[发明专利]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

摘要

本发明公布了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，该方法描述了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(O)和酒精浓度(A)。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。

主权项

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，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O进行计算；所述淀粉与麦曲结合的中间产物浓度C₅的数学模型为：其中，k₁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，k₄为生成葡萄糖的速度；所述麦曲浓度E的数学模型为：$\frac{dE}{dt}=-k_{1}SE+(k_2+k_3+k_4)C_5;$所述麦芽二糖浓度M的数学模型为：$\frac{dM}{dt}=1.056k_3{C}_5-k_6\frac{M}{K_{s3}+M}\frac{O}{K_{s2}+O}C-k_7\frac{M}{K_{s4}+M}C;$其中，k_s2代表溶氧提供酵母生长的饱和常数，k_s3代表麦芽二糖提供酵母生长的饱和常数，k_s4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，k₇是麦芽二糖生成酒精的速度；所述酵母细胞浓度C的数学模型为：$\frac{dC}{dt}=0.084k_5\frac{R}{K_{s1}+R}\frac{O}{K_{s2}+O}C+0.088k_6\frac{M}{K_{s3}+M}\frac{O}{K_{s2}+O}C+0.09k_8\frac{G}{K_{s5}+G}\frac{O}{K_{s2}+O}C;$其中，k_s1代表麦芽三糖提供酵母生长的饱和常数，k_s2代表溶氧提供酵母生长的饱和常数，k_s3代表麦芽二糖提供酵母生长的饱和常数，k_s5代表底物葡萄糖提供酵母生长的饱和常数；k₈是葡萄糖为酵母生长提供碳源的速率；所述麦芽三糖浓度R的数学模型为：$\frac{dR}{dt}=1.037k_2{C}_5-k_5\frac{R}{K_{s1}+R}\frac{O}{K_{s2}+O}C;$所述溶氧浓度O的数学模型为：$\frac{dO}{dt}=-k_5\frac{R}{K_{s1}+R}\frac{O}{K_{s2}+O}C-k_6\frac{M}{K_{s3}+M}\frac{O}{K_{s2}+O}C-k_8\frac{G}{K_{s5}+G}\frac{O}{K_{s2}+O}C+O_{in}$其中，k_s1代表麦芽三糖提供酵母生长的饱和常数，k_s2代表溶氧提供酵母生长的饱和常数，k_s3代表麦芽二糖提供酵母生长的饱和常数，k_s5代表底物葡萄糖提供酵母生长的饱和常数；O_in为开耙动作结束后酒醪中的溶氧数值；所述葡萄糖浓度G的数学模型为：$\frac{dG}{dt}=1.111k_4{C}_5-k_8\frac{G}{K_{s5}+G}\frac{O}{K_{s2}+O}C-k_9\frac{G}{K_{s6}+G}C,$其中k₈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，k_s2代表溶氧提供酵母生长的饱和常数，k_s5代表底物葡萄糖提供酵母生长的饱和常数，k_s6代表葡萄糖生成酒精的饱和常数；所述酒精度A的数学模型为：$\frac{dA}{dt}=0.54k_7\frac{M}{k_{s4}+M}C+0.51k_9\frac{G}{k_{s6}+G}C;$其中，k_s4代表麦芽二糖生成酒精的饱和常数，k_s6代表葡萄糖生成酒精的饱和常数；上述数学模型中$k_1=1.0608\×{10}^6\exp \[\frac{-33.018}{8.314\×{10}^{-3}}(\frac{1}{273+T}-\frac{1}{306})\]$k₂＝‑5.67058+1.79294×T‑0.03006×T²k₃＝‑0.00166+3.2×10^‑4×Tk₄＝‑5.7482+0.4962×T‑0.0096×T²k₅＝‑7.41206+0.7076×T‑0.01196×T²$k_6=4.85324\×{10}^9\exp \[\frac{-55.82684}{8.314\×{10}^{-3}}(\frac{1}{273+T}-\frac{1}{306})\]$其中T为温度。