球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)的研發(fā)及在白酒釀造生產(chǎn)中的應(yīng)用

范偉國(guó) 趙靜 陳彬

中國(guó)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(guó)白酒Liquor）之一，并且在國(guó)際上享負(fù)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(jīng)過潤(rùn)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(chǎn)工藝獨(dú)特而先進(jìn)，有令人愉悅的香氣[4-7]。

作為傳統(tǒng)釀造工藝的排頭兵—潤(rùn)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(nèi)具生心，類似“生飯”[8-11]。因此，糧食在潤(rùn)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(rùn)糧工藝可以提高糧食水分含量，成為糧食糊化作用的關(guān)鍵[12-15]。

目前中國(guó)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(chǎn)規(guī)模和技術(shù)設(shè)備等方面都處于相對(duì)落后的水平，生產(chǎn)工藝設(shè)備簡(jiǎn)陋，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低[16-18]。因此，白酒釀造的機(jī)械化、智能化、數(shù)據(jù)化等是中國(guó)白酒發(fā)展的必然趨勢(shì)，而目前在白酒潤(rùn)糧工藝中，目前大部分企業(yè)仍采用傳統(tǒng)潤(rùn)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(duì)傳統(tǒng)潤(rùn)糧方式及目前市售潤(rùn)糧機(jī)器的局限性，設(shè)計(jì)研發(fā)出一種球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)，并應(yīng)用在白酒潤(rùn)糧拌合、酒醅拌殼工藝中，對(duì)白酒的生產(chǎn)具有重要的意義。

1.球形潤(rùn)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(shù)問題及其有益效果

目前在白酒釀造行業(yè)中，糧食在經(jīng)過粉碎后，大部分采用傳統(tǒng)手工潤(rùn)糧，但部分酒企已經(jīng)開始機(jī)械潤(rùn)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(jié)團(tuán)現(xiàn)象，耗用功率較大；②絞龍型式：潤(rùn)水不充分，水分未能充分進(jìn)入到糧食內(nèi)部；③造價(jià)較高。為了更好解放勞動(dòng)力，同時(shí)結(jié)合當(dāng)前潤(rùn)糧機(jī)械化出現(xiàn)的問題；在符合釀造潤(rùn)糧工藝機(jī)理的前提下，本研究針對(duì)上述問題進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)發(fā)明球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)，同時(shí)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。

該球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

a. 球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)采用雙動(dòng)力拌合模式，即球體轉(zhuǎn)動(dòng)和內(nèi)部攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)釀酒行業(yè)中的潤(rùn)糧拌合、糧醅拌合兩種工藝。

b. 通過雙動(dòng)力拌合模式對(duì)潤(rùn)糧拌合工藝實(shí)現(xiàn)潤(rùn)糧均勻有序、自動(dòng)控溫控量加水、自動(dòng)進(jìn)料、自動(dòng)出料的功能，醅體達(dá)到無結(jié)團(tuán)、無干糝、無灰泡、不淋漿的潤(rùn)糧標(biāo)準(zhǔn)。

c. 通過雙動(dòng)力拌合模式對(duì)糧醅拌合工藝達(dá)到摻拌均勻、無結(jié)團(tuán)，摻拌輕柔不損傷稻殼外形的拌合標(biāo)準(zhǔn)。

d. 輸送過程中，物料始終保持均勻，無結(jié)團(tuán)、粘結(jié)等現(xiàn)象。

e. 設(shè)備使用完畢，方便清洗，清洗干凈且無掛料的現(xiàn)象。f. 該機(jī)械系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作和維護(hù)；同時(shí)，在符合釀造工藝的前提下，大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.2 球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原理

球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)由雙動(dòng)力旋轉(zhuǎn)球體、攪拌裝置、球體轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、潤(rùn)水系統(tǒng)、進(jìn)料裝置、出料裝置等組成，如圖1，而此設(shè)備的具體功率見表1。

表1 球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)設(shè)備功率

圖1. 球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 雙動(dòng)力結(jié)構(gòu)

球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)的著重點(diǎn)在雙動(dòng)力旋轉(zhuǎn)球體，其球體及攪拌裝置可單獨(dú)旋轉(zhuǎn)，也可實(shí)現(xiàn)球體及攪拌裝置反向差速運(yùn)轉(zhuǎn)，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(rùn)糧拌糧系統(tǒng)主要有潤(rùn)糧和拌糧兩大作用，研究將兩項(xiàng)功能相結(jié)合，進(jìn)而使得釀酒潤(rùn)糧工藝有條不紊、秩序化。球形潤(rùn)糧系統(tǒng)的主要原理為：粉碎好的釀酒原料由斗提機(jī)提升至上部的輸送鏈板，輸送鏈板的出料口正對(duì)著旋轉(zhuǎn)球體的進(jìn)料口，進(jìn)料口為氣動(dòng)插板閥。釀酒原料進(jìn)入到球體內(nèi)部，同時(shí)內(nèi)部的進(jìn)水噴頭開始噴水，有效降低進(jìn)料時(shí)產(chǎn)生的粉塵溢出，并提高潤(rùn)糧效率。將待達(dá)到全容積的45～60%時(shí)，停止進(jìn)料。此工藝可根據(jù)白酒實(shí)際釀造過程中釀造原料的種類、潤(rùn)糧時(shí)間進(jìn)行協(xié)調(diào)；例如不同品種原料其潤(rùn)糧時(shí)間不同，可采用分批次進(jìn)料，確保不同釀造原料的潤(rùn)糧效果。

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

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

球體擺動(dòng)、攪拌轉(zhuǎn)：通過電控控制球體左右擺動(dòng)、攪拌同時(shí)360°旋轉(zhuǎn)模式，球體和攪拌裝置進(jìn)行反向差速運(yùn)動(dòng)，使得糧食醅體在較柔和的攪拌條件下達(dá)到攪拌均勻一致。球體內(nèi)部絞龍式刮壁螺帶，使物料在隨著球體的周向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物料順著螺帶的方向在球體內(nèi)增加左右方向的推動(dòng)，同時(shí)螺帶增設(shè)的輻射狀縱筋起到打散的效果，進(jìn)而達(dá)到醅體達(dá)到無結(jié)團(tuán)、無干糝、無灰泡、不淋漿的潤(rùn)糧目的。

球體擺動(dòng)、攪拌不轉(zhuǎn)：通過球體的動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行左、右擺動(dòng)100 度的角度，進(jìn)行粉糧與水分的混合攪拌，達(dá)到充分拌合，此時(shí)通過限位開關(guān)（或光電開關(guān)）來控制球體的左、右擺動(dòng)角度，防止出現(xiàn)球體的慣性至物料的灑落，在完成潤(rùn)糧的均勻拌合后，需要停機(jī)時(shí)，緩慢停止直至定位到出料工位。

球體靜止、攪拌轉(zhuǎn)：噴水?dāng)嚢鑴?dòng)力組件（螺帶）可360°旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)噴水的過程中同時(shí)帶動(dòng)螺帶的轉(zhuǎn)動(dòng)，使其粉糧與水分的攪拌混合均勻，此時(shí)球體動(dòng)力組件處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)通過限位開關(guān)（或光電開關(guān)）來控制噴水?dāng)嚢杞M件在完成混合均勻攪拌后，需要停機(jī)時(shí)，噴水動(dòng)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(dòng)力啟動(dòng)，緩慢停止直至定位到出料工位。

與此同時(shí)，結(jié)合潤(rùn)糧工藝對(duì)水溫、潤(rùn)糧時(shí)間、攪拌時(shí)間、靜置時(shí)間等有所要求，本系統(tǒng)搭載潤(rùn)糧控制系統(tǒng)，其可以自動(dòng)化控制上述潤(rùn)糧工藝要求。釀酒工程師可根據(jù)自己的需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)程序控制參數(shù)的修改，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有變頻控制且制動(dòng)、自動(dòng)尋位； 球體旋轉(zhuǎn)及噴水?dāng)嚢杪輲г谛D(zhuǎn)時(shí)，具有自動(dòng)定點(diǎn)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(rùn)糧過程中潤(rùn)糧不均一、潤(rùn)水不充分、醅體結(jié)團(tuán)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(shí)可有效控制水分，減少由于攪拌而產(chǎn)生的揮發(fā)；2. 由于本系統(tǒng)采用球體和攪拌裝置進(jìn)行反向差速運(yùn)動(dòng)模式，使得摻拌輕柔減少對(duì)醅體的機(jī)械損傷，如若酒醅拌入稻殼，不會(huì)損傷稻殼外形；同時(shí)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(shí)間，優(yōu)化釀酒工藝。

圖4 潤(rùn)糧控制系統(tǒng)

2.球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)的生產(chǎn)應(yīng)用分析與探討

2.1 球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)的生產(chǎn)應(yīng)用

2.1.1 材料與設(shè)備

高粱、熱水：普瑞特機(jī)械制造股份有限公司；

實(shí)驗(yàn)酒醅、已蒸煮的稻殼：山東某濃香酒廠；

粉碎機(jī): 普瑞特機(jī)械制造股份有限公司；

球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)：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)潤(rùn)糧工藝與球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合對(duì)比試驗(yàn)，以此驗(yàn)證球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)效果；對(duì)照組除潤(rùn)糧采用傳統(tǒng)潤(rùn)糧方式外，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：

圖5 潤(rùn)糧控制系統(tǒng)

對(duì)照組采用傳統(tǒng)潤(rùn)糧工藝，而實(shí)驗(yàn)組采用球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)，具體實(shí)驗(yàn)操作如下：

前期準(zhǔn)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(rùn)糧拌糧球體由電控系統(tǒng)控制停止在進(jìn)料口的正上方位置，將180Kg 釀造原料通過上料輸送機(jī)，輸送至球體正上方的進(jìn)料口進(jìn)料，進(jìn)料的同時(shí)先由電控控制系統(tǒng)開啟螺帶攪拌動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速調(diào)整至15HZ（約1rpm）左右；上料輸送機(jī)（定速37rpm）勻速向蒸球入口進(jìn)料，要求5 分鐘內(nèi)將物料輸送完成。

潤(rùn)糧拌合工藝（加水過程，雙動(dòng)力同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)）：在釀酒原料輸送至定量完畢后，由潤(rùn)糧水泵將熱水罐內(nèi)的108Kg 熱水通過流量計(jì)控制、旋轉(zhuǎn)接頭打入球體內(nèi)噴水?dāng)嚢杞M件的噴嘴進(jìn)行均勻噴灑至粉糧處。球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)采用球體擺動(dòng)、攪拌轉(zhuǎn)模式，球體動(dòng)力通過電控控制在10HZ(約1.4rpm)左右，球體的動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行左、右擺動(dòng)100°，球體和攪拌動(dòng)力裝置進(jìn)行反向差速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行粉糧與水分的混合攪拌，達(dá)到充分拌合，需要5min 實(shí)現(xiàn)，人工通過檢修平臺(tái)可觀察物料的拌合狀態(tài)。

潤(rùn)糧靜置吸水工藝：潤(rùn)糧拌合好后，靜置4h，之后再進(jìn)行5min 攪拌，如此重復(fù)5 次，使得整體潤(rùn)糧時(shí)間為20h；取1kg 釀造原料作為小樣，進(jìn)行水分、潤(rùn)糧感官指標(biāo)檢測(cè)。

糧醅拌合工藝：潤(rùn)糧完成后，通過上料輸送機(jī)同時(shí)加入60Kg 的稻殼、1.7 m3（1190Kg）的酒醅輸送至球體內(nèi)，在此同時(shí)，球體攪拌動(dòng)力組件通過電控控制在15HZ（約1rpm）左右，球體內(nèi)部絞龍式刮壁螺帶，使物料在隨著球體的周向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物料順著螺帶的方向在球體內(nèi)增加左右方向的推動(dòng)；同時(shí)螺帶增設(shè)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(dòng)力通過電控控制在10HZ(約1.4rpm)左右，同時(shí)球體和攪拌裝置進(jìn)行反向差速運(yùn)動(dòng)，通過球體的動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行左、右擺動(dòng)100°的角度，進(jìn)行糧醅的混合攪拌，達(dá)到充分拌合，糧醅拌合需要10 分鐘實(shí)現(xiàn)。

出料模式：通過電控控制，緩慢出料至輸送機(jī)的料斗，待物料卸防放至一部分時(shí)，通過刮壁螺帶的旋轉(zhuǎn)，使物料向出料口緩慢聚集，通過下部出料輸送機(jī)勻速輸送至甑鍋中，出料輸送機(jī)（變頻調(diào)速7.5rpm），通過料斗出料口閘板調(diào)節(jié)，輸送物料料層厚度為40mm，勻速出料。同時(shí)通過光電開關(guān)控制球體出料口轉(zhuǎn)至正下方，保證球體內(nèi)部無殘留，出料干凈，要求30 分鐘內(nèi)將物料輸送完畢；取1kg 待蒸煮糧醅作為小樣，進(jìn)行拌醅感官指標(biāo)檢測(cè)；注意：球體旋轉(zhuǎn)，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)緩慢啟動(dòng)，再至設(shè)定轉(zhuǎn)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(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；蒸餾結(jié)束后，取1kg 蒸煮糧醅作為小樣，進(jìn)行水分、糊化率、酸度等指標(biāo)檢測(cè)；同時(shí)取其優(yōu)級(jí)酒，按照白酒香氣、口感、舒適度等方面邀請(qǐng)專業(yè)人士進(jìn)行感官品評(píng)實(shí)驗(yàn)。

清潔工藝：本系統(tǒng)待上甑完畢后，對(duì)球形潤(rùn)糧拌糧球體進(jìn)行清洗，具體清洗工藝及參數(shù)如下：清洗用水量25Kg，清洗時(shí)間5min，轉(zhuǎn)速參考拌合工藝的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速，雙動(dòng)力傳動(dòng)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行清洗，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)潤(rùn)糧工藝與球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，其中糧醅水分、酸度等指標(biāo)檢測(cè)參照孟晴等人[19]的檢測(cè)方法，而糊化率檢測(cè)參照方軍等人[8]的檢測(cè)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

檢測(cè)指標(biāo) 實(shí)驗(yàn)組 對(duì)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(jí)酒感官對(duì)比 窖香濃郁，口感綿甜，糧香較為突出，酒體協(xié)調(diào) 窖香濃郁，口感綿甜，糧香較為突出，酒體協(xié)調(diào)

通過與傳統(tǒng)潤(rùn)糧對(duì)照，研究發(fā)現(xiàn)：球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)提高3.1%的潤(rùn)糧含水量，提高2.6%的糊化率，此可以預(yù)期可提高酒醅發(fā)酵過程中淀粉的利用率，進(jìn)而提高出酒率；同時(shí)結(jié)合對(duì)酒醅的酸度、優(yōu)級(jí)酒等方面基本無影響，因此其在符合釀造潤(rùn)糧工藝機(jī)理的基礎(chǔ)上，具有去除拌醅過程中的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，大大降低勞動(dòng)力成本的巨大優(yōu)勢(shì)。

除此之外，球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)在生產(chǎn)上還具有如下優(yōu)勢(shì)：

1、 造價(jià)較低，運(yùn)行成本低，耗用功率小；

2、 可實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)；

3、 自動(dòng)進(jìn)出料，實(shí)現(xiàn)多種潤(rùn)水方式的自動(dòng)化操作，并設(shè)置無線傳送的溫度、濕度傳感器，實(shí)現(xiàn)溫度及濕度的精準(zhǔn)控制；

4、 可配置2臺(tái)及以上的轉(zhuǎn)球，一臺(tái)進(jìn)料、一臺(tái)出料，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化潤(rùn)糧生產(chǎn)；

5、 過程全自動(dòng)化，可接入MES系統(tǒng)及ERP系統(tǒng)。

3 結(jié)論

中國(guó)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，不斷汲取現(xiàn)代技術(shù)方法，進(jìn)行自動(dòng)化、智能化、機(jī)械化發(fā)展[20-22]，智能化釀造將會(huì)大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

本研究針對(duì)傳統(tǒng)潤(rùn)糧方式及目前市售潤(rùn)糧機(jī)器的局限性，設(shè)計(jì)研發(fā)出一種球形潤(rùn)糧拌糧系統(tǒng)。該系統(tǒng)有潤(rùn)糧和拌糧兩大作用，本研究將其應(yīng)用在白酒潤(rùn)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(jié)團(tuán)現(xiàn)象，大大降低勞動(dòng)力等優(yōu)勢(shì)，對(duì)白酒的生產(chǎn)具有重要的意義。