白酒酿造设备的发展现状与展望

刘 朋，李志扬，倪红军*，陈林飞

（南通大学机械工程学院，江苏南通226019）

白酒酿造设备的发展现状与展望

刘 朋，李志扬，倪红军*，陈林飞

（南通大学机械工程学院，江苏南通226019）

该文介绍了传统白酒酿造设备的发展现状，系统地概述了物料混合拌料及输送机械化设备、蒸煮设备、冷却设备、糖化设备、生物发酵反应器等酿酒设备的工作原理和应用特点，阐述了酒精的净化设备、常用水处理设备、复合型多功能白酒处理机、过滤装置、自动酒降固处理机、酒老化设备等一系列酒后处理设备的用途和性能，指出了目前酿酒技术中所存在的问题，提出了将机器人技术、自动化技术和互联网技术应用于酿酒行业，提出了酿酒技术未来的研究方向及发展趋势。

酿酒设备；后处理；酿造技术；自动化技术

中国传统白酒是世界六大蒸馏酒之一，有着几千年的酿酒历史，在漫长的发展过程中，形成了天然微生物接种、固态糖化发酵、固态甑桶蒸馏的独特工艺和特有的风格。然而，传统酿酒工艺也存在一些固有的弊端，主要是效率低、劳动强度大、环境差等，尤其是在翻曲、制曲、曲粉灌装打包、酒醅出观、摊凉等环节[1]。白酒的固态酿酒工艺酒质醇厚，但白酒生产老化周期长，大部分企业都是老式工房，主要以手工操作为主，机械化程度低。为了克服固态酿酒工艺的弊端，各大酒厂致力于改进酿酒工艺，研发新技术，开发新设备，推进白酒行业的发展[2]。

目前，随着生活水平的提高，人们更加注重白酒的品质，因此，在保证白酒品质的同时，还要实现白酒生产的自动化和智能化。对现有工艺改进和优化，合理地采用机械化和自动化，提高生产效率，降低劳动强度，实现资源的合理配置[3-5]；提高企业管理和科技含量水平，促进酿酒设备向全自动化[6-8]和现代化的方向发展，促进企业向“优质、安全、低耗、可循环”的方向发展。

1 国内外发展现状

法国、德国、英国、意大利和日本等国家科技力量雄厚，涉入白酒机械化领域较早，机械化水平较高[9-11]。但国外多采用液态酿酒工艺，与国内固态酿酒工艺不同，例如以谷物类发酵蒸馏的威士忌[12-14]，以果汁发酵蒸馏的白兰地[15-17]，以甘鹿汁发酵蒸馏的朗姆酒[18-20]，以大米发酵蒸馏的日本清酒[21-23]，以葡萄发酵酿制的葡萄酒[24-26]等，机械化程度较高。

中国科学技术的不断提升，推动了白酒产业的发展。大陆地区，豉香型（如玉冰烧酒）机械化发展较快[27-29]；而酱香型（如茅台酒、郎酒等）和浓香型白酒（如五粮液、泸州老窖等），机械化水平较低，主要是因为二者对发酵程度、温湿度控制和白酒香型要求高。台湾地区的白酒属于清香型系列[30]，酿造工艺较简单，机械化较容易实现[31]。

1.1 酿酒设备的研究

1.1.1 物料混合拌料及输送机械化设备

在白酒酿造过程中，需要远距离运输大量的物料，需根据物料的不同，选用不同的输送设备。比如齿条式、螺带式等混合搅拌机构和传送网带、螺旋等输送设备以及叉车、行车运送设备。

（1）物料混合拌料设备

曲块粉碎机（见图1）：用于曲块的整体粉碎，粉碎粒度可调，强制除尘。同时还可以粉碎高粱、玉米。该类机器已在贵州茅台集团习水酒厂、四川五粮液酒厂、泸州老窖酒厂等多家酒厂得到应用。

图1 曲块粉碎机Fig.1 Pulverizer ofQublock

曲药粉碎设备（见图2）：采用低转速破碎、高锰钢耐磨锤头、粗细度可调的工作原理，把曲砖一次性粉碎，锤式粉碎集矿山机械的坚固和粮食机械的耐磨于一身，增加了产品的寿命，同时降低了故障率。利用旋风和布袋除尘，有效收集了加工曲药过程中产生粉尘，达到了无尘生产及高效利用的效果。

图2 曲药粉碎设备Fig.2 Breaking plant ofQu

（2）输送机械化设备

自动摊晾机（见图3），其主要作用是自动输送酒糟、摊晾、加浆、加曲、降温、卸料，其中加浆、加曲是非常重要的环节，制曲的水平决定了酿酒质量的高低。解决了生产过程中常见的工人劳动强度大、晾茬操作繁琐、篦子孔漏料不易回收等一些列问题。自动摊晾机维修方便、操作简单、大大降低了工人劳动强度，提高了生产效率，整个过程只需10～30 min。该类机器已在贵州茅台集团习水酒厂、广东玉冰烧酒厂、四川沱牌舍得酒厂等多家酒厂得到应用。

图3 自动摊晾机Fig.3 Automatic spread drying machine

封闭式地上自动摊晾机（见图4）可以一次性完成摊晾、加浆、加曲、搅拌、卸料等工序，其中加浆、加曲是很重要的环节，酒曲中含有丰富的微生物和培养基成分，如酵母菌、乳酸菌等，酒曲是提供酿酒用各种酶的载体。与传统工艺相比，大大降低了工人的劳动强度，一定程度上实现机械化。使高温晾茬降至规定的温度，实现较好的摊晾效果，本机上还装了多个轴流风机。在摊晾过程中，安装了多个搅拌装置，使晾茬足够松散，不易结坨，而且加浆、下曲均匀，可以将浆水、曲粉、晾茬搅拌均匀。

1.1.2 蒸煮设备

在白酒酿造过程中，其中一个重要的环节就是蒸煮，在蒸煮时应考虑到不同的工艺要求和不同的物料配比，所用设备是酒甑，主要有行车吊甑和旋转式酒甑[32]。

行车吊甑：采用专用支架作为酒甑支撑机构，沿用了传统的出甑工艺，采用了不锈钢双层保温蒸馏锅，上气快，结构紧密，节约能源。蒸粮结束后，采用行车调走，减少了工人的劳动强度，但增加了出甑作业的时间，同时对工人的操作要求比较高，存在安全隐患。

旋转式酒甑：主要由机架、甑体、行走机构、电机和传动系统组成，动力部件为电机，通过减速机构，将电机动力传送至酒甑，使其做摇摆运动，从而实现自动出甑。工作原理：热源是水蒸气，水蒸气从中心孔进入甑底，然后向上窜行，带出酒蒸汽，在甑盖处进行收集，最后通过隔板网孔输送至冷却设备[33]。

1.1.3 冷却设备

在白酒酿造过程中，冷却是非常重要的一步工艺，是保证酒质和出酒率的关键，也是保证酿酒效率的重要环节。冷却方式主要有风冷式冷却和水冷式冷却，根据不同的外部环境选择不同的冷却方式。

图5为风冷式冷却装置，其工作原理是通过翅片管实现酒蒸汽与冷却气热量交换，同时通过温度传感器自动控制温度和冷却空气量。冷却装置采用不锈钢制作，冷却效率高；冷却管采用了钢铝复合翅片管，热传导效率高、耐腐蚀。这种装置节约用水，使用寿命长，便于操作。该类机器已在贵州茅台集团习水酒厂、四川沱牌舍得酒厂、劲牌酒厂等多家酒厂得到应用。

图5 不锈钢风冷式冷却器Fig.5 Stainless steel air-cooling condenser

图6 为整体水冷式冷却装置，其工作原理是通过冷却水和酒蒸汽热量交换，同时通过温度传感器自动控制温度和冷却水量。冷却装置将甑盖、过气筒和冷却器融为一体，结构紧凑，占地面积少，安装使用方便。这种装置上汽大、流酒快、节约能源，出酒率高。

图6 整体水冷式冷却装置Fig.6 Integral water-cooling equipment

1.1.4 糖化设备

在白酒酿造过程中，其中一个环节就是糖化。白酒糖化过程是酿造基础过程，其主要作用是将大多数富含淀粉的酿酒原料转化为可发酵性糖，为发酵做准备工作。通过糖化设备实现自动进出料，进一步控制和调整温度、湿度和含氧量，促进糖化反应，另外设有摊平起堆装置，在出料时自动翻转，加快冷却速度；根据工作方式，一般分为固定床式、圆盆式、流动床式等。

1.1.5 发酵设备

在白酒酿造过程中，发酵是最重要的工艺，发酵设备也是重中之重。生物发酵反应器是发酵的核心部件，是以酶或酵母为生物催化剂为化反应提供适宜环境的设备，一般根据工艺的不同，选用不同的生物发酵反应器，目前发酵还离不开窖池，生物发酵反应器还有待深入研究。发酵设备的主攻方向是新型生物反应器的开发、新型分离手段和发酵生产过程的控制。

1.2 酒后处理设备的研究

在整个生产流程中，发酵在先，降度、净化、过滤等在后，灌装在末，故将发酵之后、灌装之前这一工作段的技术措施称之为“后处理”。在“后处理”方面，技术设备发展缓慢，投入资金也比较少，这是白酒行业发展的薄弱环节和瓶颈。

1.2.1 酒精的净化设备

酒精净化设备的主要作用就是净化酒精，净化的目的就是降低白酒中各种杂质的含量，使调配出来的酒很难尝出杂质的味道。而酒精的好坏就在于这些杂质，比如杂醇油、甲醇和醛类等，另外，基酒中残留蕃薯酮，会使酒中有异味。酒精的处理方法主要有以下几种：高锰酸钾氧化法、活性炭吸附法和臭氧净化法。酒厂里的处理方法有很多种，对改善酒精品质有一定的作用，但是不够理想。而臭氧净化法在这方面有很好的效果，臭氧净化系统主要由两部分组成，第一部分是利用臭氧氧化酒精，把酒精中的有害成分氧化；第二部分是净化塔，氧化产物进入净化塔后被吸附材料吸附掉，从而达到除杂的效果，基本去除酒中的异味。

1.2.2 常用水处理设备

经过国内多家研究院在酒后处理方面的研究中发现，国内多数酒厂的酒质不合格，有50%是由于勾兑用水的质量差引起的，可能出现的不良后果为严重的沉淀和浑浊。还要特别注意的是加浆用水，白酒搁置一段时间会出现白色片状或针状悬浮物，都是由于加浆用水不当引起的，因此白酒加浆用水必须经过处理才可以使用。经过实践，多数研究普遍认为，纯净水、软水是最好的加浆用水。水处理是提高酒质量的重要环节，也是研究的重点，目前，常用水处理设备有离子交换装置、电渗析装置和膜反渗透纯水装置[34]。该类机器已在贵州茅台集团习水酒厂、陕西西凤酒厂、泸州老窖酒厂等多家酒厂得到应用。

1.2.3 复合型多功能白酒处理机

复合型多功能白酒处理机的主要作用是降低高低度酒浑浊度，使其在低温的时候仍能保持清澈透明，从而避免出现浑浊、沉淀和降固抗冻等问题。该类机器已在贵州茅台集团习水酒厂、四川五粮液酒厂、泸州老窖酒厂等多家酒厂得到应用。

1.2.4 过滤装置

过滤装置的主要作用是过滤掉酒中的固体颗粒，随着膜技术的发展，能过滤的固体颗粒越来越小。在过滤时，应选择粗细不同的过滤器，由粗到细，逐层过滤，不仅效果好，而且节约时间。

1.2.5 自动酒降固处理机

自动酒降固处理机的主要作用是降低酒中重金属离子所产生的无机盐、有机盐和不溶物等[35]，降固效果显著、使用方便、速度快。

2.2.6 酒老化专用设备

酒老化专用设备的主要作用是减少酒中的有害成分，同时减少酒中的杂油醇，使酒发生一系列的氧化反应，促进醇与酸之间酯化反应，使酒的香味馥郁、口味甘顺、柔和。目前酒老化专用设备发展较缓慢，老化反应特别复杂，而且老化效果不佳，有待于进一步研究。

2 存在的问题和发展趋势

白酒酿造机械化、自动化势在必行，通过科技创新，实现每道工序之间机械化、自动化连接。目前，国内白酒机械化仅限于局部环节，与全方位机械化还有很大差距。据相关资料显示，国内白酒多采用固态酿酒工艺，实现机械化难度较大，只有米香型、豉香型白酒发展比较迅速，在酿造和蒸馏上基本实现了机械化。另外，国外的技术也值得学习。在制曲方面，可以借鉴日本的白酒制曲工艺和制曲设备进行创新，研制出机械化制曲、培曲设备；在粮食的蒸煮方面，可以吸收和学习国外技术，采用加压蒸煮，提高蒸煮的质量和效率；在蒸馏方面，可以借鉴国外蒸馏酒的蒸馏设备的优点，提高蒸馏设备的浓缩、提香和除杂的效果。

2.1 存在的问题

（1）前序洗瓶工艺、白酒灌装工艺、后续包装工艺等工序，大多是手工完成，混和物料搅拌和输送，工作量大，机械化水平较低，生产效率低；

（2）酒自然老化周期较长，酒老化专用设备发展缓慢，老化效果不佳；

（3）传统工艺蒸馏出来的酒存在异味，酒味不纯，浓缩除杂效果不佳，冷却时出酒率较低；

（4）酿酒发酵过程和发酵质量不易控制，自主研发和创新能力有待于提高，促进酿酒行业快速发展。

2.2 发展趋势

随着机器人技术、自动化技术和互联网技术的快速发展，酿酒自动化、智能化已是大势所趋。未来在酿酒工业中的应用主要有以下几方面：

（1）将机器人技术应用于混和物料搅拌和输送、酿酒操作、前序洗瓶工艺、白酒灌装工艺、后续包装工艺等工序，代替人工操作，提高生产效率。

（2）将自动化技术应用于整个酿酒过程中，形成蒸粮自动化、发酵自动化、凉糟自动化、酒糟处理自动化、包装自动化、制曲生产自动化等一系列自动化生产线，自动化生产线具有高度智能化、自动化、劳动强度小、成本低、效率高、产品质量高等特点。

（3）将互联网技术应用于整个酿酒过程，在培曲过程中，实现自动监测曲块及曲房温度、湿度的即时变化情况；在蒸煮和冷却过程中，在料糟冷却摊晾、酒汽冷却酒温控制、培养箱温度控制调整上实现自动化；在蒸酒过程中，通过压力传感器控制调整蒸汽的开度，实现生产自动化；在酒库管理方面，实现自动化管理，自动化计算，信息数据网络化与共享化，保证计量准确和运行的封闭性；在酒储存和自然老化方面，实现实时监测储存环境温度、湿度和透光度等因素的变化，做出适当的调整，最大限度地保证酒的品味和风格，并发挥自动化、智能化潜能。

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Development status and prospects ofBaijiu-making equipments

LIU Peng,LI Zhiyang,NI Hongjun*,CHEN Linfei(School of Mechanical Engineering,Nantong University,Nantong 226019,China)

The development status of traditionalBaijiu(liquor)-making equipments was mainly introduced.The working principle and application characteristics ofBaijiu-making equipments including material mixing and conveying mechanical equipment,cooking equipment,cooling equipment, saccharification equipment,biological fermentation reactor were systematically summarized.The use and performance of a series of liquor post-processing equipments including alcohol purification equipment,commonly used water treatment equipment,multifunctional complex liquor processor, filtering device,automatic liquor solid-reducing processor,liquor aging equipment were expounded.The problems in theBaijiu-making technology were pointed out.Robot technology,automation technology and internet technology used in liquor-making industry was put forward,and the future research direction and development trend ofBaijiu-making technology was put forward as well.

Baijiu-making equipment;post-processing;Baijiu-making technology;automation technology

U673.38

0254-5071（2017）01-0024-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.01.005

2016-08-11

江苏高校优势学科建设工程资助项目（苏政办发（2014）37号）；南通市应用研究计划项目（BK2014053）

刘朋（1993-），男，硕士研究生，研究方向为花露烧检测分析及其老化装置。

*通讯作者：倪红军（1965-），男，教授，博士，研究方向为数字化制造技术。