國(guó)內(nèi)外啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

[摘 要]發(fā)酵是啤酒生產(chǎn)工藝中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)啤酒的品質(zhì)有著非常重要的影響，發(fā)酵的效果關(guān)鍵在于溫度控制。為此本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，并對(duì)國(guó)內(nèi)啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。

[關(guān)鍵詞]發(fā)酵 溫度 控制系統(tǒng) 發(fā)展現(xiàn)狀

啤酒已經(jīng)是我們?nèi)祟惿钪胁豢苫蛉钡囊活愶嬈罚袌?chǎng)的需求量很大。啤酒釀造過(guò)程中，主要是發(fā)酵過(guò)程最長(zhǎng)、是香味物質(zhì)生產(chǎn)最重要的階段。發(fā)酵主要對(duì)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)產(chǎn)生影響。在最近的五十年中，通過(guò)對(duì)各種單元操作的良好控制可以提高釀造過(guò)程的生產(chǎn)率。在啤酒釀造過(guò)程中，通過(guò)提高發(fā)酵溫度來(lái)縮短發(fā)酵時(shí)間 (從8℃升至13℃~14℃)，但是為了保持啤酒的風(fēng)味特性，需要對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行保壓發(fā)酵。溫度普遍提高反應(yīng)速度，溫度和壓力聯(lián)合作用主要控制香味物質(zhì)的合成。因此發(fā)酵溫度的嚴(yán)格控制在整個(gè)啤酒生產(chǎn)過(guò)程中是至關(guān)重要的。目前，國(guó)內(nèi)外啤酒生產(chǎn)廠家所采用的溫度控制方法各不相同。

一、國(guó)內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展

在啤酒發(fā)酵過(guò)程中，工藝操作的控制主要是對(duì)溫度、糖度、雙乙酰、壓力和時(shí)間變化的控制，而這些參數(shù)又是相互耦臺(tái)的。糖度、雙乙酰的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)溫度來(lái)完成的，而時(shí)間和壓力的控制，在一定濃度、酵母數(shù)量和活性條件下，也取決于發(fā)酵的溫度。因此，啤酒發(fā)酵過(guò)程控制主要是對(duì)發(fā)酵溫度的控制，發(fā)酵溫度是決定啤酒口感、風(fēng)味等的個(gè)重要指標(biāo)，但現(xiàn)場(chǎng)溫度的控制比較困難，在現(xiàn)代化生產(chǎn)的今天，為保證啤酒風(fēng)味的一致性，滿足生產(chǎn)的連續(xù)化、自動(dòng)化的需要。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的要求，采用先進(jìn)的智能控制策略來(lái)對(duì)啤酒發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行控制是必然的，在其發(fā)展過(guò)程中，主要經(jīng)歷丁以下幾種控制方式：

1.完全手動(dòng)操作方式

操作人員在現(xiàn)場(chǎng)或集中操作盤(pán)上控制主要設(shè)備的啟停，閥門(mén)由工人到現(xiàn)場(chǎng)操作。這種方式下啤酒生產(chǎn)的控制完?duì)幱扇斯げ僮鳎a(chǎn)工藝參數(shù)得不到可靠執(zhí)行，一致性比較差，啤灑質(zhì)量受人為因素影響較大，因此啤酒口味穩(wěn)定性較差．而且工人的操作勞動(dòng)強(qiáng)度很大，主要生產(chǎn)設(shè)備與裝置不能工作在雖佳狀態(tài)，原材料利用率低，產(chǎn)品能耗大。

2.半自動(dòng)控制方式

半自動(dòng)控制方式又稱集中手動(dòng)控制方式，采取諸如數(shù)據(jù)采集器等手段采集各種過(guò)程量并送入控制室，控制室設(shè)有模擬屏或上位機(jī)，在模擬屏或E位機(jī)上顯示各種溫度、流量、壓力和液位等過(guò)程參數(shù)和電機(jī)、閥門(mén)的開(kāi)啟狀態(tài)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。

3.常規(guī)的單變量PID控制策略

在啤酒發(fā)酵罐的溫度控制系統(tǒng)中，常規(guī)的單變量PID是以大罐的中部溫度為被控制量，中部冷卻帶閥門(mén)開(kāi)度為控制量，閥門(mén)的開(kāi)度在不同的發(fā)酵階段具有相應(yīng)的比例系數(shù)，比例系數(shù)主要依賴人的經(jīng)驗(yàn)，是典型的單變量控制策略。但是，經(jīng)過(guò)分析，啤酒發(fā)酵過(guò)程是多變量控制系統(tǒng)，因此，該單變量控制策略無(wú)法解決發(fā)酵罐上、中和下3個(gè)冷卻帶的耦合問(wèn)題，因此比例系數(shù)依賴于人的經(jīng)驗(yàn)，所以嚴(yán)重影響控制精度。

4.模糊控制策略

采用模糊控制策略雖然能充分利用其非線性結(jié)構(gòu)、不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，在一定程度上提高了系統(tǒng)的魯棒性，基本滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，但是離線建立的模糊控制規(guī)則表不能在線修改。

5.多變量控制

對(duì)現(xiàn)有單變量控制器進(jìn)行改進(jìn)的一個(gè)有效的措施就是對(duì)發(fā)酵罐實(shí)施多變量控制策略，薛福珍等人對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行Smith預(yù)補(bǔ)償和多變量解耦之后，對(duì)控制量進(jìn)行了約束優(yōu)化調(diào)節(jié)，并成功用于對(duì)啤酒發(fā)酵的溫度控制，取得了比較滿意的控制效果。

綜上所述，各種控制策略都有其優(yōu)缺點(diǎn)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，現(xiàn)代控制理論與智能控制理論有廣闊的發(fā)展前景，具有較高的研究和使用價(jià)值。

二、國(guó)內(nèi)啤酒發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)啤酒的產(chǎn)量己開(kāi)始趕超世界先進(jìn)水平，但產(chǎn)品質(zhì)量必須達(dá)到較高水平，花色品種也必須趕上去才能適應(yīng)日益變化的消費(fèi)者的需求，這就要求國(guó)內(nèi)的啤酒生產(chǎn)廠家改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝更新生產(chǎn)設(shè)備以滿足市場(chǎng)的需求。國(guó)內(nèi)啤酒廠更新技術(shù)的手段主要有以下幾方面：

1.引進(jìn)國(guó)外控制技術(shù)

例如福建惠泉啤酒廠創(chuàng)下“十五一啤酒釀造技術(shù)新亮點(diǎn)——無(wú)菌釀造技術(shù)，并進(jìn)口德國(guó)Thient公司的各種先進(jìn)儀器和德國(guó)著名的高得曼實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)造了世界一流的現(xiàn)代化啤酒控制系統(tǒng)；北京燕京啤酒廠引進(jìn)德國(guó)施密特公司專用的先進(jìn)設(shè)備；北京華爾森啤酒廠從捷克引進(jìn)全套生產(chǎn)設(shè)備；上海華光啤酒廠從瑞士引進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備等。引進(jìn)設(shè)備的最大特點(diǎn)是自動(dòng)化水平比較高，從而能嚴(yán)格滿足啤酒生產(chǎn)的要求，因此產(chǎn)量較高，質(zhì)量較穩(wěn)定。但是引進(jìn)設(shè)備價(jià)格昂貴，使一般小廠望塵莫及。

2.國(guó)內(nèi)科研所、專業(yè)公司根據(jù)國(guó)情自行研究的技術(shù)

由于引進(jìn)國(guó)外整套設(shè)備的成本非常高，因此，盡快地研制出自動(dòng)化水平較高的國(guó)內(nèi)啤酒生產(chǎn)設(shè)備，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)啤酒生產(chǎn)的需要，也成為國(guó)內(nèi)一些科研部門(mén)的熱點(diǎn)。1988年北京核工程研究院研制的“PRS一80型啤酒發(fā)酵控制系統(tǒng)一在伊春啤酒廠投入使用，其硬件主要分上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)工作站兩層，控制方案采用單變量溫度控制；1993年國(guó)家輕工業(yè)部自動(dòng)化研究所研制的“PW-40啤酒發(fā)酵微機(jī)控制系統(tǒng)\"在廈門(mén)華僑啤酒廠投入使用，其控制方案也是采用單變量溫度控制；1994年北京科海測(cè)控工程部研制的“CMCM啤酒發(fā)酵微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)\"在無(wú)錫市太湖水啤酒廠投入使用，其硬件配置上位機(jī)采用80386，配合了一個(gè)小型局域網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)采用ZSO單板機(jī)，控制方案采用單變量控制，并設(shè)有液位檢測(cè)；合肥廉泉啤酒(集團(tuán))公司為了增強(qiáng)企業(yè)的整體實(shí)力，提高產(chǎn)品檔次，在1999年完成糖化及發(fā)酵自控系統(tǒng)，從而使擴(kuò)建6萬(wàn)噸啤酒的生產(chǎn)系統(tǒng)的技改工作勝利完成。

3.廠內(nèi)自行研究

國(guó)內(nèi)中小企業(yè)結(jié)合本廠具體的生產(chǎn)實(shí)際自行研究的自動(dòng)化儀表加手動(dòng)的生產(chǎn)控制技術(shù)，其造價(jià)低，效果一般，符合企業(yè)目前的狀況，但不能滿足企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需求，成為制約企業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。從上述情況看，我國(guó)的啤酒生產(chǎn)設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有了較大的發(fā)展，但是還處于起步階段。

參考文獻(xiàn)：

[1]程殿林，王亞楠．啤酒生產(chǎn)技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005:1-7

[2]強(qiáng)錫富，胡生清，于曉洋等．傳感器[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：1-12