白酒产业发展历史悠久、规模庞大，是中国经济和传统文化的重要组成部分，根据不同的产品特点可将其划分为12种香型[1-2]。酱香型白酒作为其中典型代表之一，以其独特的风格和口感深受国内外消费者喜爱。据相关数据统计显示，中国酱香型白酒产能约75万kL，约占白酒总产能的11.90%，实现销售收入2 300亿元、利润约940亿元，约占白酒总利润的40.40%。然而，由于酱香型白酒传统生产工艺高度依赖于个人的操作技巧和经验，加之开放的发酵方式易受到地域环境、气候等自然因素影响，导致酱香型白酒在酿造过程中存在难以精准调控、生产效率低、劳动成本高等问题[3-4]。在全球推动“工业4.0”背景下，中国陆续发布了《中国制造2025》、《“十四五”数字经济发展规划》、《“十四五”智能制造发展规划》、《国家智能制造标准体系建设指南》等文件，明确了传统产业要向数字化、智能化方向转型的行动纲领，智能化赋能传统白酒酿造转型升级已成为产业发展的必然趋势[5-6]。以智能化转型带动传统酿造食品向稳定优质、绿色低碳生产方式变革，将成为酱香型白酒酿造高质量发展的重要驱动力。
当前，为推进传统酿造行业向机械化、智能化发展，相关研究围绕机械化和传统工艺进行了初步的探究，通过对比传统与机械工艺发现，机械工艺的酵母菌和细菌数量显著高于传统工艺，机械化车间糟醅理化参数与优势微生物之间的相互作用关系与传统车间存在差异[7-8]，表明传统酿造工艺机械化后，对其酿造体系的微生态产生了影响，但是否会进一步对酒质产生影响及其影响机制还有待进一步深入研究。因此，在智能化酿造新的发酵体系下，如何保持传统酱香型白酒复杂的生产工艺与微生物发酵体系，提高基酒产质量，仍是制约酱香型白酒智能化酿造技术推广应用的难题。本研究对智能化技术在白酒酿造过程中的应用现状及相关研究现状进行综述，并针对现存问题提出了相应的解决策略，以期为推动酱香型白酒智能化酿造发展、实现产业数字化转型升级提供理论参考。
1 白酒智能化酿造技术应用现状
近年来，随着工业机器人、大数据、云计算及人工智能等先进装备与技术的发展，国内已有一些白酒企业对智能化酿造技术开展了积极探索与应用研究，并实现了部分关键酿造环节的机械化、自动化和智能化，如制曲、上甑、摊晾、发酵、摘酒等工艺环节，生产劳动强度和效率得到了有效改善（表1）。证明了中国白酒独有的传统固态酿造工艺向机械化、智能化发展的可行性。但现阶段的白酒智能化酿造主要集中于浓香型、清香型、芝麻香型等酒企，与其他香型的酿造工艺不同，酱香型白酒传统酿造方式的工艺特殊且复杂，具有发酵环境开放、微生态环境丰富、微生物种群庞杂、代谢产物复杂、依赖窖池发酵等特点，因此酱香型白酒智能化酿造的实际应用报道相对较少。
表1 机械化与数字化技术在白酒酿造关键工序中的应用现状
Table 1 Application status of mechanization and digitalization technology in key process of Baijiu brewing
酿造工艺环节 机械化与数字化技术 传统酿造工艺 与传统工艺应用效果比较 参考文献制曲[9-12]上甑蒸馏1.制曲车间物联网数字化管控系统；2.曲块自动翻转装置。1.红外热成像辅助上甑机器人；2.“拟人化”智能上甑技术等。人为监测、翻曲：工人在发酵仓来回进出，效率低，可能引入杂菌。人工上甑：上甑时间和基酒产量不稳定、效率低。[13-14]摊晾1.粮醅打散摊晾装置；2.滚筒式摊晾设备；3.自动摊晾系统等。人工翻拌：劳动量大、翻拌不均匀、降温较慢。1.物联网数字化系统：工程师从大曲孵化过程中获得更详细和完整的数字信息，减少了原有车间检查工作量的3～5倍；2.曲块自动翻转装置：降低工人进入发酵仓的频率，有效避免杂菌的引入的同时，减少了工人的工作量。1.红外热成像辅助上甑机器人：上甑时间缩短10 min，中段酒比例提高1.7%，基酒中总酯及己酸乙酯比例含量增加1.03 g/L、0.51 g/L；2.“拟人化”智能上甑技术：基酒产量提高6.5%，每年增加产酒量365 t，节约蒸气3 000 t，减少操作员工114人。1.粮醅打散摊晾装置：采用粮醅打散摊晾装置，摊晾时间缩短10 min，曲粉翻拌均匀性较好；2.滚筒式摊晾设备：自动完成摊晾、加曲、拌和过程；3.自动摊晾设备：可精确控制降温后的糟醅温度，同时翻拌力度轻柔，不使糟醅过于糊烂。[15-17]发酵摘酒1.发酵槽车、发酵罐；2.固态发酵机械化起窖装置。1.分散控制系统；2.机械视觉智能摘酒；3.基于近红外光谱分析技术结合化学计量方法；4.密度传感器技术；5.图像采集与处理技术等。传统发酵容器：罐子或地下坑；糟醅运输：完全依靠人工操作或使用“杭车”进行人工辅助操作，劳动强度高。人工摘酒：依据“看花摘酒”和“边摘边尝”对白酒度数进行判断，存在分级不稳定以及不确定的问题。1.发酵槽车：在发酵槽车中置入酒醅，借助罐车将其转移至发酵仓库。发酵操作完成后，罐车在叉车的帮助下被运送至蒸馏过程，以实施酒醅上甄操作；2.固态发酵机械化起窖装置：解决人工起窖劳动强度大的问题。1.分散控制系统：将采集到的指标含量数据实时传至分散式控制系统，系统将实时数据与预设数值比对判断，继而控制调节阀的开闭，实现自动量质摘酒；2.机械视觉智能摘酒：通过电感耦合器件捕获的视频图像进行直方图均衡化和图像腐蚀处理以消除高光噪音，采用最大类间方差法与Canny边缘检测算法结合，获取清晰酒花边缘轮廓；3.基于近红外光谱分析技术结合化学计量方法：采用可编程逻辑控制程序进行在线控制，对白酒中酒精浓度这一指标定量分析，以实现自动摘酒；4.密度传感器技术：对馏酒环节进行实时检测，基于流量与酒精度对原酒进行打分，其结果与人工评分偏差不超过6%；5.图像采集与处理技术：对摘酒过程中产生的酒花进行视频采集，对采集的酒花图像进行特征检测和分类，并将分类信息作为分级摘酒的控制信号，从而实现白酒摘酒的自动化。[18-21][22-25]
2 酱香型白酒智能化酿造研究现状
2.1 智能化酿造对酿造微生态的影响
2.1.1 制曲工艺
酱香型白酒高温大曲的制曲工艺主要包含安曲（曲块入仓）、一次翻曲、二次翻曲以及拆曲（曲块出仓）几大环节，现有研究围绕上述关键环节进行取样分析，解析机械化工艺对曲块菌群的影响。机械化曲块入仓时，大曲中以泛菌（Pantoea）、根瘤菌（Rhizobium）及芽孢杆菌（Bacillus）为主。一次翻曲时，大曲中主要优势菌属为Bacillus、Rhizobium及乳杆菌（Lactobacillus）。二次翻曲时，大曲中则以慢生芽孢杆菌（Lentibacillus）、大洋芽孢杆菌（Oceanobacillus）及Bacillus为主要优势菌属。曲块出仓时，大曲中以Lentibacillus、葡萄球菌（Staphylococcus）、广州克罗彭施泰特氏菌（Kroppenstedtia）及Bacillus为主，与传统制曲工艺相比，两种工艺制曲发酵过程细菌群落结构具有很高的相似性[26]。在所有发酵时间，机械制作的大曲中Bacillus的相对丰度更高[27]，而Bacillus是酱香型白酒发酵过程中最重要的功能菌[28]，表明从发酵细菌群落结构上说明机械方法可应用于工业生产高温大曲且可能更有益于酱香型白酒酿造。
真菌群落结构方面，相关研究就还在发酵期（仓内）和出仓后的曲块中的菌群结构进行了研究。就发酵期曲块而言，李声睿等[29]对机械制曲过程中曲架对曲块中真菌群落结构影响进行分析，结果显示嗜热真菌属（Thermomyces）和热子囊菌属（Thermoascus）为机械制曲的优势真菌。由于曲架堆积的疏松度更高，与传统组相比，曲架组的曲霉属（Aspergillus）相对丰度较高，而热子囊菌属、毕赤酵母属（Pichia）、丝衣霉属（Byssochlamys）相对较低。而对于出仓后的曲块，相关研究采用可培养方法对比了传统和机械化储存6个月大曲中的酵母，结果表明机械化大曲中酵母数量为传统大曲的1.44倍，传统酱香大曲中酵母种类为机械化酱香大曲的2倍[30]。
2.1.2 制酒工艺
酱香型制酒工艺主要包含润粮、拌曲、上甑、摊晾、堆积发酵和窖池发酵环节，随着传统酿造的现代化发展，各环节均实现了不同程度的机械化、智能化。现阶段，行业专家主要围绕酱香型白酒机械化酿造对堆积发酵和窖池发酵两大环节的微生物菌群结构进行研究。
堆积发酵阶段，相关研究对酱香型白酒机械化酿造不同轮次堆积发酵细菌和真菌群落结构分别进行解析。细菌群落结构方面，酱香型白酒机械化酿造7个轮次堆积发酵酒醅的核心细菌属为不动杆菌（Acinetobacter）、Bacillus、柄杆菌（Caulobacter）、Kroppenstedtia、Lactobacillus、红球菌（Rhodococcus）等，Caulobacter和Rhodococcus为机械化酿造过程中的特有菌属[31]。真菌群落结构方面，酱香型白酒机械化堆积过程中的重要真菌属为Thermomyces、Thermoascus、Aspergillus、有孢圆酵母属（Torulaspora）、丝衣霉属（Byssochlamys）、假丝酵母属（Candida）和威克汉姆酵母属（Wickerhamomyces）[32]。将机械和传统堆积发酵对比发现，酱香型白酒机械化酿造堆积过程中微生物菌群结构与传统酿造相近[8，33]，表明机械化生产试验对堆积发酵过程中的优势微生物影响较小。
窖池发酵阶段，席德州[34]对酱香型白酒机械化酿造7个轮次窖池发酵酒醅中的细菌和真菌群落进行了研究，结果显示机械化酿造窖池发酵酒醅中的细菌属主要为Lactobacillus、Acinetobacter、食 酸 菌（Acidovorax）、单 胞菌（Brevundimonas）、Bacillus。其中Lactobacillus为机械化酿造窖池发酵糟醅中的绝对优势菌属。真菌群落主要以Candida、Thermoascus、Aspergillus、青 霉 菌（Penicillium）、Byssochlamys等为主。机械化与传统窖池发酵酒醅中的优势细菌、真菌菌属一致。但受生产工艺以及发酵环境不同影响，部分轮次传统窖池酒醅中丰度较高的红曲霉（Monascus）和踝节菌（Rasamsonia）在机械化酿造窖池酒醅中丰度较低。
上述研究结果表明，机械化酿造的微生物菌群结构与传统酿造相近，即机械化、智能化对酱香型白酒酿造制曲、制酒工艺环节微生态的影响相对较小。但机械化酿造微生物与其代谢组、产香、风味物质的联系还未有系统的研究。因此，在不断探索智能化酿造对酱香型白酒酿造微生态影响的同时，仍需要对其复杂的酿造体系进行深入研究以探索各微生物构成的复杂、精细、微妙的白酒酿造微生物代谢网络，推进酱香型白酒智能化酿造快速发展。
2.2 智能化酿造对产质量的影响
传统酿造由于各工艺环节由人工操作，导致其产质量不稳定，而智能化、机械化酿造是解决这一问题的关键。因此，相关研究围绕智能化、机械化酿造对酱香型白酒产量和质量的影响进行了探讨。
在产量方面，相关研究对比了机械和传统在润粮环节对7个轮次酱香型白酒生产的影响，结果显示，两种不同润粮工艺生产1～7轮次基酒总酸、总酯含量和变化趋势较为一致，二等酒比例均在90%左右，机械润粮工艺生产基酒产能及大回酒比例略优于传统润粮工艺[35]。在上甑环节，朱浩等[14]以酱香型白酒3轮次酒醅为原料，跟踪了26甑机器人上甑和26甑人工上甑的情况。结果显示，机器人上甑相比人工上甑可提高基酒产量6.5%，同时对基酒质量没有明显影响。表明机械润粮和上甑机器人的应用可实现提高产量、降低工人劳动强度等目标，可在酱香型白酒酿造中推广应用。此外，为进一步深入探究机械工艺对酱香型白酒产量的影响，相关研究分析了润粮、上甑、摊晾、起堆环节整体机械化对基酒产量的影响，结果显示机械化轮次累计出酒率为64.27%，低于传统班组6.8个百分点[33]。
在质量方面，对于基酒骨架成分而言，机械化与传统2～6轮次、3～7轮次基酒色谱骨架主要成分差异不显著[36-37]，说明机械化对原酒的色谱骨架成分未造成不利影响。对于基酒风味物质组成而言，受微生物群落结构变化影响，机械化车间生产的基酒中特征风味成分的含量与传统车间不同，机械化车间基酒含有丰富的3-辛醇、β-苯乙醇、异戊醛、缩醛、乙醛、丙酸、十一酸乙酯、三酸乙酯、壬酸乙酯和甲酸乙酯。传统车间基酒中则是富含1,2-丙二醇、丙醇、二丁醇和11-十六烷酸乙酯[8]。与该研究结果不同，何东梅等[38]利用液液萃取结合气相色谱-质谱联用技术对机械化酱香型轮次基酒中风味化合物进行分离、检测。结果显示传统酿造和机械酿造轮次基酒中风味结构具有相似性，特征性酯类成分也具有一定相似度。
上述研究结果表明，受机械化程度、方式差异的影响，机械化、智能化酿造对酱香型白酒产质量的影响不一。总体而言，现阶段酱香型白酒智能化与传统酿造基酒产质量的差异研究不透彻，各工艺环节对产质量的影响未进行系统研究，影响机制还需进一步追根溯源。因此，需要深入研究确定影响智能化酿造的关键因子，解析智能化酿造对酱香型白酒品质的影响机制，以提高酱香型白酒智能化酿造品质。
3 酱香型白酒智能化酿造发展趋势
3.1 多组学联用技术解析智能化酿造影响机制
组学分析技术包括蛋白质组学、宏基因组学、代谢组学、转录组学和基因组学[39-40]，现已被专家学者们广泛用于白酒酿造的研究中，但随着相关研究的持续进行，单一的组学方法已无法满足需求，多组学联用技术已成为现阶段白酒酿造领域的常用手段[41-45]，多组学分析可将两种或两种以上由组学技术产生的数据进行有效整合，从而实现不同层次数据的互补，有助于增强对微生物与微生物、微生物与环境之间复杂相互作用解析[46]（表2）。
表2 多组学联用技术在白酒酿造中的应用
Table 2 Application of multi-omics technology in Baijiu brewing
多组学联用技术 作用特点 研究对象 研究内容 参考文献蛋白质组学—基因组学—代谢组学基因组学—代谢组学基因组学—转录组学—代谢组学基因组学—转录组学转录组学—代谢组学构建功能蛋白、微生物及其代谢产物通路窖泥微生物[41]解析差异菌群与差异代谢物的关联性揭示微生物组成及其代谢的功能基因、表达水平群落结构特征及功能基因精细化筛选关键基因、代谢物及代谢通路酒醅、大曲微生物[42-43，45]酒醅微生物酒醅微生物酒醅微生物蛋白质、微生物组成及代谢特征单一菌株或微生物间相互作用、风味化合物生物合成途径微生物多样性、功能活性、代谢特征及其与白酒风味关系核心微生物群的结构及其生产中的作用酶活性、挥发性代谢物和菌群特征[44，48][49][50]
在针对机械化、智能化酿造的研究中，宏基因组学和宏转录组学测序的联用揭示了传统和机械工艺模式下微生物的差异，传统工艺发酵期以酿酒酵母（S.cerevisiae）、戴尔根霉（Rhizopus delemar）、库德里阿兹威氏毕赤酵母（Pichia kudriavzevii）、瑞士乳酸杆菌（Lactobacillus helveticus）、米根霉（R.oryzae）为主，机械工艺发酵期的核心酿造微生物则是以S.cerevisiae、异常威克汉姆酵母（Wickerhamomyces anomalus）、曲霉（Aspergillus sp.）、R.oryzae为主[7]；基因组和代谢组的联用则是在解析传统和机械化工艺代谢组差异的同时，进一步对其代谢差异的原因进行溯源。研究结果显示，由于机械工艺酒醅中的Pichia、Aspergillus、毛霉（Rhizomucor）和根霉（Rhizopus）数量比传统工艺相对丰度低，导致机械化工艺糟醅中乳酸积累量比传统工艺低50%，乳酸乙酯积累量比传统工艺低75%[47]。
结合前文综述，酱香型白酒酿造机械化微生物菌群与其产香、风味物质的联系还未有系统的研究，各工艺环节对产质量的影响还需进一步追根溯源。因此，在后续的研究中，可将酿造过程中基因组、转录组、蛋白组和代谢组进行整合分析，实现基因到核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）、蛋白质，再到体内小分子，对整体变化物质分子进行综合分析，进一步探寻关键物种与代谢组分的互作关系，解析智能化酿造对酱香型白酒产品品质影响的本质根源，形成系统且完善的基础数据供酱香型白酒智能化酿造参考。
3.2 智能化酿造评价体系及标准构建
传统白酒酿造过程中，个人能力和技能以及环境、气候因素都会影响产品的生产和质量，其诸多弊端都是由于缺乏控制和规范而直接或间接造成。因此，传统酿造产质量的不稳定性需要通过标准体系进一步改进优化，保障产质量。目前，中国酒业协会等行业部门已发布了T/CBJ 2208—2024《白酒智能酿造过程质量监控通用要求》、T/CBJ 2210—2024《白酒工业智能制造能力成熟度评价实施指南》等白酒智能酿造团体标准[51]，相关标准指出白酒工业智能制造能力成熟度等级自低向高分为五级，而现阶段大多数白酒企业都处于较低的一级水平，少部分处于二级以上水平。酱香型白酒智能化酿造还处于起步探索阶段，其生产工艺缺乏可依赖的评价标准体系。不同酱香型白酒产区由于地域环境、气候条件等不同，还需结合不同酱酒企业传统工艺生产特点，完善酱香型白酒智能化酿造标准体系，形成标准化生产流程，对提高智能化酿造产质量稳定性和推进智能酿造产业化的进程具有重要意义。
现有研究报道，通过大量采集堆积发酵时间、不同窖池深度的糟醅入窖温度、窖内发酵温度等数据，并构建预测模型可实现对酱香型白酒基酒产量的预测[52]。同时，选取不同的堆积发酵酒醅堆子，监测多个酒醅堆子堆心位点在堆积过程溶氧数据，实现了堆积发酵进程的预测[53]。因此，在微观层面，可基于智能化对酿造品质的影响机制解析结果，大量采集智能化酿造微生物、理化指标核心微生物群以及代谢组分（风味）的指标评价体系，从微观层面把控智能化酿造对酱香型白酒品质的影响，为提升酒质提供监控和预警。在宏观层面，可基于原辅料、润粮、上甑蒸粮、摊晾等不同工艺环节的相关参数建立数据库，计算其对智能化酿造产质量的贡献度，建立以出酒率和品质为目标关键指标评价体系，并设计智能化系统，实时形成相应的评价或指导报告，进而对智能化酿造进行相应调整。通过标准体系的建立，促进原料质量稳定性、保持环境微生物组成稳定性、保持微生物群的遗传稳定性，才能更好促进酱香型白酒产质量的稳定性，进而更好的推进智能化酿造的发展进程。
4 结论与展望
酱香型白酒产业属于传统生产工业之一，在酿造过程中存在难以精准调控、生产效率低、劳动成本高等问题。为提高传统酿造的稳定性及其产品质量，实现传统生产工业高质量发展，智能化酿造是酱香型白酒未来发展的必然趋势。经过相关专家学者多年研究，酱香型白酒酿造在机械化、自动化和数字化的探索和实践上取得了一定的进步和突破，智能化、机械化对酿造微生态和白酒产质量的影响整体向好，积极推进传统酿造智能化，对促进白酒行业高质量发展有重要意义。但由于酱香型白酒的酿造机理仍未完全厘清，基础研究仍在进行，实现全流程智能化生产还有很长的路要走。未来，随着快速检测技术的发展、大量生产数据的采集分析、基础理论研究持续深化，酱香型白酒智能化酿造将会在保障基酒质量的前提下持续推进，使其产质量向更稳定更优质方向发展。但值得一提的是，在酱香型白酒传统工艺向智能化转变的过程中，并非摒弃传统酿造工艺，而是在牢牢抓住传统工艺核心要素基础上，保障基酒产质量的前提下实现机械化、自动化和智能化，才能真正赋能白酒产业，助力行业转型升级，实现高质量发展。
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