白酒生產機械自動化技術應用進展

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，食品質量與安全北京實驗室，北京 100048）

白酒是我國特有的傳統酒種，據國家統計局公布的數據顯示，截止2012年底，全國白酒累計產量1153.16萬kL，同比增長12.4%，白酒行業完成產品銷售收入達4466.3億元，利潤總額818.6億元，分別同比增長26.8%和48.5%，在我國國民經濟中占據重要組成部分。

目前，我國約有白酒企業1.8萬家[1]，存在生產工藝機械自動化水平低，勞動強度大，能源消耗高，生產能力有限，產品受天氣影響大，質量不穩定等問題。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，生產環境要求更加嚴格，傳統生產模式已不能夠滿足白酒行業的發展需求，因此，改變傳統生產工藝，加快提升機械自動化水平，已成為白酒行業研究和發展的重要方向[2-3]。本文分制曲、釀酒、勾兌和包裝等不同工藝階段，從技術原理、研究現狀和應用進展3個方面對我國白酒生產機械自動化技術的發展狀況進行論述，以期對降低勞動強度、提高生產效率、穩定產品質量、實現無污染生產、促進白酒企業經濟效益和管理水平提高有積極意義。

1 白酒生產機械自動化技術發展概述

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

1.1 白酒生產機械自動化技術的初探

20世紀五六十年代以來，面對白酒傳統生產工藝繁重的體力勞動，人們開始嘗試將機械設備運用到白酒生產中，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。這些機械設備的應用，使白酒生產的某些環節初步實現了機械化，在一定程度上替代了手工操作。七八十年代，白酒行業結合自身實際情況，汲取當時機械制造行業的主要特點，不斷改進白酒生產設備，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了酒醅出池的機械化；用行車代替推車實現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用，推動了大曲的大規模生產，在很大程度上減輕了工人的勞動強度[4-5]。

1.2 白酒生產機械自動化技術的曲折發展

白酒生產機械自動化技術的發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，但是蒸餾酒的品質會大大降低，遠不及人工上甑；拌料、攤晾和上甑等關鍵環節難以完全脫離傳統人工操作工藝，使白酒機械化生產不能形成一個連續的整體。諸如此類問題的出現，導致白酒行業機械自動化的發展陷入了停滯不前的窘境，很多機械設備因此而被停止使用，即使有些經過適當改進而被保留下來，也只是局部環節實現了機械化操作，依舊無法連接成整體。進入新世紀后，在國內外工業機械自動化技術飛速發展的大背景下，中國釀酒工業協會聯合組織多家白酒骨干企業和相關科研機構，實施了“中國白酒158計劃”，該項目旨在提高傳統白酒行業的裝備水平和生產效率，以實現“自動化控制，機械化生產”為總體目標，在該項目的推動下，白酒行業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

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，經粉碎拌水后壓制成塊狀的曲坯，然后經曲房培曲、貯存一段時間而成，其本質就是培養霉菌、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，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出了“曲乃酒之骨，好酒必有好曲”的精辟論斷，可見大曲質量的好壞直接影響著白酒品質的高低，在白酒的生產過程中發揮著舉足輕重的作用[8]。

2.1 機械自動化曲坯成型技術

傳統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的，生產效率低下；物料粉塵多，制曲環境惡劣。面對這些缺點，白酒行業不斷嘗試創新制曲工藝，將機械自動化技術應用到制曲過程中。如以8031單片機為核心的大曲原料間歇式稱重系統的應用，具有數據采集、處理、運算控制和顯示等功能，實現了大曲原料的投料、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用，通過采用齒輪和鏈條聯合轉動，偏心機構與連桿上下運動，多次壓制成型的工藝，無需配備專門的喂料機構，實現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備，具有儲糧、潤糧、粉碎、加水攪拌和壓制等一系列功能，實現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的廣泛應用，大大提高了曲坯成型過程的生產效率，推動了大曲規?；a的實現，而且，與傳統人工制曲相比，該技術還具有曲坯成型好、松緊程度適中，糖化力、發酵力和蛋白分解力等性能都較好的優點[11]。

2.2 機械自動化曲房培曲技術

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

20世紀九十年代出現的微機控制架式制曲技術，通過鎳锘電阻絲、軸流降溫機、鼓風機、噴水機構和對流攪拌風機等設備的使用，具有控溫、控濕、供氧和對流等功能，并結合傳統制曲工藝，通過人機配合技術，模擬傳統的曲房培曲過程，創造出一個適合微生物生長繁殖的環境。該技術的應用，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，造成曲的品質不及人工制曲，且不夠穩定，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制曲工藝，在原有的基礎上，對微機控制架式制曲技術進行改進，很好地提升了大曲的品質[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模式來生產調味酒用曲，實現了入曲、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無線測溫技術的使用，能夠及時掌控制曲過程中的溫度變化，初步實現了曲房的智能調控[15]?，F階段，完全實現曲房培曲過程的機械自動化還很困難，在繼承傳統培曲工藝的同時，還需結合現代生物技術，深入認識培曲過程復雜的微生物混合發酵體系，改造傳統制曲模式，推動制曲機械自動化的實現。

3 機械自動化釀酒技術

近年來，在“中國白酒158計劃”的推動下，白酒行業不斷開拓新技術，創新釀酒工藝，努力突破諸如機械化發酵、自動化上甑和連續蒸餾[16]等關鍵環節，以適應白酒生產機械自動化的發展趨勢。湖北勁牌酒廠投資10億元分批建設的楓林酒廠機械自動化釀造工業園區，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、恒溫發酵間、發酵溫度和CO2自動檢測系統、蒸餾智能蒸汽調節系統的使用，實現了7.5萬t/年規模白酒釀造各環節的自動控制，不僅產品質量得到有效控制，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機械自動化釀酒經驗，通過釀酒原料自動輸送系統，高壓蒸煮及翻轉倒料系統，攤晾加曲系統，不銹鋼槽車地面恒溫發酵系統，機械化上料及蒸酒系統的使用，將傳統釀酒工藝的混合作業方式改進為分工序、分流程作業，確保了各環節工藝的穩定性，除人工上甑外，其他環節均實現了的機械自動化操作[20-23]。鄂爾多斯酒業有限公司作為傳統白酒生產企業，在新建工業園區時，采用全廠綜合機械化自動控制技術，通過WebField GCS自動控制系統的使用，可對釀酒過程的工藝參數進行設定和自動控制，有利于提高糧食利用率和白酒品質，降低了生產成本，實現了無污染生產，提高了企業管理水平[24-25]。

經過多年的發展，白酒行業的機械自動化水平有了很大提高，我國白酒各大骨干企業通過粉碎機、皮帶輸送機和行車等機械設備的應用，基本上實現了原輔料加工、入窖和出糟等環節的機械自動化，但在地席攤晾、鐵鍬拌料、窖池發酵、人工上甑和間歇蒸餾等關鍵環節至今還保留著傳統的人工操作工藝，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，努力實現諸如上甑等關鍵環節的突破，推動機械自動化釀酒工藝的早日實現。

4 機械自動化勾兌技術

由于生產原料、釀造工藝、生產環境和氣候變化等因素的不同，導致了不同香型和品質白酒的生成，在實際生產中，即使是同一車間釀造出來的白酒，也會因操作工人、生產批次、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計標準，嚴格定量控制各類風味物質的種類、含量及量比關系，對同一類型、不同特征的白酒進行相互摻兌調配，使酒體的固有風格更加突出，保證白酒品質的穩定[26-28]。

傳統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的穩定性。機械自動化勾兌是按照生產工藝的要求，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測實現的自動化連續勾兌，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的一致性，而且由于其可調性強，易于開發新產品，還能給白酒企業帶來可觀的經濟效益[24，29]。茅臺酒廠通過采用自動化大容器勾兌系統，首次將脈沖氣動調和與片式過濾系統綜合應用于白酒勾兌工藝中，實現了勾兌過程監控、數據儲存及信息傳遞的突破，提高了計量的精確性，克服了傳統攪拌技術的高耗能與不均勻性，更好地保證了批次酒的穩定性和產品的原有風味，有利于企業進行大規模生產，大大提高了生產效益[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，將色譜分析技術、計算機技術與傳統手工工藝結合起來，解決了人工難以解決的問題，克服了傳統勾兌工藝的不穩定性，使各項指標更加量化、優化，不僅便于基礎數據的儲存與比較，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的同時，降低生產成本[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的應用，系統科學地總結了勾兌師的經驗，建立了勾兌過程的數學模型，并通過計算機仿真勾兌過程，優化勾兌組合和方案，使傳統勾兌工藝與現代信息技術相結合，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、集中調度管理的思路，通過過程控制中的鏈接與嵌入技術（object linking and embedding for process control，OPC）、現場總線（profibus）技術和JX-300X 集散控制系統（distributed control system，DCS）等技術的應用，在對不同勾兌環節的數據進行共享的同時，可設定勾兌過程的工藝參數，實現白酒生產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大技術構成。目前，比較制曲和釀酒技術，白酒勾兌環節的機械自動化程度最高，已初步實現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的設計、開發和應用成本較高，需要大量資金的投入，導致現階段該技術在白酒行業中的應用，還僅局限于那些規模較大的企業，而在中小型企業中的應用還不是很多。因此，在不斷完善該技術的同時，還要注重成本的降低，使中小型企業也能在經濟條件允許的情況下使用該技術，全面推動其在白酒行業中的普及與應用。

5 機械自動化包裝技術

傳統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，生產效率極其低下。隨著白酒產品銷量的不斷增長，白酒行業包裝能力不足的矛盾日益突出，為了突破這一發展瓶頸，各大白酒企業積極努力地提升自身產品的包裝能力[36-37]。江蘇洋河酒廠根據自身發展需要，于2009年建立了白酒行業第一個現代化、自動化包裝物流中心，實現了原輔材料供應、包裝生產、物流配送一體化，全面滿足了市場銷售的需求[12]。青州國發包裝機械有限公司自主設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、封箱機等設備的應用，推動了白酒機械自動化包裝的實現。近年來，白酒行業在包裝技術方面發展迅速，機械自動化程度不斷提高，有的企業甚至還達到了醫藥、無菌飲料等行業的罐裝水平[5，38]，但由于白酒種類繁多，瓶形迥異，一條生產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，我國關于白酒包裝技術的研究，主要偏向于品牌文化、藝術表現力、產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藥、飲料和啤酒等行業的包裝技術來實現的[39]，而屬于自身的自主創新技術卻很少。為了改變這一現狀，今后，白酒行業在借鑒其他行業先進包裝技術的同時，還需注重自主創新能力的提升，努力研究開發出一種具有本行業自身特色的機械自動化包裝工藝。

6 總結與展望

經過幾十年的發展，我國在白酒機械自動化生產方面，實現了“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，白酒行業再次掀起了機械自動化生產的熱潮，各大白酒企業在不斷引入先進設備和技術的同時，改進、完善和創新原有的生產工藝。為了爭取早日實現白酒生產機械自動化這一宏偉目標，在將來的研究工作中，還需注重現代生物技術的應用，使其與白酒生產工藝緊密結合起來，在充分認識白酒釀造機理的基礎上，加大曲房培曲過程的研究力度，實現釀酒關鍵環節的突破；同時，還要不斷降低機械自動化勾兌技術的應用成本，加強白酒行業在包裝領域的自主創新能力，將制曲、釀酒、勾兌和包裝等環節連接成一個有機整體，從本質上完全實現白酒生產的全線機械自動化，推動我國白酒產業的工業化和現代化發展。

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