一种黄酒前酵过程中酒醪中糖度和酒精度实时控制的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于黄酒酿造技术领域，特别是涉及一种黄酒前酵过程中酒醪中糖度和酒 精度实时控制的方法。
【背景技术】
[0002] 黄酒根据糖份含量，分为干型黄酒、半干型黄酒、半甜型黄酒、甜型黄酒四类。经科 学分析鉴定，这四类黄酒刚好是绍兴酒的四个名品，即元红酒、加饭酒、善酿酒、香雪酒。目 前黄酒酒醪中的糖度和酒精度主要采用离线方式测定，由于分析化验科室的上班时间主要 在白天，而黄酒前酵结束时间大部分处于化验科下班时间，这样造成不同品种黄酒的糖化 合发酵程度及发酵结束时间主要取决于发酵工人师傅的经验，造成不同品种黄酒之间和不 同批次黄酒之间质量差别较大。
[0003] 因此，如何实现黄酒前酵过程中酒醪中糖度和酒精度的全局预测与控制对稳定不 同品系黄酒品质具有重要的意义。而黄酒的发酵过程是一个包涵了复杂系统生物过程的动 态过程。建立准确的描述黄酒发酵过程中酒精度和糖度变化的模型将有助于实现对酒醪中 酒精度和糖度的全局实时预测，这无疑是实现对黄酒发酵过程进行预测与控制的关键。对 黄酒发酵进程控制有着极其重要的意义。
[0004] 描述黄酒发酵过程的涵盖9个状态变量：淀粉浓度（S)，麦芽三糖浓度（R)，麦芽二 糖浓度（M)，葡萄糖浓度（G)，淀粉与麦曲结合的中间产物浓度（C5)，麦曲浓度（E)，酵母细 胞浓度（C)，溶氧浓度（0)和酒精浓度（A)。
[0005] 酶和淀粉形成的中间产物（C5)，其浓度变化主要与淀粉与麦曲结合生成以及和麦 芽三糖浓度（R)，麦芽二糖浓度（M)，葡萄糖浓度（G)的生成相关。淀粉糖化后获得的低聚 糖是发酵的碳源，通过HPTLC和HPLC分析表明，酵醪液中淀粉的糖化产物是低聚糖，低聚糖 产物的主要成分为DP(聚合度3的寡糖和单糖：主要成分为麦芽二糖，然后是麦芽三糖 和葡萄糖，并且麦芽二糖的含量随时间逐渐增加。在反应过程中麦芽三糖将与酶结合生成 中间产物，然后水解生成麦芽二糖和葡萄糖，且少量麦芽二糖在酶的作用下也将水解生成 葡萄糖。但预实验和HPLC检测结果均显示整个反应过程中仅有少量葡萄糖存在，这说明参 与前述反应的量极其微少，对整个反应过程的影响微乎其微，基于模型简化考虑，将不考虑 该类反应过程的影响。对酒醪组成分析表明，同时糖化和发酵的主要过程产物为麦芽二糖。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于针对以上需求，建立各个参数的数学模型，依据这些数据模型提 供一种黄酒前酵过程中酒醪中糖度和酒精度实时控制的方法。
[0007] 本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
[0008] -种黄酒前酵过程中酒醪中糖度和酒精度实时控制的方法，其特征在于：通过温 度控制系统控制黄酒酿造系统的温度变化曲线来控制黄酒酒醪中糖度和酒精度A;所述糖 度包括麦芽三糖浓度R，麦芽二糖浓度M，葡萄糖浓度G;在黄酒前酵过程中淀粉浓度S，麦曲 浓度E，酵母细胞浓度C初始值为已知参数；在前酵过程中需要对淀粉与麦曲结合的中间产 物浓度C5，溶氧浓度0进行计算；
[0009] 所述淀粉与麦曲结合的中间产物浓度C5的数学模型为：
[0010]
其中，4是淀粉与麦曲结合生成中间产物的速率，淀 Li' y 粉链与α-淀粉酶结合的中间产物通过酶的作用断裂生成产物麦芽三糖、麦芽二糖和葡萄 糖，k2为生成麦芽三糖的速度，k3为生成麦芽二糖的速度，k4S生成葡萄糖的速度；
[0011] 所述麦曲浓度E的数学模型为：
[0012]
[0013] 所述麦芽二糖浓度Μ的数学模型为：
[0014]
其中，ks2代表溶氧提供酵母 生长的饱和常数，ks3代表麦芽二糖提供酵母生长的饱和常数，ks4代表麦芽二糖生成酒精的 饱和常数；k5是麦芽三糖为酵母生长提供碳源的速率，k6是麦芽二糖为酵母生长提供碳源 的速率，卜是麦芽二糖生成酒精的速度；
[0015] 所述酵母细胞浓度C的数学模型为：
[0016] 其 ? 中ksl代表麦芽三糖提供酵母生长的饱和常数，ks2代表溶氧提供酵母生长的饱和常数，ks3 代表麦芽二糖提供酵母生长的饱和常数，ks5代表底物葡萄糖提供酵母生长的饱和常数；ks 是葡萄糖为酵母生长提供碳源的速率；
[0017] 所述麦芽三糖浓度R的数学模型为：
[0018]
[0019] 所述溶氧浓度〇的数学模型为：
[0020]
[0021] 其中，ksl代表麦芽三糖提供酵母生长的饱和常数，ks2代表溶氧提供酵母生长的饱 和常数，ks3代表麦芽二糖提供酵母生长的饱和常数，ks5代表底物葡萄糖提供酵母生长的饱 和常数；〇ιη为开耙动作结束后酒醪中的溶氧数值；
[0022] 所述葡萄糖浓度G的数学模型为：
[0023]
:其中，ks是葡萄糖为酵母生长 提供碳源的速率，k9是葡萄糖生成酒精的速度，ks5代表反应底物葡萄糖提供酵母生长的饱 和常数，ks6代表底物葡萄糖生成酒精的饱和常数；
[0024] 所述酒精度A的数学模型为：
[0025]
其中，ks4代表麦芽二糖生成酒精 的饱和常数，ks6代表葡萄糖生成酒精的饱和常数；
[0026] 上述数学模型中
[0027]
[0028] k2= -5. 67058+1. 79294XT-0. 03006XT2
[0029] k3= -0. 00166+3. 2X104XT
[0030] k4= -5· 7482+0. 4962XΤ-0· 0096XΤ2
[0031] k5= -7· 41206+0. 7076ΧΤ-0. 01196ΧΤ2
[0032]
[0033] 其中Τ为温度。
[0034] 其进一步特征在于：在黄酒前酵过程中实时测量酒精度Α，麦芽三糖浓度R，麦芽 二糖浓度M，葡萄糖浓度G，淀粉与麦曲结合的中间产物浓度C5，溶氧浓度0,并将测得的数 值反馈至温度控制系统，通过控制开耙和品温温度控制糖的消耗速度和酒精生成速度，从 而实现对酒醪中的酒精度和糖度的反馈控制。
[0035] 本发明通过建立各个参数的数学模型，并将这些数学模型用于黄酒前酵过程中的 温度控制系统，控制黄酒前酵过程中的温度曲线，从而准确的预测出发酵过程中酒精度和 糖度的变化数值，并对黄酒前酵过程中酒醪中的糖度和酒精度进行稳定控制。本发明控制 方法可以保证黄酒生产的品质。
【附图说明】
[0036] 图1为黄酒前酵过程状态变量相互关系示意图。
[0037] 图2为本发明糖度数据模型曲线与实测数据比较图。
[0038] 图3为本发明酒精度数据模型曲线与实测数据比较图。
[0039] 图4-9为参数kfke与温度之间的关系曲线。
【具体实施方式】
[0040] 如图1所示描述黄酒发酵过程的涵盖9个状态变量：淀粉浓度（S)，麦芽三糖浓度 (R)，麦芽二糖浓度（M)，葡萄糖浓度（G)，淀粉与麦曲结合的中间产物浓度（C5)，麦曲浓度 (E)，酵母细胞浓度（C)，溶氧浓度（0)和酒精浓度（A)。
[0041 ] 所述淀粉与麦曲结合的中间产物浓度C5的数学模型为： r/Γ-
[0042] = (t+t+MO其中，&是淀粉与麦曲结合生成中间产物的速率，淀 粉链与α-淀粉酶结合的中间产物通过酶的作用断裂生成产物麦芽三糖、麦芽二糖和葡萄 糖，k2为生成麦芽三糖的速度，k3为生成麦芽二糖的速度，k4S生成葡萄糖的速度；
[0043] 所述麦曲浓度E的数学模型为：
[0044]
[0045] 所述麦芽二糖浓度Μ的数学模型为：
[0046]
其中，ks2代表溶氧提供酵母 生长的饱和常数，ks3代表麦芽二糖提供酵母生长的饱和常数，ks4代表麦芽二糖生成酒精的 饱和常数；k5是麦芽三糖为酵母生长提供碳源的速率，k6是麦芽二糖为酵母生长提供碳源 的速率，卜是麦芽二糖生成酒精的速度；
[0047] 所述酵母细胞浓度C的数学模型为：
[0048] 其 ·. 中ksl代表麦芽三糖提供酵母生长的饱和常数，ks5代表底物葡萄糖提供酵