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基于黄酒发酵过程的建模与优化研究

基于黄酒发酵过程的建模与优化研究

作者：宗原江南大学

学位级别：硕士

在我国酿酒史中,黄酒是最悠久的酒种之一,与啤酒、葡萄酒并称世界三大古酒。在国家大力推动“中国制造2025”的背景下,各个制造业都得到了迅速的发展,然而针对黄酒自动化的研究和应用,整体上都严重落后于啤酒、葡萄酒等酒业行业。目前... 详细信息

在我国酿酒史中,黄酒是最悠久的酒种之一,与啤酒、葡萄酒并称世界三大古酒。在国家大力推动“中国制造2025”的背景下,各个制造业都得到了迅速的发展,然而针对黄酒自动化的研究和应用,整体上都严重落后于啤酒、葡萄酒等酒业行业。目前大多数黄酒企业采用传统的黄酒酿造技术,虽然可以保留传统黄酒发酵的文化底蕴,但仅凭熟练工人师傅的经验逐渐不能适应工厂日益增长的需求。针对以上问题,本研究以黄酒酿造过程为研究对象,按照“参数辨识改进——三边发酵模型的建立——模型辨识和应用”思路对黄酒发酵过程进行建模和辨识,具体研究内容如下:（1）针对蚁狮算法在解决高维非线性复杂函数时存在着收敛速度慢、易陷入局部最优,很难准确获取具有强泛化能力的模型参数的问题,提出了一种改进蚁狮算法。当蚂蚁种群围绕蚁狮游走并试图到种群中心时用混沌扰动公式替换蚂蚁游走的位置公式,同时对围绕精英蚁狮游走的蚂蚁种群采用莱维飞行公式替换,以及在寻优过程中当算法陷入局部最优解时,加入柯西变异对蚁狮算法进行改进。实验仿真结果表明,改进蚁狮算法在收敛速度、寻优精度和稳定性等方面优于原蚁狮算法、遗传算法和粒子群算法。（2）在双边发酵模型中,评估了改进后蚁狮算法的参数辨识效果。利用改进后的蚁狮算法对黄酒发酵过程的糖化（双边发酵）模型进行参数寻优,并与原始蚁狮算法、遗传算法和粒子群算法进行对比。结果表明,改进后的蚁狮算法在寻优精度和稳定性有着显著优势,更适合用于黄酒发酵模型的参数进行辨识。（3）建立黄酒同时发酵、糖化和酸化（三边发酵）过程的模型,并利用改进后的蚁狮优化算法对三边模型进行寻优,获得最优控制策略。针对黄酒的发酵、糖化和酸化过程中会产生大量的有机酸、芳香酯和甘油等物质,其中乳酸和乙酸是影响黄酒口感的重要因素,是衡量黄酒品质的重要指标。利用采集到的数据建立黄酒三边发酵过程的模型,并对构建出的模型进行了仿真实验,与偏最小二乘法（Partial Least-square method）建立的模型进行对比,结果表明本文提出的三边发酵模型具有更好的预测效果。由于温度是影响酸化过程的重要因素,利用改进蚁狮算法在18℃、23℃、28℃、33℃对三边发酵模型中的参数进行寻优,用阿伦尼乌斯方程（Arrhenius equation）建立反应速率常数与温度之间关系模型,将得到的方程替代模型中的参数,建立由温度预测发酵产物浓度的混合模型,获得温度控制浓度曲线。（4）最后建立一套发酵控制系统,将优化的温度控制模型用于黄酒的三边发酵过程中。为了验证优化后的温度控制模型的准确性和有效性,开发发酵过程数据采集与控制系统,以开发的软件为控制软件,利用得到的温度控制曲线为控制策略,对黄酒酿造过程进行控制,验证文中所建立模型的有效性。利用计算机对基于多批次黄酒发酵数据建立模型并进行参数辨识,在保证酒精产量最大化的同时,控制影响黄酒口感的酸化产物的浓度。对提高黄酒品质的稳定性,推动黄酒企业发展具有重要意义。

关键词：黄酒蚁狮算法双边发酵三边发酵参数辨识温度混合建模

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黄酒醪的发酵特点

山东食品发酵 2005年第4期 34-39页

作者：毛青钟东风绍兴酒有限公司绍兴312030

介绍了黄酒醪的发酵特点,阐述了黄酒醪的发酵特点是所有酿造中独特和罕见的,是我国所特有的,是糖化和以多品种、高密度酵母发酵产酒精与多品种、高密度乳酸杆菌发酵产乳酸协同进行的混合发酵并行的过程(即三边发酵:边糖化与边酵母发酵... 详细信息

介绍了黄酒醪的发酵特点,阐述了黄酒醪的发酵特点是所有酿造中独特和罕见的,是我国所特有的,是糖化和以多品种、高密度酵母发酵产酒精与多品种、高密度乳酸杆菌发酵产乳酸协同进行的混合发酵并行的过程(即三边发酵:边糖化与边酵母发酵、边乳酸杆菌发酵同时进行)。

关键词：黄酒混合发酵三边发酵酵母乳酸杆菌特点

机械化生产元红酒发酵过程生物化学成份变化研究

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酿酒 2010年第3期37卷 31-34页

作者：毛青钟俞关松虞菲会稽山绍兴酒股份有限公司浙江绍兴312030

对机械化生产元红酒发酵过程中微生物变化规律进行了研究;通过对酵母菌总数、酵母形态、细菌总数、细菌形态、还原糖、总酸、挥发酸、酒精度、pH等生化指标的定期观察、检测研究及部分微量成份的定期测定研究,并对细菌进行初步检测和鉴... 详细信息

对机械化生产元红酒发酵过程中微生物变化规律进行了研究;通过对酵母菌总数、酵母形态、细菌总数、细菌形态、还原糖、总酸、挥发酸、酒精度、pH等生化指标的定期观察、检测研究及部分微量成份的定期测定研究,并对细菌进行初步检测和鉴定,乳酸杆菌是机械化生产元红酒醪细菌类中的优势菌群;结果表明:机械化生产元红酒的发酵过程是糖化与多品种、高密度酵母和乳酸杆菌(细菌)发酵协同作用的混合发酵并行的过程[即:边糖化与边酵母发酵、边乳酸杆菌(细菌)发酵同时协同进行的三边发酵];发酵过程高级醇是逐渐增加的,乳酸乙酯量少,基本检测不到。

关键词：元红酒机械化发酵过程乳酸杆菌三边发酵

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机械化生产黄酒酵母菌性能的研究

江苏调味副食品 2007年第1期24卷 22-26页

作者：毛青钟高永强宣贤尧鲁瑞刚张水娟会稽山绍兴酒有限公司浙江绍兴312030

针对“三边发酵”理论中黄酒酵母菌性能的要求,通过研究黄酒酵母在TTC培养基中的变色情况、发酵力情况、糖化酶糖液中酵母生长情况、酵母耐酒精度、酵母形态和产香、酵母醭生成情况、酵母起发速度、酵母巨大菌落形态、酵母死灭温度、酵... 详细信息

针对“三边发酵”理论中黄酒酵母菌性能的要求,通过研究黄酒酵母在TTC培养基中的变色情况、发酵力情况、糖化酶糖液中酵母生长情况、酵母耐酒精度、酵母形态和产香、酵母醭生成情况、酵母起发速度、酵母巨大菌落形态、酵母死灭温度、酵母与杆菌在MRS液体培养基中共同生长和凝聚情况及在锥形瓶中发酵试验。从中筛选出2#和3#酵母菌株搭配使用,更加适宜于机械化黄酒中的大罐发酵。

关键词：三边发酵酵母菌性能机械化黄酒发酵

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绍兴酒酿制过程的生物学特性

山东食品发酵 2007年第1期 36-39页

作者：毛青钟宣贤尧鲁端刚会稽山绍兴酒有限公司绍兴312030

阐述了绍兴酒酿制过程的生物学特性:配料的特殊性和酒种的多样性;发酵状态的多样性;低温长时间浸米;包含所有绍兴酒醪的发酵特点;微生物的多样性、复杂性;接种方式独特:菌种保存方法独特和神奇;是糖化和以多品种、高密度酵母与乳酸杆菌... 详细信息

阐述了绍兴酒酿制过程的生物学特性:配料的特殊性和酒种的多样性;发酵状态的多样性;低温长时间浸米;包含所有绍兴酒醪的发酵特点;微生物的多样性、复杂性;接种方式独特:菌种保存方法独特和神奇;是糖化和以多品种、高密度酵母与乳酸杆菌(细菌)协同作用的混合发酵并行的过程[即:边糖化与边酵母发酵、边乳酸杆菌(细菌)发酵同时协同进行的三边发酵];香雪酒是糖化和以多品种、高密度细菌(乳酸杆菌)发酵与少量酵母发酵协同作用的混合发酵并行的过程,酵母作用小,是真正意义上的细菌(乳酸杆菌)为主的发酵;酒液之间勾兑多;较高的灭菌温度;成品酒的贮存。

关键词：绍兴酒三边发酵生物学特性酵母乳酸杆菌

机械化善酿酒大罐发酵过程生物化学成份动态变化的研究

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酿酒 2011年第2期38卷 55-59页

作者：毛青钟宣贤尧张水娟会稽山绍兴酒股份有限公司浙江省绍兴县312030

对机械化善酿酒发酵过程中微生物和理化动态变化规律进行了研究;通过对酵母菌总数、酵母形态、细菌总数、细菌形态、还原糖、总酸、挥发酸、酒精度、pH等生化指标的定期观察、检测研究,并对细菌的种类进行初步鉴定,乳酸杆菌是机械化大... 详细信息

对机械化善酿酒发酵过程中微生物和理化动态变化规律进行了研究;通过对酵母菌总数、酵母形态、细菌总数、细菌形态、还原糖、总酸、挥发酸、酒精度、pH等生化指标的定期观察、检测研究,并对细菌的种类进行初步鉴定,乳酸杆菌是机械化大罐发酵善酿酒醪细菌类中的优势菌群;结果表明:机械化善酿酒的发酵过程是糖化与高密度、多品种及动态变化的酵母和乳酸杆菌(细菌)发酵协同作用的混合发酵并行的过程[即:边糖化与边酵母发酵、边乳酸杆菌(细菌)动态变化和发酵同时协同进行的三边发酵];推测了乳酸杆菌的新种——黄酒乳酸杆菌(Lactobacillus Chinese-rice-wine)。

关键词：机械化善酿酒动态变化三边发酵黄酒乳酸杆菌

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传统香雪酒发酵过程微生物变化和作用研究

酿酒 2010年第6期37卷 59-62页

作者：陈宝良毛青钟会稽山绍兴酒股份有限公司浙江省绍兴县312030

对传统香雪酒发酵过程中的理化变化和微生物变化规律及作用进行了研究;通过对酵母菌总数、酵母形态、细菌总数、细菌形态、还原糖、总酸、挥发酸、酒精度、感官品质、pH等生化指标的定期观察、检测研究;并分离出4株细菌进行了糖化发酵试... 详细信息

对传统香雪酒发酵过程中的理化变化和微生物变化规律及作用进行了研究;通过对酵母菌总数、酵母形态、细菌总数、细菌形态、还原糖、总酸、挥发酸、酒精度、感官品质、pH等生化指标的定期观察、检测研究;并分离出4株细菌进行了糖化发酵试验,经测定:4株细菌有较强的糖化能力,对饭进行糖化发酵,测得还原糖达100g/L以上,传统香雪酒的发酵过程细菌也参与糖化作用;结果表明:传统香雪酒的发酵过程是曲(酒药、麦曲)的糖化和以多品种、高密度的细菌糖化发酵与酵母糖化发酵协同作用的混合糖化发酵并行的过程,中后期酵母数量少或无,作用小,是真正意义上的细菌为主的发酵。

关键词：传统香雪酒微生物变化细菌糖化三边发酵

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传统善酿酒发酵过程生物化学成分变化的研究

江苏调味副食品 2010年第2期27卷 18-22页

作者：毛青钟胡金凤会稽山绍兴酒股份有限公司浙江绍兴312030

为了研究传统善酿酒发酵过程中生物化学成分的变化规律,通过对酵母菌总数、酵母形态、细菌总数、细菌形态、还原糖、总酸、挥发酸、酒精度、感官品质和pH值等生化指标的定期观察、检测和研究,并对细菌的种类进行初步鉴定。结果表明:乳... 详细信息

为了研究传统善酿酒发酵过程中生物化学成分的变化规律,通过对酵母菌总数、酵母形态、细菌总数、细菌形态、还原糖、总酸、挥发酸、酒精度、感官品质和pH值等生化指标的定期观察、检测和研究,并对细菌的种类进行初步鉴定。结果表明:乳酸杆菌是传统善酿酒醪细菌类中的优势菌群,传统善酿酒的发酵过程是糖化与多品种、高密度酵母和乳酸杆菌协同作用的三边发酵。

关键词：善酿酒生物化学酵母乳酸杆菌三边发酵

机械化生产加饭酒发酵过程生物化学成份变化研究

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酿酒 2009年第6期36卷 63-67页

作者：毛青钟虞菲会稽山绍兴酒股份有限公司浙江绍兴312030

对机械化生产加饭酒发酵过程中微生物变化规律进行了研究;通过对酵母菌总数、酵母形态、细菌总数、细菌形态、还原糖、总酸、挥发酸、酒精度、pH等生化指标的定期观察、检测研究及部分微量成份的定期测定研究,并对细菌进行初步检测和鉴... 详细信息

对机械化生产加饭酒发酵过程中微生物变化规律进行了研究;通过对酵母菌总数、酵母形态、细菌总数、细菌形态、还原糖、总酸、挥发酸、酒精度、pH等生化指标的定期观察、检测研究及部分微量成份的定期测定研究,并对细菌进行初步检测和鉴定,乳酸杆菌是机械化生产加饭酒醪细菌类中的优势菌群;结果表明:机械化生产加饭酒的发酵过程是糖化与多品种、高密度酵母和乳酸杆菌(细菌)发酵协同作用的混合发酵并行的过程[即:边糖化与边酵母发酵、边乳酸杆菌(细菌)发酵同时协同进行的三边发酵];发酵过程高级醇和乳酸乙酯是逐渐增加的。

关键词：加饭酒机械化发酵过程乳酸杆菌三边发酵