基于LabVIEW智能曲房测控系统研发

曲块发酵好坏直接影响白酒的质量和出酒率,而传统曲房生产过程采用人工数据采集方式对曲块发酵过程中各环境参数进行测量,存在测量精度差,且无法实现实时监控曲块发酵过程、远程监控以及成本高等问题,试验研制一套基于Lab VIEW智能曲房测控系统。该系统以Lab VIEW作为系统上位机软件,S7-200 SMART PLC作为下位机,并通过OPC技术与PLC进行通讯,实现对曲块发酵过程中各参数数据实时采集、显示、存储和处理。同时依据上位机中数据分析结果,利用模糊控制算法对曲块发酵过程进行控制,并以TCP远程通讯的方式实现数据远程传递。经过试验测试,该系统工作稳定并具有良好的可视化界面,能够精确测量曲块发酵过程中各参数,实时监控曲块发酵过程,不受地理环境因素影响,降低生产成本。     

曲房环境温湿度场的数值模拟及分布规律

为得到大曲在发酵过程中曲房环境参数的变化规律,解析大曲在发酵不同时期间温湿度差异性,同一时期内曲房各层及各点间温湿度差异性。应用流体力学（CFD）软件Fluent,以发酵曲房为研究对象,通过profile导入发酵过程中大曲的实时发酵温度,借助多孔介质模型、组分输运模型,建立曲房内部三维紊流模型,采用非稳态计算方法,模拟研究了不同发酵阶段下曲房内部环境的温湿度分布特性,同时对相对应测点的温湿度变化情况进行检测与验证。研究结果表明：仿真结果与实测结果温度最大误差为7.74%,相对湿度最大误差为8.42%,均小于10%的误差允许范围,证明了曲房环境的对流换热及传质计算有足够精度;曲房内环境热湿传递具有耦合性,相对湿度在温度较高的中层呈现相对较低的情况,在温度较低的上层相对湿度较高;同时通过解析不同发酵阶段曲房环境温湿度分布规律及差异性,获得曲房内其他未检测区域的温湿度数据,为后续曲房风控策略提供模型参考,能够为下一步温湿度传感器位置的优化研究提供理论基础。     

大曲发酵过程的环境温湿度均匀性调控系统研究

传统曲房在大曲发酵过程中受曲房空间、堆曲并房的影响,不同位置之间存在较大的温湿度差,最大温差可达22.90℃,最大湿度差可达41.40%相对湿度(relative humidity, RH),严重影响大曲的质量和一致性。T-S模糊神经网络控制具有响应速度快、超调量小等特点,能有效解决温湿度调节延迟的问题,从而使曲房内各区域温湿度保持均匀。因此,该文提出了将T-S模糊神经网络控制与曲房控制系统相结合的方法来调控曲房温湿度。搭建曲房的硬件与软件系统,设计T-S模糊神经网络控制器,并利用粒子群算法优化该控制器的参数,对控制器进行仿真和运用控制系统进行实际测试。结果表明,该控制器工作稳定,频率响应快;控制系统能够对曲房的温湿度进行实时测控,使发酵过程中不同发酵部位之间的最大温度差降低至6.30℃,最大湿度差降低至8.69%RH。通过该控制系统实现了大曲发酵过程中曲房内部各区域温湿度保持均匀,保证了大曲质量的一致性。     

智能化环控曲房的设计和应用研究

地域气候差异和天气变化等环境因素均会影响大曲品质。目前传统的制曲方式多采用人工凭借个人经验控制大曲品质,受环境因素制约,导致大曲的品质不稳定;大曲制作周期受气候制约,冬季面临停产等问题,限制大曲质量和产量提升。影响大曲发酵的曲房环境因素主要包括温度和湿度。本文针对古井中高温大曲生产工艺特点设计了一款能够自动调温、调湿的智能化环控曲房。智能化环控曲房可自动记录生产过程的关键工艺参数,实现大曲生产过程控制的追溯总结。智能化环控曲房制曲结果表明该系统制曲与传统制曲结果相比,能够克服冬季低温对制曲生产的不利影响,显著提升大曲的品质。     

大曲发酵过程中曲房环境温度的数值分析

为实现大曲培曲的智能化,需建立一套完整的大曲曲房环境参数模型,解析大曲发酵过程中曲房环境温度分布及其变化规律。通过对实测温度数据的分析,大曲发酵经过了上缓、中挺、后缓落三个阶段,其中上缓期和中挺期对大曲发酵质量的影响更大。对上缓期和中挺期的曲房环境温度进行模拟仿真,并与实测的曲房温度数据进行对比分析,对仿真模型进行了进一步的优化：上缓期与中挺期的稻草导热系数分别为0.001 2～0.001 6 J/（m·s·K）与0.001 8 J/（m·s·K）。保证了仿真模型具有足够的精度,为曲房环境参数的智能化控制策略提供了理论依据。     

人工翻曲对发酵曲理化指标一致性影响的研究

对五粮液中温曲固定曲房不同位置取样,分析同一曲房中间和四周发酵曲的理化指标变化,研究人工翻曲对曲药质量的影响。结果表明,五粮液中温曲曲房不同位置的发酵曲各项理化指标差异较大,而通过3次人工翻曲最终使整间曲房的发酵曲在出房时质量趋于平均。     

曲房加湿的数值模拟及试验

传统曲房通过人工开关门窗和向曲房内撒水的方法来调节曲房内相对湿度,受自然环境的影响,很难保证不同位置大曲质量等级一致。需要掌握曲房内加湿装置对曲块发酵过程中湿度调控的变化规律,实现曲房内相对湿度的实时调控。基于曲房三维紊流模型,以曲房加湿过程中的相对湿度为研究对象,结合多孔介质模型及组分传输模型,运用Fluent软件对曲房加湿过程进行数值模拟,同时结合现有曲房加湿试验平台对曲房模拟模型进行验证。加湿过程中相对湿度模拟值和试验值最大偏差为1.1%,加湿时间仅相差6.5 s,验证曲房加湿模型的有效性。通过试验研究加湿管道直径、开孔数和开孔尺寸对曲房加湿效果的影响,使用单因素和正交试验法筛选出加湿装置参数的最优组合。结果表明：当管道直径为80 mm、开孔数为6、开孔直径为30 mm,曲房加湿效果最好,与优化前的加湿装置相比,优化控制参数后的加湿装置的加湿时间缩短了6.6%,为后续曲房湿度控制研究提供了模型参考和理论数据支撑。     

基于PLFA分析中温和高温大曲及其曲房空气微生物群落相关性

采用磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acid,PLFA)图谱分析法对中温、高温两种大曲及其曲房空气微生物种类和生物量进行研究。结果表明:大曲各阶段微生物PLFA种类数均高于对应曲房空气中的PLFA种类数,曲房空气中检测到的多数微生物种类在对应大曲中皆能被检测到。大曲及曲房空气细菌生物量均在发酵第4阶段达到最大值,其中中温大曲为78.09 nmol/m3,其曲房空气为36.24 nmol/m3;高温大曲为103.62 nmol/m3,其曲房空气为88.39 nmol/m3。在整个发酵过程中,中温大曲以嗜热解氢杆菌、革兰氏阴性菌为优势菌群,其曲房空气以革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌为优势菌群;高温大曲在发酵0 d以革兰氏阴性菌为优势菌群,后期以革兰氏阳性菌为优势菌群,其曲房空气以革兰氏阴性菌为优势菌群。通过主成分分析发现中温大曲及其曲房空气微生物在发酵前期群落组成相似;高温大曲及其曲房空气在整个发酵过程中组成相似(除第4阶段)。     

不同品种包包曲对白酒生产的影响

试验包包曲中小麦所占比例不同对白酒生产的影响.结果表明,9010曲与全小麦曲更适合于江淮流域多粮型白酒生产;全小麦曲在曲房发酵时站火时间比9010曲长;最高品温比9010曲低1.4℃;全小麦曲落火比9010曲慢;全小麦曲出曲房时,感官指标好于9010曲;理化指标总体好于9010曲;微生物指标较9010曲低,导致全小麦曲的二次发酵能力低于9010曲;全小麦曲糖化力、发酵力2个主要指标均低于9010曲;生产试验表明,全小麦曲作为糖化、发酵剂的使用效果总体低于9010曲.     

悬挂式翻曲机器人设计与研究

针对浓香型固态发酵白酒在酿造过程中曲块需要在曲房中进行发酵,曲块在发酵过程产生大量曲虫,造成曲房环境条件恶劣,同时存在翻曲量较大,劳动强度大的问题,设计悬挂式翻曲机器人,代替人工进行自动翻曲及曲块搬运。采用Solidworks三维设计软件设计机器人三维结构,采用Adams软件进行运动学和动力学仿真分析,并使用ANSYS Workbench 14.5对翻曲机器人的主要构件进行强度仿真分析和模态分析。同时,结合试验分析可得,设计的翻曲机器人满足运动学、强度、刚度等要求,能够按照既定的要求完成翻曲任务,使用翻曲机器人替代酿酒工人完成曲房内的翻曲和搬曲工作能降低工人的劳动强度,改善工作环境,实现了酿酒翻曲工艺的机械自动化。     

影响浓香型大曲发酵力测定的因素探讨

通过对浓香型大曲发酵力测定各影响因素的探讨,发现曲样水分测定后相隔时间过长、发酵瓶规格不一、培养箱型号不一及加样时未混匀是造成发酵力测定误差较大的主要原因。     

黄酒苦味影响因素分析

以苦味值为衡量指标对酒药添加量、酒曲添加量、主发酵温度进行正交试验设计。结果表明对黄酒苦味影响的大小依次为主发酵温度酒曲添加量酒药添加量。按照各因素的最好水平选取出最好的水平组合为主发酵温度均为30℃;酒曲添加量10%,酒药添加量0.8%。在此工艺下生产的黄酒苦味值较低。     

仿草包曲在黄酒发酵中的应用及其对黄酒风味的影响

为了提高生麦曲的发酵效率及品质,以传统草包曲的制作工艺为基础,将生小麦经现代通风控温控湿工艺培养后制成仿草包曲,分别比较仿草包曲与对照块曲的酶活性能和微生物群落结构、仿草包曲与对照块曲所酿黄酒理化指标、风味物质含量.结果表明:仿草包曲的酶活性能高于对照块曲;仿草包曲的细菌群落结构与对照块曲基本相似,但不同属真菌的相对丰度存在差异;仿草包曲与对照块曲在黄酒发酵过程中的理化指标变化趋势相同,仿草包曲所酿黄酒的酒精度较对照块曲提高4.7％,氨基氮降低9.6％,总酸与还原糖变化趋势相同;风味物质中醇类与酯类物质较对照块曲分别增加51.06 mg/L与18.27 mg/L,醛类与酸类物质含量差异不显著.主成分分析结果表明:仿草包曲具有与对照块曲相近的发酵性能,熟麦曲的添加是仿草包曲与对照块曲发酵黄酒的风味组成差异显著的主要原因.     

日本酱油缩短发酵周期的研究

采取不同原料配比制曲,提高制曲质量。发酵前采用抽真空法使成曲与盐水充分混匀,发酵时高浓度盐水抑制细菌生长,从而可以提高发酵温度,缩短发酵周期,在酱醅发酵过程中,试验组的氨基氮含量比对照组要高30％～100％。     

传统大曲液化力的测定条件及正交优化

以传统中高温大曲作为研究对象,重点探讨了曲药液化力在不同生化条件下的特征指标,再通过正交试验筛选出测定曲药液化力的最佳条件,并结合浓香型白酒生产工艺对试验条件进行修正,使测得液化力尽量反应实际生产中的大曲参与的固态发酵效力,达到对曲药生化指标准确、快速测定的目的,并准确地结合曲药感官鉴定,判断出大曲液化能力优劣。     

控制裂缝曲生成的最佳汾酒大曲工艺筛选

汾酒大曲是中温曲生产的典型代表,是传统工艺发酵的传承产物。为了有效提高汾酒大曲产品的内在质量,减少并控制裂缝曲的产生,以汾酒大曲操作方法为研究对象,根据制曲上道工序、生产过程进行对比、分析和研判,确定影响裂缝曲生成的主要因素有5个,并进行生产的试验与验证,结果表明,湿曲坯入房水分控制在38%~41%之间正常运行;晾霉期的温度控制在32?35℃;执行四层原倒的时间为24h左右;潮火延缓期温度控制在35-39℃;潮火延缓起火时间为1?2d。在此条件下进行第2次验证性试验,最终测得糖化力为917.82mg/g·h,裂缝曲产生比例为6.6%,有效控制了裂缝曲的生成,符合汾酒大曲的成曲标准,验证筛选出来的最佳工艺确实可行。     

提高大曲发酵力的研究

通过对大曲中酵母菌的分离、筛选、固定化载体的研制及高温干燥试验,确定了酵母菌固定化细胞生产工艺流程,并将该固定化技术运用于酿酒生产中,提高了大曲发酵力,较好地解决了大曲发酵力与制曲温度、贮存时间成反比的问题。     

人工发酵小麦酱生产工艺的研究

采用米曲霉、黑曲霉混合人工发酵小麦酱,通过单因素以及正交试验对影响小麦酱人工接种发酵工艺的因素,包括菌种接种量、食盐用量、发酵时间、发酵温度、乙醇用量进行优化筛选.最后确定最佳发酵工艺条件为:米曲霉和黑曲霉分开制曲,混合发酵,二者菌株添加比例为8∶1,接种量为0.3％,添加9％的食盐及0.5％的乙醇,在定期揿酱的前提下,28-40℃间歇式控温发酵35天;所得人工接种发酵产品氨基酸态氮值高,且感官评价较好,与传统自然发酵小麦酱风味相似.     

清酱香型白酒冬季发酵细菌群落演替及堆积过程细菌来源解析

利用高通量测序对清酱香型白酒窖池发酵过程中细菌群落结构进行分析,从清酱香型白酒发酵酒醅中共检出14 个菌门,113 个菌属,发酵开始（0 d）时,Firmicutes、Proteobacteria及Cyanobacteria在酒醅占主导地位,平均相对丰度均大于10%。随着发酵的进行,逐渐演替为单一的Firmicutes为主导。发酵过程相对丰度前10的细菌属为Lactobacillus、Bacillus、Weissella、Acetobacter、Gluconobacter、Pediococcus、Kroppenstedtia、Staphylococcus、Enterobacter、Scopulibacillus,随着发酵的进行,逐渐演替为单一的Lactobacillus为主导。为了说明薄层堆积发酵过程酒醅中细菌来源,对发酵用曲中细菌群落结构进行解析,并设置不添加酒曲的堆积样品为空白,通过分析酒醅样品（发酵0 d）、酒曲、环境样品（不添加大曲堆积酒醅）的细菌群落结构,结果表明酒醅中的细菌属31.67%来自于环境,50%来自于酒曲,23.33%由酒曲及环境共同提供,5%的细菌属只由环境提供。此外,优势细菌属中Gluconobacter仅来自于环境。本研究系统解析了清酱香型白酒窖池发酵过程细菌群落结构,初步分析了堆积发酵过程酒醅中细菌来源,有助于完善白酒发酵微生态的研究,并对提升白酒产品质量、安全及生产可控性具有重要的意义。     

Changes in selected physical property and enzyme activity of rice and barley koji during fermentation and storage

Koji are solid-state fermentation products made by inoculating steamed grains with the spores of fungi, particularly Aspergillus spp. This research was undertaken to identify the fermentation and storage conditions optimal for the production and maintenance of selected hydrolytic enzymes, such as α-amlyase and protease, in koji. Steamed rice and barley were inoculated with 2 × 10 (11) Aspergillus oryzae spores per kilogram of grains and fermented for 118 h in a growth chamber at 28 to 32 °C with controlled relative humidities. Samples were drawn periodically during fermentation and storage at -20, 4, or 32 °C, and α-amylase and protease activity, mold counts, a(w), moisture contents, and pH of collected samples were determined. It was observed that the a(w), moisture contents, and pH of the koji were influenced by the duration of fermentation and temperature of storage. The α-amylase activity of both koji increased as the populations of A. oryzae increased during the exponential growth phase. The enzyme activity of barley koji was significantly higher than that of rice koji, reaching a peak activity of 211.87 or 116.57 U at 46 and 58 h, respectively, into the fermentation process. The enzyme activity in both products started to decrease once the mold culture entered the stationary growth phase. The protease activities of both koji were low and remained relatively stable during fermentation and storage. These results suggest that rice and barley koji can be used as sources of α-amylase and desired enzyme activity can be achieved by controlling the fermentation and storage conditions. PRACTICAL APPLICATION: Amylases and proteases are 2 important hydrolytic enzymes. In the food industry, these enzymes are used to break down starches and proteins while reducing the viscosity of foods. Although amylases and proteases are found in plants and animals, commercial enzymes are often produced using bacteria or molds through solid state fermentation, which is designed to use natural microbial process to produce enzymes in a controlled environment. A properly produced and maintained koji with a high hydrolytic enzyme activity can serve as an important source of the enzymes for the food industry.