基于模糊数学的酿酒辅料稻壳综合评价方法

郎定常，何翠容，李万群，韦 杰，兰小琴，袁松林

（1.四川省酒类科研所，四川成都 610017；2.宜宾金喜来酒业有限公司，四川宜宾 644103；3.四川省宜宾竹海酒业有限公司，四川宜宾 644304）

酿酒辅料主要是指固态法白酒生产中用于辅助发酵及蒸馏的填充剂和膨松剂[1]，辅料中含有较多刚性的纤维素，具有较好的支撑作用[2]，生产中主要利用辅料的物理特性，使酒醅更有骨架感和具有适当的疏松度与含氧量，同时具有增加界面、调整酒醅淀粉浓度、冲淡酸度、吸收酒精和保持浆水的作用，使蒸煮、糖化发酵和蒸馏能顺利进行，利于酒醅的正常升温[3]。稻壳又称砻糠，系稻谷在加工大米时脱下的外壳，主要由外颖、内颖、下护颖、上护颖和小穗轴组成[4]（图1），具有硬度大、韧性强、性质稳定的物理特性，加之来源广、成本低，是中国白酒特别是浓香型固态法白酒酿造中普遍使用的辅料，用量占投料量的17 %～26 %，其品质优劣直接影响窖内发酵和基酒口感。目前，国家标准、行业标准、地方标准中对稻壳质量检验方法及标准基本没有。在实际生产中，稻壳品质控制完全依靠现场操作工人的手感和闻香决定，这种方法具有极强的主观片面性[5]。模糊综合评价法是一种基于模糊数学理论的综合评价方法，该方法通过将所采集的影响结果评价的因素数据组织成模糊化单元，将模糊化单元输入到模糊逻辑系统，通过一系列模糊隶属度函数运算将输入数据映射为分析结果，根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，具有结果清晰、系统性强的特点[6]。颜色、气味、夹杂物、20 目筛下物、水分、容重、骨力、吸水量、松紧度、果胶含量及多缩戊糖含量等是评价稻壳品质的重要因素，其中，颜色和气味可综合反映出稻壳的新鲜度，夹杂物可体现稻壳的洁净度，20目筛下物、容重与骨力用于综合评价稻壳在糟醅中的骨架感和疏松度。本研究结合酿酒企业生产实际，基于直观简便、快速实用及便于生产企业现场实施的原则，将感官、夹杂物、20 目筛下物、容重和骨力作为酿酒辅料稻壳品质评价的五因素（U=（U1 感官，U2夹杂物，U3 20 目筛下物，U4 容重，U5 骨力）），建立一种快速评价稻壳品质的模糊数学模型，通过模型结果将稻壳进行三等级划分，为酿酒企业提供一种客观准确、简单实用的稻壳品质评价方法。

图1 稻壳组织结构剖面图

1 材料与方法

1.1 材料、仪器

稻壳样品：试样准备参考GB 5491—1985 粮食、油料检验扦样、分样法。

试验器具：广口瓶；恒温水浴锅；天平（感量0.01 g，0.0001 g）；1.0 mm圆孔分样筛；干燥器；500 mL量筒；1 kg砝码（或其他代替工具）；镊子。

1.2 试验方法

1.2.1 感官

颜色：取5～10 g去除夹杂物的稻壳样品，在洁净白纸上均匀铺开，在自然光线下仔细观察样品的整体颜色和色泽。对色泽不易鉴定的取20 g 样品，在贴有黑纸的平板（20 cm×40 cm）上均匀地摊成15 cm×20 cm 的薄层，在自然光线下仔细观察样品整体颜色和光泽。

气味：取5～10 g去除夹杂物的稻壳样品，放在手掌中用拳头攥握20 s 提高样品温度，立即嗅闻其气味。对气味不易鉴定的样品，分取10 g 样品，放入广口瓶，置于60～70 ℃的水浴锅中，盖上瓶塞，保温8～10 min，开盖嗅辨气味。

1.2.2 夹杂物（I）

准确称取50 g（精确至0.01 g）稻壳样品，用镊子从样品中挑出肉眼可见夹杂物，包括玻璃、金属、穗梗、绳线、泥石、昆虫体等，称重为m1（精确至0.01 g）。

1.2.3 20目筛下物（B）

准确称取50 g（精确至0.01 g）去除夹杂物稻壳样品，倒入20 目分样筛，盖好筛盖。将筛放在光滑的桌面，用双手以110～120 次/min 的速度，按顺时针方向和逆时针方向各筛动一定时间，筛动范围掌握在筛直径扩大8～10 cm，筛后静置10 s，筛下物称重为m2（精确至0.01 g），卡在筛层间的颗粒属于筛上物。

1.2.4 容重（D）

取洁净的500 mL量筒置于天平上去皮归零，将去除夹杂物的稻壳样品缓慢装入500 mL量筒，让稻壳自然落下，装至500 mL刻度线处，停止装样，称重为m3。

容重（kg/m3）=m3×2

1.2.5 骨力（V）

本研究中的骨力指一定体积稻壳的总硬度和总弹性，用500 cm3稻壳在外力作用下的最大体积形变量和撤去外力后的体积回复形变量表征，以评价稻壳在酒醅中的支撑作用与疏松作用。将稻壳样品缓慢装入500 mL量筒，让稻壳自然落下，装至500 mL刻度线处，停止装样，在稻壳表面放入1 kg 的砝码，记录稻壳体积形变量V1（cm3），撤去砝码，记录稻壳体积回复形变量V2（cm3），综合V1、V2评价稻壳骨力[7]。

2 结果与分析

2.1 20目筛下物检测中筛分时间的确定

稻谷在进行机械剥壳时，形成一定形状的自然壳瓣，稻壳作为酿酒辅料，相对其他辅料具有良好的吸水性和骨力，实际生产中通常以2～4 瓣的粗壳（长5～10 mm，宽1.0～3.0 mm）为佳，不用细壳。本研究中的20 目筛下物检测主要用于考察稻壳中对糟醅起主要支撑和疏松作用的无贡献部分所占比例，筛分时间长短对20 目筛下物检测结果影响较大，因此，本研究对不同筛分时间的20 目筛下物进行了对比（见表1）。

由表1可知，当筛分时间为20 s时，筛下物多为细小物，在支撑和疏松糟醅方面几乎无贡献，随筛分时间的延长，筛下物含量增加，对糟醅起支撑和疏松作用的部分有效壳瓣被筛下。因此，本研究中20目筛下物检测时采用的筛分时间为20 s，见图2。

表1 不同筛分时间下20目筛下物的含量

图2 不同筛分时间下20目筛下物外观

2.2 不同企业稻壳的检测结果

按1.2所述检测方法，对5家白酒生产企业采购稻壳的感官、夹杂物、20 目筛下物、容重、骨力指标进行测定，结果见表2。

稻壳颜色主要与水稻品种有关，一般呈黄色和金黄色，也有呈黄褐色和棕红色等。由表2可知，本研究中5家企业采购的稻壳颜色金黄，气味纯正，色泽和气味无显著性差异；5 个样品中的夹杂物多为稻叶、穗梗和少量绳线，无玻璃、金属、泥石、昆虫体等，夹杂物含量均低于0.2%，符合《白酒生产技术全书》中杂物不高于0.2%的要求[8]；20 目筛下物用于考察稻壳中对糟醅起主要支撑和疏松作用的无贡献部分所占比例，5 家白酒企业稻壳样品筛下物含量表现为A＞B＞E＞D＞C；稻壳具有容重小的物理特点，容重主要与稻壳夹杂物、粗细度、水分、散落系数等相关，5 家白酒生产企业采购的稻壳容重在104～111 kg/m3范围，差异较小；骨力大小直接关系到稻壳所能调节的酒醅含水量和含氧量，5 家企业采购的稻壳，表征骨力值的V1、V2分别在20～45 cm3和10～20 cm3范围，差异性较大，其中B企业采购稻壳骨力值最大，E企业采购稻壳骨力值最小。综上，5家白酒生产企业采购稻壳的感官、夹杂物、20目筛下物、容重与骨力指标在评价稻壳品质时的指向性不完全一致，5个指标对稻壳品质的影响程度不同，当各指标的指向性不一致使得结果具有不确定性时，需确定各指标对稻壳品质的影响权重，建立系统的稻壳品质评价方法以明确稻壳质量等级，对稻壳品质进行客观科学的综合评价。因此，本研究引入模糊综合评价法，利用模糊数学对受到多因素影响的对象做出明确的总体评价，较好地解决稻壳品质评价时的不确定性问题。

表2 稻壳检测结果

表3 稻壳评价因素评分表

表4 稻壳品质评价标准参照表

2.3 建立评价方法模型

2.3.1 确定评价因素权重系数

各评价因素对稻壳品质的影响程度不同，为了对稻壳品质进行客观科学的评价，需确定各因素对稻壳品质的影响权重。选取10 名经验丰富的酿酒师作为评价人员，按照“0～4 评分法”对稻壳品质评价因素的重要性进行打分，各评价因素得分与所有评价因素总分的比值即为该评价因素的权重系数。评价因素评分如表3 所示，各评价因素的权重值分别为X=（X感官=0.11，X夹杂物=0.17，X20目筛下物=0.24，X容重=0.20，X骨力=0.28）。

2.3.2 确定稻壳品质评价等级

按1.2所述检测方法，对大量稻壳样品进行五因素检测，建立稻壳品质评价标准参照表（表4）。选取20位经验丰富的酿酒师，按照表4所述评价标准对待鉴评样品进行质量等级评定，共分为3 个质量等级，即n=（优良，中等，较差），统计对应评价因素评定结果的相应人数，如表5所示。

表5 稻壳质量等级评定表

2.3.3 确定模糊隶属度函数

以稻壳质量等级评定表（表5）为基础，构建模糊隶属度函数R：

2.3.4 综合评价矩阵构建与加权计算

根据评价因素权重系数（X）与模糊隶属度函数（R）构建综合评价矩阵Y，对5个评价因素的隶属度进行加权平均计算，即Y=（Y1，Y2，Y3）=X×R=（X感官=0.11，X夹杂物=0.17，X20目筛下物=0.24，X容重=0.20，X骨力=0.28）×，模糊综合评价矩阵Y 中最大值Ymax所对应的评价等级即为模糊综合评价的最终结果。

2.3.5 基于模糊综合评价法的稻壳品质评价应用

根据5家白酒企业稻壳样品检测结果（表2），按照表4所述评价标准，应用模糊综合评价模型对5家白酒企业稻壳进行质量等级评定，结果如表6所示。

表6 5家白酒企业稻壳样品品质评定结果

经过模糊综合评价分析，YA=（0.255，0.529，0.216），YB=（0.549，0.451，0），YC=（1，0，0），YD=（0.7945，0.0555，0.15），YE=（0.509，0.463，0.028），A企业稻壳样品品质评价结果为中等，B 企业、C 企业、D 企业、E 企业稻壳样品品质评价结果均为优良。

3 结语

本研究将感官、夹杂物、20目筛下物、容重和骨力作为稻壳的品质评价因素，建立了五因素检测方法，根据“0～4评分法”确定模型中感官、夹杂物、20目筛下物、容重和骨力5 个评价因素的权重系数分别为0.11、0.17、0.24、0.20 和0.28，建立了一种客观准确、简单实用的酿酒辅料稻壳品质的模糊数学评价模型，通过模糊综合评价结果将稻壳划分为优良、中等、较差3个质量等级，运用该模糊综合评价法对5个白酒生产企业采购的酿酒辅料稻壳进行评价，A企业稻壳样品品质评价结果为中等，B 企业、C 企业、D 企业、E 企业稻壳样品品质评价结果均为优良。