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レシピを変更せずに最適化を高める

先月、スピリッツを蒸留する際の最新の傾向と機会について話し合いました。つまり、高まる需要に対応するために、企業はこの時間のかかるプロセスを可能な限り改善および最小化する必要があり、モデル予測制御(MPC)テクノロジは、設備と運用を最適化する蒸留業者をサポートします。

MPCテクノロジは、蒸留中の不整合を解消するのに役立ちますが、発酵中の収率と品質を改善することも支援します。

発酵とは?

発酵プロセスに至るまで、トウモロコシ、大麦、ライ麦、小麦などの穀物を製粉して細かい粉末にします。粉末にした穀物と水をマッシュクッカーに入れ、華氏200度近くの温度で調理します。

調理段階の終わりに向けて、温度が下げられ、麦芽大麦が追加されます。次に、大麦麦芽の酵素が穀物澱粉をアルコールに発酵させることができる単糖に分解します。次に、マッシュを酵母と水とともに冷却し、発酵槽に移します。

発酵は通常約72時間続きますが、蒸留酒の種類や地域の条件によって異なります。マッシュが発酵槽に置かれると、酵母が単糖をエタノールに変換し、マッシュを蒸留ビールに変換します。

ストレスレベルを下げる

酵母はストレスの多い条件下ではうまく機能しません。発酵プロセス中に、発酵の開始時のpHレベルや発酵中の温度など、得られる蒸留酒のアルコール収量やその他の品質に影響を与える酵母ストレッサーがいくつか存在します。

MPCテクノロジを使用してこれらの変数を管理することは、酵母へのストレスを緩和するのに役立ち、一貫したアルコール収量と、ブランドガイドラインと期待に応える最終製品をもたらします。MPCに依存してこれらの変数を処理すると、オペレータも解放されるため、オペレータは長年の経験と時間をより価値の高いタスクに集中できます。

発酵槽のpHの管理

発酵の開始時のpHは、酸性度が酵母のストレス要因であるため、生成される蒸留酒に大きな影響を与えます。設定したpHが低すぎると、酵母の生産性が低下し、アルコール収量が低下します。設定されたpHが高すぎる場合、不要な細菌の増殖が発生し、収量の低下、スピリッツのオフフレーバー、または場合によってはバッチを失うことにつながる可能性があります。

バーボンウイスキーやテネシーウイスキーなどの蒸留酒の場合は、以前に蒸留したマッシュまたはサワーマッシュを発酵槽に追加します。サワーマッシュの量と酸性度は、発酵槽の設定pHに影響します。

サワーマッシュはリサイクルストリームであるため、あるバッチの変動がエコーし、数日後に別のバッチの変動を引き起こす可能性があります。この効果は時間の経過とともに解決する可能性がありますが、MPCは、発酵槽に送られるサワーマッシュと水の比率を徐々に調整する機会を提供します。この場合、MPCは発酵槽と設定pHを一貫して管理し、一貫したアルコール収量と従来のレシピ目標の順守を保証します。

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温度は敵です

過度の温度も酵母にストレスをかける可能性があるため、温度を注意深くモニタする必要があります。発酵は発熱反応であるため、熱はプロセスの副産物であり、発酵槽の温度を上昇させます。温度が上昇すると、酵母へのストレスにより発酵速度が低下し、その結果、アルコールの生産と収量が減少します。

余分な熱を取り除くために、発酵槽内の冷却コイルを使用して、発酵槽の温度を管理します。残念ながら、これは複数の発酵槽が同じ冷却水頭を共有するより大きな蒸留所で別の問題を引き起こす可能性があります。この設定では、1つの発酵槽への水の流れを変更すると、近くの発酵槽への流れが変化する可能性が高く、オペレータは一貫して温度を達成するためにすべての流れを継続的かつ手動で調整する時間がありません。

規制制御ループを使用してこの問題に対処できますが、相互作用を考慮すると、積極的に調整されたループが振動し、温度変動を引き起こす可能性があり、緩やかに調整されたループは緩やかな制御を提供します。

かわりに、MPCは発酵中に一定の温度を維持する上で重要な役割を果たすことができます。MPCは本質的に多変量であるため、すべての発酵槽温度の管理を同時に解決できます。MPCの「モデル」部分は、フロー間の相互作用を説明すると同時に、冷却水の温度の変化などの外乱も説明します。

MPCで歩留まりと生産を向上

ストレッサー変数を管理することにより、MPCは収量とバッチの一貫性を改善することにより、発酵プロセスに積極的に貢献します。変動性が減少すると、最適化の機会が提供されます。

アルコール収量と発酵時間の間には強い相関関係がありますが、発酵時間が長くなると、エタノール生産率が低下します。会社として、生産ニーズ、プラント内の別の場所でのボトルネック、商品価格、およびその他の外部要因(同じ発酵時間でのアルコール収量の増加、またはより短い発酵時間での同じアルコール収量、毎月のバッチ数の増加、またはその間の何か)に応じて、何が好ましいかを決定する必要があります。

蒸留酒製造業者は、レシピと製品の完全性を維持しながら生産量を増やすために努力するので、MPCは機会を創出し、方法の各ステップでこれらの結果を促進できます。

スピリッツ業界におけるMPCの利点についてご覧ください。


Kent Stephenson
Kent Stephenson
Principal Engineer, Rockwell Automation
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