基于模糊數學的釀酒輔料稻殼綜合評價方法

郎定常，何翠容，李萬群，韋 杰，蘭小琴，袁松林

（1.四川省酒類科研所，四川成都 610017；2.宜賓金喜來酒業有限公司，四川宜賓 644103；3.四川省宜賓竹海酒業有限公司，四川宜賓 644304）

釀酒輔料主要是指固態法白酒生產中用于輔助發酵及蒸餾的填充劑和膨松劑[1]，輔料中含有較多剛性的纖維素，具有較好的支撐作用[2]，生產中主要利用輔料的物理特性，使酒醅更有骨架感和具有適當的疏松度與含氧量，同時具有增加界面、調整酒醅淀粉濃度、沖淡酸度、吸收酒精和保持漿水的作用，使蒸煮、糖化發酵和蒸餾能順利進行，利于酒醅的正常升溫[3]。稻殼又稱礱糠，系稻谷在加工大米時脫下的外殼，主要由外穎、內穎、下護穎、上護穎和小穗軸組成[4]（圖1），具有硬度大、韌性強、性質穩定的物理特性，加之來源廣、成本低，是中國白酒特別是濃香型固態法白酒釀造中普遍使用的輔料，用量占投料量的17 %～26 %，其品質優劣直接影響窖內發酵和基酒口感。目前，國家標準、行業標準、地方標準中對稻殼質量檢驗方法及標準基本沒有。在實際生產中，稻殼品質控制完全依靠現場操作工人的手感和聞香決定，這種方法具有極強的主觀片面性[5]。模糊綜合評價法是一種基于模糊數學理論的綜合評價方法，該方法通過將所采集的影響結果評價的因素數據組織成模糊化單元，將模糊化單元輸入到模糊邏輯系統，通過一系列模糊隸屬度函數運算將輸入數據映射為分析結果，根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，具有結果清晰、系統性強的特點[6]。顏色、氣味、夾雜物、20 目篩下物、水分、容重、骨力、吸水量、松緊度、果膠含量及多縮戊糖含量等是評價稻殼品質的重要因素，其中，顏色和氣味可綜合反映出稻殼的新鮮度，夾雜物可體現稻殼的潔凈度，20目篩下物、容重與骨力用于綜合評價稻殼在糟醅中的骨架感和疏松度。本研究結合釀酒企業生產實際，基于直觀簡便、快速實用及便于生產企業現場實施的原則，將感官、夾雜物、20 目篩下物、容重和骨力作為釀酒輔料稻殼品質評價的五因素（U=（U1 感官，U2夾雜物，U3 20 目篩下物，U4 容重，U5 骨力）），建立一種快速評價稻殼品質的模糊數學模型，通過模型結果將稻殼進行三等級劃分，為釀酒企業提供一種客觀準確、簡單實用的稻殼品質評價方法。

圖1 稻殼組織結構剖面圖

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

稻殼樣品：試樣準備參考GB 5491—1985 糧食、油料檢驗扦樣、分樣法。

試驗器具：廣口瓶；恒溫水浴鍋；天平（感量0.01 g，0.0001 g）；1.0 mm圓孔分樣篩；干燥器；500 mL量筒；1 kg砝碼（或其他代替工具）；鑷子。

1.2 試驗方法

1.2.1 感官

顏色：取5～10 g去除夾雜物的稻殼樣品，在潔凈白紙上均勻鋪開，在自然光線下仔細觀察樣品的整體顏色和色澤。對色澤不易鑒定的取20 g 樣品，在貼有黑紙的平板（20 cm×40 cm）上均勻地攤成15 cm×20 cm 的薄層，在自然光線下仔細觀察樣品整體顏色和光澤。

氣味：取5～10 g去除夾雜物的稻殼樣品，放在手掌中用拳頭攥握20 s 提高樣品溫度，立即嗅聞其氣味。對氣味不易鑒定的樣品，分取10 g 樣品，放入廣口瓶，置于60～70 ℃的水浴鍋中，蓋上瓶塞，保溫8～10 min，開蓋嗅辨氣味。

1.2.2 夾雜物（I）

準確稱取50 g（精確至0.01 g）稻殼樣品，用鑷子從樣品中挑出肉眼可見夾雜物，包括玻璃、金屬、穗梗、繩線、泥石、昆蟲體等，稱重為m1（精確至0.01 g）。

1.2.3 20目篩下物（B）

準確稱取50 g（精確至0.01 g）去除夾雜物稻殼樣品，倒入20 目分樣篩，蓋好篩蓋。將篩放在光滑的桌面，用雙手以110～120 次/min 的速度，按順時針方向和逆時針方向各篩動一定時間，篩動范圍掌握在篩直徑擴大8～10 cm，篩后靜置10 s，篩下物稱重為m2（精確至0.01 g），卡在篩層間的顆粒屬于篩上物。

1.2.4 容重（D）

取潔凈的500 mL量筒置于天平上去皮歸零，將去除夾雜物的稻殼樣品緩慢裝入500 mL量筒，讓稻殼自然落下，裝至500 mL刻度線處，停止裝樣，稱重為m3。

容重（kg/m3）=m3×2

1.2.5 骨力（V）

本研究中的骨力指一定體積稻殼的總硬度和總彈性，用500 cm3稻殼在外力作用下的最大體積形變量和撤去外力后的體積回復形變量表征，以評價稻殼在酒醅中的支撐作用與疏松作用。將稻殼樣品緩慢裝入500 mL量筒，讓稻殼自然落下，裝至500 mL刻度線處，停止裝樣，在稻殼表面放入1 kg 的砝碼，記錄稻殼體積形變量V1（cm3），撤去砝碼，記錄稻殼體積回復形變量V2（cm3），綜合V1、V2評價稻殼骨力[7]。

2 結果與分析

2.1 20目篩下物檢測中篩分時間的確定

稻谷在進行機械剝殼時，形成一定形狀的自然殼瓣，稻殼作為釀酒輔料，相對其他輔料具有良好的吸水性和骨力，實際生產中通常以2～4 瓣的粗殼（長5～10 mm，寬1.0～3.0 mm）為佳，不用細殼。本研究中的20 目篩下物檢測主要用于考察稻殼中對糟醅起主要支撐和疏松作用的無貢獻部分所占比例，篩分時間長短對20 目篩下物檢測結果影響較大，因此，本研究對不同篩分時間的20 目篩下物進行了對比（見表1）。

由表1可知，當篩分時間為20 s時，篩下物多為細小物，在支撐和疏松糟醅方面幾乎無貢獻，隨篩分時間的延長，篩下物含量增加，對糟醅起支撐和疏松作用的部分有效殼瓣被篩下。因此，本研究中20目篩下物檢測時采用的篩分時間為20 s，見圖2。

表1 不同篩分時間下20目篩下物的含量

圖2 不同篩分時間下20目篩下物外觀

2.2 不同企業稻殼的檢測結果

按1.2所述檢測方法，對5家白酒生產企業采購稻殼的感官、夾雜物、20 目篩下物、容重、骨力指標進行測定，結果見表2。

稻殼顏色主要與水稻品種有關，一般呈黃色和金黃色，也有呈黃褐色和棕紅色等。由表2可知，本研究中5家企業采購的稻殼顏色金黃，氣味純正，色澤和氣味無顯著性差異；5 個樣品中的夾雜物多為稻葉、穗梗和少量繩線，無玻璃、金屬、泥石、昆蟲體等，夾雜物含量均低于0.2%，符合《白酒生產技術全書》中雜物不高于0.2%的要求[8]；20 目篩下物用于考察稻殼中對糟醅起主要支撐和疏松作用的無貢獻部分所占比例，5 家白酒企業稻殼樣品篩下物含量表現為A＞B＞E＞D＞C；稻殼具有容重小的物理特點，容重主要與稻殼夾雜物、粗細度、水分、散落系數等相關，5 家白酒生產企業采購的稻殼容重在104～111 kg/m3范圍，差異較小；骨力大小直接關系到稻殼所能調節的酒醅含水量和含氧量，5 家企業采購的稻殼，表征骨力值的V1、V2分別在20～45 cm3和10～20 cm3范圍，差異性較大，其中B企業采購稻殼骨力值最大，E企業采購稻殼骨力值最小。綜上，5家白酒生產企業采購稻殼的感官、夾雜物、20目篩下物、容重與骨力指標在評價稻殼品質時的指向性不完全一致，5個指標對稻殼品質的影響程度不同，當各指標的指向性不一致使得結果具有不確定性時，需確定各指標對稻殼品質的影響權重，建立系統的稻殼品質評價方法以明確稻殼質量等級，對稻殼品質進行客觀科學的綜合評價。因此，本研究引入模糊綜合評價法，利用模糊數學對受到多因素影響的對象做出明確的總體評價，較好地解決稻殼品質評價時的不確定性問題。

表2 稻殼檢測結果

表3 稻殼評價因素評分表

表4 稻殼品質評價標準參照表

2.3 建立評價方法模型

2.3.1 確定評價因素權重系數

各評價因素對稻殼品質的影響程度不同，為了對稻殼品質進行客觀科學的評價，需確定各因素對稻殼品質的影響權重。選取10 名經驗豐富的釀酒師作為評價人員，按照“0～4 評分法”對稻殼品質評價因素的重要性進行打分，各評價因素得分與所有評價因素總分的比值即為該評價因素的權重系數。評價因素評分如表3 所示，各評價因素的權重值分別為X=（X感官=0.11，X夾雜物=0.17，X20目篩下物=0.24，X容重=0.20，X骨力=0.28）。

2.3.2 確定稻殼品質評價等級

按1.2所述檢測方法，對大量稻殼樣品進行五因素檢測，建立稻殼品質評價標準參照表（表4）。選取20位經驗豐富的釀酒師，按照表4所述評價標準對待鑒評樣品進行質量等級評定，共分為3 個質量等級，即n=（優良，中等，較差），統計對應評價因素評定結果的相應人數，如表5所示。

表5 稻殼質量等級評定表

2.3.3 確定模糊隸屬度函數

以稻殼質量等級評定表（表5）為基礎，構建模糊隸屬度函數R：

2.3.4 綜合評價矩陣構建與加權計算

根據評價因素權重系數（X）與模糊隸屬度函數（R）構建綜合評價矩陣Y，對5個評價因素的隸屬度進行加權平均計算，即Y=（Y1，Y2，Y3）=X×R=（X感官=0.11，X夾雜物=0.17，X20目篩下物=0.24，X容重=0.20，X骨力=0.28）×，模糊綜合評價矩陣Y 中最大值Ymax所對應的評價等級即為模糊綜合評價的最終結果。

2.3.5 基于模糊綜合評價法的稻殼品質評價應用

根據5家白酒企業稻殼樣品檢測結果（表2），按照表4所述評價標準，應用模糊綜合評價模型對5家白酒企業稻殼進行質量等級評定，結果如表6所示。

表6 5家白酒企業稻殼樣品品質評定結果

經過模糊綜合評價分析，YA=（0.255，0.529，0.216），YB=（0.549，0.451，0），YC=（1，0，0），YD=（0.7945，0.0555，0.15），YE=（0.509，0.463，0.028），A企業稻殼樣品品質評價結果為中等，B 企業、C 企業、D 企業、E 企業稻殼樣品品質評價結果均為優良。

3 結語

本研究將感官、夾雜物、20目篩下物、容重和骨力作為稻殼的品質評價因素，建立了五因素檢測方法，根據“0～4評分法”確定模型中感官、夾雜物、20目篩下物、容重和骨力5 個評價因素的權重系數分別為0.11、0.17、0.24、0.20 和0.28，建立了一種客觀準確、簡單實用的釀酒輔料稻殼品質的模糊數學評價模型，通過模糊綜合評價結果將稻殼劃分為優良、中等、較差3個質量等級，運用該模糊綜合評價法對5個白酒生產企業采購的釀酒輔料稻殼進行評價，A企業稻殼樣品品質評價結果為中等，B 企業、C 企業、D 企業、E 企業稻殼樣品品質評價結果均為優良。