云南是全國(guó)少數(shù)民族最多的省份，各民族都有釀酒、飲酒的傳統(tǒng)習(xí)俗，至今還保持著許多獨(dú)特的釀造方法及優(yōu)美的飲酒習(xí)俗，具有深厚的“酒文化”底蘊(yùn)。不同的地區(qū)及民族有不同的釀酒傳統(tǒng)工藝，但是，絕大部分都是以小曲清香型白酒為主。小曲清香型白酒是以高粱、玉米等糧谷為主要原料，以小曲為糖化發(fā)酵劑，經(jīng)蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾、陳釀、勾兌而制成的蒸餾酒［１］，小曲白酒獨(dú)具特色：用曲量少，出酒率高，發(fā)酵周期短，其醇香清雅、糟香突出、回甜、協(xié)調(diào)，余味清爽。隨著國(guó)際交流擴(kuò)大，人們飲酒習(xí)慣正在向淡雅風(fēng)味轉(zhuǎn)變，小曲酒口感風(fēng)格正好符合這一發(fā)展趨勢(shì)，飲用人群逐漸擴(kuò)大［２］。因此，應(yīng)充分利用“橋頭堡戰(zhàn)略”的地域優(yōu)勢(shì)，做大做強(qiáng)云南的酒產(chǎn)業(yè)，改變?cè)颇嫌泻脽煛⒑貌瑁瑹o(wú)好酒的歷史。

長(zhǎng)期以來(lái)，由于釀造過(guò)程中更多的依賴定性指標(biāo)而非定量指標(biāo)，釀造技術(shù)及工藝控制落后，出酒率較低，不同批次的酒口感及質(zhì)量差異較大。從釀酒的過(guò)程看，每一步都會(huì)對(duì)成品產(chǎn)生影響，其中發(fā)酵過(guò)程對(duì)酒質(zhì)的影響是最根本的關(guān)鍵因素。

糧食發(fā)酵過(guò)程控制不好不僅僅會(huì)降低出酒率，影響呈香、呈味物質(zhì)的形成，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生甲醇、雜醇油等有害物質(zhì)的超標(biāo)。為了提高生產(chǎn)效率及效益，保證產(chǎn)品的安全性，保證不同批次產(chǎn)品的一致性，發(fā)酵環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制是亟待解決的問(wèn)題。

本文選取對(duì)發(fā)酵過(guò)程影響較大的參數(shù)如：發(fā)酵溫度、糖化度、酒醅酒份含量作為關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)，采用多罐（單罐發(fā)酵物質(zhì)中心與外壁溫差較大）發(fā)酵控制方式，其中發(fā)酵罐溫度參數(shù)自動(dòng)控制，糖化度及酒精度采用人工采樣分析的方法。上述參數(shù)獲取后，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程的控制。

材料與方法

1.材料

不銹鋼發(fā)酵罐；熱電偶傳感器，變送器，交流電磁閥，可控?zé)嵩矗痪凭葍x；糖化儀；單片機(jī)系統(tǒng)；控制ＰＣ及軟件；數(shù)據(jù)庫(kù)

2.系統(tǒng)原理

其中一罐的控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖１所示。在正常發(fā)酵溫度范圍內(nèi)，進(jìn)、出水管的電磁閥關(guān)閉，夾層中物質(zhì)為空氣。當(dāng)發(fā)酵物加權(quán)溫度大于設(shè)定上限時(shí)，循環(huán)水經(jīng)由罐壁吸收發(fā)酵物的熱量，從而降低其溫度。當(dāng)發(fā)酵物加權(quán)溫度低于設(shè)定下限時(shí)，循環(huán)水經(jīng)罐壁把熱量傳遞給罐內(nèi)發(fā)酵物，升高其溫度。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及控制由單片機(jī)系統(tǒng)完成，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到工控ＰＣ；糖化度（還原糖占比）及酒精度隨發(fā)酵時(shí)間的加長(zhǎng)，抽樣檢測(cè)次數(shù)增加，并通過(guò)錄入界面錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。工控機(jī)軟件由ＶＢ６＋ＳＱＬＳＥＲＶＥＲ２０００構(gòu)成。采用控件Ｍｓｃｏｍｍ實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與單片機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示，數(shù)據(jù)查詢，歷史數(shù)據(jù)追溯，報(bào)表輸出，單一發(fā)酵糧控制數(shù)據(jù)選擇，多糧發(fā)酵控制數(shù)據(jù)選擇，局域網(wǎng)數(shù)據(jù)共享等功能。

3.方法

通過(guò)上、中、下３個(gè)溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量發(fā)酵物的溫度，通過(guò)加權(quán)計(jì)算，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的高低限溫度值比較，決定加溫還是帶走多余熱量；通過(guò)糖度及酒精度的測(cè)量與數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)值比較，判斷發(fā)酵是否完成；單片機(jī)完成對(duì)傳感器及其整定數(shù)據(jù)的采集，并且在０?２ｓ內(nèi)完成將采集數(shù)據(jù)傳遞給工控機(jī)。同時(shí)，根據(jù)工控機(jī)發(fā)來(lái)的指令完成對(duì)進(jìn)、出水電磁閥及泵的控制；工控機(jī)完成實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的接收，狀態(tài)顯示，發(fā)酵完成報(bào)警。數(shù)據(jù)庫(kù)記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，輸出控制數(shù)據(jù)，同時(shí)提供可以追溯的歷史數(shù)據(jù)；單片機(jī)與工控機(jī)之間采用ＲＳ?２３２Ｃ通信模式。

4.單片機(jī)數(shù)據(jù)采集

單片機(jī)數(shù)據(jù)采集流程如圖２所示，本機(jī)自帶Ａ／Ｄ，根據(jù)傳感器接口不同，選擇相應(yīng)的數(shù)字、模擬通道。系統(tǒng)每２４ｈ由工控機(jī)控制，通過(guò)ＷａｔｃｈＤｏｇ自動(dòng)復(fù)位１次，確保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的長(zhǎng)期，穩(wěn)定運(yùn)行。所有具體控制由單片機(jī)負(fù)責(zé)執(zhí)行（指令由工控機(jī)發(fā)出），單片機(jī)不進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送為每組３字節(jié)（１字節(jié)傳感器號(hào)，２字節(jié)數(shù)據(jù)）。

結(jié)果與分析

通過(guò)單片機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中的目標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)控制后的結(jié)果見(jiàn)表１（表略）。表２（表略）為自然發(fā)酵的時(shí)間及參數(shù)。通過(guò)對(duì)比表１，２的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過(guò)程的溫度進(jìn)行控制，即發(fā)酵前期保持較高溫度，發(fā)酵中期保持較為恒定溫度，發(fā)酵最后適當(dāng)降低溫度，只需要發(fā)酵１２ｄ即可以達(dá)到酒精度１３％ｖｏｌ，還原糖占比０?７％；而自然發(fā)酵需１５ｄ以上，酒精度只達(dá)到９％ｖｏｌ，還原糖占比還高達(dá)１?１％。因此，通過(guò)對(duì)發(fā)酵過(guò)程的控制，可以明顯縮短發(fā)酵時(shí)間，提高出酒率。由于在發(fā)酵過(guò)程中的持續(xù)高溫會(huì)導(dǎo)致酒質(zhì)變差，因此需要實(shí)時(shí)對(duì)發(fā)酵物質(zhì)的溫度（上部外沿、中部中心、底部中心）進(jìn)行實(shí)時(shí)（０?２ｓ）采集，用于控制升溫及降溫控制，經(jīng)試驗(yàn)確定升溫提前１２ｍｉｎ，降溫提前５ｍｉｎ效果較好。

討論

由于在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，在線式糖化率及酒精度傳感器較為昂貴，在現(xiàn)階段可以采用由工控機(jī)定時(shí)提示，人工取樣測(cè)量，再輸入測(cè)量結(jié)果的方式完成。云南小曲白酒的產(chǎn)地遍布全省區(qū)域，各地氣候差異較大。即使同一地區(qū)隨季節(jié)及早晚的變化，溫差也較大。在沒(méi)有自動(dòng)控溫的技術(shù)條件時(shí)，部分地區(qū)的白酒釀造有很強(qiáng)的季節(jié)性。或者采用冷天用火爐加熱環(huán)境溫度，熱天采用噴淋、吹風(fēng)對(duì)流等降溫措施。近年來(lái)，隨著生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)條件的好轉(zhuǎn)，及釀造理念的改變（好酒是靠釀造出來(lái)的，勾調(diào)只是補(bǔ)救措施），也有采用中央空調(diào)對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行控制的，但是每年因此花費(fèi)巨額的能源費(fèi)用，既不利于節(jié)能環(huán)保，也不能達(dá)到有效的控制目的。而采用本文介紹的控制方法及控制系統(tǒng)，由于是針對(duì)每一發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵控制，既可以有效地對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行控制，同時(shí)也簡(jiǎn)便易行，節(jié)約能源，具有事半功倍的效果。但是由于經(jīng)濟(jì)條件的限制及時(shí)間的關(guān)系，沒(méi)有進(jìn)行多地區(qū)，多糧種的試驗(yàn)，因此其應(yīng)用過(guò)程中肯定還會(huì)存在不少問(wèn)題。另外，由于發(fā)酵罐的溫控系統(tǒng)是一個(gè)大時(shí)滯系統(tǒng)，因此確定控制數(shù)學(xué)模型，開(kāi)閉電磁閥及泵的時(shí)間選擇是本系統(tǒng)精確、可靠工作的關(guān)鍵。

總之，通過(guò)本系統(tǒng)的應(yīng)用，有效地解決了發(fā)酵工程的出酒率低下及不同批次間的發(fā)酵差異，有效地避免了超標(biāo)有害物質(zhì)的產(chǎn)生，為規(guī)模化生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為同一品種的酒提供了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的便利。既可以為企業(yè)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)利益，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)品牌質(zhì)量的保證。

本文作者：王銳剛 王晉 張?jiān)?張?jiān)瞥?方志強(qiáng) 單位：云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 基礎(chǔ)與信息學(xué)院 昆明酒類行業(yè)協(xié)會(huì)