一种发酵控制方法与流程

本发明食品加工控制领域，特别是涉及一种发酵控制方法。

背景技术：

啤酒发酵是一个复杂的生化反应过程，在发酵罐内发生并释放大量热量的、极其复杂的生化反应过程。在发酵过程中，麦汁中的可酵糖和氨基酸等营养物质被酵母细胞酶分解为乙醇和二氧化碳，同时还产生一系列的发酵副产物，如：双乙酰，高级醇、醛、酸、酯等。这些代谢产物的含量对啤酒质量和口味的影响很大，而这些中间代谢产物的生成取决于发酵温度。发酵过程的温度的剧烈变化，导致酵母早期沉淀、衰老、死亡、自溶，造成发酵异常，影响到酵母代谢副产物组成，直接影响到最终啤酒成品的质量。啤酒发酵周期一般为二十多天，在这个过程中，发酵温度是控一定要求变化的，即根据酵母的活功能力、生长繁殖的快慢来控制不同的发酵温度。

现有技术啤酒发酵多大多露天放置，其控制方法多为人工或简单的参数控制。对于现有技术中借助于仪表显示，工人参与的控制方法，所需工作设备多、工人的生产操作复杂、无法及时提取生产数据，发酵过程生产质量的不稳定，发酵温度的控制不精确。另外，对于现场温度、及压力值的检测参数，由于工作环境干扰多，信号在传输过程中受环境影响较大，降低了信号的精度，从而影响控制动作时间及控制效果；进一步导致测温精度低，控制效果不理想，啤酒质量不稳定。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种发酵控制方法，该方法采用计算机自动化控制，控制方法灵活，提高啤酒质量，缩短发酵周期。

本发明的发酵控制方法，包括以下的操作步骤：首先将经糖化的麦汁置于相应的酵母繁殖槽内；经酵母增殖后，将原料液通过泵输送到罐体中进一步发酵；当发酵温度升到第一预定温度时，向冷却夹套中通入冷却洒精溶液，并启动温度控制模块保持第一预定温度不变；当外观发酵度达60％时关闭夹套冷却剂阀门，自然升温至第二预定温度，进行双乙酚还原；升温后开始封罐升压并继续发酵，采用温度控制模块保持温度第二预定温度不变，采用压力控制模块使压力保持小于等于0.1mpa；当外观发酵度达65％时，采用温度控制模块使温度以预定速率降温至第三预定温度；排除第一次酵母，采用温度控制模块使温度以预定速率升温降温至0℃，采用压力控制模块使压力保持气压0.05mpa；排尽酵母，采用压力控制模块使压力调整压力至0.03～0.04mpa，由罐体的侧壁出酒口进行过滤，完成啤酒发酵。

进一步地，用于啤酒发酵的装置包括罐体，罐体外围包有绝热材料，罐体装有三段冷却夹套，罐体上、中、下三段分别设置有温度检测装置，罐体上部设置有压力检测装置，罐体底部设置有液位高度检测装置，罐体顶部设置有充气阀及排气阀，检测装置与计算机系统电性连接，冷却夹套上分别设置有电磁门，电磁阀与计算机电性连接。

进一步地，计算机的预定温度设置根据啤酒发酵的工艺条件、所处的不同的时间和阶段而设定。

进一步地，计算机对检测温度及预测温度进行比较判断，并根据该判断结果，控制电磁阀的状态；当电磁阀电磁阀在关闭状态时，若检测温度及预测温度的差值小于预设值，则电磁阀继续保持关闭状态，计算机不执行升温操作，若检测温度及预测温度的差值大于等于预设值，则打开电磁阀，计算机执行升温操作；当电磁阀处于开启状态时，若检测温度及预测温度的差值大于预设值，则电磁阀仍保持开启状态，若检测温度及预测温度的差值小于等于预设值，关闭电磁阀，则停止降温过程。

进一步地，所述温度检测装置每隔1分种采样一次，计算机对本次和上一次温度采样值进行判断，若两次采样的差值大于允许差值，则排除本次采样值；若两次采样的差值不大于允许差值，则采用本次采样值。

进一步地，计算机对于压力控制采用双位调节方法开关阀门，执行升压操作时，关闭排co2阀门，打开充co2阀门，使得罐体压力不断升高；执行降压操作时，打闭排co2阀门，关闭充co2阀门，使得罐体压力不断降低。

进一步地，第一预定温度为10℃，第二预定温度为12℃，第三预定温度为5℃。

进一步地，所述计算机还设置有报警模块，计算机根据检测到的压力及液位值，与预设值进行比较判断，当罐下段温

本发明与现有技术相比可实现以下有益效果：

本发明中的啤酒发酵过程采用计算机自动化控制，系统具有发酵监测、温度、压力控制和故障报警功能，从而提高啤酒生产的效率，控制方法灵活，可降低双乙酞的含量、提高啤酒质量、缩短发酵周期；同时提高产品质量、降低成本；严格格控制酵母繁殖和衰减速度，减少杂质的含量，使发酵过程处于理想的状态。

本发明采用电磁阀控制冷媒通断，替代采用调节阀的控制方法，降低了投资成本，调节方法简单灵敏，提高了对于温度精确度的控制，使得电磁阀的通断次数减少，延长了电磁阀的使用寿命。本发明采用电磁阀控制压力阀门的开关，提高了控制精度，降低设备成本

本发明中计算机对于采集到的信息，根据温度变化量，进行滤波处理；提高系统的抗干扰能力，防止系统中仪器损坏或断后时产生的温度噪音，避免由于检测信息错误而导致的后序的误动作，避免了状态信号在传送过程中产生的环境干扰问题，提高了系统测量精度及系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明装置的示意图；

图2为的啤酒发酵温度曲线图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参照附图1，本实施例中的啤酒发酵装置包括罐体1，罐体外围包有绝热材料，罐体本身装有三段冷却夹套2，以便用乙几醇或酒精溶液冷却。罐体上、中、下三段分别设置有温度检测装置3、4、5。罐体上部设置有压力检测装置6，罐体底部设置有液位高度检测装置7，罐体顶部设置有充气阀16、及排气阀17。罐体整体为圆柱体，底部为圆锥体。检测装置通过通入道8及上位机9与计算机10系统电性连接。冷却夹套上分别设置有电阀门13、14、15，电磁阀13、14、15与通过输出通道12计算机电性连接。计算机10还设置有报警模块11。

啤酒发酵工艺过程是，首先将经4～5次糖化的麦汁分别置于相应的酵母繁殖槽内，接种温度为7.5～8℃，接种量0.6％一1.0％。

酵母增殖16h后，将该原料液通过泵输送到罐体中，当发酵温度升到10℃时，通入冷却洒精溶液于冷却夹套中，使温度保持在固定值不变。当外观发酵度达60％时关闭夹套冷却剂阀门，自然升温至12℃，进行双乙酚还原。升温后开始封罐升压，保持压力小于等于0.1mpa，在12℃下继续发酵2～4天。待发酵度达65％时，开始缓慢降温至5℃，时间一般需2～3天。之后排除第一次酵母，此后以0.1℃/h的速度降温至0℃，保持气压0.05mpa以上贮酒10～12天。在上述过程中，采用温度控制模块对罐体内的温度进行控制，使相应段的酒温控制在预定温度，使得升温及降温速率保持维持在安全范围内。

在过滤前排尽酵母，调整压力至0.03～0.04mpa，由罐体的侧壁出酒口以0.15mpa的压力经滤酒进行过滤，完成啤酒发酵过程。

本发明中的计算机控制啤酒发酵程序，通过调节夹套冷媒的循环量，达到控制发酵温度的目的。三段夹套中，冷媒循环量分别自动调节，以确保罐内酒液在发酵过程中的温度保持在规定值。

发酵罐的上、中、下三段温度由温度检测器检测，温度检测器设置为铂电阻，检测到的信息经过程输入通道输送到计算机处。计算机将此检测值与给定温度根据温度控制方法进行比较，并对电磁阀进行控制，使相应段的酒温控制在预定温度。

计算机的预定温度设置根据啤酒发酵所处的不同的时间和阶段而设定，如图2所示，为实施中啤酒发酵温度的给定曲线。温度给定曲线根据工艺条件而决定。调节入罐麦芽汁的糖度和酵毋接种量，以调节从入罐到发酵温度升到10℃所需时间；根据工艺所要求的外观发酵度而设定10℃时的保温时间；根据外观发酵度及酵母数，设定从10℃升温到12℃所需要的时间。根据工艺要求对温度给定曲线进行调节。

由于啤酒发酵过程是一个慢变化的过程，其发酵过程对于检测到的温度及对于电磁阀的动作采用如下方式进行处理。啤酒发酵的某个时间段是线性过程，利用如下线性方程对未来某一时刻的温度进行预测：

t(k+n)＝a1t(k)+a2t(k-n)+a3t(k-m)+btw(k)+cpw(k)

假定系统的纯滞后时间为n-m分钟，式中t(k+n),t(k),t(k-n),t(k-m)分别为n分钟后，当前时刻，以及n分钟前，m分钟前的温度，tw(k)+pw(k)为当前时刻冷媒的温度和压力。

将上式写为：

t(k+n)＝a’1t(k)+a’2[t(k)-t(k-n)]+a’3[t(k)-t(k-m)]+b’tw(k)+c’pw(k)＝a’1t(k)+a2uk-n+a’3uk-m+b’tw(k)+c’pw(k)

式中uk-n及uk-m分别为n分钟前和m分钟前到当前时刻温度变化差值，a’1，a’2，a’3，b’及c’为系数。在计算机内存储前n分钟及前m分钟的温度值，并检测当前的酒温、冷媒的温度及压力时，即可以预测n分钟后的酒温，从而求得n分钟后的酒温增量为：

δt(k+n)＝t(k+n)-t0(k+n)

其中，t0(k+n)为n分钟后温度给定曲线的值。

计算机每次采样后，均按式求得δt(k+n)的值。当电磁阀关闭时，即升降温标志置“0”，计算机判断，若δt(k+n)<δt0时，则电磁阀继续保持关闭状态，计算机不执行升温操作，若δt(k+n)≥δt0时，则打开电磁阀，计算机执行升温操作，计算机升降温标志置“1”。

当电磁阀开启时，即升降温标志置“1”，计算机判断，若δt(k+n)>-δt0时，则电磁阀仍保持开启状态，若δt(k+n)≤-δt0时，则停止降温过程，关闭电磁阀，升温标志置“0”。

上述过程中δt0可根据调节的精度的而设置，本实施例中设置为0.1℃,控制精度可达到±0.15℃。

为了提高系统的抗干扰能力，避免系统中仪器损坏或断后时产生的温度噪音；对于啤酒发酵过程中的检测到温度，计算机将检测到的信息进行滤波处理。由于发酵过程是缓慢的过程，温度及压力值不可能产生突变，系统每分种采样一次。

式中tn及tn-1为本次和上一次经第一种滤波方式处理后的温度采样值；

给定的两次采样的允许差值(例如0.1℃)

|tn-tn-1|≤δt0

如果满足上式，则tn被认为足本次采样值。如果

|tn-tn-1|>δt0

则认为tn可能不真实，此时再次采样，若采样温度满足

|tn-tn-1|≤δt0

则采用tn作为新的检测值。采用上述的滤波方式，将因干扰而检测到的伪值除去，避免由于干扰而导致执行机构的误动作。

对于啤酒发酵过程的压力控制，采用双位调节方法开关阀门。例如，当酒温升到12℃后，执行升压操作，此时，关闭排co2阀门，打开充co2阀门，使得罐体压力不断升高。当压力超过0.1mpa时，打开排co2阀门排气一次，再关闭阀门，使罐内的压力始终维持在0.1mpa以下。通过电磁阀控制阀门的开关，并且，阀门的大小由开关量控制，替代调节阀的控制，提高了控制精度，降低设备成本。

罐体内的压力和液位都是连续指示的，检测压力及液位值，并根据检测到的值与预设值进行比较判断。当罐下段温度小于-1℃时，执行报警程序，以防罐内酒液结冰；当罐内形成1m水柱的负压时，执行报警，以避免锥形罐受损。

本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。