳質(zhì)過(guò)程，從而影響基酒的產(chǎn)量。實(shí)踐和研究表明，緩慢蒸餾有利于酒醅中乙醇和香味成分的提取[17-20]，但研究對(duì)象均為濃香型白酒，對(duì)醬香型白酒的此類(lèi)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。在底鍋中加入尾酒被稱(chēng)為串香蒸餾法，是通過(guò)提高底鍋出口飽和蒸汽中乙醇的濃度來(lái)提高白酒蒸餾效率的一種行之有效的方法。杜崗等[21-22]研究發(fā)現(xiàn)，在底鍋中加入食用酒精能有效提高正品酒產(chǎn)量。但對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中添加尾酒質(zhì)量與基酒的產(chǎn)量之間的關(guān)系還沒(méi)有進(jìn)行深入研究。

為了研究醬香型白酒蒸餾過(guò)程中流酒階段飽和蒸汽流量和尾酒添加量對(duì)基酒產(chǎn)量的影響，確定各取酒輪次合理的飽和蒸汽流量和尾酒添加量，本研究以基酒產(chǎn)量為指標(biāo)，依據(jù)相似原理設(shè)計(jì)搭建了縮尺實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在縮尺實(shí)驗(yàn)臺(tái)和實(shí)際生產(chǎn)班組上開(kāi)展了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果為白酒蒸餾工藝條件優(yōu)化提供了重要參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酒醅：來(lái)自醬香型白酒生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)窖池，已發(fā)酵好、混以定量糠殼、經(jīng)過(guò)打糟并充分?jǐn)嚢琛?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。系統(tǒng)主要部件為過(guò)熱蒸汽管道、底鍋、甑桶、多孔箅子、甑桶蓋、導(dǎo)酒管、冷卻器，其中底鍋與甑桶之間均用酒醅填料密封。

圖1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of test bench

縮尺實(shí)驗(yàn)臺(tái)以實(shí)際生產(chǎn)班組的甑桶結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)原則為：①甑桶高度與實(shí)際甑桶高度一致[23-24]，以保證基酒乙醇濃度與生產(chǎn)班組一致；②單位質(zhì)量酒醅的飽和蒸汽處理量與實(shí)際生產(chǎn)工藝一致；③甑桶底部截面和頂部截面的飽和蒸汽流速與實(shí)際生產(chǎn)工藝一致。根據(jù)研究需要，縮尺實(shí)驗(yàn)臺(tái)體積為實(shí)際生產(chǎn)甑桶的1/20。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要測(cè)量?jī)x器儀表有：DN15孔板流量計(jì)：江蘇華海測(cè)控技術(shù)有限公司；WZP-230鉑電阻溫度計(jì)：江蘇萊鑫電熱電器有限公司；擴(kuò)散硅壓力變送器：上海恒瑞測(cè)控技術(shù)有限公司；臺(tái)秤：湖州惠騰稱(chēng)重設(shè)備有限公司；酒精比重計(jì)：四川省申聯(lián)生物科技有限責(zé)任公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，蒸餾操作與實(shí)際班組的操作方法一致：①預(yù)熱底鍋水至飽和；②上甑，定量開(kāi)啟一次蒸汽，二次蒸汽穿過(guò)多孔箅子加熱酒醅；③調(diào)整飽和蒸汽流量，取基酒，取尾酒。蒸餾操作結(jié)束后，測(cè)量基酒的質(zhì)量、乙醇體積分?jǐn)?shù)。以乙醇體積分?jǐn)?shù)≥53%vol的基酒為正品酒，并統(tǒng)一換算為乙醇體積分?jǐn)?shù)53%的基酒質(zhì)量。

1.3.2 測(cè)量參數(shù)

實(shí)驗(yàn)階段相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table 1 Related experimental parameters

1.3.3 分析方法

進(jìn)入底鍋的過(guò)熱蒸汽流量、溫度、壓力分別通過(guò)孔板流量計(jì)、鉑電阻溫度計(jì)、擴(kuò)散硅壓力變送器測(cè)量；基酒質(zhì)量通過(guò)臺(tái)秤測(cè)量；基酒酒精體積分?jǐn)?shù)通過(guò)酒精比重計(jì)測(cè)量，測(cè)量方法為在20 ℃條件下將酒精計(jì)垂直放入酒中，待穩(wěn)定以后，與上液面平齊的讀數(shù)即為酒精體積分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 各輪次流酒飽和蒸汽流量的選擇

2.1.1 縮尺實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯?/p>

醬香型白酒四～六輪次不同流酒飽和蒸汽流量下得到的基酒產(chǎn)量（均換算成50 kg酒醅生成53%vol基酒的質(zhì)量）結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，在實(shí)驗(yàn)工況范圍內(nèi)，①四輪次基酒產(chǎn)量隨流酒飽和蒸汽流量的增大單調(diào)下降，基酒產(chǎn)量分別在飽和蒸汽流量為6.06 kg/h、10.66 kg/h時(shí)取得最大值2.23 kg和最小值1.74 kg，最大值相較最小值提高0.49 kg；②五輪次基酒產(chǎn)量隨流酒飽和蒸汽流量的增大單調(diào)下降，基酒產(chǎn)量分別在蒸汽流量為3.60 kg/h和13.20 kg/h時(shí)取得最大值1.73 kg和0.58 kg，最大值相較最小值提高1.15 kg；③六輪次不加尾酒時(shí)，流量過(guò)高或過(guò)低均無(wú)基酒產(chǎn)生，基酒產(chǎn)量在蒸汽流量為6.10 kg/h時(shí)取得最大值0.51 kg；加入3 kg體積分?jǐn)?shù)27%的尾酒后，基酒產(chǎn)量隨飽和蒸汽流量的變化與五輪次相似，基酒產(chǎn)量在蒸汽流量為5.10 kg/h取得最大值1.24 kg。

圖2 縮尺實(shí)驗(yàn)臺(tái)四～六輪次流酒飽和蒸汽流量對(duì)基酒質(zhì)量的影響Fig.2 Effect of saturated steam flow in the liquor collecting stage from the fourth to the sixth round on base liquor yield in scaled test bench

結(jié)果表明，飽和蒸汽流量對(duì)醬香型白酒基酒產(chǎn)量有顯著的影響。對(duì)于四、五輪次，最佳飽和蒸汽量為實(shí)驗(yàn)工況下的最小蒸汽流量，由于蒸汽量很小時(shí)，必定沒(méi)有基酒產(chǎn)生，因此蒸汽量在0至實(shí)驗(yàn)工況下的最小蒸汽流量之間必定存在一個(gè)最佳值對(duì)應(yīng)最高的基酒產(chǎn)量。對(duì)于六輪次，蒸汽量過(guò)大或過(guò)小均無(wú)基酒產(chǎn)生，這是因?yàn)椋毫喆尉契兴凭臐舛容^四、五輪次低，且六輪次酒醅較四、五輪次黏度大，易結(jié)塊結(jié)團(tuán)。飽和蒸汽量過(guò)小，蒸汽無(wú)法及時(shí)帶走酒醅中擴(kuò)散出的乙醇，導(dǎo)致酒醅和蒸汽之間沒(méi)有足夠的濃度梯度；飽和蒸汽量過(guò)大，一方面沒(méi)有給蒸汽與酒醅充分的“反應(yīng)時(shí)間”[25]，一方面蒸汽對(duì)蒸餾出的白酒起到了“稀釋”作用。

醬香型白酒四～六輪次不同飽和蒸汽流量對(duì)應(yīng)的流酒時(shí)間結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，在實(shí)驗(yàn)工況范圍內(nèi)，四、五輪次最長(zhǎng)流酒時(shí)間分別為32 min、50 min，最短流酒時(shí)間分別為10 min、5 min，流酒時(shí)間差分別為22 min，45 min。六輪次添加尾酒工況取酒時(shí)間在30 min左右，變化范圍較小?？梢钥吹剑?、五輪次采取緩慢蒸餾有利于基酒的提取，但接酒時(shí)間會(huì)大大延長(zhǎng)，導(dǎo)致接酒效率的下降，且在蒸汽流量相對(duì)較低時(shí)隨流酒飽和蒸汽流量的降低，流酒時(shí)間迅速增大；蒸汽流量較高時(shí)，流酒時(shí)間變化變緩。對(duì)于六輪次，由于產(chǎn)量是主要矛盾，且添加尾酒后接酒時(shí)間變化較小，因此六輪次適宜添加部分尾酒，提升基酒產(chǎn)量。

圖3 縮尺實(shí)驗(yàn)臺(tái)四～六輪次流酒飽和蒸汽流量對(duì)流酒時(shí)間的影響Fig.3 Effect of saturated steam flow in the liquor collecting stage from the fourth to the sixth round on liquor collecting time in scaled test bench

2.1.2 生產(chǎn)班組實(shí)驗(yàn)研究

在生產(chǎn)班組開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中，為了減少人為操作或隨機(jī)因素引起的誤差，采用同一個(gè)飽和蒸汽參數(shù)工況分別在一個(gè)班組兩個(gè)甑桶上交替開(kāi)展對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。

生產(chǎn)班組五～七輪次流酒飽和蒸汽流量對(duì)應(yīng)的基酒產(chǎn)量（均換算成50 kg酒醅生成53%vol基酒的質(zhì)量）結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知，在實(shí)驗(yàn)工況范圍內(nèi)，①五輪次基酒產(chǎn)量分別在流酒飽和蒸汽流量為3.30 kg/h、5.76 kg/h時(shí)取得最大值1.34 kg和最小值1.04 kg，最大值相較最小值提高0.3 kg；②在添加相同尾酒量的條件下，六輪次基酒產(chǎn)量分別在流酒飽和蒸汽流量為3.20 kg/h、4.40 kg/h時(shí)取得最大值1.01 kg和最小值0.81 kg/h，最大值相較最小值提高0.2kg；③在添加相同尾酒量的條件下，七輪次基酒產(chǎn)量分別在流酒飽和蒸汽流量為3.20 kg/h、4.40 kg/h時(shí)取得最大值0.65 kg和0.59 kg，最大值相較最小值提高0.06 kg?？梢钥吹?，五～七輪次飽和蒸汽流量的大小顯著地影響了基酒的產(chǎn)量。同時(shí)，六、七輪次不添加尾酒時(shí)均無(wú)基酒產(chǎn)生（圖4中未標(biāo)出），添加基酒后，基酒質(zhì)量隨飽和蒸汽流量的變化較小，這說(shuō)明當(dāng)酒醅中的乙醇濃度較低不足以產(chǎn)生正品基酒時(shí)，尾酒對(duì)基酒產(chǎn)量的影響要大于蒸汽流量。將縮尺實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，五、六輪次基酒質(zhì)量隨飽和蒸汽流量的變化規(guī)律基本一致。

圖4 生產(chǎn)班組實(shí)驗(yàn)五～七輪次流酒飽和蒸汽流量對(duì)基酒產(chǎn)量的影響Fig.4 Effect of saturated steam flow in the liquor collecting stage from the fifth to the seventh round on base liquor yield in production team experiments

圖5 生產(chǎn)班組實(shí)驗(yàn)五～七輪次流酒飽和蒸汽流量對(duì)流酒時(shí)間的影響Fig.5 Effect of saturated steam flow in the liquor collecting stage from the fifth to the seventh round on liquor collecting time in production team experiments

醬香型白酒生產(chǎn)班組五～七輪次不同流酒飽和蒸汽流量下的流酒時(shí)間結(jié)果見(jiàn)圖5，圖5中數(shù)據(jù)為對(duì)同一工況多次實(shí)驗(yàn)取平均值，飽和蒸汽流量為1 000 kg酒醅對(duì)應(yīng)的蒸汽流量。由圖5可知，五～七輪次流酒時(shí)間最長(zhǎng)分別為33 min、42 min、16 min，最短分別為11 min、15 min、9 min，流酒時(shí)間差分別為22 min、27 min、5 min，流酒時(shí)間均隨流酒飽和蒸汽流量的增加而減少?？v向來(lái)看，由于五～七輪次基酒產(chǎn)量依次降低，因而同一個(gè)飽和蒸汽流量對(duì)應(yīng)的流酒時(shí)間也依次減少。

2.2 六輪次底鍋尾酒添加量的選擇

縮尺實(shí)驗(yàn)研究中，流酒飽和蒸汽流量5 kg/h條件下，六輪次添加不同尾酒質(zhì)量對(duì)應(yīng)的基酒產(chǎn)量（均換算成50 kg酒醅生成53%vol基酒的質(zhì)量）結(jié)果見(jiàn)圖6。為便于比較，圖6中尾酒質(zhì)量與基酒質(zhì)量均已換算成體積分?jǐn)?shù)53%乙醇的白酒質(zhì)量，凈基酒產(chǎn)量為總基酒質(zhì)量減去尾酒質(zhì)量。由圖6可知，在實(shí)驗(yàn)工況范圍內(nèi)，總基酒產(chǎn)量隨尾酒量的提高從0增至1.7 kg，凈基酒質(zhì)量同時(shí)從0增至0.6 kg，不添加尾酒時(shí)無(wú)基酒產(chǎn)生。這表明，添加尾酒對(duì)白酒蒸餾的作用有兩點(diǎn)：一是提高餾酒的整體酒精度；二是提高了基酒的質(zhì)量。因此，僅對(duì)基酒質(zhì)量而言，添加尾酒量有效地提高了基酒質(zhì)量。由于實(shí)驗(yàn)未對(duì)醬香型白酒的微量香味成分進(jìn)行測(cè)量，尾酒量的提高對(duì)白酒風(fēng)味的影響尚不明確。

圖6 縮尺實(shí)驗(yàn)第六輪次尾酒質(zhì)量對(duì)基酒質(zhì)量的影響Fig.6 Effect of the tail liquor amount in the sixth round on base liquor yield in scaled test bench

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)醬香型白酒四～七輪次的縮尺實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)班組實(shí)驗(yàn)，得出如下結(jié)論：①流酒飽和蒸汽流量對(duì)醬香型白酒的基酒產(chǎn)量具有顯著影響，縮尺實(shí)驗(yàn)臺(tái)四、五輪次實(shí)驗(yàn)工況內(nèi)最高基酒產(chǎn)量分別比最低產(chǎn)量高0.49 kg/50 kg酒醅、1.15 kg/50 kg酒醅，六輪次流量過(guò)高或過(guò)低均無(wú)基酒產(chǎn)生；生產(chǎn)班組五、六、七輪次實(shí)驗(yàn)工況內(nèi)最高基酒產(chǎn)量分別比最低產(chǎn)量高0.3 kg/50 kg酒醅、0.2 kg/50 kg酒醅、0.06 kg/50 kg酒醅，表明目前的流量調(diào)節(jié)存在較大的優(yōu)化空間；②流酒飽和蒸汽流量過(guò)小會(huì)導(dǎo)致接酒時(shí)間大幅延長(zhǎng)，影響接酒效率；③串香蒸餾能夠有效提高餾酒整體濃度，從而提升基酒質(zhì)量。