信息化管理系統(tǒng)在濃香型白酒釀造過程中的應(yīng)用研究

◎ 彭英杰，庹先國，付 妮，母雯竹

（1.四川輕化工大學自動化與信息工程學院，四川 宜賓 644000；2.人工智能四川省重點實驗室，四川 宜賓 644000）

白酒作為我國獨有的固態(tài)蒸餾酒[1]，以酒曲為糖化發(fā)酵劑，采用固態(tài)發(fā)酵，蒸餾、貯存和勾調(diào)而成，已有2000多年的歷史[2]。但相較于啤酒、葡萄酒等液態(tài)酒釀造過程的高度自動化、信息化而言[3]，大多數(shù)白酒生產(chǎn)企業(yè)目前仍處于單體設(shè)備輔助人工操作的自動化起步階段[4]。隨著資源環(huán)境約束趨緊、生產(chǎn)要素成本壓力加大、國內(nèi)市場需求下滑、外部競爭激烈等巨大挑戰(zhàn)，白酒生產(chǎn)向自動化、信息化、智能化方向發(fā)展將成為必然的趨勢[5]。

1 釀造過程對濃香型白酒品質(zhì)的影響

1.1 影響濃香型白酒品質(zhì)的關(guān)鍵物質(zhì)

在濃香型白酒中，水與酒精約占總重量的98%～99%，能夠影響白酒風味的成分物質(zhì)含量僅占總重量的1%～2%[6]。這些風味物質(zhì)雖然含量很低，但風味物質(zhì)的組成及含量卻對白酒的口感和香味有著極大的貢獻，是形成不同酒類風格的重要依據(jù)[7]。

1.2 釀造過程對白酒品質(zhì)的影響因素

白酒風味物質(zhì)絕大部分是原料在發(fā)酵形成酒醅的過程中，經(jīng)窖池和酒曲中微生物及酶作用下產(chǎn)生的[8]。發(fā)酵所形成的酒醅中除水和酒精外，還含有酯類、酸類、醇類、醛類、酮類等決定白酒風格的微量物質(zhì)，通過對酒醅蒸餾使其中的成分得到濃縮，并餾出酒精及風味物質(zhì)形成白酒。

“生香靠發(fā)酵，提香靠蒸餾”是固態(tài)法釀造白酒的傳統(tǒng)工藝總結(jié)，酒糟發(fā)酵的好壞及酒醅蒸餾過程的優(yōu)劣，都是濃香型白酒風味物質(zhì)形成的關(guān)鍵[9]。

2 濃香型白酒的信息化管理系統(tǒng)

2.1 信息化管理系統(tǒng)的意義

濃香型白酒通用的簡化生產(chǎn)過程如圖1所示（省略了潤糧及攤晾環(huán)節(jié)），其一般工藝為酒糟出窖后與原輔料按一定比例配比后上甑、蒸餾；在蒸餾過程中，摘酒入臨時儲酒庫，再入陳釀儲酒庫；蒸餾完成后，攤涼加曲藥再入窖發(fā)酵[10]。

圖1 濃香型白酒釀造過程簡圖

為了使整個生產(chǎn)過程安全可靠、提升白酒品質(zhì)、實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的追溯，建立對監(jiān)控人員、設(shè)備、物料、環(huán)境、產(chǎn)出等要素無縫銜接的信息化管理系統(tǒng)非常必要。

2.2 信息化管理系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)以中央管理系統(tǒng)為核心，下轄原輔料庫信息化管理系統(tǒng)、曲房信息化管理系統(tǒng)、車間信息化管理系統(tǒng)、陳釀酒庫管理系統(tǒng)、能源系統(tǒng)。其中，原輔料庫信息化管理系統(tǒng)用于管理物料出入庫；曲房信息化管理系統(tǒng)用于管理曲藥的生產(chǎn)過程；車間信息化管理系統(tǒng)用于管理白酒發(fā)酵蒸餾過程；陳釀酒庫管理系統(tǒng)用于檢測原酒狀態(tài)；能源管理系統(tǒng)用于監(jiān)控能源使用狀況。

2.3 信息化管理系統(tǒng)的構(gòu)成

2.3.1 原輔料庫信息化管理系統(tǒng)

原輔料庫信息化管理系統(tǒng)主要用于管理白酒釀造中制曲、發(fā)酵所使用原輔料在庫中的存儲數(shù)據(jù)及原輔料出入庫的相關(guān)數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)采集原輔料庫中的稱重數(shù)據(jù)以及部分通過人機交互終端輸入的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對物料來源的監(jiān)控。

2.3.2 曲房信息化管理系統(tǒng)

信息化系統(tǒng)通過采集曲房內(nèi)傳感器的數(shù)據(jù)，可以獲取曲房內(nèi)實時的氣含量、二氧化碳含量、溫度及濕度數(shù)據(jù)。同時，通過信息化系統(tǒng)，可管理曲房中所使用物料的信息、記錄各個區(qū)塊的生產(chǎn)時間及預計成熟時間，以及產(chǎn)出區(qū)塊的使用情況。

2.3.3 生產(chǎn)車間信息化管理系統(tǒng)

2.3.3.1 設(shè)備管理系統(tǒng)

信息化管理系統(tǒng)通過設(shè)備接入平臺，可獲取各個單體自動化設(shè)備的運行狀態(tài)及關(guān)鍵運行參數(shù)，通過這些參數(shù)與生產(chǎn)工藝關(guān)聯(lián)，可實現(xiàn)對白酒生產(chǎn)過程的溯源及關(guān)鍵工藝參數(shù)監(jiān)視。

2.3.3.2 窖池管理系統(tǒng)

信息化管理系統(tǒng)通過窖池中的可移動溫度傳感器，可獲取窖池的溫度變化情況。同時，通過淀粉含量、總酸測量裝置可獲取發(fā)酵的進程，從而靈活調(diào)整發(fā)酵周期。此窖池管理系統(tǒng)還具有記錄、顯示各個窖池中的發(fā)酵參數(shù)、入窖時間、糟醅原料來源、曲藥信息的功能。

2.3.3.3 工藝管理系統(tǒng)

通過信息化管理系統(tǒng)，企業(yè)可自行設(shè)計不同的生產(chǎn)任務(wù)，為不同任務(wù)制定不同的生產(chǎn)計劃，制定不同的工藝，而工藝中又包含不同的設(shè)備參與情況及工藝參數(shù)。

此外，工藝管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)對車間人員管理、配方管理以及工藝路線管理。

2.3.3.4 自動排產(chǎn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)可利用算法，對發(fā)酵時間以及實時采集的酒醅參數(shù)進行加權(quán)計算并排序，將得分高的窖池優(yōu)先安排生產(chǎn)。

2.3.3.5 暫存酒庫管理系統(tǒng)

信息化管理系統(tǒng)通過采集儲酒罐中的液位、流量傳感器數(shù)據(jù)，可獲取當前酒罐的實時參數(shù)；通過采集自動化設(shè)備的運行信號，可記錄酒的來源；通過采集智能摘酒裝置，可獲取白酒的酒段數(shù)據(jù)，并給出酒庫的存量信息[11]。

2.3.4 陳釀酒庫信息化管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)可記錄大型酒罐中原酒的構(gòu)成來源，以及酒罐中所儲存白酒的酒段信息。同時，通過采集庫中的溫度液位傳感器，可獲取實時參數(shù)。

2.3.5 能源信息化管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)可記錄各個車間、各設(shè)備的能源消耗情況，并核算運行成本。

3 信息化管理系統(tǒng)的局限

3.1 影響白酒風味物質(zhì)的成分研究

目前，學界研究大多集中于對窖池中微生物群落結(jié)構(gòu)的空間差異[12]。

3.2 傳感器技術(shù)

目前，在白酒生產(chǎn)過程中，仍然有許多環(huán)節(jié)尚未實現(xiàn)自動化，導致信息化系統(tǒng)在白酒釀造中的研究進展困難。自動化技術(shù)發(fā)展困難的主要原因是傳感器技術(shù)不成熟，在許多環(huán)節(jié)無法實現(xiàn)對物質(zhì)的精確檢測。

4 信息化管理系統(tǒng)的展望

目前，許多白酒企業(yè)雖然在積極引入自動化設(shè)備，但由于濃香型白酒香味物質(zhì)的特殊性，在蒸餾環(huán)節(jié)具有較復雜的工藝，雖然自動上甑機器人已經(jīng)得到推廣，但主要集中在中低端白酒的基酒生產(chǎn)。只有自動化設(shè)備的大規(guī)模普及，才能在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)大規(guī)模的信息化。

傳感器及在線檢測技術(shù)尚不成熟，尤其是在物質(zhì)成分檢測上仍有許多困難，白酒企業(yè)的信息化系統(tǒng)有許多環(huán)節(jié)需要人工參與，無法做到完全自動化。

白酒的信息化之路是值得期待的。小曲清香型白酒的生產(chǎn)過程已經(jīng)普遍實現(xiàn)了信息化；濃香型白酒生產(chǎn)中的制曲、原輔料倉儲、陳釀等環(huán)節(jié)，也已基本實現(xiàn)信息化。雖然由于傳感器不成熟，蒸餾生產(chǎn)過程尚未完全實現(xiàn)信息化，但在設(shè)備管理、自動排產(chǎn)、工藝配方管理、溯源等環(huán)節(jié)，信息化技術(shù)已經(jīng)相對成熟。

信息化管理系統(tǒng)的中控部分仍有值得研究的地方，相對于其他制造業(yè)，白酒企業(yè)生產(chǎn)由于溯源因素多，其中央管理系統(tǒng)的研發(fā)需要在各個子系統(tǒng)基本成熟的條件下進行。

未來，通過積極引入可視分析、大數(shù)據(jù)、人工智能等方法，將信息化采集的數(shù)據(jù)用到生產(chǎn)之中，可實現(xiàn)濃香型白酒從自動化向信息化、智能化的發(fā)展。