双向变频振压制曲试验分析

李 宏

（1.江苏食品药品职业技术学院机电工程系，江苏 淮安 223005；2.江苏省食品微生物工程实验室，江苏 淮安 223005）

大曲是白酒生产中的糖化剂、发酵剂和多种微生物的混合酶制剂［1］，大曲酿酒工艺为中国传统独特的固态发酵酿酒工艺，曲坯提浆程度（水麦胶的提表程度）是大曲生产的一个重要技术指标。传统人工踩曲的特点是“百脚一坯”、“提浆于表”，所制的曲坯结构致密、提浆好、皮张薄，便于微生物生长［2］。机械制曲作为现代酿酒企业的发展趋势，生产的曲坯大小一致、生产效率高、劳动强度低。按机械制曲的执行机构分，有冲压式、气动式、液压式［3－5］；按机械制曲的成型次数分，有单次模压成型、多次模压成型［6］。但无论是哪种机制曲，其“皮紧内松”、“提浆差”的现象都没有得到根本的解决，造成曲坯表皮缺乏营养、保水性能差，对大曲“穿衣”影响很大，导致白酒质量下降。

为了解决上述问题，提出一种新型的双向变频振压成型制曲方法，该方法的特点是借助于上下模压板与曲料、曲模成型箱与曲料以及曲料颗粒之间的振动滑移、反复挤揉操作，模拟人工踩曲过程，并分析振动频率、振动幅度、振动压力、曲坯含水率等参数对曲坯密度与提浆性能的影响。

1 试验方案与参数设定

1.1 双向变频振压制曲成型试验方案

为增强松散曲料的“流动性”，解决机械压曲中存在曲坯“皮紧内松”现象，现采用双向变频振压方式压制曲坯。其基本原理：曲模成型箱固定不动，采用不同的振动电机作为上、下模压板的振源，使上模压板与下模压板具有不同的振动频率，在振动的同时对曲坯表面进行加压的一种压曲成型方式。由于振动传播深度有限，本方案采用上下模压板同时振动。为模拟人工踩曲、表面提浆过程，上模压板振动时采用凹凸不平的碗状压板，对曲坯颗粒反复挤揉。通过变频器改变振动电机的转速，改变振动频率（压曲成型、拍打提浆采用不同的频率）和振幅A的大小，使曲坯密度、厚度、压曲压力、成型时间等，能按需求进行调整（适合不同的高温曲和中温曲）。振动的作用使曲坯表层曲料松散，为保持曲坯形状与密度均匀，在上下模压板停止振动后再采用平头压板压曲到位。

图1为曲坯双向变频振压成型加工过程示意图。具体过程：① 曲料在上料过程中，下模压板边振动边上料；② 上料结束后，凹凸不平的碗形上模压板进行低频振动，与下模压板振动频率不同，使二者的运动产生一个速度差；同时上模压板向下加压移动、下模压板向上加压移动，对曲料进行压曲成型；③ 当上下模压板的移动触发了压力传感器（根据曲坯松紧程度控制动作），上下模压板停止运动，保持原有压力以较高频率振动对曲坯表面拍打提浆。④ 上下模停止振动，将凹凸不平的上模碗形压板改为平头压板，上模压板向下加压移动，下模压板向上加压移动，到与曲模成型箱接触时完成压曲运动，保压后出坯。本方案由于采用振动制曲，使曲坯易于脱模，减化了曲模清洗工序。经多次振透压实、提出面浆，实现了曲坯表面光滑致密、松紧均匀、曲皮薄、穿衣挂霉好。

图1 曲坯双向变频振压成型过程示意图Figure 1 The process of starter-making using bidirectional variable frequency vibration method

1.2 试验参数设定

根据某酒厂曲料成份组成，把大麦40%、小麦45%、黄豆5%、豌豆10%按重量严格匹配，混合均匀后进行适度粉碎，然后加水充分搅拌。将粉碎度控制在43%～45%，以含水量为30%～50%的混合曲料作为试验对象。这里曲坯大小取270mm×175mm×80mm，曲模成型箱可根据各个酿酒企业曲坯大小设定、一机多模灵活更换。

双向双频振动压制曲坯成型，电源为三相AC 380V/50Hz，激振方式为振动电机垂直激振，振动波形为正弦波，振动频率范围为5～60Hz，最大振幅为3mm，上下模压板压力0.5～8kN，上下模压板行程可调范围0～180mm。

2 结果与分析

2.1 双向变频振压对曲坯密度的影响

振动在曲料中进行传递，当曲粒获得的能量超过彼此间的摩擦力和粘结力，不规则的曲粒由静变动，大小曲粒互相咬和镶嵌，又挤出了部分曲料水分，提高了曲坯密度的均匀性。由于曲粒沿振动方向所获得的能量是不同的，为了使曲坯密度均匀，让振动传播得远一些，在曲模成型箱上料结束后，先采用大振幅小频率同时加力振压曲坯（上下模压板采用不同的频率）。为了提高曲坯表面拍打提浆效果，再采用小振幅大频率上下模压板同时加力振压曲坯。由图2可知，振动频率越高，振幅衰减越大，振幅按指数形式衰减。

试验发现，双向变频振压后曲坯靠近心部的密度较均匀，但与上下模压板接触的曲坯最上、最下层、以及与曲模成型箱接触的曲坯前后左右层，越靠近表面越疏松，且不均匀。为使曲坯整体达到密实均匀、松紧适度（由曲坯发酵生产工艺可知，并非密度越大越好）。当密度值达到压力传感器设定的触发值时，上下模压板振动结束，将上模压板改为平头压板，上下模压板分别向上向下加压移动。当上下模压板与曲模成型箱接触时完成压曲运动，曲料经保压后出坯。通过双向变频振压制曲，较好地解决了普通制曲机压曲过硬，曲料间的空隙小、空气少、微生物生长缺少空气繁殖不佳等问题。

图2 振幅衰减示意图Figure 2 The reduction of vibration amplitude

2.2 含水率对提浆效果的影响

当含水率不变时，随着曲坯振动颗粒间距离逐渐变小，被挤出的水游离在颗粒之间。其中一部分又被曲料吸收，另一部分内则通过曲料间的孔隙向曲坯内、外部流动。随着含水率的增加，由于曲料重新吸收这部分被挤出水的能力有限，在单个振动压缩周期内，向外部流动占了很大的比例。

由试验可知，曲坯的含水率大小对曲坯形态、松紧度、融氧量均有较大的影响。当最大压力不变（维持为4kN），振动压曲频率为50Hz时，分别对含水率为30%，35%，40%，45%，50%，60%曲坯进行试验。当含水量为30%时，曲坯颗粒间粘接强度较差，部分皮料有翘曲情况；当含水量增至45%时，皮料翘曲现象基本消失；当含水量增至50%时，曲坯中原来与皮料结合较紧的面料，由于曲坯中挤出水分的流动、冲刷，出现了心部的皮料比例大于外皮的现象，曲料表面出现白浆外溢情况，试验结果见图3、4。

图3 不同含水率的曲坯心部形态Figure 3 The shape of the starter with different moisture content

图4 含水量50%（频率50Hz）的曲坯内外形态Figure 4 The inside and outside shape of the starter with moisture content is 50%（while frequency is 50Hz）

2.3 振动压曲频率对提浆效果的影响

曲坯含水率不变时，振动频率越大，单位时间内曲坯中颗粒获得的能量越多，从曲料中挤出的水越多，水的流动也越快。有的流向曲坯表面、有的流向曲坯内侧，时而向外、时而向里。流向表面的水和面料的混合物滞溜在曲坯表层中，而流向心部的混合物又将带出来的面料重新送回到心部。

当最大压力不变（维持为4kN），含水率为40%时，分别以振动压曲频率为5，10，15，20，30，40，50，60Hz进行试验。由试验可知，振动压曲频率越小，曲料中的皮料的被压弯压皱的情况越少。当振动压曲频率小于10Hz时，大部分皮料显示被压制成扁平状，曲料中皮料与面料之间的贴合较好。当振动压曲频率为40Hz时，形成曲坯心部曲料比较均匀，表皮“面浆”较多，试验结果见图5。

图5 含水量40%（频率40Hz）的曲坯内外形态Figure 5 The inside and outside shape of the starter with moisture content is 40%（while frequency is 40Hz）

当振动压曲频率大于60Hz时，皮状颗粒得不到充分的伸展，曲坯心部皮料的皱裙、弯曲情况较为明显，甚至可见少量皮料被压折现象，表皮出现白色悬浊液。这说明只有合适的振动频率，曲料才会产生较好的提浆效果，过快的振动频率，降低了混合物的可流动时间，反而对保证曲坯品质是有害的。

2.4 试验结果对比

试验证明，当混合曲料粉碎度为43%～45%，曲坯含水率为40%，上下模压力为4kN，成型振动频率为10Hz，成型振幅为2～3mm；拍打振动频率为40Hz，拍打振幅为0.9～1.2mm，曲坯双向变频振压成型效果较佳。表1为采用双向变频振压制曲与现有YQ-960型制曲机所生产的曲坯对比情况。

表1 双向变频振压制曲与YQ-960型制曲机生产曲坯比较Table 1 The comparison of bidirectional variable frequency vibration method with YQ-960starter-making machine

3 结论

双向变频振压方式作为曲坯生产的一种创新方式，曲坯成型时从上下两个方向传递交变压力，对曲坯进行柔性、重复压制，通过变频振动把面浆提到了曲坯表面。由于曲料与模盒间的振动，致使曲料不易粘在模盒上，曲模再次使用前无需对模盒进行清洗，简化了机械制曲工艺。既保证了机制曲坯的成型品质，曲坯密度均匀、孔隙度好、软硬适中；又使得曲坯易于脱模、外形平正，四角饱满，获得了较理想的表面提浆效果，具有一定的实用推广价值。

1 任飞，张晓宇.浓香型大曲糖化动力学研究［J］.食品与机械，2013，29（1）：42～44.

2 沈怡方.白酒生产技术全书［M］.北京：中国轻工业出版社，2001.

3 付捷，王瑛.我国酒厂制曲压块机的现状与发展方向［J］.包装与食品机械，2005，23（5）：29～30.

4 付捷，刘木华，罗钢，等.机械制曲成套设备研制［J］.酿酒，2007，34（3）：42～43.

5 陈贵林.探索茅台酒制曲自动化实现途径［J］.酿酒科技，2011（4）：65～66.

6 张静.多点采压压曲机设计及其关键结构件仿真研究［D］.山西：太原理工大学，2009.