CN114540140A - 一种分阶段控制卧式固态发酵系统 - Google Patents

Abstract

一种分阶段控制卧式固态发酵系统，至少包括，发酵罐体，其用于放置酒糟，发酵罐体内设置有沿其轴向排列的搅拌轴，搅拌轴穿出发酵罐体的两端并且被配置为能够沿其轴向执行自转以通过其径向上设置的叶片搅动发酵罐体内酒糟的结构，其中，发酵罐体远离地面的一端设置有三通管，其一端连通至发酵罐体内，另外两端分别可控开闭地连通至外界大气和抽气部，其中，当罐内处于发酵前期阶段时，基于可控开闭的三通管，发酵罐体仅通过与外界大气连通的通路与外界大气连通已形成缺氧环境；当罐内处于发酵中期阶段时，基于可控开闭的三通管，发酵罐体仅通过与抽气部连通的通路被抽气部处理为厌氧环境。

Description

一种分阶段控制卧式固态发酵系统

技术领域

本发明涉及酒发酵酿造领域，尤其涉及一种分阶段控制卧式固态发酵系统。

背景技术

固态发酵技术在白酒、酱醋等传统食品生产领域广泛应用，尤其是浓香型白酒的生产的核心工艺。

随着科学技术的发展，传统酿制行业也逐步向机械化、自动化、智能化改进，以泸州老窖等为代表的名酒企业建立了现代化的酿酒产业基地，为白酒产业升级起到了带头示范作用。然而，业内仍然未能实现传统发酵窖池的机械化、自动化和智能化改造，存在操作方式粗放、生产效率低下、人工成本高、产品质量不稳定、发酵过程黑箱操作等问题，制约了白酒产业的现代化改造和制造升级。对于传统泥坑发酵池，一旦填入糟醅后即无法采取后续调控措施，只能任其自然发酵完成，导致不同温度季节或不同作坊地点的窖池发酵质量差异较大。

在发酵过程中，随着微生物的生长繁殖，在微生物酶的作用下，固态粮食糟醅中的淀粉、蛋白质等物质发生水解，引起大量乙醇、有机酸和酯类物质水解产物在重力作用下逐渐沉积于窖池下层，而其所产生的CO2和低沸点物质随着窖池内部发酵温度的升高，多聚集在发酵池的上层。

文献《多粮浓香型白酒高窖帽生产工艺糟醅理化指标分析》[酿酒科技.2012年第7期:79-81]中吴树平等对比固态发酵窖池中单口窖池上、中、下层糟醅理化指标，发现同一发酵期，在酸度上：下层＞中层＞上层；在水分含量上：下层＞中层＞上层；在淀粉含量上：上层＞中层＞下层。这表明在同一口窖池中，下层的发酵情况好于中层，中层的发酵情况好于上层，体现了发酵先后过程和发酵层次情况。同时，对单口窖池上、中、下层靠壁和中心糟醅的理化指标发现，除上层糟醅外，中、下层均是靠壁糟醅发酵情况要优于中心糟醅发酵情况。主要是由于靠壁糟醅与己酸菌和其他窖泥功能菌接触充分，使得靠壁的糟醅发酵更加充分，产香情况更理想。而上层糟醅由于均未与窖泥过多接触，所以优势并不明显，这也充分表明粮食糟醅中功能性微生物的快速稳定繁殖发酵对浓香型白酒品质的提升具有重要意义。

文献《浓香型白酒传统封窖方式与新型封窖方式的对比研究》[食品工业科技.2015.23，36)]赵扬扬等研究结果同样表明，同一窖池内相同发酵时期不同层次糟醅之间理化指标及微生物含量不同。

因此，在传统泥窖窖池中，上层、中层和下层的粮食糟醅所含的水分不同，引起乙醇、有机酸酯和溶氧等关键底物浓度不同，加之靠近窖池边沿的粮食糟醅的微生物增长速度显著快于窖池中心的微生物生长速度，导致了泥坑内不同部位的粮食糟醅发酵过程不一致，同时引起后期蒸馏过程因粮食糟醅物理化学性质不同导致的蒸馏出酒量下降。

同时现有传统酿制技术中，由于粮食糟醅经过泥窖发酵后上层、中层和下层的粮食糟醅所含的水分和功能性物质含量不同，在出窖后需要将粮食糟醅通过上下层位置换位堆放一定时间，使粮食糟醅的组分尽可能一致，以尽可能的避免在蒸酒时由于糟醅的成分不一导致的出酒率降低现象。

本发明旨在开发一种固态发酵装置，通过控制机械搅拌，使发酵装置内的固态粮食糟醅的克服空间(上层、中层、下层、边沿和中心)引起的差异性，进而使粮食糟醅的水分、微生物含量、乙醇和有机酸酯均匀一致，保持粮食糟醅发酵过程的一致性和稳定性，实现规范、规模化稳定生产。

此外，一方面由于本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种分阶段控制卧式固态发酵系统，至少包括，

发酵罐体，其用于放置酒糟，发酵罐体内设置有沿其轴向排列的搅拌轴，搅拌轴穿出发酵罐体的两端并且被配置为能够沿其轴向执行自转以通过其径向上设置的叶片搅动发酵罐体内酒糟的结构，其中，发酵罐体远离地面的一端设置有三通管，其一端连通至发酵罐体内，另外两端分别可控开闭地连通至外界大气和抽气部，其中，当罐内处于发酵前期阶段时，基于可控开闭的三通管，发酵罐体仅通过与外界大气连通的通路与外界大气连通已形成缺氧环境；当罐内处于发酵中期阶段时，基于可控开闭的三通管，发酵罐体仅通过与抽气部连通的通路被抽气部处理为厌氧环境。

优选地，三通管的第一端口与发酵罐体内部连通，第二端口与外界大气连通，以形成发酵罐体与外界大气连通的通路，其中，在通路中还设置有空气滤芯，在“发酵罐体仅通过与外界大气连通的通路与外界大气连通”的情况下，空气滤芯被构造为能够对外界大气进入发酵罐体内的空气进行过滤。

优选地，罐内设置有用于检测罐内气压的气压表，还设置有控制器，其电连接至气压表以获取发酵罐体内的气压，并且其被构造为能够控制三通管中任意通路的开闭，当发酵罐体内气压值超出预设值时，控制器控制发酵罐体仅与抽气部连通并且控制抽气部开启抽气，从而使得发酵罐体内的气压将低至预设值之下。

优选地，控制器还被配置为能够控制搅拌轴的转速，当发酵罐体内酒糟发酵产生二氧化碳以造成罐内气压呈阶段性变化时，控制器基于罐内气压所处的气压区间来控制搅拌轴的转速和/或三通管的通断，其中，被控的搅拌轴转速与气压区间的阶段性变化呈正相关。

优选地，发酵罐体内气压至少在第一气压区间、第二气压区间和第三气压区间逐级递升变化，且在气压在第三气压区间的情况下，控制器控制搅拌轴转速达到最大区间以及控制三通管仅开启发酵罐体连通至抽气部的通路，从而使得发酵过程以非停机的方式藉由搅拌产生的旋转切向力对微生物的活性降低和/或罐内上层团聚的含热气体被抽出的方式将气压降低至第一或第二气压区间。

本方案中，考虑到发酵产生的热量总是伴随热气体而团聚在罐体内的上层空间内，因此，有别于常规的发酵方案，当气压超限，同时温度超限时，不选择停机处理，反而是选择最高转速旋转的方式来避免大量的微生物遭受升温性不可恢复的失活，转速提升有助于位于上层的酒糟快速被轮换至下层，使得大量的热气体占据的上层空间不会对单独一个区域的酒糟造成过量的加热；同时，加速搅拌能够使得酒糟内部的热量快速地以二氧化碳带出的方式被逸散，有效避免了酒糟的内部温升；并且同时开启抽气部进行强制气体排出，有利于进一步散热。另外，转速变快同时导致酒糟中的微生物受到剪切力的影响增大，导致部分靠近叶片转动所形成的涡流边缘的微生物受到较大的剪切力而失活或者死亡，由此形成强制的微生物活性降低，但是这种降低非等同于温度升高所导致的活性降低，其仅针对部分涡流附近的微生物的活性降低，在转速下降之后，其余部分的微生物能够继续生长来填补上一时刻的负面影响，而高温引起的活性降低是大面积且不可修复或者极难修复的，由此，本方案实现了在不引起发酵不可逆终止的前提下强制控制发酵反应降低活性，以保证发酵整体的可继性，在不引入其余部件的情况下为人工控制过热情形提供一种可行方案。

优选地，三通管的第一端口与第二端口的通路之间设置有第一阀门，三通管的第一端口与第三端口的通路之间设置有第二阀门，第三端口连通至抽气部。

优选地，发酵罐体设置为夹层结构，其中，夹层内设置有用于向酒糟内提供发酵用微生物的窖泥。

优选地，在远离地面的发酵罐体上部位置的夹层结构内不设置窖泥。

上述方案优势在于，避免了因为长期高温的影响，使得窖泥干涸结块落入酒糟造成酒糟被污染，也避免了窖泥中的微生物因为长期接触高温而大量死亡失活，同时还为带有热量的二氧化碳气体藉由向上抬升而散出罐外提供更多的通道，有利于散热降温。

优选地，穿出发酵罐体两端的搅拌轴一端传动连接至驱动电机，驱动电机电连接至控制器以接受其指令的方式改变其工作参数。

优选地，发酵罐体的夹层面向罐内的一侧设置有用于连通夹层内设置的窖泥与罐内设置的酒糟的孔结构。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的结构示意图；

图中：100、发酵罐体；110、罐体外壁；120、罐体内壁；130、进料口；140、出料口；200、搅拌轴；300、叶片；400、驱动电机；500、密封套件；600、控制部；700、三通管；710、第一端口；720、第二端口；721、第一阀门；730、第三端口；731、第二阀门；800、抽气部；900、气压表。

具体实施方式

下面结合附图1进行详细说明。

本方案所采用的一种分阶段控制卧式固态发酵系统能够解决至少一部分现有技术的问题。本系统中，至少包括发酵罐体100、搅拌轴200、叶片300。

发酵罐体100构成为一种能够容纳酒糟的容器，在本实施例中，其为空心圆柱罐体形，且在其被投入使用时，其大致是以其轴线平行于地面的方式被安装的，以此形成了卧式发酵的结构构型。如上所述发酵罐体100被构造为空心结构，其内部可以填入酒糟，为向其内送入酒糟原料之目的，在发酵罐体100周侧上开设有至少一个连通至发酵罐体100内部的进料口130。同时，在发酵罐体100周侧不同于开设进料口130位置的另一位置开设有出料口140，其用于排出已经发酵完成的酒糟或者排出发酵产物(如乙醇、有机酸、脂类等混合物)。并且，基于重力效应，一种优选的实施例中，进料口130设置在发酵罐体100周侧上远离地面的一侧位置，出料口140设置在发酵罐体100周侧上靠近地面的一侧位置。在进行发酵工序时，可以从位于发酵罐体100上方的进料口130进料，投入进料口130的酒糟受重力而逐层在发酵罐体100中堆叠，从下至上填满整个罐体，发酵产生的产物或者发酵后的酒糟利用重力从出料口140中落出。

根据一种优选实施例，发酵罐体100具有至少内外两层，分别为罐体内壁120和罐体外壁110，两个壁为套层结构，罐体外壁110将罐体内壁120套在其内。并且，套层结构中间留有一定间隙。罐体外壁110构成为实体密封壁面，罐体内壁120构成具备一定物质透过性的壁面结构。优选地，罐体内壁120上设置有穿透的孔结构，数个孔结构按照规则或者不规则的方式排列在罐体内壁120上，以实现上述的提供一部分的物质透过性。优选地，孔结构是按照一定预设距离的矩阵式排列在罐体内壁120上的，从整体上看，罐体内壁120构成为网状或者板筛结构。在使用时，向罐体内壁120与罐体外壁110之间的间隙内填入窖泥，填入量至少能够满足间隙内的窖泥能够与罐体内壁120上的孔结构平齐或者能够部分穿过孔结构接触至罐体内壁120的酒糟。通过均匀设置的孔结构，能够使得窖泥与罐体内的酒糟各部位产生较为均匀且充分的接。

搅拌轴200大致构成为条状或者杆状结构，基础地，其设置在发酵罐体100的轴线位置，即其两端分别连接至发酵罐体100的两个顶面大致中心的位置。搅拌轴200能够被驱动以执行沿其轴心或者在其被设置在发酵罐体100轴线时能够沿发酵罐体100的轴心进行自旋转，驱动方式可以是设置在搅拌轴200至少其中一端的驱动电机400进行电机驱动的方式。具体地，驱动电机400可以设置在发酵罐体100之外，在此情况下，搅拌轴200至少传动连接至驱动电机400的一端被构造为穿过发酵罐体100的一个顶面到外部，穿出部位与发酵罐体100之间通过密封套件500密封以防止罐体内物质由此泄露。搅拌轴200穿出的一端传动连接至驱动电机400以在驱动电机400的传动下能够沿自身轴线旋转。在本实施中，搅拌轴200的两端都穿出发酵罐体100，并且两端都设置有上述密封套件500。

搅拌轴200的轴向路径上设置有至少一个叶片300，在本实施例中，叶片300至少沿搅拌轴200径向突出，较佳地，叶片300突出的长度至少保证能够将至少与其处于同一平面的所有酒糟在搅拌轴200旋转的带动下产生转动，为此，叶片300可能突出至接近罐体内壁120附近；优选地，数个叶片300按照搅拌轴200的轴向路径进行排列，使得罐体中所有的酒糟均能够在叶片300的旋转下被带动；可替代地，叶片300可以设置为连续的螺旋形叶片300，类似于混凝土搅拌机中的搅拌叶。在搅拌轴200的旋转带动下，叶片300能够搅动存在于罐体内的酒糟，使其内部的每一个细小单元部分均能够偏离原本所在的位置并且在后续持续搅动的时间内能够出现在罐体内的任意位置。细小单元指的是假想的能够组成酒糟整体的最小物质，例如可以以分子进行表示。

上述发酵系统在使用前，向发酵罐体100内喷洒酒精进行消毒灭菌，将发酵环境控制为无菌或者近似无菌的环境，接着向罐体外壁110与罐体内壁120之间填充窖泥。在一些实施例中，窖泥是一直存在于间隙中被反复使用的。随后启动驱动电机400，带动搅拌轴200和叶片300进行旋转。接着向进料口130中填入酒糟，酒糟在旋转叶片300的带动下被均匀地送至罐体内部的各个位置，随着酒糟填入量增大，最终罐体内部被填满，最后封闭进料口130。

在发酵阶段，持续开启驱动电机400，使得发酵中的酒糟能够被叶片300驱动地持续移动，其内任意位置的单位酒糟均能够在后续时间内被移动至不同于上一时间所在位置的任意其他位置。

发酵结束之后，仍然打开驱动电机400，将出料口140打开，通过叶片300的旋转，将罐体内发酵完成的酒糟由出料口140全部送出，最后关闭驱动电机400。

优选地，考虑到发酵的不同阶段，还提供另外一种优选实施例，其用于控制发酵罐体100内的发酵过程的含氧量，以适应于不同的发酵阶段。具体地，还包括气压表900，其设置在发酵罐体100上并且用于检测发酵罐体100内部的气压，因此气压表900至少一部分是连通至发酵罐体100内部的。另外，发酵罐体100的另一个位置连通其内部地设置有三通管700，三通管700的第一端口710连通至罐体的内部，第二端口720连通有空气滤芯，第三端口730连通至抽气部800，例如真空泵。第二端口720将空气滤芯与发酵罐体100内部连通，其管段上还设置有第一阀门721。空气滤芯的另一侧连通至发酵罐体100外的大气。第三端口730将真空泵与发酵罐体100内部连通，其管段上还设置有第二阀门731。真空泵用于将发酵罐体100内的气体抽出。空气滤芯内设置有微孔滤膜，可以在保证空气流通的同时，防止外部的微生物进入发酵罐体100的内部。

还包括控制部600，控制部600电连接至上述第一阀门721、第二阀门731和真空泵以控制其开闭，故上述阀门或者真空泵均选择为能够接受控制指令而执行对应动作的带有电子元器件部分的部件种类。

填入糟醅前，在发酵罐体100内进行酒精消毒后，启动驱动电机400带动叶片300旋转，将糟醅由进料口130投入，填满后封闭进料口130。随后控制部600控制关闭第一阀门721，打开第二阀门731，开启真空泵，真空泵将发酵罐体100中的剩余的空气抽出。开始进入发酵流程。

发酵前期，除了持续打开驱动电机400以持续搅拌发酵罐体100中的糟醅外，控制部600控制第二阀门731关闭，打开第一阀门721，关闭真空泵，使得发酵罐体100内部能够通过第二端口720上的空气滤芯与外界大气进行少量的空气交换，通过调整空气滤芯的气体通过结构(例如增加筛网、透气膜等结构)可以实现对发酵罐体100内部和外界大气之间气体交换的速度以及交换量。此步骤实现了允许发酵罐体100内部在发酵前期能够与外界大气进行少量的空气交换，将发酵罐体100内部维持在一个缺氧环境中，即缺乏但是仍然具备一定低浓度的氧气。

发酵过程中后期，仍然持续进行搅拌。此时，控制部600维持第二阀门731关闭不变，控制第一阀门721关闭，使得发酵罐体100内部与外界大气完全隔绝，经过一小段时间后，发酵罐体100内的氧气被消耗完毕，此时发酵罐体100内形成厌氧环境，罐内氧气含量降至最低。酵母菌在厌氧环境中会产生大量二氧化碳，使得罐内气压升高，为防止气压过大导致罐体膨胀，气压表900至少被用于监控发酵罐体100内的气压，当气压表900测定的气压值超过一个预设值时，控制部600控制第一阀门721打开，使得发酵罐体100内的二氧化碳能够向外排出一部分。此处，为保证当第一阀门721打开时，发酵罐体100能够向外界排出二氧化碳气体而不是外界向罐体内送入空气，该预设值可以设置为至少大于外界大气压的数值，如此情况下，当第一阀门721打开时，发酵罐体100内的气压至少大于外界大气压，在压差的作用下，能够保证至少在阀门打开的初始一段时间内，气体一定是由罐内向外界大气流通的。优选地，在打开第一阀门721进行排气后，当气压表900检测到罐内气压与外界大气压力平衡时，控制部600控制第一阀门721关闭。在本方案中，控制部600在此步骤中控制第一阀门721打开或关闭是基于气压表900的检测结果来执行的，因此一个优选的方案为，气压表900被构造为具备将其检测的气压数据传输至控制部600的结构，例如可以选择为电子气压表900。在此方案下，气压表900的数据实时被控制部600采集，控制部600能够基于实时采集的气压数据结合预设的预设值来自动判断第一阀门721开启和关闭的时机，以实现自动控制。

上述方案优势在于：能够基于发酵微生物在不同阶段的生长需求来控制罐体内的气体组成，以实现更好的微生物生长以及更好的发酵。固态法白酒酿造采用传统的自然发酵，在长期的酿制生产中，形成了特定的微生物区系，不仅在大曲中存在着酿酒所必须的霉菌、细菌、酵母菌类，而且在窖泥、发酵房环境、糟醅中也活跃着大量的微生物菌群，离开了这种特定的微生物区系就产不出好酒，因而可以说酿酒过程的实质就是微生物生长繁殖与优化、代谢产物的生成与积累的过程。已有研究表明，在固态法粮食糟醅发酵前期，粮食糟醅中需要保持少量的氧气供窖泥和曲药中的功能性微生物生长繁殖的需要；在发酵的中后期，主要表现为酵母菌等厌氧微生物的产醇和产酯过程，此时需要保持厌氧环境。

现有固态法白酒酿造工艺中多采用踩窖等压实粮食糟醅的方式，以排出粮食糟醅间大量的空气和不利的环境微生物，无法根据发酵进程微生物的需要准确控制外界气体的进入和发酵窖池内部气体的排出。本发明可以根据发酵前中后期进程的需要，自主调控发酵罐体100空气和外界环境气体的交换，保证了粮食糟醅发酵所需要的气体环境，增强了发酵过程的可控制性和稳定性。

优选地，根据上述描述，酒糟发酵一般经过几个阶段，第一阶段为前期阶段，该阶段酒糟与设置在罐体内外壁夹层中的窖泥产生接触，由此产生了窖泥中微生物向酒糟中迁移的过程，也成为酒糟的接种过程，该过程属于微生物在酒糟中建立生态的过程，相对来说酒糟本身的裂解发酵相对较弱，该阶段没有产生大量的发酵产物。第二阶段为中期阶段，这也是微生物参与发酵反应产生产物以及副产品最多的阶段，该发酵时间一般较长，一般为数个月左右，基于上述内容，该环节会产生酒精等发酵产物，同时也会产生大量的二氧化碳，并且伴随着大量的热量逸散，这些热量经过加热二样化碳的方式被二氧化碳带动移动。基于空气热力学，热空气总是自发空间上方移动的，因此从宏观上看，热气团或者热量总是聚集在发酵罐体100上方的。在此前提下，即使在罐体内设置有搅拌装置使得罐内各个位置产热情况趋于一致，由于上述空气热力学现象，还是会产生空间上部热量聚集而导致的上方温度高于下方的现象。因此上层酒糟内的微生物相对下层来说处于更高的温度当中，其受到高温的影响相对更高，微生物失活现象或者隐患相对来说比下层更高。常规技术中，当产生高温的情况下，会控制发酵过程紧急停机，并打开发酵罐体100的进料口130或者出料口140或者其他开口，将覆盖在酒糟上的窖泥掘开，使得酒糟强制散热，但是这样做同样使得发酵过程被终止，基本代表本轮发酵失败，后续需要很长的时间以及投入来恢复发酵工艺，浪费大量的沉没成本以及后续投入，非常不利于成本管理，企业盈利，频繁出现这些问题对于罐内环境也会产生严重打击，久而久之出酒品质也会受到很大的影响。而采用搅拌的方式使得上层的酒糟能够伴随移动远离上层空间的方案需要一个明确的控制方式，以避免当上层温度过高时，搅拌速度仍然较慢而导致的上层酒糟滞留时间过长的问题。因此优选地，在远离地面的发酵罐体100的顶部位置，为防止长期高温对窖泥本身以及其中的微生物产生负面影响，此处可以不设置窖泥。上述方案优势在于，避免了因为长期高温的影响，使得窖泥干涸结块落入酒糟造成酒糟被污染，也避免了窖泥中的微生物因为长期接触高温而大量死亡失活，同时还为带有热量的二氧化碳气体藉由向上抬升而散出罐外提供更多的通道，有利于散热降温。

基于上述问题，本方案给出了搅拌控制方式，其由控制部600执行，控制部600点连接至驱动电机400以控制后者的至少一项工作参数，其中，工作参数至少包括启动、停止和转速。同时控制部600还获取罐内的气压值，气压值可以由设置在罐内的气压表900采集并传输。优选地，罐壁周侧还可以设置夹层式结构的循环水冷却通道，循环水由罐壁夹层中通过，能够基于非接触式的热交换而带出部分罐内的温度，循环水可以由设置在罐外的循环水支持装置提供，循环水支持装置电连接至控制部600，并且其接受控制部600的控制以改变其循环水的提供流速。

在控制部600中预存至少三个气压范围，分别为第一气压范围、第二气压范围和第三气压范围，其中，第一气压范围小于第二气压范围小于第三气压范围。上述三种气压范围数值可以由人工设定，设定原则在于，当气压处于第一气压范围时，可认为此时气压为低气压，即二氧化碳产生量较少，发酵反应进行缓慢；当气压处于第二气压范围时，可认为此时气压为中气压或者正常气压，即二氧化碳产生量正常，发酵反应正常进行；当气压处于第三气压范围时，可认为此时气压为高气压，即二氧化碳产生量过高，发酵反应激烈，此时至少发酵罐内上部的温度已经超过微生物能够承受的范围。上述三个气压范围是通过使用者对自己所参与酿造的酒糟特点、当地环境情况、酒厂内的环境情况等因素，结合有限次数的实验，能够得出上述两个数值。

同时，基于本方案中给出的搅拌组件，其转速也是影响罐内温度均衡性的关键因素之一。转速较慢时，被搅动的酒糟移动速度较为缓慢，相应地，也有较大可能会造成位于上层的部分酒糟长时间地留存在大量热二氧化碳的区域内，导致该部分持续升温，以至于超出最高温度。转速较快时，相应地，被搅动的酒糟移动速度变快，有助于快速轮换上层的酒糟，以使得在上层的酒糟不至于快速地升温，但是过快的搅拌对酒糟中的微生物的生长是不利的，原因是搅拌产生的切向力对微生物具有剪切作用，导致搅拌速度越快，对微生物的影响较大。在此，将转速也设定为三个区间，即第一转速区间、第二转速区间和第三转速区间，第一转速区间为低转速区间，转速在该区间中，酒糟的移动速度相当低，由于酒糟仍然属于具备一定粘度的物质，由此在此情况下有可能会造成部分位置的酒糟结块的情况，但是此转速区间对于酒糟中的微生物活性影响是最低的，换言之此区间有助于微生物的繁殖生长。第二转速区间属于正常转速区间，该区间中的转速对酒糟中的微生物的负面影响至少在用户接受的预期之内。第三区间属于高转速区间，该区间中的转速对酒糟中的微生物活性造成较大影响，但是相对能够防止上层的酒糟长时间的存在于较热环境中而造成的微生物大面积失活，同时加速搅拌会加速存在于酒糟内部的二氧化碳释放。与上述气压值一样，转速同样可以由人工经验设定。

控制部600获取当前罐内的气压，并且判断当前罐内的气压状态处于上述三个气压范围中的哪个范围，并且基于范围控制转速以及循环水流速。具体地，当气压处于第一气压范围时，控制部600控制搅拌轴200转速保持在第一转速范围；当气压处于第二气压范围时，控制部600控制搅拌轴200转速保持在第二转速范围；当气压处于第三气压范围时，控制部600控制搅拌轴200转速保持在第三转速范围。

总结来说，控制部600基于当前罐内气压所处的与数值高低相关的范围而重新确定搅拌轴200转速的范围，其中，转速是随着气压的增长而逐渐上升的。

当罐内气压处于第一气压区间时，说明此时酒糟内部的微生物存量较小或者活性较小，需要进行一段微生物生长期或者恢复期，在此时期内，由于发酵强度较低，本方案控制转速降至相对最低，以使得微生物能够以几乎静态的酒糟环境中进行生长繁殖，同时，此时叶片300旋转对微生物的剪切影响也是最低的，有助于微生物快速生长。同时由于此时发酵强度较低，罐内温升较慢，没有大量的热量放出，因此即使减小搅拌转速也不会对散热造成很大影响，同时控制冷却水流速降低，以在非必要的时间段内减少冷却水使用所带来的能量损耗。

当罐内气压处于第二气压区间时，此时酒糟内微生物处于正常发酵状态，发酵速率和发酵温度均属于正常范围(在本实施例中温度至少小于35℃)，此时控制搅拌转速维持在第二转速区间，并且调整冷却水流量使其控制在正常流速。在此区间段内，发酵产生的温度正常，在可控的范围内，罐内整体温度距离最高温度还有一段距离，并且基于正常转速的搅拌，能够避免位于上层的酒糟长时间待在上层而导致其内的微生物失活，同时正常流速的冷凝水为保证罐内散热提供了保障。理想状态下，发酵过程维持在该情况下是相对最好的情形。正常流速和正常转速可以为人工设定的范围值，其至少应该满足相对第一转速和第一流速较大，且相对第三转速和第三流速较小。

当罐内气压处于第三气压区间时，此时酒糟内微生物处于旺盛发酵状态，虽然对于发酵生产效率来说具有益处，但是发酵过量所导致的罐内温度急剧升高反而会导致微生物活性降低甚至不可逆性的失活。因此本方案中，有别于常规的发酵方案，不选择停机处理，反而是选择最高转速旋转的方式来避免大量的微生物遭受升温性不可恢复的失活，转速提升有助于位于上层的酒糟快速被轮换至下层，使得大量的热气体占据的上层空间不会对单独一个区域的酒糟造成过量的加热；同时，加速搅拌能够使得酒糟内部的热量快速地以二氧化碳带出的方式被逸散，有效避免了酒糟的内部温升；另外，转速变快同时导致酒糟中的微生物受到剪切力的影响增大，导致部分靠近叶片300300转动所形成的涡流边缘的微生物受到较大的剪切力而失活或者死亡，由此形成强制的微生物活性降低，但是这种降低非等同于温度升高所导致的活性降低，其仅针对部分涡流附近的微生物的活性降低，在转速下降之后，其余部分的微生物能够继续生长来填补上一时刻的负面影响，而高温引起的活性降低是大面积且不可修复或者极难修复的，由此，本方案实现了在不引起发酵不可逆终止的前提下强制控制发酵反应降低活性，以保证发酵整体的可继性，在不引入其余部件的情况下为人工控制过热情形提供一种可行方案。

优选地，基于上述设置的气体含量相关控制设备，还给出同时期的气体控制方案，当气压处于第一气压区间时，开启第一阀门721使得罐内与外界大气通过空气滤芯连通，进而使得酒糟中的微生物能够度过前期繁殖阶段；当气压处于第二气压区间时，关闭第一阀门721和第二阀门731，使得罐内处于封闭且厌氧状态，进而使得酒糟中的微生物能够正常参与发酵；当气压处于第三气压区间时，开启第二阀门731，并且开启真空泵抽出部分二氧化碳，使得至少部分团聚在罐内上部分的热量能够随气体流通而被排出至罐外。上述处于第三气压时的操作使得罐内的上半部分的热量能够被抽气动作而至少带走一部分，能够实现部分降温效果，但是仅采用抽气的手段将酒糟降温至危险温度之下仍然较为困难，故配合上述的转速调控方案，能够起到相辅相成的效果，高速的搅拌将酒糟中留存的热量快速释放，配合真空泵产生的气体流通而快速地被排出，同时高速搅拌使得每个部分的酒糟存在于罐内上半部分的时间减少，防止部分酒糟中的微生物长期受到高温影响而大量失活。

根据一种优选地实施例，本实施例中，搅拌并非是长时间开启的，经本发明研究发现，发酵过程并非一致需要搅拌，在相当一段时长内，罐内发酵情况较为稳定或者发酵阶段较为平缓时，处于节省电力以及防止过分搅动造成罐内环境被破坏之考量，通常有工艺人员选择在此时关闭搅拌轴200。虽然上述在不需要搅拌时，可以将搅拌速率维持在很低的程度以节省电力，但是，仍然存在一些酒厂希望关闭搅拌轴200。因此本实施例中，将上述对转速的控制转变为对转数的控制，即对一段时间内或者在某一模式下的整体转数或者过程中的分时转速进行调控设计。转数是指搅拌轴200旋转的周数，转数为即为搅拌轴200旋转一周。

第一模式下，搅拌轴200需要在一定时限内完成规定次数的转动。因此，控制器基于外部输入而被切换为第一工作模式时，其在预设的时间段内对搅拌轴200的旋转次数执行累加的统计，当累加次数达到预设的规定次数时，判定本次第一工作模式达成目标，并且可以控制搅拌轴200停止。上述第一工作模式针对一个阶段内需要执行的搅拌次数进行控制，通常可以利用到一个阶段的搅拌中，从单次搅拌来看，一个小区域内的部分酒糟仅会产生一小段的移动，尤其是在实用螺旋带型搅拌叶片300的情况下，是在罐内的轴向进行一小段的移动，若想要实现将罐内的酒糟进行径向以及轴向上的均匀搅拌(即以一小部分酒糟观察，其在一段时间内能够经历罐内的各个空间)，需要执行不止一次的搅拌，而能够将罐内酒糟进行至少一次的径向以及轴向上的均匀搅拌的次数可以作为一个基本搅拌组。而上述的第一工作模式，以至少能够保证酒糟能够完成规定次数的径向即轴向上的均匀搅拌循环为目的，可以称为一次均匀搅拌，可以将规定次数设定为单个基本搅拌组或者数倍基本搅拌组的数值。第一工作模式，在搅拌期间具备停止搅拌状态的前提下，能够实现至少完整的一次基本搅拌组的搅拌，能够保证酒糟在罐内的充分流转，实现罐内发酵环境的重新分配，使得罐内各个位置的发酵情况、物质分布以及微生物分布等状态达成均衡。第一工作模式适用于发酵中期，发酵中期为发酵的主要时期，此时间段内发酵周期相对较为规律且节奏清晰，一般是一段高发酵效率时间，一端低发酵效率时间交替进行，因此此时搅拌停止状态的时间往往较为规律，且工艺人员通常会选择在低发酵效率时间段内停止搅拌以恢复微生物的发酵产能。

第二模式下，搅拌轴200需要在一定时限内完成至少一次连续的高于规定次数的转动。具体地，控制器基于外部输入而被切换为第二工作模式时，其在预设的时间内对搅拌轴200的旋转次数执行重置计数的统计，当某一次的连续转动转数达到或超过预设的规定次数时，判定本次第二工作模式达成目标。第二工作模式中的规定次数可以设置为单个基本搅拌组或者数倍基本搅拌组的数值。基于上述设置，第二模式能够保证酒糟在该时段内至少经历一次连续且能够在罐内完全混合的搅拌。与上述第一模式不同，第二模式采用重置计数的统计模式，每次计数以搅拌轴200开始搅拌到停止搅拌为间隔，记录期间的转数，当搅拌轴200下一次开启时，将上一次记录的转数重置清零后重新计数，在预设时间内如此重复，直至在某一次计数中，数值达到或者超过预设数值。第二模式是适用于发酵前期，发酵前期由于微生物繁殖较多而发酵进程较慢，所以为保护微生物生长，经常选择将搅拌停止，故前期时间段内，停机周期以及频率相对后面的阶段较高，在上述条件前提的基础上，为保证酒糟能够在发酵前期进行至少一次完整的均匀循坏以混合酒糟中的各项状态，设置了第二工作模式对搅拌轴200的转数进行了监控。

优选地，上述控制器基于外部输入而切换模式也可以更改为基于控制器自主判断的当前发酵所处阶段而切换工作模式。自主判断是指控制器具备传感功能或者设置有传感器，其能够藉由传感获取发酵罐的至少一项判定参数，并根据该判定参数来切换工作模式。判定参数可以有多种，其可以由人工进行选择和设定，例如微生物含量、二氧化碳含量、水分含量等等，以二氧化碳含量为例，发酵前期二氧化碳含量较少，发酵中期由于转入主要发酵阶段二氧化碳含量具有一个较为明显的抬升，以此可以作为一个切换阶段以及工作模式的判据。

优选地，上述两种模式可以按照被动监控的方式开展，即控制搅拌轴200开启以、停止、搅拌时长以及转速等动作均由工艺人员自主进行，系统或者基于程序的自动控制系统不参与上述对搅拌轴200的控制，此方案优势在于能够充分发挥工艺人员制酒经验，在一些目前尚未弄清发酵机理的情况下，能够较为完美地复现酒的品质。而被动监控是指，仅对搅拌轴200的转数情况进行监控，当其达成当前模式的目标时，可以向外界发送达成目标的提示信息，以方便工艺人员了解罐内的酒糟是否至少经历了一次均匀搅拌；当在预设时间内没有达成目标时，可以向外界发送未达成目标的提示信息，以方便工艺人员获知后补救性地进行至少一次的均匀搅拌。上述方案实现了在尽量还原人工参与酿酒的情况下，针对酒糟中各项参数或者状态均匀性的监控，使得酒的发酵在接近传统工艺的基础上防止了部分酒糟发酵的不均匀性，同时保障了酒的品质和均匀性。

优选地，上述两种模式还可以按照主动控制的方式开展，即控制器至少具备部分搅拌轴200的控制权。根据本方案，控制器能够在当前的工作模式下预设时间结束时仍未达成目标的情况下，自动控制搅拌轴200执行至少一次基本搅拌组的转数的旋转以使得酒糟经历至少一次均匀搅拌。或者，在获取至少一组全发酵流程搅拌轴200停机记录表的情况下，控制器基于当前选定的模式以及停机次数和单次时长自动规划每次搅拌轴200启动的搅拌次数。上述搅拌轴200停机记录表可以由单次或者数次完整的发酵流程中记录获取，基于至少在一端时间内，发酵的条件和环境是趋于相对稳定的前提，往期记录的搅拌轴200停机数据能够被用于预测或者控制下一次发酵的搅拌方式，因此采用上述记录来归纳预测本次搅拌的停机时间、频次以及时长是能够实现的，并且能够伴随记录的数据增多、人工参与优化度的提升而更加能够贴合于本次的发酵搅拌控制。基于获取的搅拌记录，控制器能够自动规划每次搅拌的转数，例如可以是基于记录中较长时间开启的时间段，控制器规划该时间段搅拌应当执行至少一次基本搅拌组的转动，当控制器在当前选定的“应当执行至少一次基本搅拌组的转动”的时间段内没有检出符合基本搅拌组的转数时，直接向外界发送提示信息。因为，此时控制器在最有可能会产生至少以此基本搅拌组的时间段类没有发现实际达成了以此基本搅拌组的转数，通过对往期搅拌停机规律的归纳，合理推测后续产生一次达标转数的可能性很低，故在此时间段内直接向外界发出提示或者直接接管搅拌轴200转动以实现至少以此均匀搅拌。上述方案实现了依照搅拌停机历史记录来划分“最适应”的转数检测实际，以实现主动式的监控或者调整，而非被动式的监控或补救式的调整，进而在产生数次搅拌停机的基础上实现对酒糟均匀性的基本保障，有利于酒糟发酵均匀度的提升，有利于出酒品质的均一性。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种分阶段控制卧式固态发酵系统，至少包括，

发酵罐体(100)，其用于放置酒糟，

其特征在于，

所述发酵罐体(100)内设置有沿其轴向排列的搅拌轴(200)，所述搅拌轴(200)穿出所述发酵罐体(100)的两端并且被配置为能够沿其轴向执行自转以通过其径向上设置的叶片(300)搅动所述发酵罐体(100)内酒糟的结构，其中，所述发酵罐体(100)远离地面的一端设置有三通管(700)，其一端连通至所述发酵罐体(100)内，另外两端分别可控开闭地连通至外界大气和抽气部(800)，其中，

当罐内处于发酵前期阶段时，基于可控开闭的所述三通管(700)，所述发酵罐体(100)仅通过与外界大气连通的通路与外界大气连通已形成缺氧环境；

当罐内处于发酵中期阶段时，基于可控开闭的所述三通管(700)，所述发酵罐体(100)仅通过与所述抽气部(800)连通的通路被所述抽气部(800)处理为厌氧环境。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三通管(700)的第一端口(710)与所述发酵罐体(100)内部连通，第二端口(720)与外界大气连通，以形成所述发酵罐体(100)与外界大气连通的通路，其中，在通路中还设置有空气滤芯，在“所述发酵罐体(100)仅通过与外界大气连通的通路与外界大气连通”的情况下，所述空气滤芯被构造为能够对外界大气进入所述发酵罐体(100)内的空气进行过滤。

3.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述罐内设置有用于检测罐内气压的气压表(900)，还设置有控制器，其电连接至所述气压表(900)以获取所述发酵罐体(100)内的气压，并且其被构造为能够控制所述三通管(700)中任意通路的开闭，当所述发酵罐体(100)内气压值超出预设值时，所述控制器控制所述发酵罐体(100)仅与所述抽气部(800)连通并且控制所述抽气部(800)开启抽气，从而使得所述发酵罐体(100)内的气压将低至所述预设值之下。

4.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述控制器还被配置为能够控制所述搅拌轴(200)的转速，当所述发酵罐体(100)内酒糟发酵产生二氧化碳以造成罐内气压呈阶段性变化时，所述控制器基于所述罐内气压所处的气压区间来控制所述搅拌轴(200)的转速和/或三通管(700)的通断，其中，被控的所述搅拌轴(200)转速与所述气压区间的阶段性变化呈正相关。

5.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述发酵罐体(100)内气压至少在第一气压区间、第二气压区间和第三气压区间逐级递升变化，且在气压在所述第三气压区间的情况下，所述控制器控制所述搅拌轴(200)转速达到最大区间以及控制所述三通管(700)仅开启所述发酵罐体(100)连通至所述抽气部(800)的通路，从而使得发酵过程以非停机的方式藉由搅拌产生的旋转切向力对微生物的活性降低和/或罐内上层团聚的含热气体被抽出的方式将气压降低至第一或第二气压区间。

6.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述三通管(700)的第一端口(710)与第二端口(720)的通路之间设置有第一阀门(721)，所述三通管(700)的第一端口(710)与第三端口(730)的通路之间设置有第二阀门(731)，所述第三端口(730)连通至所述抽气部(800)。

7.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述发酵罐体(100)设置为夹层结构，其中，夹层内设置有用于向酒糟内提供发酵用微生物的窖泥。

8.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，在远离地面的所述发酵罐体(100)上部位置的夹层结构内不设置窖泥。

9.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，穿出所述发酵罐体(100)两端的所述搅拌轴(200)一端传动连接至驱动电机(400)，所述驱动电机(400)电连接至所述控制器以接受其指令的方式改变其工作参数。

10.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述发酵罐体(100)的夹层面向罐内的一侧设置有用于连通夹层内设置的窖泥与罐内设置的酒糟的孔结构。

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