信息化管理系统在浓香型白酒酿造过程中的应用研究

◎ 彭英杰，庹先国，付 妮，母雯竹

（1.四川轻化工大学自动化与信息工程学院，四川 宜宾 644000；2.人工智能四川省重点实验室，四川 宜宾 644000）

白酒作为我国独有的固态蒸馏酒[1]，以酒曲为糖化发酵剂，采用固态发酵，蒸馏、贮存和勾调而成，已有2000多年的历史[2]。但相较于啤酒、葡萄酒等液态酒酿造过程的高度自动化、信息化而言[3]，大多数白酒生产企业目前仍处于单体设备辅助人工操作的自动化起步阶段[4]。随着资源环境约束趋紧、生产要素成本压力加大、国内市场需求下滑、外部竞争激烈等巨大挑战，白酒生产向自动化、信息化、智能化方向发展将成为必然的趋势[5]。

1 酿造过程对浓香型白酒品质的影响

1.1 影响浓香型白酒品质的关键物质

在浓香型白酒中，水与酒精约占总重量的98%～99%，能够影响白酒风味的成分物质含量仅占总重量的1%～2%[6]。这些风味物质虽然含量很低，但风味物质的组成及含量却对白酒的口感和香味有着极大的贡献，是形成不同酒类风格的重要依据[7]。

1.2 酿造过程对白酒品质的影响因素

白酒风味物质绝大部分是原料在发酵形成酒醅的过程中，经窖池和酒曲中微生物及酶作用下产生的[8]。发酵所形成的酒醅中除水和酒精外，还含有酯类、酸类、醇类、醛类、酮类等决定白酒风格的微量物质，通过对酒醅蒸馏使其中的成分得到浓缩，并馏出酒精及风味物质形成白酒。

“生香靠发酵，提香靠蒸馏”是固态法酿造白酒的传统工艺总结，酒糟发酵的好坏及酒醅蒸馏过程的优劣，都是浓香型白酒风味物质形成的关键[9]。

2 浓香型白酒的信息化管理系统

2.1 信息化管理系统的意义

浓香型白酒通用的简化生产过程如图1所示（省略了润粮及摊晾环节），其一般工艺为酒糟出窖后与原辅料按一定比例配比后上甑、蒸馏；在蒸馏过程中，摘酒入临时储酒库，再入陈酿储酒库；蒸馏完成后，摊凉加曲药再入窖发酵[10]。

图1 浓香型白酒酿造过程简图

为了使整个生产过程安全可靠、提升白酒品质、实现对生产过程的追溯，建立对监控人员、设备、物料、环境、产出等要素无缝衔接的信息化管理系统非常必要。

2.2 信息化管理系统架构

该系统以中央管理系统为核心，下辖原辅料库信息化管理系统、曲房信息化管理系统、车间信息化管理系统、陈酿酒库管理系统、能源系统。其中，原辅料库信息化管理系统用于管理物料出入库；曲房信息化管理系统用于管理曲药的生产过程；车间信息化管理系统用于管理白酒发酵蒸馏过程；陈酿酒库管理系统用于检测原酒状态；能源管理系统用于监控能源使用状况。

2.3 信息化管理系统的构成

2.3.1 原辅料库信息化管理系统

原辅料库信息化管理系统主要用于管理白酒酿造中制曲、发酵所使用原辅料在库中的存储数据及原辅料出入库的相关数据。

该系统采集原辅料库中的称重数据以及部分通过人机交互终端输入的数据，实现对物料来源的监控。

2.3.2 曲房信息化管理系统

信息化系统通过采集曲房内传感器的数据，可以获取曲房内实时的气含量、二氧化碳含量、温度及湿度数据。同时，通过信息化系统，可管理曲房中所使用物料的信息、记录各个区块的生产时间及预计成熟时间，以及产出区块的使用情况。

2.3.3 生产车间信息化管理系统

2.3.3.1 设备管理系统

信息化管理系统通过设备接入平台，可获取各个单体自动化设备的运行状态及关键运行参数，通过这些参数与生产工艺关联，可实现对白酒生产过程的溯源及关键工艺参数监视。

2.3.3.2 窖池管理系统

信息化管理系统通过窖池中的可移动温度传感器，可获取窖池的温度变化情况。同时，通过淀粉含量、总酸测量装置可获取发酵的进程，从而灵活调整发酵周期。此窖池管理系统还具有记录、显示各个窖池中的发酵参数、入窖时间、糟醅原料来源、曲药信息的功能。

2.3.3.3 工艺管理系统

通过信息化管理系统，企业可自行设计不同的生产任务，为不同任务制定不同的生产计划，制定不同的工艺，而工艺中又包含不同的设备参与情况及工艺参数。

此外，工艺管理系统可以实现对车间人员管理、配方管理以及工艺路线管理。

2.3.3.4 自动排产系统

该系统可利用算法，对发酵时间以及实时采集的酒醅参数进行加权计算并排序，将得分高的窖池优先安排生产。

2.3.3.5 暂存酒库管理系统

信息化管理系统通过采集储酒罐中的液位、流量传感器数据，可获取当前酒罐的实时参数；通过采集自动化设备的运行信号，可记录酒的来源；通过采集智能摘酒装置，可获取白酒的酒段数据，并给出酒库的存量信息[11]。

2.3.4 陈酿酒库信息化管理系统

该系统可记录大型酒罐中原酒的构成来源，以及酒罐中所储存白酒的酒段信息。同时，通过采集库中的温度液位传感器，可获取实时参数。

2.3.5 能源信息化管理系统

该系统可记录各个车间、各设备的能源消耗情况，并核算运行成本。

3 信息化管理系统的局限

3.1 影响白酒风味物质的成分研究

目前，学界研究大多集中于对窖池中微生物群落结构的空间差异[12]。

3.2 传感器技术

目前，在白酒生产过程中，仍然有许多环节尚未实现自动化，导致信息化系统在白酒酿造中的研究进展困难。自动化技术发展困难的主要原因是传感器技术不成熟，在许多环节无法实现对物质的精确检测。

4 信息化管理系统的展望

目前，许多白酒企业虽然在积极引入自动化设备，但由于浓香型白酒香味物质的特殊性，在蒸馏环节具有较复杂的工艺，虽然自动上甑机器人已经得到推广，但主要集中在中低端白酒的基酒生产。只有自动化设备的大规模普及，才能在此基础上实现大规模的信息化。

传感器及在线检测技术尚不成熟，尤其是在物质成分检测上仍有许多困难，白酒企业的信息化系统有许多环节需要人工参与，无法做到完全自动化。

白酒的信息化之路是值得期待的。小曲清香型白酒的生产过程已经普遍实现了信息化；浓香型白酒生产中的制曲、原辅料仓储、陈酿等环节，也已基本实现信息化。虽然由于传感器不成熟，蒸馏生产过程尚未完全实现信息化，但在设备管理、自动排产、工艺配方管理、溯源等环节，信息化技术已经相对成熟。

信息化管理系统的中控部分仍有值得研究的地方，相对于其他制造业，白酒企业生产由于溯源因素多，其中央管理系统的研发需要在各个子系统基本成熟的条件下进行。

未来，通过积极引入可视分析、大数据、人工智能等方法，将信息化采集的数据用到生产之中，可实现浓香型白酒从自动化向信息化、智能化的发展。