物联网温度监测系统在酿酒生产管理中的应用(1) 2.doc

物联网技术在传统固态酿酒中的应用向双全，张志刚（金徽酒股份有限公司,甘肃 徽县 742308）基金项目：甘肃省科技支撑计划项目，编号：1304GKCK011。摘 要：我国传统浓香型固态酿酒工艺确定了白酒生产是预先配置好一定比例的粮、糠、水、曲、母糟以及适当的入窖温度作为入窖发酵的主要前置控制条件。本文利用物联网无线测温技术对窖池内糟醅发酵温度变化特性实时地在线监测、并同步绘制窖内糟醅发酵温度曲线图，自动生成部分相关工艺参数，出窖前结合前置生产工艺控制和环境特征推断窖内糟醅发酵情况。提前做好下一轮入窖配料调整工作，使入窖糟醅的前置控制条件始终处于最合理状态，为逐步稳定酿酒生产车及质量提供一个更好的酿酒生产技术管理平台。关键词：固态发酵；前置控制；发酵温度曲线；窖池心电图；管理 “边糖化、边发酵”是近代白酒科研工作者对我国固态传统酿酒生产最精辟的总结。传统白酒生产控制主要体现是配置好一定比例的粮、糠、水、曲、母糟以及适当的入窖温度作为入窖发酵的关键前置控制条件，一旦糟醅封窖开始发酵后，无法再对其窖内发酵情况施加任何干预，直到发酵期结束，因此我们将传统固态白酒糟醅发酵总结为前置控制发酵，这也是传统固态发酵的主要特征之一。所以对发酵前置控制条件的调整是整个传统固态白酒生产环节中核心所在，只有把控好前置控制条件，才能生产出优质稳定的产品。浓香型固态酿酒生产前置控制发酵最核心的表现形式为糟醅发酵温度，多年的白酒酿造实践告诉我们常规优质固态白酒发酵温度曲线应符合“前缓、中挺、后缓落”的规律。增减配料和调整入窖条件等生产要素都会引起窖内发酵温度的变化。在一定的条件下，窖内固态糟醅发酵温度的变化主要由酿酒微生物生长代谢能量变化和环境温度（入窖温度、地温）共同作用的结果。温度是窖内酿酒微生物生长代谢、消长过程最重要的表现形式。过去为了解窖内固态糟醅发酵情况最主要的手段是手工测量温度，由于温度计误差以及每次插入窖内糟醅位置的不同，测量次数有限，导致测得温度误差较大，人工绘制温度曲线图粗糙，不能真实表达窖内温度变化情况；准确提供我们需要的相关生产参数。因此精确绘制每口窖池的实时发酵温度曲线对我们指导生产实践将具有重要意义。有关酿造发酵温度的研究也有相关报道1-9。1 物联网温度监测系统在酿酒生产管理中的应用1.1 材料与设备无线温度计1168支，无线路由器40个，数据处理器4台，LEDD大屏4台，酿酒生产管理软件系统操作系统一套(已获得国家实用新型专利)。1.2 物联网温度监测硬件系统在酿酒生产过程中的应用方法我公司利用物联网无线测温技术对生产区域全部窖池内糟醅发酵温度进行实时在线监测、并同步绘制每口窖内糟醅发酵温度曲线图。物联网无线温度计统一安插位置为每口窖池中心点往下插入1.5 m处（离窖底0.5 m），每个温度计每隔2 h自动采集一次糟醅发酵温度，并发送到各自的无线路由器上，再由无线路由器将搜集到的温度数据传送至工控机中进行数据交换和数据处理，最后温度数据自动输入我们自行设计研制的白酒生产管理软件操作系统，自动生成每口窖池的实时发酵温度曲线图和相关温度发酵参数，如升温速率、升温幅度、顶温等。同时该图同步显示在生产区域的LED大屏上，每组、每口窖池滚动显示。并为生产管理者以及酿酒工人提供实时工艺操作控制要点。我们将每口窖池的发酵温度曲线图亲切地称之为“窖池心电图”，依据窖池的“窖池心电图”，出窖前根据“窖池心电图”以及各项参数推断窖内糟醅发酵情况，预先针对性地做好下一轮入窖配料调整工作。使入窖糟醅的前置控制条件始终处于可控最合理状态。打破了以前酿酒按传统工艺经验前置控制无着力点的生产模式，创新了一种传统白酒现代工业生产方式，实现了从经验管理走向数据管理的模式。使白酒生产“坚持固有的传统工艺，用现代化科技技术管理传统生产”得到充分体现。为逐步稳定提高生产车间白酒产、质量提供一个良好的操作管理平台。1.3 酿酒生产管理软件操作系统的应用方法生产工艺管理人员最终利用酿酒生产管理软件操作系统（见图1、图2、图3），结合每口窖池60 d（出窖前7 d）的“窖池心电图”与发酵相关参数、生产工艺进行分析，对糟醅发酵情况作出综合评估，并出具下一轮每口窖池配料，具体调整优化数据。并将相关配料变化情况下发至辅助生产车间，要求定时、定组、定量发放生产原辅料，同时提前提示生产班组针对性重点控制好某些生产环节，如酸、水、温、粮、糊化等相关条件。使窖池内入窖糟醅的配料比始终处在一个最合理范围，大大减小在生产中对各生产要素因认识不准或控制不到位而引起糟醅发酵的波动性。为生产中精细化管理和精细化操作提供了平台，为生产优质基酒以及提高优质品率打下坚实的基础。图1 每个生产区域内窖池分布以及窖池实时温度显示图 图1是整个酿酒生产管理系统的总体布局，与生产现场布局一致，需要查看那个区域就点击那个区域，就会弹出该区域的所有窖池实时发酵温度。点击任一窖池就会生成图3，“窖池心电图”，右上角显示生产现场的实时温、湿度。图2 每个生产小组区域内窖池分布以及窖池实时温度显示图 图2是每个生产班组的窖池布局图，该图显示该组的每口窖号，窖池内实时发酵温度，并且根据发酵时间段(每20 d)的不同，用不同的颜色区分，由浅至深，使管理人员一目了然，便于操作，点击任一窖池就会生成图3“窖池心电图”。图3 每个生产小组区域内“窖池心电图”以及生产参数显示图图3显示的是在点击图1、图2的任一窖池生成的实时温度曲线图，即“窖池心电图”，包括自动生成的相关温度参数。利用该系统打破传统固态酿酒生产“前置控制条件”只能在糟醅出窖后进行。根据有经验的酿酒工人对糟醅进行经验判断生产操作要素的控制，由于个人经验和身体状况的差别，误判的风险因素造成生产工艺控制波动，稳定性差，生产时好时坏，这是长期以来经验式生产和管理传统固态酿酒的一大通病，多年来一直制约着固态酿酒向标准生产模式发展，品质量不稳定，对老工人经验依靠性大，不利于企业工业化、标准化发展。同时老工人对生产工艺原理的理解多是“只知其然，不知其所以然”，认识浅短，这就是形成影响我们多年所讲的“烤酒熬糖充不得内行”。有了这套系统后，实现数据共享、原理清晰，所有现场员工，特别是新工人可以通过LED大屏知道自己做的糟醅在窖内的发酵情况，结合自己的入窖配料以及相关工艺控制情况，容易理解工艺控制要素的原委，如此反复加速了新工人对酿酒知识的积累和成长，为企业的长期发展培养一批业务素质过硬的优秀酿酒人才。1.3 实现环境友好型生产当该系统完全成熟，完成建模之后，可减少车间糟醅的化验频率。糟醅化验数据一般都是比现场生产滞后，只是对已配置好的糟醅或已出窖糟醅工艺参数的一个后期验证，实际指导生产也就滞后，只起到验证作用，有了我们推断系统就可以减少糟醅化验，同时也就减少化学试剂的使用，减少排污。2 物联网温度监测系统的应用结果本系统于2013年6月全部竣工，根据试验酿酒车间10个月的运行状况来看，通过几轮次的配料调整，我们具体比较了调整前2013年1季度与调整后2014年1季度的白酒产量、质量、消耗三个方面做了比较，结果显示通过该系统的运行，稳步提高了酿酒车间产、质量，降低了消耗，结果达到预期目的，详细结果见表1。5表1 物联网系统使用前、后酿酒车间白酒产质量与消耗比较表时间段总产量（吨）优级酒（吨）吨酒粮耗吨酒曲耗吨酒糠耗2013年1季度（使用前）588.661114.2272.610.580.622014年1季度（使用后）664.221227.9722.380.520.52使用前后同比变化情况增产12.84%酒质提高99.58%降8.81%降10.34%降16.13%3 展望 通过长期对传统固态酿酒发酵温度的跟踪分析，找出影响生产波动的原因，结合生产工艺进行不断地总结归纳，利用现代化科技技术管理平台，不断修正生产工艺控制的误差范围，逐步使传统固态酿酒工艺生产标准化，有利于进一步完善传统固态酿酒工艺。 将来对生产出的基酒根据不同类型的“窖池心电图”分类、分级储存，公司内部的国家级、省级白酒评委再对不同的基酒进行分类、分级评估，验证前面入窖控制措施是否达到预期目的，同时利用气相色谱-质谱联用仪定性、定量不同类型基酒的微量呈香呈味成分，进一步验证前置控制发酵条件的把控程度。通过前期大数据平台的建设、验证，形成成熟的酿酒生产管理模型，逐步达到按特性生产的白酒酿造高水平。最终实现根据消费者喜好，量身定制按特性生产不同类型、不同口感的原酒，达到生产和消费的自然和谐统一。 更多的应用数据和相关经验我们将在以后和同行共同探讨，欢迎指正。参考文献：1 张国强，李想，单淑芳，等.兼香型口子窖酒不同发酵时期的温度变化与微生物的关系探讨J.酿酒科技，2012（6）:26-31.2 周五庆.白酒固态发酵温度变化与产、质量关系的研究J.酿酒，2008（6）：62-63.3 周新虎，陈翔，杨勇，等.浓香型白酒窖内变化规律及相关性研究（1）：理化参数J.酿酒科技，2012（4）：39-43.4 黄国志，罗惠波，程铁辕，等.酒醅发酵过程中温度变化曲线的实时检测及其数学模型建立J.酿酒科技，2008（10）：20-22.5 方军，张宿义.浓香型白酒发酵过程中各因子动态变化研究J.酿酒科技，2012（1）：47-506 修志龙，邵惠鹤.微生物发酵过程的温度控制J.控制工程，2005，（S2）:34-36.7 蒲岚，李璐，邱树毅，等.发酵温度调控对浓香型白酒主要香味成分生成的影响J.食品与发酵工业，2011（37）：126-129.8 唐玉明，任道群，姚万春，等.酱香型酒糟醅堆积过程温度和微生物区