基于現代發酵工程的釀酒過程優化與控制研究

摘 要：近年來，隨著生物技術的飛速發展，現代發酵工程在釀酒行業中的應用日益廣泛，成為提高釀酒效率和產品質量的關鍵技術。本文通過介紹發酵工程，分析釀酒過程中的優化措施，探究釀酒過程中的控制技術以及質量控制要點，期望能夠實現釀酒過程的高效化和標準化，進一步提升釀酒產品的品質和生產過程的可持續性。

關鍵詞：發酵工程；發酵參數；自動化控制

Research on Optimization and Control of Brewing Process Based on Modern Fermentation Engineering

LUO Guorong， LI Sha， DENG Haixin

（Danquan Liquor Co.， Ltd.， Nandan 547200， China）

Abstract： In recent years， with the rapid development of biotechnology， modern fermentation engineering has been widely used in the wine industry， and has become a key technology to improve wine efficiency and product quality. This paper introduces fermentation engineering， analyzes the optimization measures in the winemaking process， explores the control technology and quality control points in the winemaking process， hoping to achieve high efficiency and standardization in the winemaking process， and further improve the quality of winemaking products and the sustainability of the production process.

Keywords： fermentation engineering; fermentation parameters; automation control

釀酒過程的優化和控制一直是釀酒科學研究的核心內容，其目的在于提高酒精產率、改善產品質量并降低生產成本。在傳統釀酒過程中，許多參數的控制依賴于經驗和手動操作，不僅效率低下，還難以保證產品批次之間的一致性。現代發酵工程技術，如自動化和智能化技術的應用，為精確控制發酵過程提供了良好條件，可優化釀酒過程，提高能源利用效率和環境可持續性。因此，研究現代發酵工程在釀酒過程中的應用具有重要的理論價值和廣泛的實踐意義。

1 發酵工程概述

1.1 發酵的基本原理

醬香型白酒的發酵是其獨特風味的基礎，采用固態發酵技術，通常需較長時間完成。首先，高粱等原料經蒸煮后冷卻至適溫，加入高溫大曲后開始發酵。在發酵過程中，曲菌如酵母、細菌和霉菌共同作用，分解淀粉和蛋白質。酵母將糖轉化為酒精并產生風味物質。發酵分多階段，需嚴格控制環境條件，如溫度32～35 ℃，濕度47%～48%，周期約11個月（含晾堂堆積發酵）。發酵后，原料經蒸餾提取酒精，約取總量的50%，并在特定條件下陳化以融合味道。此外，需將不同批次白酒進行勾兌以確保成品一致性。整個生產過程要求技術精湛、精細地控制發酵時間及條件，以保證發酵的質量和風味[1]。

1.2 發酵微生物的選擇與培養

在醬香型白酒生產中，選擇和培養合適的發酵微生物是關鍵，其直接影響白酒的質量和風味。發酵微生物通常使用高溫大曲，因其富含酵母、曲霉和細菌等，能有效分解原料中的淀粉和蛋白質，并將其轉化為糖和氨基酸，為酵母發酵奠定基礎。選擇微生物時需評估其環境適應能力、代謝產物種類及對風味的貢獻。發酵環境需嚴格控制，溫度和濕度通常保持在32～35 ℃和47%～48%，以利于微生物生長。培養過程中定期檢測微生物活性和產物，調整參數以維持最優發酵條件。此外，微生物的加入方式和加入時間對產品的質量有顯著影響，通常是在原料蒸煮冷卻后加入高溫大曲，并進行層疊發酵。通過周期性管理發酵窖，確保微生物活性和產物穩定，從而可以生產出高質量的醬香型白酒。

1.3 發酵環境影響因素

發酵環境的控制因素包括溫度、pH值、溶解氧水平及營養物質濃度等。溫度是發酵過程中最關鍵的因素，需通過溫控系統精確控制，進而保證微生物發酵的溫度適宜。pH值控制也至關重要，通常是通過添加酸或堿調節酶活性以調控微生物的生長。此外，在有氧發酵過程中，需精細調控溶解氧水平，促進細胞呼吸發揮作用；而在厭氧發酵過程中，如在白酒釀造環節，應避免氧氣過量，以防止氧化反應的發生。通過氧氣控制系統精確調節溶解氧水平，可以確保發酵過程的順利進行及產品質量穩定。

2 釀酒過程中的優化措施

2.1 原料預處理優化

醬香型白酒的原料預處理是生產過程的關鍵步驟，涉及原料（主要是高粱、小麥）的選擇和處理，目的是確保發酵效率和產品質量。例如，對原料進行破碎處理，以增加其表面積，有利于促進淀粉向可發酵糖分發生轉化。但是，破碎度需嚴格控制，以避免過度破碎而影響后續蒸煮和糊化，進而影響發酵質量[2]。

2.2 發酵參數優化

在醬香型白酒生產中，精確控制發酵參數對于確保產品品質和風味至關重要。溫度是發酵的關鍵因素，需維持在32～35 ℃以激活大曲中的微生物群，促進其代謝活動并形成復雜的醬香。同時，pH值控制也非常重要，理想的pH值范圍為3.0～5.0，此范圍可保障發酵的穩定性和安全性。適時補充營養素，如氮源、維生素和礦物質，以支持微生物健康生長和高效代謝。發酵時間的精確控制同樣重要，以防止發酵風味缺陷的產生。通過持續監測，可以在最佳時機終止發酵，確保白酒達到預期的香氣復雜度和酒精濃度。

2.3 酶的應用與優化

酶作為生物催化劑，可以在溫和條件下高效地催化化學反應，從而優化發酵過程和提升產品質量。通過使用特定酶，如淀粉酶和果膠酶，可以促進原料中的復雜糖類發生分解，轉化為發酵過程中更易于利用的簡單糖。例如，在醬香型白酒釀造中應用淀粉酶，可以將淀粉分解成可發酵的糖，提高糖的利用率，改善產品的感官特性。另外，選擇適合特定發酵條件的酶種，如耐高溫酶或耐酸性的酶，可提高發酵的靈活性和魯棒性[3]。此外，還可利用基因工程技術改造酶分子，增強其特異性和穩定性，擴大酶的應用范圍。精確控制酶的添加量和添加時機，可以實現酶的作用效果最大化，避免資源浪費。

2.4 發酵過程中的副產物控制優化

在白酒釀造過程中，副產物的控制是確保產品質量和符合安全標準的重要環節。副產物，如酯類、高級醇和醛類，雖然在一定程度上可以使酒增添風味，但過量則可能導致酒體不良的口感。控制副產物生成的關鍵是優化發酵條件。例如，通過精確控制發酵溫度，可以顯著減少部分酯類和高級醇的生成。副產物的控制也可以通過選擇適當的微生物菌株來實現。例如一些特定的酵母菌株或細菌所產生的特定副產物比較少，通過篩選和應用這些菌株可以有效地減少副產物的生成。此外，通過利用基因工程技術，可改變微生物的代謝途徑，減少副產物的形成。添加特定的營養補充劑或預處理原料，能有效控制某些副產物的產生。

3 釀酒過程中的控制技術

3.1 自動化控制技術

目前，自動化控制技術在現代釀酒過程中起著非常重要的作用，通過集成高級傳感器和控制軟件，精確高效地執行發酵過程。這些系統能實時監測和調整關鍵參數如溫度、pH值、溶解氧水平和營養源，優化發酵條件，確保產品質量的一致性。在自動化控制技術的實際應用中，通過整合傳感器以及數據處理功能，可自動調節加熱、冷卻、攪拌設備或營養物的供給，維持最佳的發酵環境。利用該技術還能實施復雜的發酵策略，如階段控制，在不同發酵階段自動調整參數，優化產量并確保產品質量。此外，自動化控制技術具備記錄和學習功能，能存儲歷史數據以用于過程優化和故障預測。通過應用大數據和機器學習技術，自動化控制可以識別模式和趨勢，預測并干預潛在問題，從而提高生產效率和可靠性。

3.2 在線監測與實時調控技術

在現代釀酒工藝中，通過利用在線監測與實時調控技術，可對發酵過程進行精確控制，提升生產效率，確保產品品質的一致性。在在線監測與實時調控技術的實際應用中，需部署多種高精度傳感器，如光譜分析儀、pH計、溫度感應器以及溶解氧儀等，對發酵過程中酒液的化學和物理變化進行實時監測，并做好詳細記錄。例如，利用光譜分析儀，可檢測酒液中的化合物，而pH計和溶解氧儀是對酒液的酸堿度和溶解氧水平進行監控。在獲取實時數據后，結合先進的預設算法，即可對生產環境進行調節，如調控溫度以及營養分配。例如，如果發現發酵罐內溫度超過最佳發酵范圍，則可自動啟動冷卻機制，降低溫度。此外，根據發酵進度和微生物的活性，還可以自動調整糖分、氨基酸等營養物質的添加量，優化微生物的生長環境，提高發酵效率和最終產品的質量[4]。

3.3 智能控制技術

智能控制技術可集成人工智能、機器學習和大數據分析，實時捕捉并分析影響酒品質和風味的核心因素，如溫度、pH值和酒精含量等。通過利用先進的預先訓練的機器學習模型，可對發酵過程進行精確預測。例如，根據當前的發酵溫度和pH值預測酒精生成趨勢，并自動調整加熱或冷卻系統，確保發酵過程在最佳條件下進行。此外，智能系統還能預測并自動調整營養物質的添加時機和添加量，促進酵母菌生長，提高發酵效率和最終產品的質量。

4 釀酒過程的質量控制

4.1 原料質量控制

在醬香型白酒生產中，原料的質量是產品品質的基石。高粱和小麥作為釀酒的主要原料，其品種選擇至關重要。其中，高粱需具有最佳飽和度和適合發酵的理化指標，包括淀粉含量及其他營養成分。合格的釀酒原料應在干燥、通風的環境中儲存，并控制溫濕度以防止霉變和害蟲。例如，在對原材料進行破碎處理時，需在嚴格的衛生條件下進行，如設備需潔凈并徹底消毒以防交叉污染。整個原料控制流程應詳細記錄和嚴格監控，確保每一步驟均符合質量標準。

4.2 發酵過程質量控制

發酵過程質量控制是釀酒工藝中的關鍵環節，直接影響白酒的風味、質量和安全性。因此，在發酵過程中必須嚴格監控發酵環境，保持衛生以防止雜菌污染，并確保儲酒容器定期清潔消毒以及符合食品級標準。此外，通過自動化技術實時調整溫度和pH值，可以確保微生物的活性和代謝產物的質量。發酵初期應適當供氧，促進酵母的增殖，發酵后期則需避免與氧氣接觸，減少氧化。

4.3 成品質量控制

成品質量控制是釀酒過程的最后階段，主要包括感官評估和科學檢測。經驗豐富的品酒師或質量控制專員通過評估酒的顏色、香氣、口感和整體印象，利用標準化評分系統確保每批產品質量一致。在成品質量檢測方面，應用化學分析技術，如液相色譜技術和氣相色譜-質譜聯用技術，可對成品酒精度、殘糖量、酸度進行準確檢測，還可檢測有害物質，如甲醇。此外，微生物分析也非常關鍵。例如，運用培養法和PCR技術，可以準確檢測細菌和酵母菌[5]。同時，對使用的包裝材料進行檢驗，確保其符合標準，不會與成品酒發生反應或引入異味。

5 結語

綜上所述，本文全面探討現代釀酒過程中的控制技術及其對發酵工程產生的影響。通過自動化控制、在線監測與實時調控技術，不僅可優化發酵條件，還可以確保產品質量的一致性，提高生產效率。引入智能控制技術，結合人工智能、機器學習和大數據分析，有利于增強對生產過程的精確監控和實時調整能力。此外，嚴格實施原料質量控制、發酵過程監控以及成品質量評估，可保證最終產品的安全性和高品質。展望未來，技術創新將持續推動釀酒工業的發展，以滿足市場對高品質酒類產品不斷增長的需求。

參考文獻

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[3]杜成龍，王冕，馬金同，等.釀酒酵母菌株的篩選與培養條件的優化研究[J].釀酒，2023，50（2）：89-92.

[4]白鈺琨，廖博曦，孫昭，等.釀酒酵母固態發酵的精準調控技術研究[J].食品與發酵工業，2023，49（15）：54-62.

[5]彭金龍，張輝，毛嚴根.黃酒中高級醇含量的影響因素及控制措施研究進展[J].釀酒科技，2022（10）：76-80.