淺析我國白酒釀造智能化

黎 冉，陳大龍，薛 鋼

（中國輕工業(yè)成都設(shè)計(jì)工程有限公司，四川成都 610000）

智能制造是我國制造強(qiáng)國建設(shè)的主要方向，其發(fā)展水平關(guān)系到我國在制造業(yè)未來的全球地位，對于構(gòu)建新發(fā)展格局，建設(shè)數(shù)字中國具有重要作用[1]。為貫徹落實(shí)《“十四五”制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃》，加快推動智能制造發(fā)展，2021年12月28日，工業(yè)和信息化部等八部門聯(lián)合提出了我國智能制造需要分“兩步走”的基本戰(zhàn)略目標(biāo)，并要求到2035年規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)全面數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)智能化[1-2]。在智能制造快速發(fā)展的背景下，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為制造業(yè)的“必修課”，事關(guān)生存和長遠(yuǎn)發(fā)展[3]。面對新一輪信息科技變革，傳統(tǒng)企業(yè)在積極應(yīng)用人工智能等新技術(shù)驅(qū)動智能化轉(zhuǎn)型，掀起產(chǎn)業(yè)智能化浪潮。

在我國，大部分釀酒企業(yè)都是傳統(tǒng)手工生產(chǎn)，以依靠人工為主。科研能力薄弱、生產(chǎn)線機(jī)械化智能化不足、行業(yè)內(nèi)信息交流少及資源優(yōu)化配置能力較弱等是制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸問題[4]。現(xiàn)如今，面對智能化轉(zhuǎn)型，如何在相關(guān)政策的指引下，促進(jìn)白酒行業(yè)信息化、數(shù)字化、智能化發(fā)展，發(fā)掘并創(chuàng)造更多社會效益、經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是值得白酒行業(yè)相關(guān)人士進(jìn)行研究的問題。

1 我國傳統(tǒng)釀酒工藝

我國白酒釀制歷史悠久，一般有3種生產(chǎn)方法：液態(tài)法、固態(tài)法、固液法，其中固態(tài)法發(fā)酵較為常見[5]。在傳統(tǒng)工藝中，拌料、上甑、出甑、加曲、入池、出窖和蒸餾等工序全都需要人工完成[6]。傳統(tǒng)白酒釀造需依靠大量的人工作業(yè)，白酒企業(yè)的工人往往因?yàn)閯趧訌?qiáng)度較大，生產(chǎn)效率低下。一些白酒企業(yè)還存在環(huán)境衛(wèi)生不達(dá)標(biāo)、工人生產(chǎn)環(huán)境欠佳、衛(wèi)生清潔困難等問題。

現(xiàn)如今，隨著人力成本的不斷上漲，基層制造崗位越來越難招人，尤其是像酒企這種勞動強(qiáng)度大的企業(yè)，用工難已成為酒企面臨的重要問題，人力問題也嚴(yán)重限制了我國白酒行業(yè)的發(fā)展[7]。機(jī)械化、智能化的生產(chǎn)有助于傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)企業(yè)規(guī)范生產(chǎn)、改善生產(chǎn)衛(wèi)生環(huán)境，大大提高工作效率[8]。

2 現(xiàn)階段的智能化釀造

相較我國的傳統(tǒng)釀酒工藝需要相適宜的氣候條件受天氣和時間的影響較大、勞動強(qiáng)度大、產(chǎn)生污染物多、生產(chǎn)效率不高以及產(chǎn)品質(zhì)量難以穩(wěn)定等問題，智能化釀造能很好地控溫糖化、機(jī)器人上陣、穩(wěn)定蒸餾等。實(shí)現(xiàn)機(jī)械和信息化的融合還可以降低勞動強(qiáng)度，減少客觀因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

2.1 發(fā)酵智能化應(yīng)用

目前，酒企實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)有兩種途徑：①設(shè)計(jì)新的發(fā)酵容器，從而實(shí)現(xiàn)固態(tài)發(fā)酵機(jī)械化生產(chǎn)；②在遵循傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵工藝的前提下繼續(xù)采用傳統(tǒng)的發(fā)酵容器，重新設(shè)計(jì)機(jī)械裝置以取代手動操作，減少人工投入，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵機(jī)械化生產(chǎn)[8]。目前采用多為第二種方式。

2010年，勁酒楓林酒廠利用發(fā)酵槽車完成了清香型白酒的發(fā)酵作業(yè)，這在國內(nèi)尚屬首例，即充分發(fā)揮自動罐加料裝置的作用，在槽車中置入酒醅，借助罐車將其轉(zhuǎn)移至發(fā)酵倉庫[9]。發(fā)酵操作完成后，罐車在叉車的幫助下被運(yùn)送至蒸餾過程，以實(shí)施酒醅上甄操作，這種發(fā)酵過程基本達(dá)到了完全機(jī)械化的水平[10]。

2.2 上甑智能化應(yīng)用

“上甑”是白酒制作工藝中一個重要環(huán)節(jié)，“上甑”質(zhì)量的好壞會直接決定該甑的出酒率和酒品質(zhì)[11]。中國科學(xué)院自動化研究所（洛陽）在2017年研發(fā)了酒醅上甑機(jī)器人，可實(shí)時獲取醅桶中的熱量分布，并通過計(jì)算機(jī)控制機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)酒醅的“輕撒勻鋪”和“探氣上甑”[9]。田萬春等[12]針對白酒“探汽上甑”的探汽準(zhǔn)確率低的問題，提出了一種向量機(jī)的探汽方法，該方法的探汽準(zhǔn)確率高達(dá)96%。

2.3 輸送智能化應(yīng)用

白酒釀造過程不僅涉及成品白酒的運(yùn)輸，還涉及釀酒原材料的運(yùn)輸，這些原材料的質(zhì)量和體積往往較大。在傳統(tǒng)的釀造過程中，這些都是大量的人工運(yùn)輸完成的，這是導(dǎo)致白酒企業(yè)人員勞動強(qiáng)度過大的重要原因。目前，部分白酒企業(yè)開始使用行車、斗式提升機(jī)、輸送皮帶等進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，能有效降低員工的勞動強(qiáng)度，防止物料在車間四處飛散，從而保證釀造車間的衛(wèi)生條件。在成品白酒的輸送過程中，余航等[13]鑒于處理輸酒管道中殘留液體困難的問題，對庫區(qū)的罐區(qū)布局和工藝管道進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，解決了輸送白酒過程中管道內(nèi)殘留液處理不當(dāng)而造成的“交叉污染”，實(shí)現(xiàn)了白酒的無損運(yùn)輸。

2.4 泡糧蒸糧智能化應(yīng)用

在白酒的釀造過程中會涉及泡糧、初蒸以及燜水等環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的釀造操作中，往往手動完成，既耗時又低效。目前，勁酒楓林酒廠已研發(fā)出泡糧蒸糧一體機(jī)，該設(shè)備的應(yīng)用可有效節(jié)省時間，提高釀造效率[9]。瀘州老窖集團(tuán)研發(fā)的糧食連續(xù)蒸煮設(shè)備解決了原始釀酒蒸糧設(shè)備問題，提高了蒸煮效率，有效縮短了泡糧蒸糧工藝周期。該設(shè)備利用糧食蒸煮過程的余熱，充分利用了能源，減少了能耗；單班生產(chǎn)過程中燜糧水無需排放，污水排放量降低了70%以上，適合于規(guī)模大的生產(chǎn)。然而，目前的蒸煮泡糧設(shè)備出現(xiàn)的時間較短，其應(yīng)用效果需在生產(chǎn)過程中進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證，針對生產(chǎn)中存在的問題對其進(jìn)行不斷的優(yōu)化與改良。

2.5 摘酒智能化應(yīng)用

摘酒就是按照企業(yè)的分級標(biāo)準(zhǔn)對蒸餾酒進(jìn)行分級的工藝過程[14]。摘酒的好壞直接關(guān)系到白酒的質(zhì)量。在傳統(tǒng)的釀酒操作中，大多酒廠以人工摘酒方式進(jìn)行摘酒，該方式依賴人工經(jīng)驗(yàn)，易出現(xiàn)基酒質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，無法充分保障白酒的質(zhì)量。陳林等[15]以音叉密度計(jì)監(jiān)測基酒密度，通過模型轉(zhuǎn)換為酒精度后，設(shè)計(jì)了一種分段摘酒裝置，該裝置無顯著波動性差異，穩(wěn)定性良好。楊靜嫻等[16]提出一種基于酒花視覺圖像的多特征智能分類識別方法，實(shí)現(xiàn)了酒花的智能化分類。雖然智能化摘酒系統(tǒng)可根據(jù)溫度、壓力、酒精度甚至風(fēng)味物質(zhì)含量等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對判斷，但由于白酒風(fēng)格各異，其風(fēng)味物質(zhì)成分及感官指標(biāo)并沒有嚴(yán)格的、統(tǒng)一的對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)[17]。

2.6 制曲智能化應(yīng)用

目前，自動化生產(chǎn)線的主體圓盤制曲機(jī)已在白酒行業(yè)制曲和堆積工序取得了廣泛的應(yīng)用[18]。景芝酒業(yè)利用圓盤制曲機(jī)進(jìn)行芝麻香曲制備。與傳統(tǒng)制曲方式相比，酵母數(shù)量增加了1倍，制曲效率提高了5倍，白曲酶活力提高20%以上[19]。勁酒公司利用圓盤制曲機(jī)制備根霉曲，成品曲糖化力為33.2 g/100 g，比原始的淺盤培養(yǎng)根霉曲糖化力高1.4 g/100 g[20]。當(dāng)前，白酒釀造領(lǐng)域機(jī)械化、智能化程度相對較高的是固態(tài)小曲清香型白酒，在濃香、醬香等其他香型白酒的生產(chǎn)過程中智能化程度相對較低，人工勞動強(qiáng)度依然較大[4]。

3 智能化釀造的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)釀造方式相比，智能化釀造可以更精準(zhǔn)地控制好釀造的各個環(huán)節(jié)，避免因人為、天氣等原因帶來的原料浪費(fèi)和損耗，提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的白酒釀造需要的人工較多，目前一線工人的平均年齡偏大，年輕一代不愿參與繁重體力勞動，酒企用人成本激增，人工成本上漲也迫使企業(yè)走機(jī)械化自動化的道路。

謝永文等[21]通過對稻花香濃香型白酒釀造工藝智能化升級后的研究，釀酒車間技術(shù)改造后，對過去一年每車間的白酒產(chǎn)量和質(zhì)量進(jìn)行跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)釀造車間所需的工人總數(shù)小于原數(shù)量的1/3，年產(chǎn)量1 000 t白酒釀造車間勞動工資等費(fèi)用可節(jié)省近65萬元；在改造升級后的10個窖池均未發(fā)生“倒窖”質(zhì)量事故，工作效率顯著提高。很多環(huán)節(jié)升級為自動化運(yùn)行，特別是高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)被機(jī)械化設(shè)備取代，避免工業(yè)事故，為白酒的安全生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)條件，為提升白酒產(chǎn)品的品質(zhì)提供了強(qiáng)有力的安全保障。

位于仁懷市的貴州國臺酒業(yè)股份有限公司智能車間安裝了中央控制室系統(tǒng)、自動潤糧系統(tǒng)、自動起入窖系統(tǒng)、機(jī)器人自動上甑系統(tǒng)等八大系統(tǒng)，所有生產(chǎn)作業(yè)都可通過按鈕或中控室完成操作，極大降低了人工操作量和勞動強(qiáng)度，提高了白酒生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

雖然目前行業(yè)內(nèi)對智能釀造的看法還未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，但整個行業(yè)的智能化水平正在逐年提升。通過國臺酒業(yè)、勁酒、五糧液和古井貢酒等酒業(yè)龍頭企業(yè)紛紛加大在智能化方面的投入，可以看出智能化轉(zhuǎn)型在白酒行業(yè)的趨勢不可逆轉(zhuǎn)。

4 完全智能化的難點(diǎn)

雖然各個酒企都在進(jìn)行智能化改造，現(xiàn)代釀酒工藝在設(shè)備的使用方面有了重大改進(jìn)，但目前仍沒有一家白酒企業(yè)能實(shí)現(xiàn)“從原料到成品”全智能化，這主要在于一些難題無法攻克[22]。例如，在勾調(diào)環(huán)節(jié)，白酒含有上千種成分，計(jì)算機(jī)技術(shù)與優(yōu)秀的勾調(diào)師的水平相差較遠(yuǎn)，窖池中微生物的變化情況和微生物的多樣性也很難通過數(shù)據(jù)量化呈現(xiàn)。這也正是酒企中“頂尖勾調(diào)人才”以及酒企老窖池的價(jià)值所在。因此，完美再現(xiàn)傳統(tǒng)釀造工藝技術(shù)中的價(jià)值點(diǎn)正是白酒智能釀造中最大的難點(diǎn)。

5 智能化釀造的意義及展望

白酒行業(yè)是典型的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，經(jīng)過多年的快速發(fā)展，在機(jī)械化、自動化和信息化方面取得了長足的進(jìn)步和突破，但總體而言，生產(chǎn)技術(shù)仍相對落后，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)還有很長的路要走[23]。中國傳統(tǒng)白酒的智能升級并不是一個簡單、高度自動化的生產(chǎn)過程，而是要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代生物技術(shù)和風(fēng)味化學(xué)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行工藝技術(shù)創(chuàng)新和智能升級，從而生產(chǎn)出安全、健康、優(yōu)質(zhì)的白酒產(chǎn)品[24]。