레시피를 변경하지 않고 최적화 향상

발효란 무엇인가요?

발효 과정에 들어가기 전에 옥수수, 보리, 호밀, 밀 등의 곡물을 곱게 갈아 가루로 만듭니다. 이 곡물 가루와 물을 매시 쿠커에 넣고 약 200°F의 온도에서 가열합니다.

조리 단계가 끝날 무렵 온도를 낮추고 맥아 보리를 추가합니다. 이어서, 맥아 보리의 효소가 곡물 전분을 알코올로 발효될 수 있는 단순 당으로 분해합니다. 매시는 효모 및 물과 함께 냉각되어 발효조로 옮겨집니다.

발효는 일반적으로 약 72시간 동안 지속되지만, 증류주 유형과 현지 조건에 따라 달라집니다. 매시가 발효조에서 휴지하는 동안 효모는 단순 당을 에탄올로 전환하여 매시를 증류주용 맥주로 변환합니다.

스트레스 수준 감소

효모는 스트레스가 많은 조건에서는 잘 작동하지 않습니다. 발효 과정에서 발효 시작 시의 pH 수준과 발효 과정의 온도 등 알코올 수율 및 결과로 생성되는 증류주용 맥주의 기타 품질에 영향을 미치는 여러 효모 스트레스 요인이 있습니다.

이러한 변수를 모델 예측 제어(MPC) 기술로 관리하면 효모에 가해지는 스트레스를 완화하여 일관된 알코올 수율과 브랜드 지침 및 기대에 부합하는 최종 제품을 얻을 수 있습니다. 또한 이러한 변수를 처리하는 데 MPC를 활용하면 작업자가 수년간의 경험과 시간을 더 높은 가치의 작업에 집중할 수 있습니다.

발효조 pH 관리

발효 시작 시 pH는 산도가 효모에 스트레스를 주기 때문에 결과로 나오는 증류주용 맥주에 상당한 영향을 미칩니다. 설정된 pH가 너무 낮으면 효모의 생산성이 떨어지고 알코올 수율이 감소합니다. 설정된 pH가 너무 높으면 원치 않는 박테리아가 성장하여 수율이 감소하고 증류주에 불쾌한 맛이 나거나 배치가 손실될 수 있습니다.

버번과 테네시 위스키 같은 증류주에는 일부 증류된 매시 또는 사워 매시가 발효조에 추가됩니다. 사워 매시의 양과 산도는 발효조의 설정 pH에 영향을 미칩니다.

사워 매시는 재활용 스트림이기 때문에 한 배치의 변동성이 며칠 후 다른 배치에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 효과는 시간이 지나면서 완화될 수 있지만, 모델 예측 제어(MPC)는 발효조로 보내는 사워 매시와 물의 비율을 점진적으로 조정할 수 있는 기회를 제공합니다. 이 경우 모델 예측 제어(MPC)는 발효조와 설정된 pH를 지속적으로 관리하여 일관된 알코올 수율을 보장하고 전통적인 레시피 목표를 준수합니다.

온도는 적이다

과도한 온도는 효모에 스트레스를 줄 수 있으므로 온도를 면밀히 모니터링해야 합니다. 발효는 발열 반응이기 때문에 열은 공정의 부산물이며 발효기 온도를 상승시킵니다. 온도가 상승하면 효모에 가해지는 스트레스로 인해 발효 속도가 감소하여 알코올 생산량과 수율이 감소합니다.

과도한 열을 제거하기 위해 발효조 내부의 냉각 코일을 사용하여 발효조 온도를 관리합니다. 불행히도, 이것은 여러 발효조가 동일한 냉각수 헤더를 공유하는 대형 증류소에서 또 다른 문제를 야기할 수 있습니다. 이러한 설정에서는 한 발효조로의 물 흐름을 변경하면 인근 발효조로의 흐름도 변경될 가능성이 높으며, 작업자는 일관된 온도를 달성하기 위해 모든 흐름을 지속적으로 수동으로 조정할 시간이 없습니다.

규제 제어 루프를 사용하여 이 문제를 해결할 수 있지만, 상호 작용을 고려할 때 공격적으로 조정된 루프는 진동하여 온도 변화를 유발할 수 있고, 느리게 조정된 루프는 느린 제어를 제공합니다.  

대신 모델 예측 제어(MPC)는 발효 중에 일관된 온도를 유지하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 모델 예측 제어는 본질적으로 다변량이기 때문에 모든 발효기 온도의 관리를 동시에 해결할 수 있습니다. 모델 예측 제어의 “모델” 부분은 흐름 간의 상호 작용을 설명하는 동시에 냉각수 온도의 변화와 같은 교란도 설명합니다.

모델 예측 제어로 수율 및 생산성 향상

스트레스 요인 변수를 관리함으로써 모델 예측 제어는 수율과 배치 일관성을 개선하여 발효 프로세스에 긍정적으로 기여합니다. 변동성이 감소함에 따라 최적화 기회가 제공됩니다.

알코올 수율과 발효 시간 사이에는 강한 상관관계가 있지만, 발효 시간이 연장됨에 따라 에탄올 생산 속도는 감소합니다. 기업은 생산 요구 사항, 공장의 다른 병목 현상, 상품 가격 및 기타 외부 요인에 따라 무엇이 더 바람직한지 결정해야 합니다. 동일한 발효 시간에 알코올 수율을 높일 것인지, 아니면 더 짧은 발효 시간에 동일한 알코올 수율을 유지하여 매월 더 많은 배치를 허용할 것인지, 아니면 그 중간의 어떤 것을 선택할 것인지 결정해야 합니다.

증류주 생산업체가 레시피와 제품 무결성을 유지하면서 생산량을 늘리기 위해 노력하는 가운데, 모델 예측 제어는 각 단계에서 기회를 창출하고 이러한 결과를 장려할 수 있습니다.  

증류주 업계에서 모델 예측 제어의 이점에 대해 자세히 알아보려면 여기를 읽어보십시오.