酒体设计系统在白酒行业中的应用研究进展

赵宏朋，雷 康，陈 勇，魏江志，何 航，牟 彬，林 东

(四川水井坊股份有限公司，四川成都 610036)

中国白酒是一个非常独特的产品，具有精神属性和文化特征。白酒是以富含淀粉质的粮谷类为原料，以酒曲为糖化发酵剂,采用固态、半固态或液态发酵，经蒸馏、贮存和酒体设计而成的含酒精饮料，种类众多，风格各异[1-2]。酒体设计是运用感官鉴评、分析，综合评判酒的特性，得出组合配比方案，进行产品研发与创新升级。传统酒体设计过程存在劳动强度大、效率低、稳定性差、易波动等问题，需要敏锐的感官、丰富的经验和极好的素质[3]。随着智能制造战略的实施，以及互联网、计算机的普及，与白酒相关的辅助工具及系统应运而生、百花齐放。本文概述了当前大多数白酒企业酒体设计所采用的理念，涵盖了酒体设计的工艺流程及特点，重点综述了酒体设计及其相关系统在白酒企业中的应用情况，初步探讨了酒体设计系统作为一种新兴技术的使用情况及前景展望。

1 酒体设计概述

酒体设计，又称勾兑或勾调，是随着白酒生产技术的进步而逐渐形成的白酒关键技术之一[4]。其主要是以感官品评为主，色谱分析白酒中风味物质含量为辅助，综合评判各种酒的特性，再通过不断调配相互之间的比例,使酒中风味物质重新排列与组合,从而达到预先设想的香味和风格特征，得到对应的产品。目的在于将不同特点的酒,通过酒体设计，调整酒度、统一酒质、彰显个性、提高质量、稳定酒体、控制变量、综合平衡，做到弥补缺陷,扬长避短，风格鲜明，独具特色[5]。

长期以来，酒体设计从品评开始，先建立库存基酒的信息库，掌握贮存白酒的自身属性，如酒度、品质、特征、数量、来源等。在此基础上，根据任务需求，计算存量并构建组合调味配方，进行创作。创作主要分为两个部分，小样设计和大样制作。小样设计，是按照预先设计出的组合配方，进行反复品评、筛选、调整得出的样品。小样设计完成，即配方确定后，需要进行放大实验，特别是需要考虑放大样品过程中，配方的实施性、理化指标的波动性、感官品评的一致性。大样制作，包括物料用量计算、搭配、组合、搅拌、吸附、沉淀、过滤、品评等工艺步骤。物料用量计算包括酒度、吨数等；搭配包括顺序、时间、温度等；搅拌包括搅拌方式的选择、搅拌器的选择、搅拌时间的确定等；吸附包括吸附剂的类型、添加量的多少、吸附时间等影响因素；沉淀包括容器的选择、沉淀方式和时长等；过滤包括过滤方式、过滤设备、过滤速率等[6]。大样制作前，需确定整个环节的各项参数，同时还需建立台账记录，有源可溯，保障小样配方的展开和配方放大的实现。

酒体设计工艺流程如图1 所示，在酒体设计全过程中，涉及流程较广、变量多，配方计算量大且复杂，记录台账极多且细，作业操作不便捷、十分繁琐，一步错误全盘重来。

图1 酒体设计工艺流程

2 酒体设计系统

酒体设计系统是大量的科研人员和白酒生产企业在长期的科研工作生产中，为了方便操作、提高效率，利用计算机、互联网等技术实现的。因酒体设计繁琐复杂，所以其系统涵盖十分广泛。本文将酒体设计系统涵盖分为三类进行描述，即第一类酒体设计相关辅助工具，主要涉及小样设计过程中的品评、选酒、配方等便携式软件系统的应用；第二类酒体设计设备系统，着重涉及大样的自动化组合、控制等系统的应用；第三类酒体设计系统，主要从市场到配方、小样、大样等全局出发，涉及管理与技术层面整体的系统应用。

2.1 酒体设计相关辅助工具

白酒的感官品评技术受到了全行业的高度重视。品评和酒体设计是白酒生产的关键工序，品评是酒体设计的基础，始终贯穿全过程，是检验酒体设计结果快速有效的方法[7]。随着科学技术的进步，色谱、光谱、核磁等技术的成熟，品酒也从人工经验的感官品评逐渐发展到数字化、智能化、现代化阶段。

宋书玉[8]通过研究白酒计算机品评技术，把感官指标数据化。将计算机编程完成的感官数据进行统计、计算，并对品评结果进行归纳总结。使计算机品评系统具备科学、公正、快速、严谨、准确、全面等特点，便于指导生产，为酒体设计工作的飞跃做铺垫。安徽古井贡酒与济南恒大视讯科技合作[9]，开发了一款基于计算机网络的品酒系统，其依托网络设备，增强计算机与服务器通讯关联，再利用计算机自动处理数据，做到对品酒数据快速统计汇总，改变了原有的人工品酒打分操作及流程，极大缩短了品评时间。河北三井酒业[10]也将计算机数据库技术应用在白酒品评中，形成了一套有自身特色、经济实用的白酒品评辅助系统。针对酒体设计过程中计算复杂的问题，吕浩[11]从白酒勾兑实践出发，以95%vol酒精为基准，建立了一个简捷的基础数据表，推导出了一套便捷的白酒勾兑计算公式和方法。

针对传统人工品评受自身状态等因素影响，贵州国台酒业与中科院自动化所合作[12]，共同研发智能品酒系统，探寻品评过程及结果的标准化，节省品酒所需人员的数量。重点开展了基于傅里叶变换红外光谱技术的自动品酒工艺系统研究，建立基于傅里叶变换红外光谱的酱香型白酒基酒口感和香型定性分析模型，利用红外光谱数据采集，向量机优选谱图，并基于Matlab平台综合开发了智能品酒系统。该系统应用于2018 年酱香型基酒1310 个样本的感官品评得分预测，结果表明，模型中除酱香准确度为82 %，其余评分维度均高于97 %。在酱香型成品白酒定性分析区别度达到100%，且软件开发代码容量10000行以上。

随着智能手机设备的大面积使用，酒体设计也可以通过手机及软件设备进行操作。四川省食品发酵工业研究设计院基于苹果IOS 系统，研发了“勾调大师”手机软件APP[13]，其设备系统涵盖“基酒管理、酒体设计、勾调操作、工具”四大模块的功能，应用于酒体设计工作中，过程简化，与手机绑定，避免繁琐的查表运算，提高酒体设计工作的效率。此外，根据中小型白酒生产企业现状，卢斌等[14]以国际酒精温标为基础，研究开发了微信小程序“白酒酒度换算助手APP”，其功能包括酒精密度计算、20 ℃酒精度计算、酒精度折算率、加浆计算、公斤/升换算以及勾调计算等内容。

利用软件工具进行酒体设计不仅便捷，时刻同步，其显著的优点是可通过不同的编程方式和不同运算逻辑进行模拟运算，不仅扩大了企业的产品链条，还有助于进入不同的消费市场从而增加企业收入[15-16]。内蒙古蒙古王酒业[17]申报研发的TFGT 新型白酒计算机分析勾调系统，其主要侧重于算法及编程的研究，共构建出了模拟勾兑、调香勾兑、源浆勾兑、模糊勾兑4 种勾调方式，用于模拟设计高、中、低档白酒。邯郸丛台酒厂[18]在巨量的实际勾兑经验的基础之上，提出了白酒勾兑的数学模型，并将该模型输入至计算机中，利用虚拟软件技术进行优化计算。山东泰山生力源集团[19]通过在局域网运行的前提下，建立数据模型，开发白酒生产CAD软件系统，其关键技术在于模糊数学、统计学的应用，网络数据模型的建立，软件适用于各种香型白酒的设计。关于配方的设计，韩强等[20]基于人工智能的白酒勾调控制方法及勾调控制系统，通过BP神经网络算法与线性目标规划法相结合，根据成品酒微量成分的理化指标和感官指标，综合建立白酒勾兑配方模型。同样基于人工智能，蒋伟[21]通过接收预勾调信息，计算最佳搭配比例，模拟生成白酒勾兑小样。

2.2 酒体设计设备系统

目前白酒行业随着机械化、数字化的推进，涌现出许多智能勾调、智能控制等设备，其系统能降低人为误差，节省时间，提升勾调成功率。设备系统主要以自动勾调仪器相关的硬件为主实体配套设备系统，辅助进行大样制作。

在酒体设计大样制作中，主要是利用管道、泵、流量计、传感器、酒罐等实体硬件进行放大操作。在此过程中，出现了许多便捷助力的设备系统，利用计算机技术研发出了很多自动化酒体设计设备技术，如采用传感器获取数据进行实时管道流量监控和计算机自动顶酒，有效的规避了人工操作效率低的问题，并且全程采用计算机进行设计，很好地稳定了成酒的质量[22]。基于便捷设备及软件的出现，诞生了整套相应酒体设计设备控制系统，如湖北稻花香酒业与宜昌纵横科技[23]共同开发了一款白酒勾兑自动控制系统，该系统包括多个配装电控阀的基酒罐和调味酒罐，一个配装输送泵的纯水罐和带压缩空气净化装置的空气压缩机，通过过滤系统与成品酒罐相连的多个勾兑罐，可编程控制器PLC 和工业控制计算机，将计算机与设备关联，自动进行酒体勾调。该设备系统具有可操作性强，成功率高、效率高等优点。哈尔滨美神酒业白彦秋[24]将白酒自动化勾调系统进行推广演示，其主要是由数据采集系统、监测报警系统、勾调控制系统组成，可通过远程对各种泵、阀门、仪表、电控元件进行监测与调控。杨团元等[25]对湖南白云边酒业有限公司的勾兑、过滤、输送过程的工艺管路进行了优化设计，灵活地实现各罐之间的酒液相互自动传输和勾兑，工艺管路具有通用性和灵活性，借用过滤管路、勾兑管路、软水管路等，实现引水、顶水等工艺步骤，提高勾兑的精度。勾兑自控系统设计上应用了网络总线技术，实现了勾兑生产的自动控制。贵州茅台酒厂[26]构建了一种计算机自动化勾调系统，通过结合脉冲气动调和系统与片式过滤系统实现了对白酒勾调过程的实时监控，加强了各项参数的处理和传输的能力，提高了各个批次成品酒之间的稳定性。应用酒体设计设备系统及相关硬件的还有泸州老窖[27]、新疆伊犁酿酒总厂[28]和青岛琅琊台[29]等。

在硬件的基础上，加上智能化的软件，生产效率大幅提高。张煜行等[30]开发了白酒规模化勾调智能控制系统，该系统将硬件结构和软件功能融为一体。通过将酒水瞬时体积流量依据表达多项式直接折合成标准状态的流量，在软件上进行智能调控，实现了小样与大样感官品评和理化指标的稳定一致，保证了成品酒的风格和质量要求，应用该系统生产效率提高了5倍以上。王贤等[31]将白酒自动化控制系统在生产中应用，与传统人工勾调进行对比，发现自动化控制系统更具优势。自动化勾调配制迅速，理化指标更接近小样，且多批次更稳定，酒样质量的协调度更优，极大降低了劳动强度，提高生产效率。应用该系统后，勾调能力可达13 万吨/年。

2.3 酒体设计系统在全局管理与技术层面的应用

酒体设计作为白酒质量生产控制的最后工艺环节，其工艺质量的好坏直接关系到整个产品的优劣、成本的高低、消费者的接受度。白酒企业在建立完善质量管理体系的同时，也应对酒体设计过程管理进行改善[32]。通过细化酒体设计工序及流程的管理，以保证需求的高效完成，使酒体设计工序和管理趋于科学化。

酒体设计系统是通过网络信息技术与传统产业相融合，在保留传统工艺的基础上，将白酒生产中陈酿贮存、组合调味、品评记录等酒体设计工艺相关控制信息等实现动态化、信息化的计算机管理。其形成的系统提高了生产效率，降低了劳动强度，缩短了新产品开发周期，稳定了产品质量，满足了消费者的需求，为企业快速持续发展提供了有力的保证[33]。为了确保酒体设计任务的顺利进行、工作的有序开展，泸州老窖[34]研发的白酒组合优化辅助系统主要针对组合优化、调味优化、数据库管理、组合记录管理、调味记录管理系统，各系统能单独使用，并资源共享，构成了完整的酒体设计管理技术体系。古井[35]对自动化控制系统在白酒收、存、勾、滤、发、灌装等生产全过程实现了设备控制、过程控制、生产控制之间的“管控一体化”。同时，在管理系统通讯采取双网结构、多任务多配方同时执行、酒品代码比对、多重防错纠错功能设计、酒体参数温度酒度补偿等方面进行了创新。贮存是酿酒工艺的继续,是产品质量管理的重点,也是酒体设计的基础。汾酒集团[36]通过充分挖掘现代计算机应用技术，在全面调查分析酿造、贮存、勾兑等关键生产工序流程的基础上，开发出集酒库管理、勾兑优化、调味优化、计划管理、辅助计算等功能于一体的网络化管理软件“汾酒勾贮优化管理系统”，使传统的CAD 技术在轻工领域白酒产品设计中得到了充分应用。

在网络高速发展的今天，也有基于Web 的白酒勾兑优化及库存管理系统[37]。该系统集成库存管理、优化计算以及调味选酒，形成了白酒生产过程中从原酒到成品酒的一整套流程，对生产管理、品质把控，作用显著。面对酒体设计生产计划的制定、下达、实施、结果、反馈等调度与执行的管理，中科院自动化所与北京三博中自科技合作[38]，针对勾调生产数据具有随时间变化的特性，采用Net 开发平台，基于B/S 的软件架构，选择实时数据库和关系数据库相结合的存储模式，设计开发出了网站方式的勾调生产管理系统，定期将相关实时信息进行推送。

在酒体设计系统技术层面，张荣欣[39]利用Powerbuilder 和Matlab 结合，在白酒勾兑技术方面创建了包括酒库管理、检验管理、配方设计、调味控制、系统管理5 个模块的应用系统，实现了勾兑信息管理、配方设计与控制、数据备份等功能。山东景芝酒业刘淑玲等[40]选用VB.NET、SPSS 等工具，使用了聚类分析、遗传算法等人工智能的研究方法，建立了一套利用计算机技术辅助实现白酒勾兑与调味、评价的生产管理系统。该系统具有总结、提高、学习的能力，大大减少了品尝次数，缩短了酒体设计的周期，有效解决了因专业人员流失导致关键技术暴露的问题。

酒体设计系统不仅需要在部门内部进行管理控制，也应从全局出发，了解消费者需求，市场行情，生产整体情况等。沈毅等[41]开发了一种基于多维度的酒体设计方法及系统，从多个维度出发，建立市场资源数据库和生产资源数据库，包含市场到生产酒体设计的全部环节。将与市场有关的资源信息进行整合，使酒体设计更具操作性和针对性，提高了酒体设计的效率，降低了酒体设计的时间和经济成本，使酒体设计结果更接近设定的目标和预期结果，提高了酒体设计结果的准确性。焦二满等[42]对传统白酒酿造企业全厂综合自动化发展进行思考，整合各车间控制系统与独立成套的系统，使各控制系统形成全厂综合自动化控制系统整体，实现全厂生产的全面自动化控制与全厂信息综合管理。

3 总结与展望

通过对酒体设计及其工艺流程、特征的概述，为酒体设计系统的形成打下基础。酒体设计对于白酒生产过程至关重要，许多白酒企业及科研工作者极其重视，也开发并应用了大量相关的工具及系统。酒体设计系统也从最开始的人工逐渐形成数字化再到智能化。但因每个白酒企业自身发展要求不同、酒体设计工艺流程不同、对酒体设计需求不同等因素，形成了不同类型的酒体设计系统，每个系统各具特色。整体上来说，目前酒体设计过程会受到思维、心理、物理、化学、数量运算及环境等因素的影响及白酒人员自身水平的制约，造成对酒体设计过程的规律性和反应机理认识不足，限制了白酒技术的进步、白酒技能的传授、生产规模的扩大和优质品率的提高[38，43]。酒体设计系统的出现主要是减少人为带来的波动、减少繁琐流程，满足市场需求，控制灵活方便，提高效率。酒体设计系统运行稳定可靠，很大程度上提高了成品酒的一次成型率，为白酒企业带来了可观的收益。但酒体设计系统仍然有部分环节如品评、配方设计、样品制作等需要基于经验及人工操作，暂未达到完全智能化，且在整合资源、开发设计系统组成上仍有许多环节需要进行深入思考。

随着人工智能技术、物联网技术等的快速发展与成熟应用，酒体设计也将由传统的经验型向现代的科学型进行转变。酒体设计系统的诞生是整个白酒领域的发展趋势。在白酒行业竞争加剧的背景下，建立适合自身企业特色的酒体设计系统，有利于保障企业的可持续发展，提高企业的市场竞争能力，对白酒行业的传承与创新具有十分重要的意义。