微機勾兌是20世紀80年代中才開始應用的新技術,采用這種方法進行勾兌,首先是將驗收入庫的原度酒逐壇進行詳細的微量香味成分的色譜測定,應用運籌學方法在計算機上進行最優勾兌組合計算,使其最終達到基礎酒的質量標準。
一、計算機勾兌系統的主要技術要求
利用氣相色譜儀定量分析須參與勾兌的主要芳香成分數據,在計算機上采用所設計的計算軟件進行最優勾兌組合計算,得出最優勾兌組合方案,根據這一方案和勾兌工藝要求進行酒的勾兌,勾兌出符合標準的基礎酒。要達到此要求,需對計算機勾兌系統提出一些術指標和要求:
(1)根據計算機應用線性規劃或混合整數規劃程序計算出來的最優勾兌組合方案,按勾兌工藝要求勾兌成的成品酒要在科學的水平上,保持酒的風格統一,以提高酒質。
(2)應用線性單純形法或混合整數分支定界法來完成酒中若干種主要芳香成分最優勾兌組合計算,得出最佳勾兌方案,并計算出達到勾兌標準時各主要芳香成分的數值和應加漿量。
(3)計算機勾兌系統既能完成勾兌組合計算,又能完成調味組合計算,還可同時完成勾兌調味組合計算,要求它是一個多用途多功能勾兌組合計算系統。
(4)建立能定量地描述酒的風味和酒質狀況的數學模型,即線性規劃數學模型和混合整數規劃數學模型。數學模型的規模,即參加勾兌計算的決策變量個數K和約束條件數M,由操作人員根據需要人為地控制。
(5)酒庫管理技術要求。一般曲酒入庫需貯存3個月以上,才能進行勾兌。利用計算機軟件進行勾兌組合計算時,需調入相應數據記錄,建立起適合計算機計算的勾兌數學模型。因此,要建立相應的數據庫對酒庫進行有效管理:
①要求所設計的各數據庫能對10個酒庫、勾兌標準、各名酒及最優解值庫進行有效的管理。
②要求每壇數據記錄能完成以下數據項的記錄:每壇酒的壇號;評分值,質量和密度;每壇酒主要芳香成分數據ao(i,j)。
(6)要求所設計出來的計算軟件,在計算過程中能以中文形式在熒光屏上或是在打印機上顯示或打印出計算結果和其他有關結果。
(7)要求人機對話功能比較強,程序在運行過程中操作人員根據計算結果來控制程序進行相應運算,以便得到最優解。
(8)要求所設計出來的計算軟件功能較齊全,計算結果準確。
二、建立曲酒計算機勾兌系統數學模型
在確定了以線性單純形法或混合整數分支定界法進行曲酒最優勾兌組合計算以后,建立勾兌數學模型是研究設計系統一項十分重要的工作。一個好的數學模型能夠比較全面地描述酒的風味和質量狀況,按照這個數學模型求解出來的勾兌組合方案,才能符合實際的需要。在建立數學模型的過程中,應著重解決以下幾個問題。
1.各約束方程約束關系的確定
基于全國名優酒主要芳香成分剖析確定,雖然酒中芳香成分總量只占酒的1%~2%,起著十分重要的作用。在一定范圍內,酯類、酸類含量高的酒質較好,含量低的酒質較差。在濃香型大曲酒中,酯類是重要的呈香物質,是形成酒體香氣濃郁的主要因素;有機酸類是酒中的呈味物質。而醇類、醛類物質在一定范圍內則是含量低的酒質好,含量高的酒質差。這些物質在各香型曲酒中對酒質的好壞起著十分重要的作用。醇類物質是形成酒體風味,促使酒體豐滿、濃厚的重要物質。基于上述四類成分對酒質的主要影響,來確定數學模型中各約束方程的相應約束關系。這些約束方程組只描述了酒中各主要芳香成分量范圍。但是各芳香成分應有一定的比例關系,才能得到較好的酒質。也可以用一些約束方程來描述,但增加了該數學模型的規模和難度,甚至很難求得一個基本可行解,因為這些芳香成分只有一個大致的比例關系,因此把這個問題留在標準設計中去考慮。
2.各種勾兌標準的設計
在各種勾兌標準設計的過程中,一方面要考慮酒中主要芳香成分的量值范圍,另一方面要著重考慮各成分間的比例關系。因為恰當的量比關系使酒體豐滿、完美、風格突出,質量優良。反之,若有某種或某幾種芳香成分間比例失調,則酒質下降,感官上欠諧調,出現異雜味,嚴重的使酒體出格。因此,在進行酒體設計時,各種勾兌標準的設計是需要著重考慮的一個因素。
在進行本廠產品勾兌標準設計時,應首先分析計算現有產品的酒質可能達到的水平,計算出酒中各主要芳香成分間的比例關系,以它作為各種勾兌標準設計的重要依據。為使本廠產品在現有條件下,經相應的勾兌組合計算,得出一組最佳勾兌組合方案,可根據這個方案,按照勾兌工藝要求,勾兌出符合國家名優酒水平的產品。在設計各種勾兌標準時,要參照國家名優酒各主要芳香成分的量值范圍和大致的比例關系。根據以上原則,便可進行本廠產品勾兌標準的設計。
3.目標函數系數的確定
解由酒中主要芳香成分約束條件構成的約束方程組,可以得到多組基本解,但不是最優的。我們希望在所設計的勾兌標準上進行最優勾兌組合計算,得出的勾兌組合方案是最優的,也就是說,根據所設計出來的勾兌組合方案,按照勾兌工藝要求勾兌出符合勾兌標準的成品酒,可用比較少的好酒,而多用一些較低一級的基酒。因此,在建立勾兌數學模型時,需要考慮一個目標函數條件,然后采用單純形法或混合整數分支定界法對這一數學模型求解,得到目標函數值達到最小。
目標函數系數是評定各壇酒質的一種計分表示法。要確定目標函數相應系數有各種方法,一種方法是根據各芳香成分對酒質的色、香、味影響不同。例如在濃香型大曲酒中,往往以己酸乙酯含量作為評定這種酒酒質的一個重要標記;另一種方法是由專家們對各芳香成分給予一定評分值Bn在計算機中自動求出這壇酒的目標系數Ci。
Ci=B1+B2+……Bn
通常方法是使用100分制打分法,滿分的酒是最好的酒.該打分法增加了計算數位,在計算機中進行計算,有可能超過計算機的有效數位字長。因此,在建立數學模型采用的是10分制,可有效地保證目標函數值不會超過計算機的有效數位字長。
4.確定多少成分參加最優勾兌組合計算
現有較先進的色譜,可定量測出白酒中1000多種芳香成分。一般計算機無能力處這樣多的數據,空間和時間都不允許。在實際應用中,只能選取某些主要芳香成分參加兌組合計算,計算結果仍具有重大參考意義。
在測定原酒的1000多種數據中,選取若干個有代表性的數據參與最優勾兌組合計算,計算結果可較全面地描述酒的風格和質量,因選取的若干種微量成分總量已占酒中微量成分總量的85%左右。考慮到所建立起來的數學模型要能全面地描述酒中各主要芳香成分對酒質的影響,在設計計算程序時,確定24種(或更多)主要芳香成分參與最優勾兌組合計算,便可滿足勾兌各種情況需要了。
三、最優勾兌組合計算程序的設計
由于建立起來的數學模型相當復雜,規模也相當大,用人工求解在短時間內獲得一個正確的解,已是不可能了。因此,只有求助于計算機快速準確地計算,才能在短時間內獲得一個最佳基本可行解,為此,需要研究設計出一個計算軟件。
1.線性規劃程序設計
對于適用于大型貯酒設備的線性規劃數學模型,采用單純形法求解。在程序設計中采用了解線性規劃問題的兩階段法。第一階段是設計將人工變量從基內調出來,尋找原始問題的一個基本可行解,即是使目標函數值為零。第二階段是以第一階段求得的最優解,作為第二階段的初始基本可行解,再按原始問題的目標函數進行選代,直到達到最優解。根據計算結果和需要,可由操作人員控制進行其他有關的計算。
2.混合整數規劃程序設計
求解適合于壇貯酒設備的混合整數規劃數學模型,采用分支定界法。在程序設計上,運用了線性規劃中變量的上、下界技術,不考慮變量的整數約束條件,把原始問題作為一般線性規劃問題求解,采用了帶上界變量的單純形法,這對于求整數變量僅取“0”或“1”、“2”個值的情況及整數變量有上界限制的通常情況,是有好處的。在變量分支后每次線性規劃運算中,采用了帶上界變量的對偶單純形法,隨著分支的增加可以通過僅僅改變變量的上下界來完成變量分支后的限制,而不需要增加新的約束條件。本程序在進行新的分支時,不需要從頭開始求解一個新的線性規劃問題,而是從上一個最優解出發,只改變相應分支變量的上下界,即可連續求其最優解。
大多名優曲酒廠均采用壇貯酒,運行混合整數規劃程序進行最優勾兌組合計算是最合適的,因在計算過程中參加勾兌計算的各壇酒要整壇參加,或不參加,這樣減輕了各壇酒準確計量的負擔,只要入庫時準確計量各壇酒即可,因是整壇用完,而不是留下部分酒。
但為了達到勾兌標準,有一部分壇中的酒還是不能用完,這只是少數幾壇。所以,最好采用微機勾兌,進行勾兌組合。
微機勾兌是現代技術在傳統白酒中的應用技術,但必須與嘗評結合,且很多工作還要完善,才能在白酒勾兌中更廣泛應用。
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