CN114591804B - 太赫兹波白酒陈化装置与陈化方法 - Google Patents

太赫兹波白酒陈化装置与陈化方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于白酒酿造技术领域，特别是涉及一种太赫兹波陈化白酒的方法及装置，主要用于加速新酿白酒的陈化。其特征在于：盛装白酒的石英玻璃缸的顶部设有注入口和出气口，在石英玻璃缸的底部设有排放接口，在石英玻璃缸的缸体内设有液体传感器；整个的石英玻璃缸设置在一个保温箱体内，保温箱体设有排风扇与外界相通，保温箱体内，正对石英玻璃缸对称设置两个太赫兹板。该方法利用三相色谱仪对待陈化白酒进行色谱分析，再确定与白酒色谱吸收峰值波段相匹配的太赫兹波放射波段，配制与之匹配的太赫兹波发生板，并计算出白酒的最佳陈化时长。本发明的目的在于精准确定陈化时长、缩短陈化时间、提高白酒陈化效率与品质。

Description

太赫兹波白酒陈化装置与陈化方法
技术领域：
本发明属于白酒酿造技术领域，特别是涉及一种太赫兹波陈化白酒的方法及装置，主要用于加速新酿白酒的陈化。
背景技术：
国家标准化管理委员会在2021年5月发布“2021年第7号中国国家标准公告-GB/T15109-2021《白酒工业术语》”，其中对白酒进行了重新定义，即：白酒以粮谷为主要原料，以大曲、小曲、麸曲、酶制剂及酵母为糖化发酵剂经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、陈酿、勾调而成的蒸馏酒。而食品添加剂勾调而成的调香白酒只能被称为“调味酒”，这不仅提高了白酒的准入门槛，也为纯粮酿造白酒陈化市场带来新一轮的发展机遇。
新酿白酒存在状态不稳定，口感不佳的情况，需要经过长时间窖藏，使酒体中杂质挥发，发生酯化、水解等一系列复杂的物理和化学反应。在特定的温度下经过一段时间窖藏后，白酒口感不再辛辣，酒味香气更浓，形成独特风味。但不同香型的白酒陈化时长不同，无论是“清1浓3酱5”，还是“酱10浓5清 3”，自然陈化期均以“年”为单位。由酒的陈化时间过长所带来的资金周转慢、库存成本高、酒的损耗大等问题是制约当前酒类行业工业化大生产的瓶颈问题。
市面上也存在一些酒的陈化方法如：超声波陈化、微波陈化、强磁陈化等，但均存在局限性。超声波陈化超声频率为20～50kHZ，陈化时间20～60分钟，相当于传统窖藏6～8个月的效果，但容易产生回生现象，陈化效果不稳定；微波陈化处理时间在8小时以上，相当于传统窖藏1～2年的效果，但温度不易控制；强磁陈化效率低，陈化10天相当于传统窖藏3个月效果。综上，现有陈化方法存在凭主观经验确定陈化时长、陈化品质不稳定易回生、陈化效率不高等问题。
发明内容：
本发明提供一种太赫兹波白酒陈化装置与陈化方法，其目的在于精准确定陈化时长、有效缩短陈化时间、大幅提高白酒陈化效率与品质。
太赫兹波白酒陈化装置，其特征在于：盛装白酒的石英玻璃缸的顶部设有注入口和出气口，在石英玻璃缸的底部设有排放接口，在石英玻璃缸的缸体内设有液体传感器；整个的石英玻璃缸设置在一个保温箱体内，保温箱体设有排风扇与外界相通，保温箱体内，正对石英玻璃缸对称设置两个太赫兹板。
优选的，保温箱体由不锈钢316L材质制成。
优选的，石英玻璃缸的下方设有一个托板，托板的底部设有滚动滑轮，滚动滑轮设置在保温箱体内部的滑槽上。
一种如上所述的太赫兹波白酒陈化方法，该方法按照以下步骤进行：
步骤一：利用三相色谱仪对待陈化白酒进行色谱分析，分析酒体中抑制醇类水解的因素；
步骤二：确定与白酒色谱吸收峰值波段相匹配的太赫兹波放射波段；
步骤三：计算出白酒的最佳陈化时长。
优选的，在步骤一中，利用三相色谱仪对陈化白酒进行色谱检测，分析出待检测酒体中醇类化合物的缔合常数P、酒体中自由溶解的醇类化合物的摩尔数 X以及醇类化合物结合的微粒浓度M；再按照如下定量关系推导与微粒结合醇类化合物摩尔数Y；
Y＝PXM (1)
其中：Y是与微粒结合醇类化合物摩尔数；
醇类化合物反应的浓度C为：
其中：V为检测白酒的体积；
由(1)、(2)式结合可得C为：
设其中醇类化合物在酒体中水解速率为K，K'为醇类化合物在40℃情况下纯水中水解常数，对符合醇类化合物在白酒中参加反应一级动力化学方程为：
dC＝-KCdt (4)
醇类化合物水解的反应一级动力化学方程为：
本发明由(3)、(4)、(5)式推导出一种可得醇类化合物在酒体中的水解速率K公式为：
由式(6)可知当增大醇类化合物的缔合常数P和醇类化合物结合的微粒浓度M可有效抑制白酒中醇类化合物的水解，从而增加酯化反应的速率
优选的，在步骤二中，分析待陈化白酒的色谱信息，建立与待陈化白酒色谱相匹配的太赫兹放射频率，利用马氏距离表示待陈化白酒色谱与太赫兹波波段集之间的相似度MDi；
其中，ti是样品的i个指标组成的向量，E为单位矩阵，SK为协方差矩阵，wi为太赫兹波段集组成的向量；
通过确定待陈化白酒色谱与太赫兹波波段集之间的相似度MDi，从而确定最佳太赫兹波频率，使酒体中醇类分子与其它分子碰撞效率达到最大，即：P值和 M值在短时间达到最大，酯化反应速率增加；当酒体达到新平衡时，醇类化合物的缔合常数P与醇类化合物结合的微粒浓度M发生改变，当P与M值最大时，瞬时水解速率最小，酯化反应速最大。
优选的，在步骤三中，通过变化前醇类化合物在酒体中水解速率K和变化后醇类化合物在酒体中水解速率K1确定最佳陈化时长N的公式；
由醇类化合物在酒体中水解速率的理论值K1见公式(8)；
得出白酒最佳陈化时长N见公式(9)；
其中：V1为陈化白酒的体积，ε为经验系数(取值为0.7～1.2)，P1为醇类化合物缔合常数理论变化值，M1为与醇类化合物结合的微粒浓度理论变化值。
本发明的太赫兹波白酒陈化设备具有以下有益效果：
1、精准确定白酒最佳陈化时长。本发明根据白酒陈化时所发生的酯化反应的相关理论，确定白酒最佳陈化时长，不同酒体类型的最佳陈化时长不同，避免了盲目陈化导致的资源浪费。
2、加速白酒陈化速率。本发明通过检测白酒特有色谱，匹配与色谱峰值相似度最高的太赫兹波段，使酒体中醇类分子与其它分子短时间碰撞效率达到最大，从而有效加速酒体酯化反应速率。
3、陈化效果稳定。本发明根据不同酒体光谱检测数据匹配相应的太赫兹波发生板，使酒体中醇类分子吸收该频率最大，从而让酒体中酯化反应快速达到新的平衡，避免了酒体回生现象。
4、提高白酒品质。本发明采用太赫兹波技术，可降解或去除酒溶液中的有害有机物，使得白酒的口感会更加圆润香醇，从而快速提高酒类的品质和口感。
附图说明：
图1是石英玻璃缸体结构示意图；
图2是玻璃缸体与保温箱体连接示意图；
图3是保温箱体与控制台结构示意图；
图4是太赫兹波发生器结构示意图。
图中：1.石英玻璃缸，2.注入口，3.出气口，4.排放接口，5.液体传感器，6. 托板，7.太赫兹板，8.保温箱体，9.电控箱，10.排风扇，11.操作台，12.密封门。
具体实施方式：
太赫兹波波段频率在0.1THz～10THz之间，而纯粮白酒的醇类分子振动能级正好落在太赫兹波段范围内，因此使用太赫兹波陈化白酒具有以下优点：①陈化效率高，采用太赫兹波技术陈化白酒可以加速酒体分子间碰撞，加快反应速率，提高白酒陈化效率；②陈化效果稳定，通过调制太赫兹波发生频率，使酒体中醇类分子吸收该频率与太赫兹波频率相近，从而让酒体中酯化反应快速达到新的平衡，避免了酒体回生现象；③改善酒体品质，采用太赫兹波技术，可将硫化氢、醛类等刺激性强的物质挥发，改善白酒品质。
白酒的最佳陈化时长根据香型的不同而改变，当白酒达到最佳陈化时长时，酒体中的酯化与水解反应达到动态平衡，如果继续陈化，会使香气变淡，挥发损耗加大，成本增加，因此确定最佳陈化时长十分重要。目前针对白酒的最佳陈化时长尚无科学的测定方法，大多凭借经验值而定，因此精准确定白酒最佳陈化时长可以避免凭主观经验设定陈化时长而导致资源浪费。
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，石英玻璃缸1顶端左侧有注入口2；缸体右顶端留有出气口3，出气口3与出气管相连接；缸体右面下端留有排放接口4，排放接口4与带有排放阀的排放管相连接；缸体内部设置液体传感器5用来测量酒体类型并将数据传输到操作台11。
如图2所示，石英玻璃缸1的缸体下部连接与保温箱尺寸相当的托板6，托板6下部有滚动滑轮与保温箱体8内部的滑槽相连接。
如图3所示，保温箱8内部设置太赫兹波发生器，两个相对设置的太赫兹板7正对着石英玻璃缸1的缸体，电路连接保温箱体8外侧的电控箱9，保温箱体8上部有排风扇10，排风扇10电路连接电控箱9，电控箱9与保温箱8连接，里面放置电控线圈和控制电路板，电控箱9与外部的操作台11连接，进而操作台11通过电控箱9控制整个陈化装置。
所述操作台液晶界面显示陈化白酒类型、陈化时间、温度、太赫兹放射频率以及排风扇开关状态，操作台操控键用来调控上述陈化所需的各种指标。
图4为本发明的太赫兹板7的结构图。
以上所述的电控箱9、操作台11以及液体传感器5为现有技术，在这里不做过多的赘述。
本发明依据太赫兹波能量会使白酒中水分子团簇平衡被打破，将辐射能转化为热能，在此过程中产生热瞬变，加速水分子与乙醇分子的氢键断裂并重组，会对白酒中醇反应速率有显著影响，使酒体中化学反应快速达到新平衡；此过程还会加速酒体中粮食沉淀分解，硫化氢、醛类等刺激性强的物质挥发，改善白酒品质。对于白酒陈化而言，就是抑制醇类水解速率，从而提高酯化反应速率，然而酒类不同酒体所含物质的量不同，化学反应速率也就不同，因此所需陈化时间也不同。
本发明核心是依据白酒光谱频率落在太赫兹波段范围内的特点，针对不同类型的白酒配置与之相同频率的太赫兹波发生板，并为上述技术方案设计一套精准预测白酒最佳陈化时长的方法，所述方法包含以下步骤：
步骤一：利用三相色谱仪对待陈化白酒进行色谱分析，分析酒体中抑制醇类水解的因素。
步骤二：确定与白酒色谱吸收峰值波段相匹配的太赫兹波放射波段。
步骤三：计算出白酒的最佳陈化时长。
所述步骤一包含：需要利用三相色谱仪对待陈化白酒进行色谱检测，分析出待检测酒体中醇类化合物的缔合常数P、酒体中自由溶解的醇类化合物的摩尔数X以及醇类化合物结合的微粒浓度M。
如下定量关系推导是以Perdue EM著《Modification of pollutant hydroly-sisKinetics in the presence of humic substances》中的假设为基础，分析抑制醇类水解的因素，根据色谱分析结果计算与微粒结合醇类化合物摩尔数Y。
Y＝PXM (1)
其中：Y是与微粒结合醇类化合物摩尔数；
醇类化合物反应的浓度C为：
其中：V为检测白酒的体积；
由(1)、(2)式结合可得C为：
设其中醇类化合物在酒体中水解速率为K，K'为醇类化合物在40℃情况下纯水中水解常数，对符合醇类化合物在白酒中参加反应一级动力化学方程为：
dC＝-KCdt (4)
醇类化合物水解的反应一级动力化学方程为：
本发明由(3)、(4)、(5)式推导出一种可得醇类化合物在酒体中的水解速率K公式为：
由上式(6)可知当增大醇类化合物的缔合常数P和醇类化合物结合的微粒浓度M有效抑制白酒中醇类化合物的水解，从而增加酯化反应的速率。
所述步骤二包含：分析待陈化白酒的色谱信息，建立与待陈化白酒色谱匹配的太赫兹放射频率，利用马氏距离表示待陈化白酒色谱与太赫兹波波段集之间的相似度MDi；
其中，ti是样品的i个指标组成的向量，E为单位矩阵，SK为协方差矩阵，wi为太赫兹波段集组成的向量。
通过确定待陈化白酒色谱与太赫兹波波段集之间的相似度MDi，从而确定最佳太赫兹波频率，使酒体中醇类分子与其它分子碰撞效率达到最大，即：P值和 M值在短时间达到最大，酯化反应速率增加；当酒体达到新平衡时，醇类化合物的缔合常数P与醇类化合物结合的微粒浓度M发生改变，当P与M值变为最大时，瞬时水解速率最小，酯化反应速最大。
所述步骤三包含：通过变化前醇类化合物在酒体中水解速率K和变化后醇类化合物在酒体中水解速率K1确定最佳陈化时长N的公式。
由醇类化合物在酒体中水解速率的理论值K1见公式(8)；
得出白酒最佳陈化时长N见公式(9)；
其中：V1为陈化白酒的体积，ε为经验系数(取值为0.7～1.2)，P1为醇类化合物缔合常数理论变化值，M1为与醇类化合物结合的微粒浓度理论变化值。
通过以上的方法，陈化白酒的时长可通过科学的计算能精准确定。
参见图1至图3，本发明所提供白酒陈化装置具体实施方案如下：通过注入口2向石英玻璃缸体1注入待陈化白酒溶液，此时并打开出气口3，目的是方便溶液中杂质挥发，当液体传感器5传输出接近陈化容量上限时，便停止白酒注入；通过托板6和滚动滑轮将石英玻璃缸体1放入保温箱体8，关闭密封门12；操控操作台11打开排风扇10，然后设置陈化时间、陈化温度，打开操作台11 开始陈化按钮，通过操作台界面可以时刻关注由液体传感器5传输回来的数据和目前陈化白酒的状态，当陈化时间完成2/3时，关闭排风扇10目的是尽量避免芳香化合物散发；待陈化结束后静置0.3～0.6小时，因为此时一方面酒体环境初到稳态，避免酒体回生，另一方面使保温箱8中芳香化合物充分融入酒体中；整个流程完毕后，打开密封门12，取出石英玻璃缸体1，打开排放接口4取出已经陈化好的白酒进行检验和品尝。
本发明以某酒业2021年制52vol高粱酒为实验对象，经三相色谱仪分析可得出以下数据：该高粱酒光谱峰值为180nm左右，太赫兹波段集里与之相似度最大为5.4THZ波段；P1约等于7.8P，吸收效率约为87％，M1约为9.9M，吸收效率约为89％；从而计算得出此高粱酒的最佳陈化时长为36小时左右。
通过设置对照组实验，检测经过不同时间太赫兹波照射的高粱酒中总醇、总酸、总脂、总醛的含量进一步说明本技术方案：
第一组，向石英玻璃缸注射1L新制高粱酒(52vol)，采用5.4THZ的太赫兹波照射12小时。
第二组，向石英玻璃缸注射1L新制高粱酒(52vol)，采用5.4THZ的太赫兹波照射24小时。
第三组，向石英玻璃缸注射1L新制高粱酒(52vol)，采用的太赫兹波照射36小时。
第四组，向石英玻璃缸注入1L新制高粱酒(52vol)，采用5.4THZ的太赫兹波照射48小时。
选取该酒业一批不同年份的窖藏高粱酒与经过太赫兹波陈化后的高粱酒进行检测，二者的成分变化数据见表1。
表1普通窖藏高粱酒与经过陈化装置处理过的高粱酒成分检测对比表
参考表1，经陈化装置处理(12～48小时)的高粱酒总醇量先减后增，总酸量先增后减，总酯量先增后减，总醛量先减后增，在36小时时酒体中成分变化量达到最佳，经专业品酒师品尝口感与香味也均可达到传统窖藏2～4年的效果，进一步验证了所述方法和装置的有效性和可实施性。
以上仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内，本发明中使用到的标准零件(如：液体传感器5、排风扇10)均可以从市场上购买，非标准件根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的常规手段，零件和设备均采用现有技术中常规型号，其中选择石英玻璃与不锈钢316L 材料技术说明如下：
首先石英玻璃由纯二氧化硅制成，较含有杂质的普通玻璃，食用安全性更强；其次，石英玻璃光谱折射率低、透射率高，陈化效果更明显；第三在高温环境下石英玻璃更耐腐蚀，且与普通玻璃相比耐热性高、膨胀系数低，石英玻璃与普通玻璃技术参数对比见表2。
不同型号不锈钢材料所含元素参数如表3所述，新酿白酒中含有腐蚀性强的氯离子，不锈钢材质中钼(Mo)含量越高，其抗氯离子腐蚀能力越强；不锈钢材质中碳(C)含量越少，高温条件下，其抗腐蚀性越高、且变形越小，因此选择316L不锈钢材料。
表2石英玻璃与普通玻璃各技术特征对比表
表3不同型号不锈钢材料所含元素对比表

Claims (1)

1.一种太赫兹波白酒陈化方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：
步骤一：利用三相色谱仪对所陈化的白酒进行色谱分析，分析酒体中抑制醇类水解的因素；
步骤二：确定与白酒色谱吸收峰值波段相匹配的太赫兹波放射波段；
步骤三：计算出白酒的最佳陈化时长；
步骤一中，利用三相色谱仪对所陈化的白酒进行色谱检测，分析出待检测酒体中醇类化合物的缔合常数P、酒体中自由溶解的醇类化合物的摩尔数X以及醇类化合物结合的微粒浓度M；再按照如下定量关系推导与微粒结合醇类化合物摩尔数Y；
Y＝PXM (1)
其中：Y是与微粒结合醇类化合物摩尔数；
醇类化合物反应的浓度C为：
其中：V为检测白酒的体积；
由(1)、(2)式结合可得C为：
设其中醇类化合物在酒体中水解速率为K，K’为醇类化合物在40℃情况下纯水中水解常数，对符合醇类化合物在白酒中参加反应一级动力化学方程为：
dC＝-KCdt (4)
醇类化合物水解的一级动力化学方程为：
本发明由(3)、(4)、(5)式推导出一种可得醇类化合物在酒体中的水解速率K公式为：
由上式(6)可以发现当增大醇类化合物的缔合常数P和醇类化合物结合的微粒浓度M能有效抑制白酒中醇类化合物的水解，从而增加酯化反应的速率；
步骤二中，分析待陈化白酒的色谱信息，建立与待陈化白酒色谱匹配的太赫兹放射频率，利用马氏距离表示待陈化白酒色谱与太赫兹波波段集之间的相似度MDi；
其中，ti是样品的i个指标组成的向量，E为单位矩阵，SK为协方差矩阵，wi为太赫兹波段集组成的向量；
通过确定待陈化白酒色谱与太赫兹波波段集之间的相似度MDi，从而确定最佳太赫兹波频率，使酒体中醇类分子与其它分子碰撞效率达到最大，即：P值和M值在短时间达到最大，酯化反应速率增加；当酒体达到新平衡时，醇类化合物的缔合常数P与醇类化合物结合的微粒浓度M发生改变，当P与M值最大时，瞬时水解速率最小，酯化反应速率最大；
步骤三中，通过变化前醇类化合物在酒体中水解速率K和变化后醇类化合物在酒体中水解速率K1确定最佳陈化时长N的公式如下；
由醇类化合物在酒体中水解速率的理论值K1见公式(8)；
得出白酒最佳陈化时长N见公式(9)；
其中：V1为陈化白酒的体积，ε为经验系数，取值为0.7～1.2，P1为醇类化合物缔合常数理论变化值，M1为与醇类化合物结合的微粒浓度理论变化值。
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