蒸汽量和尾酒量對醬香型白酒產(chǎn)量的影響

徐鴻飛，王海鷹*，田紹潤，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.貴州茅臺酒股份有限公司，貴州 仁懷 564501）

醬香型白酒是中國白酒的一個重要分支，以茅臺酒、四川郎酒為代表，其生產(chǎn)過程包括“九次蒸煮，八次發(fā)酵，七次取酒”，每個取酒輪次均經(jīng)打糟、餾酒、攤晾、加曲、堆積、入窖操作[1-2]。長期以來，關(guān)于醬香型白酒的研究主要集中于發(fā)酵過程中風(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)酵過程中各參數(shù)的變化[14-15]等，對蒸餾過程這一重要環(huán)節(jié)的研究較少。

蒸餾工藝條件對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)過程，從而影響基酒的產(chǎn)量。實踐和研究表明，緩慢蒸餾有利于酒醅中乙醇和香味成分的提取[17-20]，但研究對象均為濃香型白酒，對醬香型白酒的此類研究鮮見報道。在底鍋中加入尾酒被稱為串香蒸餾法，是通過提高底鍋出口飽和蒸汽中乙醇的濃度來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。但對實際生產(chǎn)中添加尾酒質(zhì)量與基酒的產(chǎn)量之間的關(guān)系還沒有進(jìn)行深入研究。

為了研究醬香型白酒蒸餾過程中流酒階段飽和蒸汽流量和尾酒添加量對基酒產(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)計搭建了縮尺實驗臺，在縮尺實驗臺和實際生產(chǎn)班組上開展了對比實驗，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：來自醬香型白酒生產(chǎn)現(xiàn)場窖池，已發(fā)酵好、混以定量糠殼、經(jīng)過打糟并充分?jǐn)嚢琛?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

實驗臺系統(tǒng)示意圖如圖1所示。系統(tǒng)主要部件為過熱蒸汽管道、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 實驗臺系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of test bench

縮尺實驗臺以實際生產(chǎn)班組的甑桶結(jié)構(gòu)為設(shè)計基礎(chǔ)，設(shè)計原則為：①甑桶高度與實際甑桶高度一致[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際生產(chǎn)工藝一致。根據(jù)研究需要，縮尺實驗臺體積為實際生產(chǎn)甑桶的1/20。

實驗系統(tǒng)主要測量儀器儀表有：DN15孔板流量計：江蘇華海測控技術(shù)有限公司；WZP-230鉑電阻溫度計：江蘇萊鑫電熱電器有限公司；擴(kuò)散硅壓力變送器：上海恒瑞測控技術(shù)有限公司；臺秤：湖州惠騰稱重設(shè)備有限公司；酒精比重計：四川省申聯(lián)生物科技有限責(zé)任公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗步驟

實驗過程中，蒸餾操作與實際班組的操作方法一致：①預(yù)熱底鍋水至飽和；②上甑，定量開啟一次蒸汽，二次蒸汽穿過多孔箅子加熱酒醅；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 測量參數(shù)

實驗階段相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 相關(guān)實驗參數(shù)Table 1 Related experimental parameters

1.3.3 分析方法

進(jìn)入底鍋的過熱蒸汽流量、溫度、壓力分別通過孔板流量計、鉑電阻溫度計、擴(kuò)散硅壓力變送器測量；基酒質(zhì)量通過臺秤測量；基酒酒精體積分?jǐn)?shù)通過酒精比重計測量，測量方法為在20 ℃條件下將酒精計垂直放入酒中，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 縮尺實驗?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)果見圖2。由圖2可知，在實驗工況范圍內(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，流量過高或過低均無基酒產(chǎn)生，基酒產(chǎn)量在蒸汽流量為6.10 kg/h時取得最大值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 縮尺實驗臺四～六輪次流酒飽和蒸汽流量對基酒質(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，飽和蒸汽流量對醬香型白酒基酒產(chǎn)量有顯著的影響。對于四、五輪次，最佳飽和蒸汽量為實驗工況下的最小蒸汽流量，由于蒸汽量很小時，必定沒有基酒產(chǎn)生，因此蒸汽量在0至實驗工況下的最小蒸汽流量之間必定存在一個最佳值對應(yīng)最高的基酒產(chǎn)量。對于六輪次，蒸汽量過大或過小均無基酒產(chǎn)生，這是因為：六輪次酒醅中所含酒精的濃度較四、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)。飽和蒸汽量過小，蒸汽無法及時帶走酒醅中擴(kuò)散出的乙醇，導(dǎo)致酒醅和蒸汽之間沒有足夠的濃度梯度；飽和蒸汽量過大，一方面沒有給蒸汽與酒醅充分的“反應(yīng)時間”[25]，一方面蒸汽對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應(yīng)的流酒時間結(jié)果見圖3。由圖3可知，在實驗工況范圍內(nèi)，四、五輪次最長流酒時間分別為32 min、50 min，最短流酒時間分別為10 min、5 min，流酒時間差分別為22 min，45 min。六輪次添加尾酒工況取酒時間在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，但接酒時間會大大延長，導(dǎo)致接酒效率的下降，且在蒸汽流量相對較低時隨流酒飽和蒸汽流量的降低，流酒時間迅速增大；蒸汽流量較高時，流酒時間變化變緩。對于六輪次，由于產(chǎn)量是主要矛盾，且添加尾酒后接酒時間變化較小，因此六輪次適宜添加部分尾酒，提升基酒產(chǎn)量。

圖3 縮尺實驗臺四～六輪次流酒飽和蒸汽流量對流酒時間的影響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)班組實驗研究

在生產(chǎn)班組開展實驗研究過程中，為了減少人為操作或隨機(jī)因素引起的誤差，采用同一個飽和蒸汽參數(shù)工況分別在一個班組兩個甑桶上交替開展對比實驗研究。

生產(chǎn)班組五～七輪次流酒飽和蒸汽流量對應(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)果見圖4。由圖4可知，在實驗工況范圍內(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，六、七輪次不添加尾酒時均無基酒產(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，這說明當(dāng)酒醅中的乙醇濃度較低不足以產(chǎn)生正品基酒時，尾酒對基酒產(chǎn)量的影響要大于蒸汽流量。將縮尺實驗與生產(chǎn)實驗結(jié)果進(jìn)行對比，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)班組實驗五～七輪次流酒飽和蒸汽流量對基酒產(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)班組實驗五～七輪次流酒飽和蒸汽流量對流酒時間的影響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間結(jié)果見圖5，圖5中數(shù)據(jù)為對同一工況多次實驗取平均值，飽和蒸汽流量為1 000 kg酒醅對應(yīng)的蒸汽流量。由圖5可知，五～七輪次流酒時間最長分別為33 min、42 min、16 min，最短分別為11 min、15 min、9 min，流酒時間差分別為22 min、27 min、5 min，流酒時間均隨流酒飽和蒸汽流量的增加而減少?？v向來看，由于五～七輪次基酒產(chǎn)量依次降低，因而同一個飽和蒸汽流量對應(yīng)的流酒時間也依次減少。

2.2 六輪次底鍋尾酒添加量的選擇

縮尺實驗研究中，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，在實驗工況范圍內(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)量同時從0增至0.6 kg，不添加尾酒時無基酒產(chǎn)生。這表明，添加尾酒對白酒蒸餾的作用有兩點：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。由于實驗未對醬香型白酒的微量香味成分進(jìn)行測量，尾酒量的提高對白酒風(fēng)味的影響尚不明確。

圖6 縮尺實驗第六輪次尾酒質(zhì)量對基酒質(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

通過對醬香型白酒四～七輪次的縮尺實驗和生產(chǎn)班組實驗，得出如下結(jié)論：①流酒飽和蒸汽流量對醬香型白酒的基酒產(chǎn)量具有顯著影響，縮尺實驗臺四、五輪次實驗工況內(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，六輪次流量過高或過低均無基酒產(chǎn)生；生產(chǎn)班組五、六、七輪次實驗工況內(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小會導(dǎo)致接酒時間大幅延長，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。