中国白酒产业蒸馏装置的演变历程及研究现状

谢 军，罗恵波，曾 勇，黄 丹，黄治国，卫春会，朱莉莉*

（1.四川轻化工大学 酿酒生物技术及应用四川省重点实验室，四川 宜宾 644005；2.四川酒业茶业投资集团有限公司，四川 宜宾 644005）

中国白酒一直是我国传统发酵产品的典型代表之一，作为世界六大蒸馏酒之一，其已形成各具特色、风格典型的不同香型，呈现出百花齐放的总体格局[1]。中国白酒的起源一直是行业争论的话题，从酒星造酒[2]、猿猴酿酒[3]、仪狄作酒再到杜康造酒，众说纷纭。直到科研工作者对20世纪60年代河南省贾湖遗址中出土的陶罐上残留的类似于酒痕迹的物质进行分析后发现，当时的酿酒的主要原料是大米、果类和其他含糖物质，表明广大的劳动人民可能是中国白酒的真正制作者，此次发现将我国酿酒历史向前推到了公元前7 000年左右[4]，与起源于公元前6 000～5 800年左右的葡萄酒和起源于公元前8 500～5 500年的啤酒几乎处于同一时代[5]。目前，蒸馏装置出现的时间也存在较大的争议，就史料记载而言，中国白酒（古称烧酒）最早明确记载于史料的是公元元年左右成书的《神农本草经疏》，该书在描述砒霜等剧毒之物时，曾写到“……若得酒及烧酒服，则肠胃腐烂，顷刻杀人”，在描绘桑葚酒时，也曾写到“……亦可以汁熬烧酒，藏之经年，味愈佳”[6]；西汉时期杨雄也曾著《方言》一书，书中曾记载着“酢馏，甑也”，即酸败后的酒可以通过蒸馏操作来处理，均是早期史料记载蒸馏装置的证据之一[7]。这类史料记载较之国外“威士忌”等蒸馏酒词汇的出现早了近1 200年[8]，比意大利以葡萄为原料的蒸馏酒早了近1 300年[9]，目前，国外很多研究机构、文章和书籍都认为蒸馏酒的故乡在中国[10]。

中国白酒产业的快速发展离不开蒸馏装置和蒸馏技术的不断进步，二者可谓是相辅相成。本文从以下几个方面对中国白酒产业蒸馏装置的发展历程及研究现状进行了综述，介绍了传统的天锅甑、传统蒸馏甑桶的结构及优缺点，机械化蒸馏甑桶在传统蒸馏甑桶基础上的改进与完善，最后，对连续化蒸馏装置的类型进行了总结，并分析其主体结构、蒸馏工艺以及各自的优缺点。以期对研究中国白酒产业蒸馏技术发展历程提供一定的参考，也为后续蒸馏装置的研究提供一定理论基础。

1 天锅甑

天锅甑可谓是中国白酒行业使用范围最广、出现时间较早的蒸馏装置之一，在北京市、四川省、云南省等地均有出现，甚至至今仍能在浙江、广西和江西部分地区寻找到天锅甑的踪迹[11]。2006年，位于吉林省的大安酒厂在改造厂房时出土了大量的酿酒器具，出土的物件可组装为完整的烧酒锅具——天锅甑，到2012年，研究人员对出土物件进行深入研究并扩大发掘后确认大安酒厂遗址是辽金时期的烧酒坊，将天锅甑出现时间前推至辽金时期[12]。自20世纪90年代开始，全兴酒业对其酒坊遗址进行了全面发掘，从近300 m2的遗址中发掘出了大量的酿酒器具，完整地反映了中国传统白酒酿造工艺流程，其中一套完整的天锅甑展示于全兴酒史博物馆[13]。在对江西省辖区内一烧酒作坊遗址进行发掘时，发现了完整的酿酒遗迹，其中两处天锅甑遗迹，包括土灶、烧锅底座以及接酒等[14]，这些考古发现表明，天锅甑至少在明清时期已经得到了完善，并具有较广泛的使用。

天锅甑不仅在我国汉族人民酿酒行业有着较为广泛的应用，在部分少数民族地区也发现了天锅甑的踪迹。如云南省佤族烧酒[15]、云南省彝族烧酒、蒙古族马奶酒[16]以及拉萨的青稞酒[17]等少数民族特色酒的蒸馏装置都存在天锅甑的影子，这也证明了中国蒸馏酒的工艺和装置均为我国古人原创，不是舶来之物[18]。

1.1 天锅甑的基本结构

传统的天锅甑主要由三部分组成，自下而上分别是地锅、带箅子的木甑、盛装冷凝水的天锅及冷凝管、接酒容器等配套部件。在灶台上依次安置好地锅、木甑和天锅后开始加热，地锅中蒸汽源源不断地上涌，乙醇及其他香味物质不断从箅子上糟醅中提取、浓缩的，上升的蒸汽遇到盛放冷凝水的天锅后液化滴落于天锅底部的铜盘中，再顺着天锅底部的流酒管流入甑外的接酒容器中，即可完成蒸馏工艺。天锅甑可谓是我国古代先民在长时期的实践中不断选择、改进、完善得到的一种适用于中国白酒的蒸馏装置，其独特蒸馏原理为后续各个时代蒸馏装置的改进提供了坚实的基础，也使得中国白酒屹立于世界蒸馏酒之林[19]。

1.2 天锅甑的优点与不足

1.2.1 优点

天锅甑独特的结构形成了其通道大、汽路短、集团型汽-液相变模式的三大优势，经天锅甑蒸馏的新酒具有醇厚、温润、无明显新酒味的特点，感官品评上甚至与贮存3个月后的由地面蒸馏系统所得新酒相近。天锅甑所具有的这种优势主要与其在蒸馏过程中能够确保酒中各组分分子间、香味各组分间保持完整性密切相关，天锅甑真正地做到了在蒸馏过程中不改变酒汽中“香”“味”间原始组合比例，从而确保了酒中各种香味物质组分的比例协调。

1.2.2 不足

新中国成立以后，中国白酒产业开始不断复苏、发展、振兴，产能也在不断扩大，天锅甑出现了不适应生产的情况，主要体现在以下几个方面：

一是劳动强度大，“天锅”中的冷凝水会随着蒸馏的进行温度上升，为了确保冷凝效果需要定时更换冷凝水，同时还需要有专人不停地混匀“天锅”中的冷凝水，否则冷凝效果差。在旧时酿酒坊的学徒工首先要学会的就是搅动“天锅”中的冷凝水，存在劳动强度大、冷却效果不稳定问题。

二是流酒温度不稳定，由于天锅甑普遍采用柴火进行加热，火力大小无法控制一致，导致蒸汽压力不稳定、蒸汽对糟醅中香味物质的提纯效果减弱，加之由于天锅冷凝效果不稳定，最终很可能会导致“丰产不丰收”的现象[20]。

三是换热效率低下，由于“天锅”中冷凝水与酒蒸汽间热交换面积小、交换速率缓慢、人工搅动频率不稳定导致甑子容量受到限制，进而导致产量无法扩大，这也是天锅甑后续被闲置的主要原因之一[21]。因此，天锅甑逐渐退出了历史舞台，如今只在博物馆以及部分偏远地区能够看见天锅甑的足迹。

2 传统蒸馏甑桶

随着新中国的成立，我国工业开始复苏、振兴、扩大，天锅甑也随着中国白酒产业的振兴逐渐被地面蒸馏系统（传统蒸馏甑桶）取代。传统蒸馏甑桶是我国一种专门针对固态发酵糟醅而设计的独特蒸馏装置，不同于世界上其他蒸馏装置。其主体结构自下而上分别为地下预埋的加热器—底锅、上下口直径分别为2.0 m和1.8 m左右、高1.0 m左右的锥形圆筒、甑箅、活动的甑盖；通过中间的导汽筒与冷凝罐相连[19]。蒸馏时向加入水后的底锅中通入蒸汽，产生饱和的水蒸气并通过甑箅进入甑桶中，按照“轻撒匀铺、探气上甑”的操作要领进行上甑、封甑，水蒸气与甑桶中的糟醅进行热质交换，通过“汽化-液化-汽化”的不断循环将糟醅中酒精和微量风味物质逐步浓缩于蒸汽中并通过导汽筒传入冷凝桶中转化为酒液，完成整个蒸馏过程[22]。

2.1 传统蒸馏甑桶的演变

传统蒸馏甑桶虽是源于天锅甑，但也不仅仅是简单地将冷却装置“天锅”更换为冷凝桶，而是在使用过程中进行了不断的调整、改进，演变主要包括以下几个方面：

一是制作材料的演变，甑桶制作材料从最开始的石材、铁、铝逐步发展为现在的不锈钢材质[23]。不同材质制作的甑桶具有各自优缺点，石制甑桶具有甑桶边热传递速率慢，有利于糟醅中风味物质的萃取的优点，但存在加工困难，机械强度差的缺点；铁制和铝制甑桶虽有加工便利的优点，但因不耐腐蚀，影响酒质的缺点，应用范围受限[24]；目前普遍采用的不锈钢甑桶具有易制作、耐腐蚀、强度高、使用寿命长的优点，但也存在甑桶内酒汽不能同步上升，优质酒提取率不稳定的缺点[25]。

二是甑桶外形的演变，主要有柱筒形和圆盆形两种，由于柱筒形甑桶存在操作难度大、酒质差、蒸馏效率较低等缺点已被淘汰；圆盆形甑桶在操作恰当的基础上的蒸馏效率可达80%～96%，酒汽在甑桶内聚集效果比较好，初馏酒精度可达80%vol左右[26]。

三是出甑方式改变，传统甑桶蒸馏采用人工上甑，蒸馏结束后也由人工出甑，虽然具有结构简单、成本低、人工操作便捷等优点，但存在劳动强度大、环境恶劣、生产效率低等缺点，为了减少出甑工段的劳动强度，甑桶底部箅子改进为延中轴线打开的合页形式，蒸馏结束后将甑桶提升到摊晾区域上空，打开甑桶底部插销，合页打开即可完成出甑操作，大大减小了劳动强度[27]。

四是甑桶盖子的改进，天锅甑中采用的天锅既是冷凝器也是甑盖，具有保持酒原始风味特征的优点，但由于耗能耗水大、劳动强度大、生产率低等问题逐渐将冷凝器与甑盖分开设计使用。甑盖的设计也经历了多次的修改，由于最开始的平形甑盖存在酒蒸汽导出受阻等问题逐渐被漏斗状的甑盖取代。漏斗状的甑盖同样存在一些不足，主要问题是导汽筒和甑盖连接处存在一个较大的表面积差，酒蒸汽需要经过突然的压缩才能通过导汽筒进入冷凝罐中，突然的压缩可能会导致酒液的原始结构发生改变[26]，同时会导致部分酒蒸汽液化后沿甑盖内壁流至密封槽中造成酒损和香损。为了完善存在的不足，科研工作者们进行了一系列的改进，如甑盖夹层、填充隔热材料、在夹层内壁开孔收集酒液等，努力做大、新的突破[28]。

2.2 传统蒸馏甑桶优点与不足

2.2.1 优点

传统蒸馏甑桶虽是间歇式蒸馏，但也完全符合拉乌尔定律，实质上也可以看作是一个独特的填料蒸馏塔[29]，通过工人师傅的上甑操作在甑桶内形成糟醅层，随着蒸汽的不断上涌甑内温度不断上升，蒸汽在糟醅层内不断“汽化-液化-汽化”，经过多次萃取浓缩后使糟醅中酒精度从5%vol左右提升至65%vol左右，同时也将糟醅中微量的、数量众多的香味物质萃取至基酒中，实现对糟醅中香味物质的提取[30]，也可以在一定程度上减少有害物质的含量，如农残、重金属和塑化剂等[31]。

2.2.2 不足

传统蒸馏甑桶虽较天锅甑具有诸多优点，但依然存在一些需要改善的地方，主要包括以下几点：

一是上甑技术影响蒸馏结果，虽酿酒一线工人在长期生产实践中总结了“轻撒匀铺，探气上甑”、“松、轻、准、薄、匀、平”等上甑操作技巧，但实际生产中由于上甑工人主观因素同样也会出现由上甑操作的失误导致出酒率和基酒酒质受到影响的情况，也就是行业所说的“丰产不丰收”[32]。

二是摘酒技术影响蒸馏结果，一般会对传统白酒蒸馏过程中的基酒分段摘取、储存，如四川的浓香型白酒摘酒过程中讲究“掐头、去尾、留中间”，即摘酒师傅通过采用“看花摘酒”工艺对基酒进行分段摘取、储存，方便后续的勾调环节。但大清花、小清花、云花等不同酒花类型的判定受摘酒师傅主观性的影响，同一位摘酒师傅在不同身体状态下或者不同的摘酒师傅对于同样酒花的判断可能就会出现一些分歧，这些分歧有可能会导致分段摘酒过程中出现酒损[33]。

三是上甑失误造成蒸馏事故，在蒸馏过程中可能会因为上甑工的熟练度、认真度、身体状态等出现蒸馏事故，如底锅水添加过多、底锅水未更换比较粘稠时容易造成蒸馏时涌入甑内，导致糟醅浸水、污染，造成“淤锅”事故[34]；上甑过程中蒸汽控制不稳导致蒸汽突然中断，糟醅层随之逐渐下沉，部分气路受阻造成严重的质量事故，造成“坠甑”事故；由于上甑结束时糟醅墙没有做好或者上甑时铺撒不均匀造成偏甑、酒蒸汽从糟醅层薄弱处冲出，并沿着甑盖与甑体密封处冲出，造成酒损甚至溅射到烤酒工身上，产生烫伤事故。以上所列举的事故中轻微事故会造成酒损，严重的甚至会威胁到工人的人身安全，这是传统蒸馏甑桶在蒸馏过程中需要严格注意的事项。

四是水封造成酒损，传统蒸馏甑桶由于甑边效应会有部分酒蒸汽泄露到液封的水中，在一甑蒸馏结束后，一般导汽筒水封槽中酒损为0.7 kg左右，甑桶水封槽中酒损为2 kg左右[35]，这部分酒损虽在多次技改中得到一定的减少，但这个问题仍然存在。

3 机械化蒸馏甑桶

随着机械化在白酒行业中的不断推广，越来越多的酿酒工段实现了机械化，尤其是在蒸馏工段，目前部分酒厂已基本实现了机械化生产工艺[36]，其中机械化蒸馏甑桶是在传统蒸馏甑桶的基础上进行了诸多改进和完善形成的，主要包括以下几方面：

3.1 上甑环节的改进

鉴于人工上甑存在劳动强度较大、上甑环境较恶劣、上甑工的主观性影响出酒率和酒质等不足[37]，部分酒企开始围绕“探气上甑、轻撒匀铺”的核心工艺要求探索机械上甑工艺，目前已用于实际生产的主要为抖动式和旋转式上甑机器人。

抖动式上甑机器人主要由机械臂和料斗组成，借助红外线成像仪探测糟醅层上的温度变化来判断蒸汽的上升，达到“探汽上甑”工艺要求。上甑时通过料斗的轻微抖动将糟醅轻撒匀铺在预先设定好的区域中，使每一斗糟醅刚好完成一个区域的上甑。抖动式上甑机器人由于没有在机械臂内部设置传送装置，每一料斗上甑结束后需要转动至糟醅传送装置处进行补料，如此往复实现整个上甑过程[38-39]。

旋转式上甑机器人在抖动式上甑机器人的基础进行了改进，在机械臂内部预置了糟醅传送装置，同时配备了糟醅进出口、升降及旋转机构等辅助设备，实现了连续性上甑，优化了整个运行轨迹，提高了“探汽上甑”的灵敏度[40]。

目前，红外线热成像技术无法直接表征糟醅内层温度、上甑时糟醅铺撒不均匀、糟醅层局部汽路受阻、内置式传送带不易清洗容易滋生杂菌等仍是上甑机器人当前面临的挑战，这也将是未来上甑机器人主要解决的痛点[41-42]。

3.2 甑桶结构的改进

为了弥补传统蒸馏甑桶存在的不足，在机械化蒸馏工艺实施过程中，甑桶自身结构也在不断完善。为了减少劳动强度、减少酒损、提高生产效率，甑桶结构增加了旋转设备、升降设备和构架等辅助设备，蒸馏结束后通过电机的推动使甑桶旋转到一定角度完成出甑操作；桶内蒸汽孔采用品字形不均分布可以一定程度上减弱甑边效应；通过设置液压装置、气封装置以及桶口采用硅胶密封可以减少水封所带来的酒损[43-44]。改进后的甑桶自动化、机械化程度较高，有利于酿酒行业整个机械化的推广，实现与其他国际蒸馏酒生产技术水平的接轨[45-46]。

3.3 摘酒环节的改进

摘酒工艺的好坏受烤酒工主观因素的影响较大等问题，鉴于传统蒸馏过程中的分段摘酒主要依靠烤酒工看酒花、品评等方式，酿酒行业科研人员研发出了自动化摘酒装置[47]。自动化摘酒装置主要是在现有的基础上借助酒精度在线检测器、温度在线检测器和流量在线检测器替代烤酒工的主观判断，并设置5～6个出酒管道作为不同等级原酒的出口。馏酒时在线检测的数据反馈到中央控制器，再通过电磁阀门调节出酒管的位置实现分段摘酒的工艺要求[48-49]。

4 连续蒸馏装置

上述几种蒸馏装置均属于间歇蒸馏，在固态发酵产业中连续蒸馏装置仍处于研究阶段，目前主要集中于液态发酵产业中，郭梅君等[50]针对液态法白酒设计了一套塔式连续蒸馏装置，经过试验发现，连续蒸馏工艺在能耗方面能够节约60%左右的蒸汽用量和50%左右的冷却水用量，蒸馏后的酒质更加纯净、柔和，废醪中仅有0.5‰左右的酒份，是间歇蒸馏工艺的四分之一，相对于传统间歇蒸馏装置具有诸多优势[51]。近年来固态白酒传统间歇甑桶蒸馏工艺暴露出了一些不足，如上述的甑桶多而分散、生产效率低、容易出现酒损等。因此，为了提高整个白酒行业的机械化、智能化、自动化、连续化和联动化的程度，科研人员对固态发酵法白酒连续蒸馏装置及工艺进行了深入研究并取得了大量研究成果[52-54]，形成了不同类型的连续蒸馏装置。

4.1 筒体旋转式连续蒸馏装置

该装置主体结构包括可旋转筒体、螺旋进料和出料机、抽汽集成器、冷凝器和储酒罐等。蒸馏开始时酒醅通过螺旋进料机进入筒体，筒体以5～20 r/min开始旋转，糟醅随着筒体旋转不断向出料口前进并与通入的蒸汽充分接触，上升至顶部的酒蒸汽由抽汽集成器收集后导入冷凝器中，冷凝后的白酒流入储酒罐中，糟醅则通过螺旋出料机排出，完成整个蒸馏操作[55]。

该设备具有劳动强度低、人工需求低、生产效率高等优点，但也存在一些缺点，如旋转过程中糟醅中的疏松剂容易抛出，导致糟醅间隙减少影响蒸馏效果；筒体旋转过程中湿润的糟醅物料容易因为离心力粘贴在筒体壁上难于清洗，同时导致酒损；由于糟醅层较薄，提香效果无法赶上传统蒸馏甑桶，不适用于浓香型和酱香型等白酒的蒸馏[56]。

4.2 中空旋转轴连续蒸馏装置

该装置主体结构包括固定的密封壳体、具有螺旋叶片中空旋转轴和收集器。蒸馏开始时糟醅从中空旋转轴的一端输入，糟醅随着螺旋叶片的旋转沿着中空轴向前移动，中空轴中的加热介质被热源加热后使糟醅中的乙醇及其他香味物质挥发到壳体空间内，并被收集器捕捉，实现连续化蒸馏[57]。

该装置螺旋叶片设计为中空，与中空旋转轴相连，加热后可使糟醅受热更均匀，有利于糟醅中挥发性物质的析出；同时避免了旋转式设备存在的不足。但该装置同样存在一些不足，如整个装置较长，不同区域蒸馏出的组分不一样，不利于收集；螺旋叶片长时间使用后容易出现腐蚀现象，需选用耐酸、耐腐蚀的金属；整个螺旋轴由多个螺旋叶片组成，存在较多的死角后期清洗比较麻烦，清洗不当容易染菌。

4.3 塔式连续蒸馏装置

该装置在前面多种连续蒸馏装置的基础上，为了更好地模拟传统蒸馏甑桶在蒸馏过程中反复“汽化—液化—汽化”的浓缩过程，设计为塔式连续蒸馏装置。该装置主要由塔体、糟醅输入装置、糟醅输出装置、发热源等组成，蒸馏过程中糟醅从塔顶输入蒸馏塔中，蒸汽则从塔底输入，蒸汽由下而上穿过糟醅层对其中的乙醇及其他香味物质进行浓缩。糟醅在塔内的运动方式目前主要有两种，一是塔内设计倾斜的多级挡板，糟醅沿着多级挡板缓慢向塔底滑落，蒸汽沿着挡板间隙上升从而完成蒸酒工段；二是塔内设计有合页筛板，通过筛板的打开和关闭实现糟醅的向下滑落，蒸汽则通过筛孔穿过糟醅层完成蒸馏工段。塔式蒸馏装置虽然比之前两种均有一定的优势，但也存在一些问题，如暂时无法达到大曲酒蒸馏的标准，主要应用于麸曲或小曲清香型白酒的蒸馏[58-60]。

相对于传统间歇蒸馏来说，连续蒸馏具有着劳动强度低、生产效率高、便于实现机械化、智能化、自动化生产等优点，在小曲或麸曲白酒蒸馏过程已得到了一定的应用，并取得了一定的科研成果，但在固态法大曲白酒产业中仍处于研究阶段，尤其在浓香型白酒、酱香型白酒、大曲清香型白酒等大曲酒蒸馏方面，这是由于大曲酒糟醅相对于小曲或麸曲酒糟醅更为复杂，包括物理结构、糟醅中所含物质以及糟醅中香味物质等。在后续研究中应该以糟醅层的厚度、糟醅层数、辅料的有无、糟醅的传送方式以及酒蒸汽的收集等方面为研究中心，只有尽可能完善蒸汽与糟醅的热质交换才能够做到“丰产”又“丰收”，就当前蒸馏技术发展趋势来看，连续蒸馏装置必将是未来中国白酒产业研究的重点之一。

5 总结与展望

本文对中国白酒产业生产中的蒸馏装置的发展历程进行了综述，对传统的天锅甑、传统蒸馏甑桶、机械化蒸馏甑桶及连续蒸馏装置的主体结构及优缺点进行了总结。尽管每种蒸馏装置都存在不足之处，但在中国白酒产业的发展中起到了重要的作用。

当前，中国白酒酿造过程中采用的蒸馏装置主要还是甑桶，包括传统的和机械生产的甑桶，而连续蒸馏装置仍处于研究阶段。后续蒸馏装置研究应该将机械化、智能化和连续化作为研究中心，以保证出酒率与酒质为前提，不断地完善装置结构，提高机械化、智能化、减少劳动强度、增强稳定性，逐步被白酒企业所接受。中国白酒产业只有在传承中不断创新，才能保持永久的生机。