轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)的研發(fā)及在白酒釀造生產(chǎn)中的應(yīng)用

范偉國 方義芬 陳彬

中國白酒歷史悠久，釀造工藝經(jīng)過了千百年的探索和傳承，在其傳統(tǒng)面紗的背后，隱藏著深刻的科學(xué)道理。因此，中國白酒的機(jī)械化改造需要結(jié)合對傳統(tǒng)釀酒工藝原理的研究，在保證白酒產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)上，逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化釀造[1-4]。

近年，勞動力成本逐年快速增加，年輕人不愿從事釀酒行業(yè)，招工越來越困難[5-6]。因此，白酒釀造工藝過程的機(jī)械化是必然趨勢。目前，機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)在國內(nèi)各行各業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，這對中國傳統(tǒng)白酒釀造技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)，各大知名企業(yè)紛紛投入自動化釀酒技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)計和開發(fā)了系列釀酒設(shè)備[7-11]。

中國白酒的生產(chǎn)工藝先進(jìn)而獨(dú)特，以高粱等糧谷為主要原料，以大曲、小曲或麩曲及酒母等為糖化發(fā)酵劑，經(jīng)潤糧、蒸煮、攤涼、拌曲、糖化、發(fā)酵、蒸餾、陳釀、勾兌而制成[12-16]，其中攤涼工藝，在糧食蒸煮、酒醅蒸煮取酒后需要進(jìn)行拌曲、入窖等操作，同時需要將酒醅溫度降至拌曲、入窖的適宜溫度[17-19]。目前主要采用自然攤涼或者鏈板式攤涼機(jī)等方式。

鏈?zhǔn)綌倹鰴C(jī)主要原理為：在高溫酒醅通過鏈板傳送帶時，由其通道下方風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，透過鏈板篩孔，進(jìn)而對酒醅達(dá)到降溫目的，之后拌曲便可入窖發(fā)酵。此方式能耗大、造價高，其結(jié)構(gòu)存在漏風(fēng)較大，風(fēng)量利用率低，鏈板的篩孔易堵料、漏料，且掛料、堵料、清洗困難，易生霉染菌。

本研究針對傳統(tǒng)攤涼方式及目前市售鏈?zhǔn)綌倹鰴C(jī)的局限性，設(shè)計研發(fā)出一種轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)，并應(yīng)用在白酒攤涼、拌曲工藝中，對白酒的生產(chǎn)具有重要的意義。

1.轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)的研發(fā)目的及其分析

1.1 研發(fā)所要解決的技術(shù)問題及其有益效果

目前白酒釀造行業(yè)中，鏈板輸送攤涼機(jī)鏈板為篩孔型，鏈板上輸送剛蒸煮過的釀酒原料或酒醅，下部通過鼓風(fēng)機(jī)通入冷風(fēng)進(jìn)行攤涼。弊端有，1. 傳統(tǒng)攤涼機(jī)需4 臺以上風(fēng)機(jī)，具有能耗大、造價高的缺點(diǎn)；2. 由于其鏈板結(jié)構(gòu)原因存在漏風(fēng)較大，風(fēng)量利用率低；3.輸送鏈板的篩孔易出現(xiàn)堵料及漏料的現(xiàn)象；4.鏈板輸送過程出容易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)、粘結(jié)等現(xiàn)象；5. 由于酒醅糊化黏連鏈板，難于清洗。

為了更好節(jié)省攤涼時間、解放勞動力，同時結(jié)合當(dāng)前傳統(tǒng)鏈板攤涼機(jī)出現(xiàn)的問題；在符合白酒釀造攤涼工藝機(jī)理的前提下，本研究針對上述問題進(jìn)行了分析，設(shè)計發(fā)明轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)，同時此設(shè)備系統(tǒng)配套相應(yīng)的操作工藝，可以有效的解決以上問題。

該轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

a. 能耗低。設(shè)置鼓風(fēng)、引風(fēng)兩套風(fēng)機(jī)，比傳統(tǒng)攤涼機(jī)4臺以上風(fēng)機(jī)能耗大大降低；b. 降溫效果好。攤涼時，轉(zhuǎn)筒內(nèi)部的葉片使糧糟呈瀑布式散落，增大了冷風(fēng)接觸面積，降溫效果好，物料松散；糧糟多次翻落，更易吸收空氣中的微生物；c. 設(shè)備緊湊，兩套風(fēng)機(jī)與轉(zhuǎn)筒底座一體，占地面積小；d. 清理方便。轉(zhuǎn)筒內(nèi)設(shè)有清洗裝置，解決了傳統(tǒng)鏈板攤涼機(jī)清洗困難的問題；e. 高度智能化。增加溫度、濕度探頭，分別檢測環(huán)境和物料的溫度及濕度，實(shí)現(xiàn)溫度及濕度的精準(zhǔn)控制；f. 系統(tǒng)擁有雙輥打散裝置使酒醅與曲粉充分混勻，更好地完成酒醅拌曲工藝需求。g. 該機(jī)械系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單，易于操作和維護(hù)；因此本系統(tǒng)在符合釀造工藝的前提下，可以有效提高原料及酒醅的攤涼效果。

1.2 轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原理

轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)主要由①喂料機(jī)、②輸送機(jī)、③風(fēng)罩、④引風(fēng)管、⑤引風(fēng)機(jī)、⑥轉(zhuǎn)筒、⑦鼓風(fēng)機(jī)、⑧送風(fēng)管、⑨加曲平臺、⑩加曲機(jī)、?混合裝置、?攤平裝置、?輸送機(jī)、?接料斗等組成，見圖1。具體處理量及功率見表1。

表1 轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)設(shè)備功率

圖1. 轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)著重點(diǎn)在轉(zhuǎn)筒及其內(nèi)部構(gòu)造，其主要有間斷螺旋葉片，攤涼時轉(zhuǎn)筒內(nèi)部的葉片使酒醅呈瀑布式散落，增大了與冷風(fēng)接觸面積，并且可實(shí)現(xiàn)酒醅表皮與芯部溫度均降，同時增強(qiáng)了打散效果，避免出現(xiàn)結(jié)團(tuán)、粘連現(xiàn)象。葉片型式如圖2 所示：

圖2 轉(zhuǎn)筒機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)，是一種將蒸煮后的原料或酒醅，經(jīng)過風(fēng)冷降溫到指定溫度，并均勻加曲充分混勻后，輸送到下一工序的機(jī)械系統(tǒng)。本系統(tǒng)可將攤涼、加曲混合等工序一次性完成，與傳統(tǒng)攤涼機(jī)相比，該系統(tǒng)自動化程度更高，攤涼效果更好，清潔化生產(chǎn)更好，節(jié)能環(huán)保，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)智能化連續(xù)生產(chǎn)。

轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)的主要原理為：蒸煮后的釀酒原料或酒醅，由行車吊起的甑鍋直接卸料至喂料機(jī)內(nèi)，通過喂料機(jī)變頻傳動鏈板將物料可調(diào)速度的輸送至進(jìn)料輸送機(jī)上，由輸送機(jī)輸送至轉(zhuǎn)筒內(nèi)，經(jīng)過轉(zhuǎn)筒內(nèi)部的間斷螺旋葉片將糧糟向前推送，在推送過程中，出料端由鼓風(fēng)機(jī)送入冷風(fēng)，將酒醅進(jìn)行攤涼，進(jìn)料端由引風(fēng)機(jī)通過風(fēng)管、風(fēng)罩將熱蒸汽進(jìn)行抽送，經(jīng)過攤涼后的酒醅進(jìn)入尾部輸送機(jī)，進(jìn)行攤平、拌曲、混勻，然后進(jìn)入接料斗，以上流程即完成了該系統(tǒng)的攤涼降溫和拌曲曲混勻等工藝要求，物料可以進(jìn)入下一級釀造工藝流程。

與此同時，根據(jù)不同白酒香型釀造工藝對攤涼時間、酒醅溫度、酒醅水分、拌曲量等諸多條件不一致，本攤涼系統(tǒng)中的輸送速度、加曲速度等工藝環(huán)節(jié)均配有變頻電機(jī)，可根據(jù)工藝需要實(shí)現(xiàn)對各參數(shù)的調(diào)節(jié)，來滿足不同的攤涼、拌曲要求。另外，轉(zhuǎn)筒及鏈板輸送機(jī)均配帶有清洗裝置，可對粘在筒壁及鏈板上的物料進(jìn)行清理，使系統(tǒng)能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

因此本系統(tǒng)通過上述轉(zhuǎn)筒攤涼模式不僅高效保證攤涼、拌曲工藝質(zhì)量，還可降低攤涼能耗，解決傳統(tǒng)鏈板攤涼機(jī)篩孔易堵料、漏料及難于清洗等問題。本系統(tǒng)具有高度智能化，通過增加三個溫度、一個濕度探頭，分別檢測環(huán)境和物料的溫度及濕度，實(shí)現(xiàn)溫度及濕度的精準(zhǔn)控制，通過制定合理的數(shù)據(jù)，自動調(diào)整開機(jī)和運(yùn)行時的喂料機(jī)及轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速，使物料在均勻降溫的情況下，降低能耗。由于是轉(zhuǎn)筒模式，其只有一個水平進(jìn)氣口、水平出風(fēng)口，不僅解決了攤涼機(jī)易堵料、漏料問題，還降低了酒醅攤涼過程中水分的散失，減少了打量水的使用量。系統(tǒng)配備引風(fēng)機(jī)、間斷螺旋葉片等，使得轉(zhuǎn)筒內(nèi)部通風(fēng)效果顯著，酒醅與冷風(fēng)接觸面積更廣，進(jìn)而使設(shè)備降溫效果更加高效，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備占地面積更小、耗材更低。因此本轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)，在保障攤涼、拌曲質(zhì)量的前提下，可解決傳統(tǒng)攤涼機(jī)問題，優(yōu)化釀酒工藝。

2.轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)的生產(chǎn)應(yīng)用分析與探討

2.1 轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)的生產(chǎn)應(yīng)用

2.1.1 材料與設(shè)備

轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)：普瑞特機(jī)械制造股份有限公司；實(shí)驗(yàn)酒醅、大曲：山東某濃香酒廠；蒸餾甑桶: 普瑞特機(jī)械制造股份有限公司。

2.1.2 工藝流程及操作要點(diǎn)

本次研究著重采用傳統(tǒng)鏈板輸送攤涼機(jī)與轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合對比試驗(yàn)，以此驗(yàn)證轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)效果；對照組除攤涼采用傳統(tǒng)鏈板攤涼方式外，其他均與實(shí)驗(yàn)組保持一致，實(shí)驗(yàn)組具體實(shí)驗(yàn)流程如下：

對照組采用傳統(tǒng)鏈板輸送攤涼機(jī)，而實(shí)驗(yàn)組采用轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)，具體實(shí)驗(yàn)操作如下：

前期準(zhǔn)備：從濃香窖池取2m3的酒醅，并按照酒醅:潤糧=4:1 的比例加入潤糧原料拌勻，同時再拌入20%蒸煮后的稻殼，以此約3m3的待蒸餾酒醅備用。

蒸餾取酒：采用傳統(tǒng)混蒸混燒模式，上甑要嚴(yán)格做到“輕、松、薄、勻、緩”，保證酒醅在甑內(nèi)疏松均勻，不壓氣、不跑汽；待蒸餾結(jié)束后，打開甑桶鍋蓋，此蒸餾后的酒醅作為本次實(shí)驗(yàn)所需攤涼、拌曲的樣本。

上料模式：將大約3m3的酒醅使用行車轉(zhuǎn)移至喂料機(jī)內(nèi)，調(diào)節(jié)喂料機(jī)轉(zhuǎn)速為2rpm，出料高度為100mm，同時打開打散裝置，將糧醅中可能存在的黏連體進(jìn)行打散，打散功率為0.75KW、轉(zhuǎn)速為60rpm。打散后的酒醅，由喂料機(jī)輸送至進(jìn)料輸送機(jī)內(nèi)，輸送機(jī)轉(zhuǎn)速25rpm，勻速向轉(zhuǎn)筒入口進(jìn)料，整個上料過程要保證物料均勻有效，無漏料現(xiàn)象，要求8 分鐘內(nèi)將物料輸送完成。

轉(zhuǎn)筒攤涼模式：物料勻速向轉(zhuǎn)筒入口進(jìn)料，同時開啟轉(zhuǎn)筒前后的鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，開始攤涼；此時要求調(diào)整轉(zhuǎn)筒速度n=12rpm，要求轉(zhuǎn)筒內(nèi)部的葉片使糧糟呈瀑布式散落，增大冷風(fēng)接觸面積，記錄物料在轉(zhuǎn)筒出料口測溫點(diǎn)的溫度，要求鼓風(fēng)機(jī)功率為1.5KW，引風(fēng)機(jī)功率為3KW；同時要求酒醅攤涼溫度在15-25℃之間，冬季稍低點(diǎn)，而夏季稍高些。取1kg 待拌曲酒醅作為小樣，在酒醅拌曲前進(jìn)行感官指標(biāo)和理化指標(biāo)檢測，主要檢測酒醅黏連度、溫度、水分、酸度等指標(biāo)。注意：轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)，啟動時應(yīng)緩慢啟動，再至設(shè)定轉(zhuǎn)速。

圖3 轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)

拌曲模式：物料由轉(zhuǎn)筒輸出后進(jìn)入出料輸送機(jī)內(nèi)，經(jīng)攤平、高速打散后進(jìn)行加曲，由加曲觸碰裝置聯(lián)動加曲機(jī)啟動，物料加曲后經(jīng)雙輥混合裝置混合均勻，落入接料斗，同時測溫點(diǎn)記錄加曲前物料的溫度；拌曲溫度的高低影響曲酒的發(fā)酵，加曲溫度過低，發(fā)酵緩慢；過高，發(fā)酵升溫過快，醅子容易生酸。尤其在氣溫較高的夏天，料溫不易下降，翻拌揚(yáng)涼時間又長，次數(shù)過多，使雜菌有機(jī)可乘，在發(fā)酵時易于產(chǎn)酸，影響發(fā)酵正常進(jìn)行。要求出料機(jī)主功率為1.1 KW-37rpm，分料絞龍功率為0.55 KW-70rpm，高速打散功率為0.75 KW×2-140rpm，雙輥打散功率為0.75 KW-56rpm，拌曲機(jī)功率為0.55 KW-20rpm/變頻；通過調(diào)整各設(shè)備的轉(zhuǎn)速及料層高度，最終達(dá)到20min 輸送3m3酒醅物料的要求，取1kg 拌曲酒醅作為小樣，在酒醅入池前進(jìn)行感官指標(biāo)和理化指標(biāo)檢測，主要檢測酒醅黏連度、混合均一性、溫度、水分、酸度等指標(biāo)。

酒醅入池：將拌好大曲的酒醅進(jìn)行入池發(fā)酵，主要控制入池溫度、水分和酸度，而淀粉濃度和還原糖等都是相對比較穩(wěn)定的。因?yàn)樗x濃香酒業(yè)企標(biāo)要求其入池溫度在18-25℃之間，入池水分在55-57%之間，入池酸度在0.7-1.0 之間；故需保證其酒醅符合如上條件，輕薄、均一的進(jìn)行入池發(fā)酵。

清潔工藝：本系統(tǒng)待攤涼拌曲完畢后，對轉(zhuǎn)筒進(jìn)行清洗，啟動器出水系統(tǒng)，調(diào)整轉(zhuǎn)筒速度n=12rpm，保障集水槽內(nèi)水流通暢，排污水引至排污口處。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

本研究通過采用傳統(tǒng)鏈板攤涼機(jī)與轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)進(jìn)行對比，其中酒醅溫度、水分指標(biāo)檢測參照王鵬等人[20]的檢測方法，酒醅酸度指標(biāo)檢測參照孟晴等人[21]的檢測方法，酒醅感官檢測參照郭永紅等人[22]的檢測方法，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

表2 不同工藝條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

清潔程度 清理方便，轉(zhuǎn)筒內(nèi)設(shè)有清洗裝置無清潔裝置，并經(jīng)常出現(xiàn)鏈板孔徑堵塞情況，難于清潔智能化控制系統(tǒng)高度智能化，實(shí)現(xiàn)溫度及濕度的精準(zhǔn)控制；無控制系統(tǒng)

通過與傳統(tǒng)鏈板攤涼機(jī)對照，研究發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)對酒醅的攤涼效果完全符合企業(yè)入池酒醅的要求，其比傳統(tǒng)酒醅攤涼溫度低2.4℃。轉(zhuǎn)筒模式只有一個水平進(jìn)氣口、水平出風(fēng)口，不僅解決了攤涼機(jī)易堵料、漏料問題，其酒醅含水量相對較高，可有效降低攤涼打水量的使用量；同時其在酒醅拌曲均一性、結(jié)團(tuán)程度、降低能耗、提高清潔程度方面具有巨大優(yōu)勢；由于其配備有智能化控制系統(tǒng)，可增加溫度、濕度探頭，分別檢測環(huán)境和物料的溫度及濕度，實(shí)現(xiàn)溫度及濕度的精準(zhǔn)控制。因此整體上：轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)在酒醅攤涼方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)還具有如下優(yōu)勢：

1、設(shè)備占地面交小，造價較低；運(yùn)行成本低，耗用功率??；2、加曲與攤涼不再同一設(shè)備內(nèi)，避免了攤涼時曲粉的飛揚(yáng)和下落問題，保證了環(huán)境衛(wèi)生；3、系統(tǒng)配備引風(fēng)機(jī)、間斷螺旋葉片等，酒醅與冷風(fēng)接觸面積更廣，使降溫效果更明顯；4、過程全自動化，可接入MES 系統(tǒng)及ERP 系統(tǒng)。

3 結(jié)論

長期以來，傳統(tǒng)白酒釀造生產(chǎn)基本靠人工，屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)。而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(chǔ)上，通過不斷汲取現(xiàn)代技術(shù)方法，進(jìn)行自動化、智能化、機(jī)械化發(fā)展[23,24]。

本研究針對傳統(tǒng)攤涼方式及目前市售鏈?zhǔn)綌倹鰴C(jī)器的局限性，設(shè)計研發(fā)出一種轉(zhuǎn)筒攤涼系統(tǒng)。該系統(tǒng)有攤涼和拌曲兩大作用，通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：其具有有效降低能耗，降低酒醅攤涼溫度，去除攤涼拌曲中的黏連、結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，解決傳統(tǒng)攤涼機(jī)易堵料、漏料問題等優(yōu)勢，對白酒的生產(chǎn)具有重要的意義。