球形潤糧拌糧系統(tǒng)的研發(fā)及在白酒釀造生產中的應用

范偉國 趙靜 陳彬

中國白酒是世界八大蒸餾酒（伏特加Vodka、白蘭地Brandy、金酒Gin、日本清酒Sake、朗姆酒Rum、龍舌蘭酒Tequila、威士忌Whisky、中國白酒Liquor）之一，并且在國際上享負盛名[1-3]。白酒以糧食（主要為高粱、玉米、大米、小麥、糯米）為原料，以大曲、酒母等為糖化發(fā)酵劑，經過潤糧、蒸煮、糊化、發(fā)酵、蒸餾、陳釀和勾兌等釀造過程而制成，其生產工藝獨特而先進，有令人愉悅的香氣[4-7]。

作為傳統(tǒng)釀造工藝的排頭兵—潤糧，其是釀造過程中的重要一環(huán)。糧食糊化作用的好壞，主要取決于糧食的吸水情況，吸水充足則糧食容易受熱煮熟，即糊化作用較好，若糧食吸水不足則糊化效果差，內具生心，類似“生飯”[8-11]。因此，糧食在潤糧過程、蒸餾過程中的吸水情況，決定了糊化效果的優(yōu)劣。由于在蒸餾過程中，蒸汽溫度在110℃以上，糧食難于從炙熱的蒸汽中吸收水分，因此通過潤糧工藝可以提高糧食水分含量，成為糧食糊化作用的關鍵[12-15]。

目前中國有近40000 家白酒企業(yè)，規(guī)模以上企業(yè)不足1000 家，大部分中小企業(yè)在生產規(guī)模和技術設備等方面都處于相對落后的水平，生產工藝設備簡陋，人工勞動強度大，生產效率低[16-18]。因此，白酒釀造的機械化、智能化、數(shù)據(jù)化等是中國白酒發(fā)展的必然趨勢，而目前在白酒潤糧工藝中，目前大部分企業(yè)仍采用傳統(tǒng)潤糧方式，其存在著控溫、控水效果較差，攪拌不均一等問題。

本研究針對傳統(tǒng)潤糧方式及目前市售潤糧機器的局限性，設計研發(fā)出一種球形潤糧拌糧系統(tǒng)，并應用在白酒潤糧拌合、酒醅拌殼工藝中，對白酒的生產具有重要的意義。

1.球形潤糧拌糧系統(tǒng)的研發(fā)目的及其分析

1.1 研發(fā)所要解決的技術問題及其有益效果

目前在白酒釀造行業(yè)中，糧食在經過粉碎后，大部分采用傳統(tǒng)手工潤糧，但部分酒企已經開始機械潤糧拌合，但是其采用的方式主要有兩種：

1. 為U型槽體加攪拌軸型式；

2. 絞龍（刀型攪拌葉片）連續(xù)攪拌并混合輸送型式。

但這兩種方式有以下弊端：①U 型殼體型式：攪拌不充分，有結團現(xiàn)象，耗用功率較大；②絞龍型式：潤水不充分，水分未能充分進入到糧食內部；③造價較高。為了更好解放勞動力，同時結合當前潤糧機械化出現(xiàn)的問題；在符合釀造潤糧工藝機理的前提下，本研究針對上述問題進行了分析，設計發(fā)明球形潤糧拌糧系統(tǒng)，同時此設備系統(tǒng)配套相應的操作工藝，可以有效的解決以上問題。

該球形潤糧拌糧系統(tǒng)具有如下特點：

a. 球形潤糧拌糧系統(tǒng)采用雙動力拌合模式，即球體轉動和內部攪拌轉動，可實現(xiàn)釀酒行業(yè)中的潤糧拌合、糧醅拌合兩種工藝。

b. 通過雙動力拌合模式對潤糧拌合工藝實現(xiàn)潤糧均勻有序、自動控溫控量加水、自動進料、自動出料的功能，醅體達到無結團、無干糝、無灰泡、不淋漿的潤糧標準。

c. 通過雙動力拌合模式對糧醅拌合工藝達到摻拌均勻、無結團，摻拌輕柔不損傷稻殼外形的拌合標準。

d. 輸送過程中，物料始終保持均勻，無結團、粘結等現(xiàn)象。

e. 設備使用完畢，方便清洗，清洗干凈且無掛料的現(xiàn)象。f. 該機械系統(tǒng)整體結構簡單，易于操作和維護；同時，在符合釀造工藝的前提下，大大降低工人的勞動強度。

1.2 球形潤糧拌糧系統(tǒng)結構特點及其工作原理

球形潤糧拌糧系統(tǒng)由雙動力旋轉球體、攪拌裝置、球體轉動裝置、潤水系統(tǒng)、進料裝置、出料裝置等組成，如圖1，而此設備的具體功率見表1。

表1 球形潤糧拌糧系統(tǒng)設備功率

圖1. 球形潤糧拌糧系統(tǒng)結構示意圖

圖2 雙動力結構

球形潤糧拌糧系統(tǒng)的著重點在雙動力旋轉球體，其球體及攪拌裝置可單獨旋轉，也可實現(xiàn)球體及攪拌裝置反向差速運轉，此方式大大提高了攪拌的效率及混合效果。

圖3 攪拌葉片截面

球形潤糧拌糧系統(tǒng)主要有潤糧和拌糧兩大作用，研究將兩項功能相結合，進而使得釀酒潤糧工藝有條不紊、秩序化。球形潤糧系統(tǒng)的主要原理為：粉碎好的釀酒原料由斗提機提升至上部的輸送鏈板，輸送鏈板的出料口正對著旋轉球體的進料口，進料口為氣動插板閥。釀酒原料進入到球體內部，同時內部的進水噴頭開始噴水，有效降低進料時產生的粉塵溢出，并提高潤糧效率。將待達到全容積的45～60%時，停止進料。此工藝可根據(jù)白酒實際釀造過程中釀造原料的種類、潤糧時間進行協(xié)調；例如不同品種原料其潤糧時間不同，可采用分批次進料，確保不同釀造原料的潤糧效果。

球形拌糧系統(tǒng)的主要原理為：在球體進料過程中，球體雙動力系統(tǒng)開始工作。此部分共有三個模式可以選擇：

1. 球體擺動、攪拌轉； 2. 球體擺動、攪拌不轉；3. 球體靜止、攪拌轉。

球體擺動、攪拌轉：通過電控控制球體左右擺動、攪拌同時360°旋轉模式，球體和攪拌裝置進行反向差速運動，使得糧食醅體在較柔和的攪拌條件下達到攪拌均勻一致。球體內部絞龍式刮壁螺帶，使物料在隨著球體的周向轉動時，物料順著螺帶的方向在球體內增加左右方向的推動，同時螺帶增設的輻射狀縱筋起到打散的效果，進而達到醅體達到無結團、無干糝、無灰泡、不淋漿的潤糧目的。

球體擺動、攪拌不轉：通過球體的動力轉動進行左、右擺動100 度的角度，進行粉糧與水分的混合攪拌，達到充分拌合，此時通過限位開關（或光電開關）來控制球體的左、右擺動角度，防止出現(xiàn)球體的慣性至物料的灑落，在完成潤糧的均勻拌合后，需要停機時，緩慢停止直至定位到出料工位。

球體靜止、攪拌轉：噴水攪拌動力組件（螺帶）可360°旋轉，在旋轉噴水的過程中同時帶動螺帶的轉動，使其粉糧與水分的攪拌混合均勻，此時球體動力組件處于靜止狀態(tài)，此時通過限位開關（或光電開關）來控制噴水攪拌組件在完成混合均勻攪拌后，需要停機時，噴水動力組件的噴水嘴回到球體中心的正上方位置，再通過球體的動力啟動，緩慢停止直至定位到出料工位。

與此同時，結合潤糧工藝對水溫、潤糧時間、攪拌時間、靜置時間等有所要求，本系統(tǒng)搭載潤糧控制系統(tǒng)，其可以自動化控制上述潤糧工藝要求。釀酒工程師可根據(jù)自己的需要進行現(xiàn)場程序控制參數(shù)的修改，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。旋轉電機具有變頻控制且制動、自動尋位； 球體旋轉及噴水攪拌螺帶在旋轉時，具有自動定點停止的功能。

因此本系統(tǒng)通過上述模式可有效解決白酒潤糧過程中潤糧不均一、潤水不充分、醅體結團等現(xiàn)象；除此之外，1.由于本系統(tǒng)為球形體，其保溫效果較好；同時可有效控制水分，減少由于攪拌而產生的揮發(fā)；2. 由于本系統(tǒng)采用球體和攪拌裝置進行反向差速運動模式，使得摻拌輕柔減少對醅體的機械損傷，如若酒醅拌入稻殼，不會損傷稻殼外形；同時此攪拌較為充分全面，在保障攪拌效果的前提下，可減少攪拌時間，優(yōu)化釀酒工藝。

圖4 潤糧控制系統(tǒng)

2.球形潤糧拌糧系統(tǒng)的生產應用分析與探討

2.1 球形潤糧拌糧系統(tǒng)的生產應用

2.1.1 材料與設備

高粱、熱水：普瑞特機械制造股份有限公司；

實驗酒醅、已蒸煮的稻殼：山東某濃香酒廠；

粉碎機: 普瑞特機械制造股份有限公司；

球形潤糧拌糧系統(tǒng)：普瑞特機械制造股份有限公司。

2.1.2 工藝流程及操作要點

本次研究著重采用傳統(tǒng)潤糧工藝與球形潤糧拌糧系統(tǒng)進行復合對比試驗，以此驗證球形潤糧拌糧系統(tǒng)的實際生產效果；對照組除潤糧采用傳統(tǒng)潤糧方式外，其他均與實驗組保持一致，實驗組具體實驗流程如下：

圖5 潤糧控制系統(tǒng)

對照組采用傳統(tǒng)潤糧工藝，而實驗組采用球形潤糧拌糧系統(tǒng)，具體實驗操作如下：

前期準備：將180Kg 高粱粉碎至4-6 瓣，通過蒸汽發(fā)生器將釀造用水加熱至65℃?zhèn)溆谩?/p>

上料模式：球形潤糧拌糧球體由電控系統(tǒng)控制停止在進料口的正上方位置，將180Kg 釀造原料通過上料輸送機，輸送至球體正上方的進料口進料，進料的同時先由電控控制系統(tǒng)開啟螺帶攪拌動力運轉，轉速調整至15HZ（約1rpm）左右；上料輸送機（定速37rpm）勻速向蒸球入口進料，要求5 分鐘內將物料輸送完成。

潤糧拌合工藝（加水過程，雙動力同時運轉）：在釀酒原料輸送至定量完畢后，由潤糧水泵將熱水罐內的108Kg 熱水通過流量計控制、旋轉接頭打入球體內噴水攪拌組件的噴嘴進行均勻噴灑至粉糧處。球形潤糧拌糧系統(tǒng)采用球體擺動、攪拌轉模式，球體動力通過電控控制在10HZ(約1.4rpm)左右，球體的動力轉動進行左、右擺動100°，球體和攪拌動力裝置進行反向差速運動，進行粉糧與水分的混合攪拌，達到充分拌合，需要5min 實現(xiàn)，人工通過檢修平臺可觀察物料的拌合狀態(tài)。

潤糧靜置吸水工藝：潤糧拌合好后，靜置4h，之后再進行5min 攪拌，如此重復5 次，使得整體潤糧時間為20h；取1kg 釀造原料作為小樣，進行水分、潤糧感官指標檢測。

糧醅拌合工藝：潤糧完成后，通過上料輸送機同時加入60Kg 的稻殼、1.7 m3（1190Kg）的酒醅輸送至球體內，在此同時，球體攪拌動力組件通過電控控制在15HZ（約1rpm）左右，球體內部絞龍式刮壁螺帶，使物料在隨著球體的周向轉動時，物料順著螺帶的方向在球體內增加左右方向的推動；同時螺帶增設的輻射狀縱筋起到打散的效果；在稻殼及酒糟加至定量后，將球體動力通過電控控制在10HZ(約1.4rpm)左右，同時球體和攪拌裝置進行反向差速運動，通過球體的動力轉動進行左、右擺動100°的角度，進行糧醅的混合攪拌，達到充分拌合，糧醅拌合需要10 分鐘實現(xiàn)。

出料模式：通過電控控制，緩慢出料至輸送機的料斗，待物料卸防放至一部分時，通過刮壁螺帶的旋轉，使物料向出料口緩慢聚集，通過下部出料輸送機勻速輸送至甑鍋中，出料輸送機（變頻調速7.5rpm），通過料斗出料口閘板調節(jié)，輸送物料料層厚度為40mm，勻速出料。同時通過光電開關控制球體出料口轉至正下方，保證球體內部無殘留，出料干凈，要求30 分鐘內將物料輸送完畢；取1kg 待蒸煮糧醅作為小樣，進行拌醅感官指標檢測；注意：球體旋轉，啟動時應緩慢啟動，再至設定轉速。

釀造原料蒸煮糊化、酒醅蒸餾出酒：采用傳統(tǒng)混蒸混燒模式，上甑要嚴格做到“輕、松、薄、勻、緩”，保證酒醅在甑內疏松均勻，不壓氣、不跑汽；蒸餾結束后，取1kg 蒸煮糧醅作為小樣，進行水分、糊化率、酸度等指標檢測；同時取其優(yōu)級酒，按照白酒香氣、口感、舒適度等方面邀請專業(yè)人士進行感官品評實驗。

清潔工藝：本系統(tǒng)待上甑完畢后，對球形潤糧拌糧球體進行清洗，具體清洗工藝及參數(shù)如下：清洗用水量25Kg，清洗時間5min，轉速參考拌合工藝的試驗轉速，雙動力傳動同時運轉進行清洗，排污水引至排污口處。

2.1.3 實驗結果與討論

本研究通過采用傳統(tǒng)潤糧工藝與球形潤糧拌糧系統(tǒng)進行對比，其中糧醅水分、酸度等指標檢測參照孟晴等人[19]的檢測方法，而糊化率檢測參照方軍等人[8]的檢測方法，具體實驗結果如下：

表2 不同工藝條件下的實驗結果

檢測指標 實驗組 對照組蒸煮后糊化率 48.2% 45.6%蒸煮后酸度 0.85 0.86蒸煮后酒醅感官 酒醅可添加少量、甚至不添加打量水 酒醅需再添加部分打量水優(yōu)級酒感官對比 窖香濃郁，口感綿甜，糧香較為突出，酒體協(xié)調 窖香濃郁，口感綿甜，糧香較為突出，酒體協(xié)調

通過與傳統(tǒng)潤糧對照，研究發(fā)現(xiàn)：球形潤糧拌糧系統(tǒng)提高3.1%的潤糧含水量，提高2.6%的糊化率，此可以預期可提高酒醅發(fā)酵過程中淀粉的利用率，進而提高出酒率；同時結合對酒醅的酸度、優(yōu)級酒等方面基本無影響，因此其在符合釀造潤糧工藝機理的基礎上，具有去除拌醅過程中的結團現(xiàn)象，大大降低勞動力成本的巨大優(yōu)勢。

除此之外，球形潤糧拌糧系統(tǒng)在生產上還具有如下優(yōu)勢：

1、 造價較低，運行成本低，耗用功率??；

2、 可實現(xiàn)清潔化生產；

3、 自動進出料，實現(xiàn)多種潤水方式的自動化操作，并設置無線傳送的溫度、濕度傳感器，實現(xiàn)溫度及濕度的精準控制；

4、 可配置2臺及以上的轉球，一臺進料、一臺出料，實現(xiàn)連續(xù)化潤糧生產；

5、 過程全自動化，可接入MES系統(tǒng)及ERP系統(tǒng)。

3 結論

中國白酒的智能化釀造是歷史必然，釀酒智能化在符合傳統(tǒng)釀造工藝的基礎上，不斷汲取現(xiàn)代技術方法，進行自動化、智能化、機械化發(fā)展[20-22]，智能化釀造將會大大降低勞動強度，提高生產效率。

本研究針對傳統(tǒng)潤糧方式及目前市售潤糧機器的局限性，設計研發(fā)出一種球形潤糧拌糧系統(tǒng)。該系統(tǒng)有潤糧和拌糧兩大作用，本研究將其應用在白酒潤糧拌合、酒醅拌殼工藝中，具有提高糧醅含水量、糊化率，去除拌醅過程中的結團現(xiàn)象，大大降低勞動力等優(yōu)勢，對白酒的生產具有重要的意義。