錢 沖，廖永紅*，張 弦，馬寒冰，徐 瑾，樊 星，張 影

（北京工商大學 食品學院，北京市食品風味化學重點實驗室，食品質(zhì)量與安全北京實驗室，北京 100048）

白酒是我國特有的傳統(tǒng)酒種，據(jù)國家統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)顯示，截止2012年底，全國白酒累計產(chǎn)量1153.16萬kL，同比增長12.4%，白酒行業(yè)完成產(chǎn)品銷售收入達4466.3億元，利潤總額818.6億元，分別同比增長26.8%和48.5%，在我國國民經(jīng)濟中占據(jù)重要組成部分。

目前，我國約有白酒企業(yè)1.8萬家[1]，存在生產(chǎn)工藝機械自動化水平低，勞動強度大，能源消耗高，生產(chǎn)能力有限，產(chǎn)品受天氣影響大，質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。隨著土地資源日益緊張，能源消耗愈加嚴重，原料和勞動力成本不斷攀升，生產(chǎn)環(huán)境要求更加嚴格，傳統(tǒng)生產(chǎn)模式已不能夠滿足白酒行業(yè)的發(fā)展需求，因此，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，加快提升機械自動化水平，已成為白酒行業(yè)研究和發(fā)展的重要方向[2-3]。本文分制曲、釀酒、勾兌和包裝等不同工藝階段，從技術(shù)原理、研究現(xiàn)狀和應(yīng)用進展3個方面對我國白酒生產(chǎn)機械自動化技術(shù)的發(fā)展狀況進行論述，以期對降低勞動強度、提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)無污染生產(chǎn)、促進白酒企業(yè)經(jīng)濟效益和管理水平提高有積極意義。

1 白酒生產(chǎn)機械自動化技術(shù)發(fā)展概述

我國白酒釀造歷史悠久，新中國成立之前，白酒的生產(chǎn)模式主要是以家庭作坊的形式進行，規(guī)模很小，沒有形成工業(yè)化體系，幾乎沒有任何機械化設(shè)備的應(yīng)用，完全是人工操作，勞動強度大，工作環(huán)境惡劣，生產(chǎn)效率低下。建國后，國家在白酒家庭作坊生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)上，對其進行整合，建設(shè)了一批規(guī)模較大的白酒企業(yè)，并在原國家輕工業(yè)部多次組織開展白酒科研試點工作的推動下，白酒行業(yè)曾先后對傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝進行了大膽的改革與創(chuàng)新。

1.1 白酒生產(chǎn)機械自動化技術(shù)的初探

20世紀五六十年代以來，面對白酒傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝繁重的體力勞動，人們開始嘗試將機械設(shè)備運用到白酒生產(chǎn)中，如用電磨代替手工石磨粉碎原輔料；用鍋爐管道蒸汽代替直火蒸餾；用打糟機代替人工翻糟等。這些機械設(shè)備的應(yīng)用，使白酒生產(chǎn)的某些環(huán)節(jié)初步實現(xiàn)了機械化，在一定程度上替代了手工操作。七八十年代，白酒行業(yè)結(jié)合自身實際情況，汲取當時機械制造行業(yè)的主要特點，不斷改進白酒生產(chǎn)設(shè)備，完善其性能，掀起了機械化的熱潮。例如，借鑒建筑挖掘機用挖斗實現(xiàn)了酒醅出池的機械化；用行車代替推車實現(xiàn)了酒醅的出入池輸送；用不銹鋼活動甑桶、分體式高效冷卻器代替古老的木制酒桶和天鍋，提高了蒸餾取酒過程的機械化水平；除此之外，在制曲方面，還通過大曲成型機的廣泛應(yīng)用，推動了大曲的大規(guī)模生產(chǎn)，在很大程度上減輕了工人的勞動強度[4-5]。

1.2 白酒生產(chǎn)機械自動化技術(shù)的曲折發(fā)展

白酒生產(chǎn)機械自動化技術(shù)的發(fā)展歷程并非一帆風順，如利用機械挖斗進行出入池操作時，由于挖斗質(zhì)量、體積及慣性均較大，操作時難以精確控制，很容易損傷窖池；利用蒸餾機械翻轉(zhuǎn)甑桶進行蒸餾操作時，雖大大加快上甑速度、減輕勞動強度，但是蒸餾酒的品質(zhì)會大大降低，遠不及人工上甑；拌料、攤晾和上甑等關(guān)鍵環(huán)節(jié)難以完全脫離傳統(tǒng)人工操作工藝，使白酒機械化生產(chǎn)不能形成一個連續(xù)的整體。諸如此類問題的出現(xiàn)，導致白酒行業(yè)機械自動化的發(fā)展陷入了停滯不前的窘境，很多機械設(shè)備因此而被停止使用，即使有些經(jīng)過適當改進而被保留下來，也只是局部環(huán)節(jié)實現(xiàn)了機械化操作，依舊無法連接成整體。進入新世紀后，在國內(nèi)外工業(yè)機械自動化技術(shù)飛速發(fā)展的大背景下，中國釀酒工業(yè)協(xié)會聯(lián)合組織多家白酒骨干企業(yè)和相關(guān)科研機構(gòu)，實施了“中國白酒158計劃”，該項目旨在提高傳統(tǒng)白酒行業(yè)的裝備水平和生產(chǎn)效率，以實現(xiàn)“自動化控制，機械化生產(chǎn)”為總體目標，在該項目的推動下，白酒行業(yè)的機械自動化水平總體上有了迅速提高[6-7]。

2 機械自動化制曲技術(shù)

不同的白酒有不同的制曲工藝，但總體來講，可分為曲坯成型和曲房培曲兩個階段。首先采用小麥、大麥和豌豆等為原料，經(jīng)粉碎拌水后壓制成塊狀的曲坯，然后經(jīng)曲房培曲、貯存一段時間而成，其本質(zhì)就是培養(yǎng)霉菌、酵母和細菌等微生物的過程。曲是釀酒的動力，富含淀粉、生物酶、微生物和香味物質(zhì)，在白酒的釀造過程中，可起到投糧、糖化和增香等作用。千百年來，釀酒先輩們從實踐中總結(jié)出了“曲乃酒之骨，好酒必有好曲”的精辟論斷，可見大曲質(zhì)量的好壞直接影響著白酒品質(zhì)的高低，在白酒的生產(chǎn)過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用[8]。

2.1 機械自動化曲坯成型技術(shù)

傳統(tǒng)曲坯成型工藝是間歇式人工工藝過程，石磨粉碎原料、手工攪拌配料、人工踩制曲坯等都是通過繁重的體力勞動來實現(xiàn)的，生產(chǎn)效率低下；物料粉塵多，制曲環(huán)境惡劣。面對這些缺點，白酒行業(yè)不斷嘗試創(chuàng)新制曲工藝，將機械自動化技術(shù)應(yīng)用到制曲過程中。如以8031單片機為核心的大曲原料間歇式稱重系統(tǒng)的應(yīng)用，具有數(shù)據(jù)采集、處理、運算控制和顯示等功能，實現(xiàn)了大曲原料的投料、放料及攪拌定時等操作的自動控制，解決了人工配料無法保持一致的難題；機械沖壓式壓曲機的廣泛應(yīng)用，通過采用齒輪和鏈條聯(lián)合轉(zhuǎn)動，偏心機構(gòu)與連桿上下運動，多次壓制成型的工藝，無需配備專門的喂料機構(gòu)，實現(xiàn)了喂料與壓曲的同步操作，克服了液壓、氣動式壓曲機喂料、壓曲分步操作，一次壓制成型而使曲坯具有表面緊湊、中心疏松、提漿不好等缺點[9-10]；河北三井酒廠于2012年引進了一套制曲設(shè)備，具有儲糧、潤糧、粉碎、加水攪拌和壓制等一系列功能，實現(xiàn)了從原料粉碎到曲坯成型過程的機械化自動控制。目前，機械自動化曲坯成型技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大大提高了曲坯成型過程的生產(chǎn)效率，推動了大曲規(guī)?；a(chǎn)的實現(xiàn)，而且，與傳統(tǒng)人工制曲相比，該技術(shù)還具有曲坯成型好、松緊程度適中，糖化力、發(fā)酵力和蛋白分解力等性能都較好的優(yōu)點[11]。

2.2 機械自動化曲房培曲技術(shù)

培曲是微生物在曲坯上大量生長繁殖形成穩(wěn)定群落體系的過程。傳統(tǒng)培曲工藝，需根據(jù)曲坯發(fā)酵的實際情況，及時進入曲房進行曲坯翻動、堆燒和開啟門窗等手工操作，以調(diào)節(jié)曲房內(nèi)溫度、濕度和CO2濃度等，大曲質(zhì)量受生產(chǎn)人員經(jīng)驗和環(huán)境條件影響大，曲質(zhì)不穩(wěn)定。目前，雖然我國各大白酒企業(yè)，基本上都實現(xiàn)了從原料粉碎到曲坯成型階段的機械化自動控制，但后續(xù)的曲房培曲過程，仍難以完全脫離傳統(tǒng)的手工操作工藝[12]。

20世紀九十年代出現(xiàn)的微機控制架式制曲技術(shù)，通過鎳锘電阻絲、軸流降溫機、鼓風機、噴水機構(gòu)和對流攪拌風機等設(shè)備的使用，具有控溫、控濕、供氧和對流等功能，并結(jié)合傳統(tǒng)制曲工藝，通過人機配合技術(shù)，模擬傳統(tǒng)的曲房培曲過程，創(chuàng)造出一個適合微生物生長繁殖的環(huán)境。該技術(shù)的應(yīng)用，雖在很大程度上提升了曲房培曲過程的機械自動化水平，但因微生物指標難以確定，造成曲的品質(zhì)不及人工制曲，且不夠穩(wěn)定，而未能廣泛推廣。茅臺習酒廠和四特酒廠基于自身獨特的傳統(tǒng)制曲工藝，在原有的基礎(chǔ)上，對微機控制架式制曲技術(shù)進行改進，很好地提升了大曲的品質(zhì)[13-14]。江蘇洋河酒廠通過引進圓盤制曲機，嫁接醋、黃酒和醬油的機械自動化生產(chǎn)模式來生產(chǎn)調(diào)味酒用曲，實現(xiàn)了入曲、翻曲、加溫、加濕、降溫、有空氣過濾、高壓清洗、滅菌和初步干燥等操作的自動控制[12]。古貝春、五糧液和古井貢酒等酒廠，通過曲房ZigBee無線測溫技術(shù)的使用，能夠及時掌控制曲過程中的溫度變化，初步實現(xiàn)了曲房的智能調(diào)控[15]?，F(xiàn)階段，完全實現(xiàn)曲房培曲過程的機械自動化還很困難，在繼承傳統(tǒng)培曲工藝的同時，還需結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)，深入認識培曲過程復(fù)雜的微生物混合發(fā)酵體系，改造傳統(tǒng)制曲模式，推動制曲機械自動化的實現(xiàn)。

3 機械自動化釀酒技術(shù)

近年來，在“中國白酒158計劃”的推動下，白酒行業(yè)不斷開拓新技術(shù)，創(chuàng)新釀酒工藝，努力突破諸如機械化發(fā)酵、自動化上甑和連續(xù)蒸餾[16]等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以適應(yīng)白酒生產(chǎn)機械自動化的發(fā)展趨勢。湖北勁牌酒廠投資10億元分批建設(shè)的楓林酒廠機械自動化釀造工業(yè)園區(qū)，通過斗提機、刮板輸送機、皮帶輸送機、高壓蒸糧鍋、攤晾機、加曲機、恒溫發(fā)酵間、發(fā)酵溫度和CO2自動檢測系統(tǒng)、蒸餾智能蒸汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)的使用，實現(xiàn)了7.5萬t/年規(guī)模白酒釀造各環(huán)節(jié)的自動控制，不僅產(chǎn)品質(zhì)量得到有效控制，而且能源消耗大大降低[17-18]。河北衡水老白干酒廠通過使用出缸機、晾床料槽、多功能攪拌料槽、加曲機、自動測溫裝置來代替挖缸、涼床、潤料、配料、堆料、翻曲等人工操作，大大減輕了工作強度，提高了機械自動化水平[19]。內(nèi)蒙古河套酒廠、湖北三麥酒廠和浙江致中和酒廠，不斷探索、借鑒臺灣和日本地區(qū)機械自動化釀酒經(jīng)驗，通過釀酒原料自動輸送系統(tǒng)，高壓蒸煮及翻轉(zhuǎn)倒料系統(tǒng)，攤晾加曲系統(tǒng)，不銹鋼槽車地面恒溫發(fā)酵系統(tǒng)，機械化上料及蒸酒系統(tǒng)的使用，將傳統(tǒng)釀酒工藝的混合作業(yè)方式改進為分工序、分流程作業(yè)，確保了各環(huán)節(jié)工藝的穩(wěn)定性，除人工上甑外，其他環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了的機械自動化操作[20-23]。鄂爾多斯酒業(yè)有限公司作為傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)企業(yè)，在新建工業(yè)園區(qū)時，采用全廠綜合機械化自動控制技術(shù)，通過WebField GCS自動控制系統(tǒng)的使用，可對釀酒過程的工藝參數(shù)進行設(shè)定和自動控制，有利于提高糧食利用率和白酒品質(zhì)，降低了生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了無污染生產(chǎn)，提高了企業(yè)管理水平[24-25]。

經(jīng)過多年的發(fā)展，白酒行業(yè)的機械自動化水平有了很大提高，我國白酒各大骨干企業(yè)通過粉碎機、皮帶輸送機和行車等機械設(shè)備的應(yīng)用，基本上實現(xiàn)了原輔料加工、入窖和出糟等環(huán)節(jié)的機械自動化，但在地席攤晾、鐵鍬拌料、窖池發(fā)酵、人工上甑和間歇蒸餾等關(guān)鍵環(huán)節(jié)至今還保留著傳統(tǒng)的人工操作工藝，真正意義上的機械自動化釀酒仍是一個難題。今后還需加大研究力度，努力實現(xiàn)諸如上甑等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的突破，推動機械自動化釀酒工藝的早日實現(xiàn)。

4 機械自動化勾兌技術(shù)

由于生產(chǎn)原料、釀造工藝、生產(chǎn)環(huán)境和氣候變化等因素的不同，導致了不同香型和品質(zhì)白酒的生成，在實際生產(chǎn)中，即使是同一車間釀造出來的白酒，也會因操作工人、生產(chǎn)批次、窖池以及陳釀時間的不同而有所差異，因此需對原酒進行勾兌。勾兌是按照特定的酒體設(shè)計標準，嚴格定量控制各類風味物質(zhì)的種類、含量及量比關(guān)系，對同一類型、不同特征的白酒進行相互摻兌調(diào)配，使酒體的固有風格更加突出，保證白酒品質(zhì)的穩(wěn)定[26-28]。

傳統(tǒng)勾兌主要是憑借勾兌師敏銳的感官品嘗技能和豐富的勾兌經(jīng)驗來進行的，勞動強度大，勾兌效率低，難以精確控制，很難保證白酒風味的完全一致和品質(zhì)的穩(wěn)定性。機械自動化勾兌是按照生產(chǎn)工藝的要求，通過計算機精確控制各類酒體之間的比例；通過勾兌前后管路的自動充氣頂酒和在線流量監(jiān)測實現(xiàn)的自動化連續(xù)勾兌，很大程度地避免了操作人員的個體差異，不僅能提高勾兌效率、降低勞動強度、確保白酒風格和品質(zhì)的一致性，而且由于其可調(diào)性強，易于開發(fā)新產(chǎn)品，還能給白酒企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益[24，29]。茅臺酒廠通過采用自動化大容器勾兌系統(tǒng)，首次將脈沖氣動調(diào)和與片式過濾系統(tǒng)綜合應(yīng)用于白酒勾兌工藝中，實現(xiàn)了勾兌過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)儲存及信息傳遞的突破，提高了計量的精確性，克服了傳統(tǒng)攪拌技術(shù)的高耗能與不均勻性，更好地保證了批次酒的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的原有風味，有利于企業(yè)進行大規(guī)模生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效益[30]。瀘州老窖酒廠和青島瑯琊臺酒廠通過采用微機勾兌技術(shù)，將色譜分析技術(shù)、計算機技術(shù)與傳統(tǒng)手工工藝結(jié)合起來，解決了人工難以解決的問題，克服了傳統(tǒng)勾兌工藝的不穩(wěn)定性，使各項指標更加量化、優(yōu)化，不僅便于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的儲存與比較，并且還能從諸多配方中篩選出成本最低、效果最好的一種進行勾兌，從而在達到保證白酒品質(zhì)的同時，降低生產(chǎn)成本[26，31]。邯鄲叢臺酒廠通過氣相色譜分析、計算機分析和感官評定等技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)科學地總結(jié)了勾兌師的經(jīng)驗，建立了勾兌過程的數(shù)學模型，并通過計算機仿真勾兌過程，優(yōu)化勾兌組合和方案，使傳統(tǒng)勾兌工藝與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，適用于各種香型白酒的勾兌[32]。湖北白云邊酒廠、稻香村酒廠和勁牌酒廠采取分散處理、就地控制、集中調(diào)度管理的思路，通過過程控制中的鏈接與嵌入技術(shù)（object linking and embedding for process control，OPC）、現(xiàn)場總線（profibus）技術(shù)和JX-300X 集散控制系統(tǒng)（distributed control system，DCS）等技術(shù)的應(yīng)用，在對不同勾兌環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行共享的同時，可設(shè)定勾兌過程的工藝參數(shù)，實現(xiàn)白酒生產(chǎn)過程和管理的自動控制[33-35]。

白酒釀造工藝由制曲、釀酒和勾兌3大技術(shù)構(gòu)成。目前，比較制曲和釀酒技術(shù)，白酒勾兌環(huán)節(jié)的機械自動化程度最高，已初步實現(xiàn)了勾兌過程的機械化自動控制。但是，由于機械自動化勾兌技術(shù)的設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用成本較高，需要大量資金的投入，導致現(xiàn)階段該技術(shù)在白酒行業(yè)中的應(yīng)用，還僅局限于那些規(guī)模較大的企業(yè)，而在中小型企業(yè)中的應(yīng)用還不是很多。因此，在不斷完善該技術(shù)的同時，還要注重成本的降低，使中小型企業(yè)也能在經(jīng)濟條件允許的情況下使用該技術(shù)，全面推動其在白酒行業(yè)中的普及與應(yīng)用。

5 機械自動化包裝技術(shù)

傳統(tǒng)白酒灌裝主要是依靠手工操作，除壇罐、陶瓶和玻璃器皿外，外包裝主要使用報紙、牛皮紙和卡紙等簡單材料，生產(chǎn)效率極其低下。隨著白酒產(chǎn)品銷量的不斷增長，白酒行業(yè)包裝能力不足的矛盾日益突出，為了突破這一發(fā)展瓶頸，各大白酒企業(yè)積極努力地提升自身產(chǎn)品的包裝能力[36-37]。江蘇洋河酒廠根據(jù)自身發(fā)展需要，于2009年建立了白酒行業(yè)第一個現(xiàn)代化、自動化包裝物流中心，實現(xiàn)了原輔材料供應(yīng)、包裝生產(chǎn)、物流配送一體化，全面滿足了市場銷售的需求[12]。青州國發(fā)包裝機械有限公司自主設(shè)計了一套白酒機械自動化包裝方案，通過沖瓶機、罐裝機、封口機、烘干機、貼標機、噴碼機、封箱機等設(shè)備的應(yīng)用，推動了白酒機械自動化包裝的實現(xiàn)。近年來，白酒行業(yè)在包裝技術(shù)方面發(fā)展迅速，機械自動化程度不斷提高，有的企業(yè)甚至還達到了醫(yī)藥、無菌飲料等行業(yè)的罐裝水平[5，38]，但由于白酒種類繁多，瓶形迥異，一條生產(chǎn)線上難以解決多瓶形問題，所以仍還不能完全脫離手工操作[4]。目前，我國關(guān)于白酒包裝技術(shù)的研究，主要偏向于品牌文化、藝術(shù)表現(xiàn)力、產(chǎn)品信息傳遞和消費心理等方面，而真正涉及機械自動化包裝方面的研究卻不太多。白酒行業(yè)近年來雖在機械自動化包裝方面取得了巨大進步，但主要還是通過引進醫(yī)藥、飲料和啤酒等行業(yè)的包裝技術(shù)來實現(xiàn)的[39]，而屬于自身的自主創(chuàng)新技術(shù)卻很少。為了改變這一現(xiàn)狀，今后，白酒行業(yè)在借鑒其他行業(yè)先進包裝技術(shù)的同時，還需注重自主創(chuàng)新能力的提升，努力研究開發(fā)出一種具有本行業(yè)自身特色的機械自動化包裝工藝。

6 總結(jié)與展望

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國在白酒機械自動化生產(chǎn)方面，實現(xiàn)了“從無到有”的飛躍，取得了巨大進步。近年來，在“中國白酒158計劃”的推動下，白酒行業(yè)再次掀起了機械自動化生產(chǎn)的熱潮，各大白酒企業(yè)在不斷引入先進設(shè)備和技術(shù)的同時，改進、完善和創(chuàng)新原有的生產(chǎn)工藝。為了爭取早日實現(xiàn)白酒生產(chǎn)機械自動化這一宏偉目標，在將來的研究工作中，還需注重現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用，使其與白酒生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合起來，在充分認識白酒釀造機理的基礎(chǔ)上，加大曲房培曲過程的研究力度，實現(xiàn)釀酒關(guān)鍵環(huán)節(jié)的突破；同時，還要不斷降低機械自動化勾兌技術(shù)的應(yīng)用成本，加強白酒行業(yè)在包裝領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力，將制曲、釀酒、勾兌和包裝等環(huán)節(jié)連接成一個有機整體，從本質(zhì)上完全實現(xiàn)白酒生產(chǎn)的全線機械自動化，推動我國白酒產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化和現(xiàn)代化發(fā)展。

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