信息化管理系統在濃香型白酒釀造過程中的應用研究

◎ 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蒸餾酒[1]，以酒曲為糖化發酵劑，采用固態發酵，蒸餾、貯存和勾調而成，已有2000多年的歷史[2]。但相較于啤酒、葡萄酒等液態酒釀造過程的高度自動化、信息化而言[3]，大多數白酒生產企業目前仍處于單體設備輔助人工操作的自動化起步階段[4]。隨著資源環境約束趨緊、生產要素成本壓力加大、國內市場需求下滑、外部競爭激烈等巨大挑戰，白酒生產向自動化、信息化、智能化方向發展將成為必然的趨勢[5]。

1 釀造過程對濃香型白酒品質的影響

1.1 影響濃香型白酒品質的關鍵物質

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含量僅占總重量的1%～2%[6]。這些風味物質雖然含量很低，但風味物質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[7]。

1.2 釀造過程對白酒品質的影響因素

白酒風味物質絕大部分是原料在發酵形成酒醅的過程中，經窖池和酒曲中微生物及酶作用下產生的[8]。發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，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形成白酒。

“生香靠發酵，提香靠蒸餾”是固態法釀造白酒的傳統工藝總結，酒糟發酵的好壞及酒醅蒸餾過程的優劣，都是濃香型白酒風味物質形成的關鍵[9]。

2 濃香型白酒的信息化管理系統

2.1 信息化管理系統的意義

濃香型白酒通用的簡化生產過程如圖1所示（省略了潤糧及攤晾環節），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酵[10]。

圖1 濃香型白酒釀造過程簡圖

為了使整個生產過程安全可靠、提升白酒品質、實現對生產過程的追溯，建立對監控人員、設備、物料、環境、產出等要素無縫銜接的信息化管理系統非常必要。

2.2 信息化管理系統架構

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

2.3 信息化管理系統的構成

2.3.1 原輔料庫信息化管理系統

原輔料庫信息化管理系統主要用于管理白酒釀造中制曲、發酵所使用原輔料在庫中的存儲數據及原輔料出入庫的相關數據。

該系統采集原輔料庫中的稱重數據以及部分通過人機交互終端輸入的數據，實現對物料來源的監控。

2.3.2 曲房信息化管理系統

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

2.3.3 生產車間信息化管理系統

2.3.3.1 設備管理系統

信息化管理系統通過設備接入平臺，可獲取各個單體自動化設備的運行狀態及關鍵運行參數，通過這些參數與生產工藝關聯，可實現對白酒生產過程的溯源及關鍵工藝參數監視。

2.3.3.2 窖池管理系統

信息化管理系統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酵的進程，從而靈活調整發酵周期。此窖池管理系統還具有記錄、顯示各個窖池中的發酵參數、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

通過信息化管理系統，企業可自行設計不同的生產任務，為不同任務制定不同的生產計劃，制定不同的工藝，而工藝中又包含不同的設備參與情況及工藝參數。

此外，工藝管理系統可以實現對車間人員管理、配方管理以及工藝路線管理。

2.3.3.4 自動排產系統

該系統可利用算法，對發酵時間以及實時采集的酒醅參數進行加權計算并排序，將得分高的窖池優先安排生產。

2.3.3.5 暫存酒庫管理系統

信息化管理系統通過采集儲酒罐中的液位、流量傳感器數據，可獲取當前酒罐的實時參數；通過采集自動化設備的運行信號，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據，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

該系統可記錄大型酒罐中原酒的構成來源，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。

2.3.5 能源信息化管理系統

該系統可記錄各個車間、各設備的能源消耗情況，并核算運行成本。

3 信息化管理系統的局限

3.1 影響白酒風味物質的成分研究

目前，學界研究大多集中于對窖池中微生物群落結構的空間差異[12]。

3.2 傳感器技術

目前，在白酒生產過程中，仍然有許多環節尚未實現自動化，導致信息化系統在白酒釀造中的研究進展困難。自動化技術發展困難的主要原因是傳感器技術不成熟，在許多環節無法實現對物質的精確檢測。

4 信息化管理系統的展望

目前，許多白酒企業雖然在積極引入自動化設備，但由于濃香型白酒香味物質的特殊性，在蒸餾環節具有較復雜的工藝，雖然自動上甑機器人已經得到推廣，但主要集中在中低端白酒的基酒生產。只有自動化設備的大規模普及，才能在此基礎上實現大規模的信息化。

傳感器及在線檢測技術尚不成熟，尤其是在物質成分檢測上仍有許多困難，白酒企業的信息化系統有許多環節需要人工參與，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過程已經普遍實現了信息化；濃香型白酒生產中的制曲、原輔料倉儲、陳釀等環節，也已基本實現信息化。雖然由于傳感器不成熟，蒸餾生產過程尚未完全實現信息化，但在設備管理、自動排產、工藝配方管理、溯源等環節，信息化技術已經相對成熟。

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

未來，通過積極引入可視分析、大數據、人工智能等方法，將信息化采集的數據用到生產之中，可實現濃香型白酒從自動化向信息化、智能化的發展。