一种原酒等级评价方法及在线摘酒与原酒等级评价装置

技术领域

本发明属于智能酿酒技术领域，具体是一种原酒等级评价方法及在线摘酒与原酒等级评价装置。

背景技术

在白酒制备工艺中，由于不同阶段所流酒液中酒精含量以及各种风味物质含量时刻在变化，在流动冲击过程中产生的酒花的大小、稠密等状态不同，普遍采用“看花摘酒”，通过人的眼睛观察酒液冲击产生酒花的状态，直观判断酒液内各微量物质含量高低，进行摘酒。酒的等级划分不仅取决于酒精度，还主要由酒液的色、香、味这些属性决定，这些属性与酒液中的微量物质含量相关。“看花摘酒”的方式受到人为因素的影响较大，摘酒的结果准确性较低，酒段的摘取没有明确的界限，这就容易造成酒产品产出的效率低下，酒糟利用率低，而且占用的人工劳动力相对较多，劳动强度较大，成本高。

现有的自动化摘酒技术普遍只根据酒精度进行摘酒，例如白酒原酒中的主要成分是乙醇和水，约占总量的98％左右，微量物质约占总量的2％左右，决定白酒原酒香型、质量的却是微量物质的成分以及含量，这些微量物质在嗅觉、视觉和味觉上均能引起感官刺激，其种类、含量以及量比关系决定白酒的原香型和类别，因此仅根据酒精度进行摘酒的方式可靠性较低。

申请号201910418319.9的专利公开了一种基于近红外光谱在线检测的白酒摘酒方法及其在线模拟摘酒装置，该装置采用近红外光谱检测仪检测酒液的近红外光谱，通过建立近红外光谱与酒精度的映射关系，根据各等级酒所含的酒精度进行摘酒。该装置主要检测了酒精度，而缺乏微量物质的检测，因此酒的等级评价准确性较低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种原酒等级评价方法及在线摘酒与原酒等级评价装置。

本发明解决所述方法问题采用的技术方案是：

一种原酒等级评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将原酒以酒精度为梯度取多个等量的样本，将每个样本均匀分成两份，得到两组完全相同的酒样；邀请评酒专家对其中一组酒样进行等级评价，得到原酒的等级标签；

步骤二、利用气相色谱仪检测另一组酒样中各个样本的酒精度以及微量物质的含量，并根据步骤一中各个酒样的等级，获取各个等级的原酒所含微量物质的取值范围和酒精度范围；收集足够的实验数据，并划分为训练集样本和测试集样本；

步骤三、利用支持向量机构建原酒等级评价模型；

步骤四、模型的训练与优化：将步骤二的训练集样本输入到步骤三的原酒等级评价模型中对原酒等级评价模型进行训练，得到训练后的原酒等级评价模型；将步骤二的测试集样本输入到训练后的原酒等级评价模型中，得到优化后的原酒等级评价模型；气相色谱仪的检测数据输入到优化后的原酒等级评价模型中，输出为原酒等级；

通过上述步骤完成原酒等级评价。

上述邀请评酒专家对酒样进行等级评价的具体过程为：取一组酒样，邀请10名评酒专家通过观察颜色、闻气味、品尝，结合经验进行主观评价，并对各个样本进行等级打分；等级打分采用10分制，等级越高得分越高；每位评酒专家评定两种酒样后需要休息一段时间；待所有评酒专家评定完毕后，将同一种样本去除最高分和最低分，剩余分数求平均得到样本的得分，并根据等级评价标准得到样本对应的等级，得到等级标签；等级标签包括次级原酒、二级原酒、一级原酒和优级原酒。

本发明还提供一种在线摘酒与原酒等级评价装置，其特征在于，该装置包括甑、冷凝罐、酒头流酒罐、微量物质检测模块、气体压力传感器、一号密度传感器、液相温度传感器、二号密度传感器、分装酒罐组和多个分级流酒罐；

所述甑经过气体压力传感器与冷凝罐连接，冷凝罐的输出端与主管道的一端连接，主管道上设有酒泵和一号密度传感器；主管道的末端连接至少四个分管道，每个分管道上均设有电磁阀；其中一个分管道的末端正对酒头流酒罐的入口，其余分管道分别与酒尾回流管道的首端以及对应的分级流酒罐连接，酒尾回流管道的末端与甑的回流口连接；每个分级流酒罐均与微量物质检测模块连接，每个分级流酒罐上均设有液相温度传感器和二号密度传感器，分级流酒罐的顶部设有搅拌部，每个分级流酒罐均连接分装酒罐组。

所述分装酒罐组包括优级酒罐、一级酒罐、二级酒罐和次级酒罐。

所述装置还包括自动控制单元，自动控制单元中加载有原酒等级评价程序；原酒等级评价程序为：

将微量物质检测模块测得分级流酒罐中酒的酒精度以及微量物质的含量输入到优化后的原酒等级评价模型中，输出为原酒等级；根据原酒等级，将分级流酒罐中的酒输送至分装酒罐组的酒罐中。

所述微量物质检测模块包括气相色谱仪和蠕动泵；气相色谱仪经过蠕动泵与各个分级流酒罐连接，气相色谱仪和蠕动泵均与自动控制单元通信。

所述酒头流酒罐、气相色谱仪和蠕动泵均安装在收纳柜中。

所述搅拌部包括搅拌电机、减速器、搅拌叶片和搅拌轴；搅拌电机和减速器安装在分级流酒罐的顶部，搅拌电机的输出轴与减速器的输入端连接；减速器的输出端与搅拌轴的上端连接，搅拌轴伸入分级流酒罐内，搅拌轴的下端固定有多个搅拌叶片。

所述酒头流酒罐连接罐身和罐颈的部分为由上至下呈渐扩形的锥形结构。

所述酒头流酒罐的罐身的侧壁上设有透明观察窗，罐身的两侧设有把手。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明首次将原酒的酒精度以及微量物质含量进行量化分析，建立了原酒等级评价标准，能够科学有效地指导蒸酒；不在人工对原酒进行等级评价，弥补了传统人工采用“看花摘酒”引起主观判断不准确的缺陷，使得摘酒后结果更具客观性、准确性和稳定性，同时降低了成本。对于经过本发明的方法进行分级后的原酒以及各个成分的含量，既能筛选出优质原酒，又能对后续的勾兑和调味过程起到指导作用，对于稳定成品酒的质量具有重要意义，一定程度上提高酿酒产业的生产效率。针对评定不合格的原酒，可以及时发现质量问题，结合物理化学分析手段，找出其原因，为进一步改进酿造工艺和提高产品质量提供了有利条件和依据，可以准确定量的加入相关成分来提升原酒的品质，提升酿酒产业的出酒率，扩大产业的效益。

2、在实际应用中，根据本申请的原酒等级评价方法将蒸馏过程中产生的酒液进行分级，有利于分析和掌握原酒在蒸馏过程中的变化规律，又能根据成分含量更好地指导原酒的储存，为选择合理的贮存条件提供参考。

3、本发明的装置既能够完成酒头、中段酒、酒尾的摘取，又能对中段酒进行等级评价；装置设有多个分级流酒罐，能够实现对上述中段酒的循环摘酒，避开直接实时检测原酒品质和等级的问题，间接实现实时检测待测原酒的品质和等级，即一个分级流酒罐在采集酒的同时，另外的分级流酒罐在进行微量物质检测，一定程度上实现了酒精度和微量物质实时检测，同时解决了现有技术中因微量物质检测分析仪器消耗较长时间而无法完成实时检测的问题。

附图说明

图1是本发明的SVM分类算法中超平面的原理图；

图2本发明的装置的整体结构示意图；

图3是本发明的甑与冷凝罐的连接结构示意图；

图4是本发明的收纳柜与微量物质检测模块、酒头流酒罐的安装示意图；

图5是本发明的一号流酒罐的整体结构示意图；

图6是本发明的一号流酒罐的纵向剖视图；

图7是本发明的搅拌部的结构示意图；

图8是本发明的酒头流酒罐的结构示意图；

图9是本发明的装置用于在线摘酒和中段酒等级评价的流程图；

附图标记为：1、甑；2、酒蒸汽输送管道；3、冷凝罐；4、自动控制单元；5、酒尾回流管道；6、主管道；7、酒头流酒罐；8、微量物质检测模块；9、U形管道；10、一号分级流酒罐；11、二号分级流酒罐；12、优级酒罐；13、一级酒罐；14、二级酒罐；15、气体压力传感器；16、收纳柜；17、一号密度传感器；18、观察窗；19、气相色谱仪；20、蠕动泵；21、搅拌部；22、液相温度传感器；23、二号密度传感器；24、次级酒罐；

211、搅拌电机；212、减速器；213、搅拌叶片；214、搅拌轴；71、锥形结构；72、透明观察窗；73、把手；74-罐身；75-罐颈。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，并不用于限定本申请的保护范围。

本发明提供一种原酒等级评价方法(简称方法，参见图1)，包括以下步骤：

步骤一、通过评酒专家判定酒样的等级，以此作为原酒的等级标签；

将原酒以5％酒精度为梯度取多个等量的样本，再将每个样本均匀分成两份，得到两组完全相同的酒样；原酒为去掉酒头和酒尾的中段酒，例如衡水老白干的原酒的酒精度为48％～78％；取其中一组酒样，邀请10名评酒专家通过观察颜色、闻气味、品尝，结合经验进行主观评价，并对各个样本进行等级打分；等级打分采用10分制，等级越高得分越高；每位评酒专家评定两种酒样后需要休息一段时间，避免人体出现嗅觉、味觉适应而影响评价结果的准确性；待所有评酒专家评定完毕后，将同一种样本去除最高分和最低分，剩余分数求平均得到样本的得分，并根据等级评价标准得到样本对应的等级，得到等级标签；等级评价标准为：得分小于或等于2分表示质量不合格，为次级原酒；得分大于2分且小于4分表示质量合格的二级原酒；得分大于4分且小于7分表示质量一般的一级原酒；得分大于或等于7分表示质量较好的优级原酒；

步骤二、利用气相色谱仪检测另一组酒样中各个样本的酒精度以及微量物质的含量，并根据步骤一中各个酒样的等级，获取各个等级的原酒所含微量物质的取值范围和酒精度范围，完成对原酒的量化分析；微量物质包含原酒的总酸(以乙酸计量)、总酯(以乙酸乙酯计量)、乳酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯、丙酸乙酯、正丙醇、β-苯乙醇、3-甲硫基丙醇、乳酸乙酯/乙酸乙酯和固形物；

重复上述操作和步骤一收集足够的实验数据，并将这些实验数据按照3∶1的比例划分为训练集样本和测试集样本；训练集数据用来建立原酒等级评价模型，测试集数据用来优化模型参数；

步骤三、通过支持向量机(SVM)构建原酒等级评价模型；

将训练集样本及其对应的等级标签输入到SVM模型中，得到原酒等级评价模型；原酒等级评价模型的参数包含权值向量ω和偏置b；

本发明的原酒等级评价属于SVM多分类问题，即采用多类方式进行逐步分类，其原理是先将属于目标类别的样本标记为正，不属于目标类别的样本标记为负，进行SVM二分类：

对于训练集D＝{(x

如图1所示，对于线性可分的两类样本，将两类样本中距离最近的样本向量称为支持向量，H

式(1)中，i＝1～N，α

求解出Lagrange函数的极值点得到最优权值向量ω

D(x)＝sign{(ω

式(2)中，x为所有x

由于不同类别样本之间具有一定的非线性，因此采用式(3)所示的高斯核函数K(x

式(3)中，i∈N，x

利用式(3)构造如式(4)所示的最优目标函数，用以度量模型的优劣；

式(4)中，y

然后求得式(4)的最优解

选择α

利用式(5)构造式(6)的最优分类决策函数；

对于每一类别都进行相同的SVM二分类，最终得到4种原酒等级的4个不同子分类器；测试时，对测试数据分别利用公式(6)计算各个子分类器的决策函数值，选取最大决策函数值对应的类别为测试数据的分类类别，即采用“最大输出法”将多个子分类器的输出类别组合在一起，实现SVM多分类；

步骤四、模型的训练与优化：将训练集样本输入到原酒等级评价模型中对原酒等级评价模型进行训练，得到训练后的原酒等级评价模型；将测试集样本输入到训练后的原酒等级评价模型中，得到优化后的原酒等级评价模型；优化后的原酒等级评价模型的输入为气相色谱仪的检测数据，输出为步骤一得到的原酒等级；

原酒等级评价模型的权值向量ω和偏置b在训练开始时是随机分配的，多次遍历训练集中的所有数据，当式(4)的最优目标函数的计算值达到一定的阈值要求(比如≤0.25)时，认为模型训练完成，即模型的参数达到了最优值，以此完成模型的训练，得到训练后的原酒等级评价模型。

将测试集数据输入到训练后的原酒等级评价模型中，用于预测当前的测试集数据的原酒等级，以模型的预测结果作为依据，将其预测结果与对应的等级标签比较，计算查准率与查全率，对模型的训练效果进行评价；当查准率或查全率未超过0.8时，表示分类误差较小；若查准率或查全率超过0.8，则需要对模型中模型参数ω和b进行调整，直到查准率或查全率小于0.8，增强该模型的泛化性能，以此完成模型的优化，得到优化后的原酒等级评价模型；

气相色谱仪和优化后的原酒等级评价模型组成一套原酒等级评价模块，在实际应用中，将气相色谱仪的检测数据输入到优化后的原酒等级评价模型中，经过计算处理后输出对应的原酒等级，完成原酒的量化分析和等级评价，此阶段不再需要进行人工主观评价，实现原酒摘酒的智能化。

本发明还提供了一种在线摘酒与原酒等级评价装置(简称装置，参见图2-9)，包括甑1、冷凝罐3、自动控制单元4、酒头流酒罐7、微量物质检测模块8、分级流酒罐、优级酒罐12、一级酒罐13、二级酒罐14、气体压力传感器15、一号密度传感器17、液相温度传感器22、二号密度传感器23和次级酒罐24；自动控制单元4中储存有优化后的原酒等级评价模型，用于根据微量物质检测模块8的检测数据，输出对应的原酒等级；

所述甑1通过酒蒸汽输送管道2与冷凝罐3连接，酒蒸汽输送管道2上设有气体压力传感器15，用于检测甑1内酒醅蒸发所产生的酒蒸汽的气压；气体压力传感器15同时与自动控制单元4连接，将检测到的气压信号传输至自动控制单元4，用于控制相应电磁阀的开闭；所述冷凝罐3的输出端与主管道6的一端连接，主管道6上设有酒泵和一号密度传感器17，一号密度传感器17用于检测流经主管道6的酒密度；主管道6的末端连接至少四个分管道，每个分管道上均设有电磁阀；其中一个分管道的末端正对酒头流酒罐7的入口，其余分管道分别与酒尾回流管道5的首端以及对应的分级流酒罐连接，分级流酒罐用于中段酒的分段储存；酒尾回流管道5的末端与甑1的回流口连接；本实施例设有多个酒头流酒罐7，保证酒头流酒罐7足够用，能够完全收集酒头；

本实施例包含至少两个分级流酒罐，即一号分级流酒罐10和二号分级流酒罐11；一号分级流酒罐10和二号分级流酒罐11均与微量物质检测模块8连接，微量物质检测模块8采集酒样并检测酒样中所含的微量物质，便于对流酒罐内的酒进行等级评价；一号分级流酒罐10和二号分级流酒罐11的结构相同，每个分级流酒罐的内壁上均设有液相温度传感器22和二号密度传感器23，顶部设有搅拌部21，液相温度传感器22和二号密度传感器23分别用于检测流酒罐内酒的温度和密度，搅拌部21用于将分级流酒罐内的酒混合均匀；液相温度传感器22和二号密度传感器23同时与自动控制单元4相连；自动控制单元4接收一号密度传感器17的密度信号，经过计算和转换将密度信号转换为酒精度，并根据酒精度摘取酒头、中段酒和酒尾；中段酒即为原酒；

所述一号分级流酒罐10以及二号分级流酒罐11分别经过酒泵与U形管道9的两端连接，U形管道9上设有两个电磁阀，U形管道9分别通过连接管与优级酒罐12、一级酒罐13、二级酒罐14和次级酒罐24连接，U形管道9与各个连接管的连接点位于U形管道9的两个电磁阀之间；每个连接管上均设有电磁阀，控制连接管上电磁阀的开闭即可控制分级流酒罐中的酒进入相应的等级酒罐中。

所述自动控制单元4分别与酒泵、气体压力传感器15、一号密度传感器17、液相温度传感器22和二号密度传感器23、所有阀门电磁阀、微量物质检测模块8通讯连接并实现控制；

所述微量物质检测模块8包括气相色谱仪19和蠕动泵20；气相色谱仪19分别通过取样管道和蠕动泵20与一号分级流酒罐10和二号分级流酒罐11连接，气相色谱仪19和蠕动泵20同时与自动控制单元4相连。

所述气相色谱仪19和蠕动泵20均安装在收纳柜16中，收纳柜16设有上、下两层；气相色谱仪19安装在收纳柜16的上层，蠕动泵20安装在收纳柜16的下层；酒头流酒罐7同时也放置在收纳柜16的下层，与酒头流酒罐7连接的分管道从收纳柜16的顶部插入，并伸入收纳柜16的下层，实现装置的模块化设计，结构更加紧凑。

所述一号分级流酒罐10的顶部设有透明观察窗，便于工作人员及时观察流酒状态，底部呈锥形，便于一号分级流酒罐10内的酒体全部流出，无残留酒液。

所述搅拌部21包括搅拌电机211、减速器212、搅拌叶片213和搅拌轴214；搅拌电机211和减速器212同时固定在分级流酒罐的顶部，搅拌电机211的输出轴与减速器212的输入端连接；减速器212的输出端通过联轴器与搅拌轴214的上端连接，搅拌轴214伸入分级流酒罐内且垂直于分级流酒罐的底部，搅拌轴214的下端固定有多个搅拌叶片213。

所述酒头流酒罐7连接罐身74和罐颈75的部分采用由上至下呈渐扩形的锥形结构71，便于酒头全部流出，无残留酒液；罐身74的壁上设有长条形的透明观察窗72，便于工人观察酒头流动状态；罐身74的两侧设有把手73，方便取放。

本装置的工作原理和工作过程是：

1)摘取酒头：将酒糟装入甑1中蒸发产生酒蒸汽，酒蒸汽在冷凝罐3中冷凝液化为酒液；气体压力传感器15检测酒蒸汽的气压，待气压值平稳后，开启主管道6上的酒泵和与酒头流酒罐7连接的分管道上的电磁阀，酒头流至酒头流酒罐7中；一号密度传感器17检测主管道6内的酒密度，当测得的密度小于酒头的密度阈值时，与酒头流酒罐7连接的分管道上的电磁阀关闭，至此酒头采摘结束；

2)摘取原酒，完成等级评价：一号密度传感器17继续检测主管道6内的酒密度，开启与一号分级流酒罐10连接的分管道上的电磁阀，开始采摘中段酒的第一段酒，第一段酒流至一号分级流酒罐10中；当测得的酒密度小于中段酒的第一段酒密度阈值时，与一号分级流酒罐10对应的电磁阀关闭，中段酒的第一段酒采摘结束；在采摘过程中，搅拌电机211工作，对一号分级流酒罐10内的酒液进行搅拌并充分混合均匀；液相温度传感器22检测一号分级流酒罐10内的酒液温度，当温度为20摄氏度时(20摄氏度时酒精度较准确)，二号密度传感器23检测一号分级流酒罐10内的酒密度，同时蠕动泵20开始运行，将中段酒的第一段酒的酒样送至气相色谱仪19，气相色谱仪19检测酒液中的微量物质含量；自动控制单元4将微量物质的含量输入到原酒等级评价模型中，经过计算处理后输出对应的原酒等级，完成第一段酒的等级评价；然后开启U形管道9上相应的酒泵和电磁阀、相应连接管上的电磁阀，将完成等级评价后的酒液分装到对应的等级酒罐中，以完成中段酒中第一段酒的等级评价与分装；例如一号分级流酒罐10中的酒液对应优级原酒，则将其分装到优级酒罐12中，再将优级酒罐12中的优级原酒取出备用；一级酒分装到一级酒罐13中，二级酒分装到二级酒罐14中，次级酒分装到次级酒罐24中；

在关闭与一号分级流酒罐10连接的分管道上的电磁阀的同时，开启与二号分级流酒罐11连接的分管道上的电磁阀；依次重复上述第一段酒的摘酒和等级评价过程，直至完成整个原酒的等级评价；在实际应用中可以根据质量要求将中段酒分为多个阶段；

在上述过程中，一号分级流酒罐10和二号分级流酒罐11能够实现循环摘酒，即一个分级流酒罐在进行酒液等级评价的同时，另一个分级流酒罐完成摘酒，加快了摘酒效率；中段酒各个阶段的流酒密度阈值可以根据实际生产进行设定；

3)摘取酒尾：当一号密度传感器17测得的酒密度等于酒尾密度阈值时，开启与酒尾回流管道5连接的分管道上的电磁阀，酿酒产生的酒尾通过酒尾回流管道5流向甑1内，完成原酒酒尾的采摘，至此完成整个摘酒操作。

本发明未述及之处适用于现有技术。