白酒釀造設備的發(fā)展現狀與展望

劉 朋，李志揚，倪紅軍*，陳林飛

（南通大學機械工程學院，江蘇南通226019）

白酒釀造設備的發(fā)展現狀與展望

劉 朋，李志揚，倪紅軍*，陳林飛

（南通大學機械工程學院，江蘇南通226019）

該文介紹了傳統白酒釀造設備的發(fā)展現狀，系統地概述了物料混合拌料及輸送機械化設備、蒸煮設備、冷卻設備、糖化設備、生物發(fā)酵反應器等釀酒設備的工作原理和應用特點，闡述了酒精的凈化設備、常用水處理設備、復合型多功能白酒處理機、過濾裝置、自動酒降固處理機、酒老化設備等一系列酒后處理設備的用途和性能，指出了目前釀酒技術中所存在的問題，提出了將機器人技術、自動化技術和互聯網技術應用于釀酒行業(yè)，提出了釀酒技術未來的研究方向及發(fā)展趨勢。

釀酒設備；后處理；釀造技術；自動化技術

中國傳統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)甑桶蒸餾的獨特工藝和特有的風格。然而，傳統釀酒工藝也存在一些固有的弊端，主要是效率低、勞動強度大、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)釀酒工藝酒質醇厚，但白酒生產老化周期長，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釀酒工藝，研發(fā)新技術，開發(fā)新設備，推進白酒行業(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，因此，在保證白酒品質的同時，還要實現白酒生產的自動化和智能化。對現有工藝改進和優(yōu)化，合理地采用機械化和自動化，提高生產效率，降低勞動強度，實現資源的合理配置[3-5]；提高企業(yè)管理和科技含量水平，促進釀酒設備向全自動化[6-8]和現代化的方向發(fā)展，促進企業(yè)向“優(yōu)質、安全、低耗、可循環(huán)”的方向發(fā)展。

1 國內外發(fā)展現狀

法國、德國、英國、意大利和日本等國家科技力量雄厚，涉入白酒機械化領域較早，機械化水平較高[9-11]。但國外多采用液態(tài)釀酒工藝，與國內固態(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，機械化程度較高。

中國科學技術的不斷提升，推動了白酒產業(yè)的發(fā)展。大陸地區(qū)，豉香型（如玉冰燒酒）機械化發(fā)展較快[27-29]；而醬香型（如茅臺酒、郎酒等）和濃香型白酒（如五糧液、瀘州老窖等），機械化水平較低，主要是因為二者對發(fā)酵程度、溫濕度控制和白酒香型要求高。臺灣地區(qū)的白酒屬于清香型系列[30]，釀造工藝較簡單，機械化較容易實現[31]。

1.1 釀酒設備的研究

1.1.1 物料混合拌料及輸送機械化設備

在白酒釀造過程中，需要遠距離運輸大量的物料，需根據物料的不同，選用不同的輸送設備。比如齒條式、螺帶式等混合攪拌機構和傳送網帶、螺旋等輸送設備以及叉車、行車運送設備。

（1）物料混合拌料設備

曲塊粉碎機（見圖1）：用于曲塊的整體粉碎，粉碎粒度可調，強制除塵。同時還可以粉碎高粱、玉米。該類機器已在貴州茅臺集團習水酒廠、四川五糧液酒廠、瀘州老窖酒廠等多家酒廠得到應用。

圖1 曲塊粉碎機Fig.1 Pulverizer ofQublock

曲藥粉碎設備（見圖2）：采用低轉速破碎、高錳鋼耐磨錘頭、粗細度可調的工作原理，把曲磚一次性粉碎，錘式粉碎集礦山機械的堅固和糧食機械的耐磨于一身，增加了產品的壽命，同時降低了故障率。利用旋風和布袋除塵，有效收集了加工曲藥過程中產生粉塵，達到了無塵生產及高效利用的效果。

圖2 曲藥粉碎設備Fig.2 Breaking plant ofQu

（2）輸送機械化設備

自動攤晾機（見圖3），其主要作用是自動輸送酒糟、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)，制曲的水平決定了釀酒質量的高低。解決了生產過程中常見的工人勞動強度大、晾茬操作繁瑣、篦子孔漏料不易回收等一些列問題。自動攤晾機維修方便、操作簡單、大大降低了工人勞動強度，提高了生產效率，整個過程只需10～30 min。該類機器已在貴州茅臺集團習水酒廠、廣東玉冰燒酒廠、四川沱牌舍得酒廠等多家酒廠得到應用。

圖3 自動攤晾機Fig.3 Automatic spread drying machine

封閉式地上自動攤晾機（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。與傳統工藝相比，大大降低了工人的勞動強度，一定程度上實現機械化。使高溫晾茬降至規(guī)定的溫度，實現較好的攤晾效果，本機上還裝了多個軸流風機。在攤晾過程中，安裝了多個攪拌裝置，使晾茬足夠松散，不易結坨，而且加漿、下曲均勻，可以將漿水、曲粉、晾茬攪拌均勻。

1.1.2 蒸煮設備

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

行車吊甑：采用專用支架作為酒甑支撐機構，沿用了傳統的出甑工藝，采用了不銹鋼雙層保溫蒸餾鍋，上氣快，結構緊密，節(jié)約能源。蒸糧結束后，采用行車調走，減少了工人的勞動強度，但增加了出甑作業(yè)的時間，同時對工人的操作要求比較高，存在安全隱患。

旋轉式酒甑：主要由機架、甑體、行走機構、電機和傳動系統組成，動力部件為電機，通過減速機構，將電機動力傳送至酒甑，使其做搖擺運動，從而實現自動出甑。工作原理：熱源是水蒸氣，水蒸氣從中心孔進入甑底，然后向上竄行，帶出酒蒸汽，在甑蓋處進行收集，最后通過隔板網孔輸送至冷卻設備[33]。

1.1.3 冷卻設備

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

圖5為風冷式冷卻裝置，其工作原理是通過翅片管實現酒蒸汽與冷卻氣熱量交換，同時通過溫度傳感器自動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合翅片管，熱傳導效率高、耐腐蝕。這種裝置節(jié)約用水，使用壽命長，便于操作。該類機器已在貴州茅臺集團習水酒廠、四川沱牌舍得酒廠、勁牌酒廠等多家酒廠得到應用。

圖5 不銹鋼風冷式冷卻器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，同時通過溫度傳感器自動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，結構緊湊，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 糖化設備

在白酒釀造過程中，其中一個環(huán)節(jié)就是糖化。白酒糖化過程是釀造基礎過程，其主要作用是將大多數富含淀粉的釀酒原料轉化為可發(fā)酵性糖，為發(fā)酵做準備工作。通過糖化設備實現自動進出料，進一步控制和調整溫度、濕度和含氧量，促進糖化反應，另外設有攤平起堆裝置，在出料時自動翻轉，加快冷卻速度；根據工作方式，一般分為固定床式、圓盆式、流動床式等。

1.1.5 發(fā)酵設備

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

1.2 酒后處理設備的研究

在整個生產流程中，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措施稱之為“后處理”。在“后處理”方面，技術設備發(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 酒精的凈化設備

酒精凈化設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的含量，使調配出來的酒很難嘗出雜質的味道。而酒精的好壞就在于這些雜質，比如雜醇油、甲醇和醛類等，另外，基酒中殘留蕃薯酮，會使酒中有異味。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，對改善酒精品質有一定的作用，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，氧化產物進入凈化塔后被吸附材料吸附掉，從而達到除雜的效果，基本去除酒中的異味。

1.2.2 常用水處理設備

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

1.2.3 復合型多功能白酒處理機

復合型多功能白酒處理機的主要作用是降低高低度酒渾濁度，使其在低溫的時候仍能保持清澈透明，從而避免出現渾濁、沉淀和降固抗凍等問題。該類機器已在貴州茅臺集團習水酒廠、四川五糧液酒廠、瀘州老窖酒廠等多家酒廠得到應用。

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，隨著膜技術的發(fā)展，能過濾的固體顆粒越來越小。在過濾時，應選擇粗細不同的過濾器，由粗到細，逐層過濾，不僅效果好，而且節(jié)約時間。

1.2.5 自動酒降固處理機

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

2.2.6 酒老化專用設備

酒老化專用設備的主要作用是減少酒中的有害成分，同時減少酒中的雜油醇，使酒發(fā)生一系列的氧化反應，促進醇與酸之間酯化反應，使酒的香味馥郁、口味甘順、柔和。目前酒老化專用設備發(fā)展較緩慢，老化反應特別復雜，而且老化效果不佳，有待于進一步研究。

2 存在的問題和發(fā)展趨勢

白酒釀造機械化、自動化勢在必行，通過科技創(chuàng)新，實現每道工序之間機械化、自動化連接。目前，國內白酒機械化僅限于局部環(huán)節(jié)，與全方位機械化還有很大差距。據相關資料顯示，國內白酒多采用固態(tài)釀酒工藝，實現機械化難度較大，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現了機械化。另外，國外的技術也值得學習。在制曲方面，可以借鑒日本的白酒制曲工藝和制曲設備進行創(chuàng)新，研制出機械化制曲、培曲設備；在糧食的蒸煮方面，可以吸收和學習國外技術，采用加壓蒸煮，提高蒸煮的質量和效率；在蒸餾方面，可以借鑒國外蒸餾酒的蒸餾設備的優(yōu)點，提高蒸餾設備的濃縮、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，機械化水平較低，生產效率低；

（2）酒自然老化周期較長，酒老化專用設備發(fā)展緩慢，老化效果不佳；

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

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

2.2 發(fā)展趨勢

隨著機器人技術、自動化技術和互聯網技術的快速發(fā)展，釀酒自動化、智能化已是大勢所趨。未來在釀酒工業(yè)中的應用主要有以下幾方面：

（1）將機器人技術應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，提高生產效率。

（2）將自動化技術應用于整個釀酒過程中，形成蒸糧自動化、發(fā)酵自動化、涼糟自動化、酒糟處理自動化、包裝自動化、制曲生產自動化等一系列自動化生產線，自動化生產線具有高度智能化、自動化、勞動強度小、成本低、效率高、產品質量高等特點。

（3）將互聯網技術應用于整個釀酒過程，在培曲過程中，實現自動監(jiān)測曲塊及曲房溫度、濕度的即時變化情況；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)箱溫度控制調整上實現自動化；在蒸酒過程中，通過壓力傳感器控制調整蒸汽的開度，實現生產自動化；在酒庫管理方面，實現自動化管理，自動化計算，信息數據網絡化與共享化，保證計量準確和運行的封閉性；在酒儲存和自然老化方面，實現實時監(jiān)測儲存環(huán)境溫度、濕度和透光度等因素的變化，做出適當的調整，最大限度地保證酒的品味和風格，并發(fā)揮自動化、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)勢學科建設工程資助項目（蘇政辦發(fā)（2014）37號）；南通市應用研究計劃項目（BK2014053）

劉朋（1993-），男，碩士研究生，研究方向為花露燒檢測分析及其老化裝置。

*通訊作者：倪紅軍（1965-），男，教授，博士，研究方向為數字化制造技術。