JPH0723764A - 清酒の醸造方法およびそれに用いる清酒発酵工程の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 清酒醪の発酵を制御して所定のアルコール濃
度および糖濃度を達成するための発酵工程の制御。 【構成】 発酵タンクから発生する二酸化炭素ガスの発
生速度を計測することによって、アルコールの生成速度
を推定し、あらかじめ設定しておいたアルコールの生成
速度の軌道に一致するようにアルコール生成速度の推定
値を制御することを特徴とする清酒の醸造方法およびそ
れに用いる清酒発酵工程の制御装置。 【効果】 初期条件の異なる清酒醪から品質の一定した
清酒が容易に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、初期条件の異なる清酒
醪の発酵を制御することによって、常に発酵終了時点に
おいてエタノール濃度および糖濃度の一定した、品質の
バラツキの少ない清酒を醸造するための清酒の醸造方法
およびそれに用いる清酒発酵工程の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】清酒醸造において、発酵終了時点に、所
定のアルコール濃度と糖濃度の状態に誘導することは、
品質を保証すること、原料利用率の歩留まりを改善する
こと、後工程の負荷を軽減することなどにおいて非常に
重要である。一般に、清酒発酵工程の制御は主として温
度の設定値を操作することにより実行されるが、清酒の
発酵工程は蒸米の溶解および酵母によるエタノール生成
が同時進行する複雑なプロセスであるため、あらかじめ
設定された温度のシークエンスを忠実に実行したとして
も、発酵の終了時点において、常に同じエタノール濃度
の酒が得られるとは限らないという問題がある。ところ
が、現在の清酒醪の管理はほとんどこのシークエンス制
御によって行われているため、この問題を解決するには
至っていない。

【０００３】この問題を解決するために、従来、種々の
制御方法を用いた清酒醪の管理および発酵工程の制御や
その装置が提案されている。しかしながら、これら従来
提案されている方法、装置はいずれも醪のアルコール濃
度制御においては不十分なものである。例えば、アルコ
ール濃度と日本酒度と称される比重を示す数値をオフラ
インによりコンピューターに入力し、あらかじめ決定さ
れた発酵途中のアルコール濃度や日本酒度の所望の値と
比較してファジィ推論することによって逐次的に温度の
操作量を変更するもの（醗酵工学会誌、６８巻、第２
号、１２３−１３６頁、１９９０）や、同様にオフライ
ンにより入力された数値をもとに、原料白米の溶解の程
度を推算し、その溶解の予測式をもとに、発酵終了時点
の設定値になるように温度を操作するもの（日本醸造協
会誌、８６巻、第１２号、８９６−９０２頁、１９９
１）などが挙げられる。しかし、これらはオフラインに
より得られる値を使用することから、演算する回数も少
なく、また、留と呼ばれる主発酵の開始時点から数日が
経過してはじめて制御が開始されるというように、プロ
セスの進行に対する演算の遅れが生じるという問題を有
している。

【０００４】一方、アルコール濃度や日本酒度をオンラ
インで測定し、清酒発酵工程を制御する装置としては、
ガスクロマトグラフィーや振動式密度計を用いて周期的
に測定し、測定値の時系列を用いてアルコールの予測式
中の係数を修正しつつ、発酵終了時点のアルコール濃度
や日本酒度の設定値に対して誘導するために温度を操作
するという適応制御（醗酵工学会誌、６５巻、第３号、
１９９−２１５頁、１９８７および醗酵工学会誌、６８
巻、第６号、４８３−４９１頁、１９９０）を用いたも
のや、あらかじめ用意された発酵途中のアルコール濃度
や日本酒度の所望の値と比較して温度をファジィ制御す
るもの（特開平３−２６２４７４号）が提案されてい
る。ところが、これらの制御方法を用いた装置も、測定
機器の性質上、米の溶解が充分進んでいない液部容量の
少ない留直後には計測が困難であることから、留後数日
を経てはじめて制御が開始され、かつ発酵終了時点を予
測するためのモデルを必要とし、非常に複雑で長い計算
時間を必要とする。

【０００５】また、二酸化炭素ガスの発生量を流量計で
計測し、発酵中のアルコール濃度を推算し、制御を行う
方法や装置も提案されている（醗酵工学会誌、６５巻、
第３号、１９９−２１５頁、１９８７）。しかし、この
方法を用いた装置は二酸化炭素ガスの総発生量からアル
コール濃度を推算し、オフラインで日本酒度をコンピュ
ーターに入力し、数種の予測式を用いて上記の適応制御
の計算に値を供するという点で同様の問題を有してい
る。この方法、装置においては、あくまで二酸化炭素ガ
スの発生総量を制御に利用するわけであって、発生速度
を直接利用するわけではない。このように、従来提案さ
れている清酒の発酵工程の制御方法や装置は、醪のアル
コール濃度の制御においおては、不十分なものであると
言わざるを得ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来の清酒醸造における醪管理の問題を解消し、発酵の誘
導過程から制御が可能であり、日本酒度の測定を必要と
せず、簡便で簡素な演算過程から構成される、清酒醸造
の発酵工程におけるアルコール濃度を日本酒度の効率の
よい制御を達成できる清酒の醸造方法およびそれに用い
る装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく、鋭意研究を行った。その結果、発酵工程
において二酸化炭素ガスの発生速度を計測することによ
り、アルコールの生成速度を推定し、あらかじめ設定し
ておいたアルコール生成速度の設定値の軌道に一致する
ようにアルコールの生成速度の推定値を制御した場合、
所定のアルコール濃度が達成されることを見いだし、本
発明を完成するに至った。

【０００８】すなわち、本発明は、その一態様として、
清酒の醸造において、発酵タンクにおける二酸化炭素ガ
スの発生速度を計測することによってアルコールの生成
速度を推定し、あらかじめ設定したアルコールの生成速
度の設定値の軌道に一致するようにアルコール生成速度
の推定値を制御することを特徴とする清酒の醸造方法を
提供するものである。本発明の方法においては、通常、
二酸化炭素ガスの発生速度を、発酵タンクに接続したガ
ス流量計あるいはガス流速計により測定し、あらかじめ
測定しておいたアルコール生成速度および二酸化炭素ガ
ス発生速度の比例関係を用いてアルコール生成速度に換
算して得られた値およびその時点でのアルコール生成速
度の設定値との誤差量を計算し、醪のアルコール生成速
度が設定値の軌道と一致するように醪温度を制御する。
特に、頻繁に制御計算が可能なところから、誤差量の計
算をオンラインで行い、醪温度の制御を自動制御で行う
ことが望ましい。

【０００９】また、本発明は、他の態様として、二酸化
炭素ガスの発生速度を、発酵タンクに接続したガス流量
計あるいはガス流速計により測定し、あらかじめ測定し
ておいたアルコール生成速度および二酸化炭素ガス発生
速度の比例関係を用いてアルコール生成速度に換算して
得られた値およびその時点でのアルコール生成速度の設
定値との誤差量をオンライン計算し、醪のアルコール生
成速度が設定値の軌道と一致するように醪温度を制御す
ることを特徴とする清酒発酵工程の制御装置を提供する
ものである。

【００１０】以下、本発明を説明する。本発明は、通常
の清酒の醸造に適用することができ、醸造に用いる原材
料等は特に限定するものではない。アルコール発酵にお
いては、理論的には酵母により１モルのグルコースから
２モルのアルコールと２モルの二酸化炭素が生成される
ことが知られている。実際上は、種々の要因によりこの
通りにはならないが、アルコールの生成と二酸化炭素の
発生が比例関係にはある。この比例関係を利用して二酸
化炭素ガスの発生速度からアルコールの生成速度やアル
コール生成量を推定することができるが、本発明では、
従来の技術のように発酵の制御にアルコール生成量の値
を使用するのではなく、主として、アルコールの生成速
度をそのまま使用する。このように推定されるアルコー
ル生成速度の値は、あらかじめ設定されるアルコール生
成速度の軌道と一致するように制御される。

【００１１】例えば、アルコール生成速度の設定値より
も推定値の方が大きい場合には、温度を下げることによ
り二酸化炭素ガスの発生速度が遅くなり、これより計算
されるアルコール濃度推定値は設定値に一致するように
制御される。また逆に、推定値が設定値よりも低い場合
には温度を上げることによって制御される。この例で
は、温度をアルコール発生速度の制御手段として示した
が、これに限るものではなく、アルコール生成速度の設
定軌道は過去の発酵結果をそのまま使用してもよいし、
アルコール生成モデルを用いて算出してもよい。かくし
て、本発明により、発酵開始から終了時点までアルコー
ル生成速度が設定値通りに制御されると、アルコールの
総生成量はアルコール生成速度の積分値に他ならないの
で、所定の値に制御されることが保証される。

【００１２】清酒の発酵は、麹由来の酵素の働きによる
米の溶解、グルコースの生成および酵母によるアルコー
ルの生成が直列に進行するプロセスであることが知られ
ているが、グルコースの生成速度は、清酒醪中のグルコ
アミラーゼ濃度が５５Ｕ／ｇ白米以下である場合、通
常、酵母によるアルコール生成速度よりも遅いので、グ
ルコースの生成が清酒の発酵における律速要因となり、
アルコール生成速度を制御することは糖分の濃度を制御
することに他ならないので、発酵終了時点において、ア
ルコール濃度と日本酒度（比重）の設定値はほとんど誤
差無く実現される。したがって、本発明は、特に、添加
する麹および添加する酵素製剤におけるグルコアミラー
ゼ活性の総濃度が５５Ｕ／ｇ白米以下である清酒の醸造
に好適である。

【００１３】上記した本発明の清酒の醸造方法は、本発
明の装置を用いることにより好適に行うことができる。
本発明の装置は、発酵タンクに接続した流量計もしくは
流速計を用いて、二酸化炭素ガスの発生速度を計測する
ことによってアルコールの生成速度を推定し、あらかじ
め設定しておいたアルコールの生成速度の設定値の軌道
に一致するようにアルコール生成速度の推定値を制御す
ることにより清酒発酵工程の制御を実現する。

【００１４】本発明の装置によれば、清酒醪から発生す
る二酸化炭素ガスを流量計または流速計に導入するため
にタンクを密閉し、望ましくは、ガス中に含まれる水分
を取り除くために、発生ガスをコンデンサーに導き、そ
の後にガス流量計もしくはガス流速計にて発生ガスの流
速を計測する。この時使用される流速計は体積流量を測
定するもの、質量流量を測定するものいずれでもよい
が、望ましくは、温度変化に影響を受けない質量流量を
測定するものとする。また、体積流量を計測する導入ガ
スの温度を一定に保ってもよい。

【００１５】例えば、二酸化炭素ガスの発生速度を、発
酵タンクに接続したガス流量計あるいはガス流速計によ
り測定し、コンピューターもしくはコントローラーに測
定値をオンライン入力し、あらかじめ測定しておいたア
ルコール生成速度および二酸化炭素ガス発生速度の比例
関係を用いてアルコール生成速度に換算して得られた値
ならびに、その時点でのアルコール生成速度の設定値と
の誤差量をオンライン計算し、醪のアルコール生成速度
が設定値の軌道と一致するように醪温度変更量を、上記
誤差量から比例積分制御もしくはファジィ制御によって
推論し、その変更量を推論前の設定値に加えて新しい設
定値を計算し、別に用意したコントローラーにその設定
値を転送し、そのコントローラーが独立して温度設定値
ならびに測定値を調節することからなる、二酸化炭素ガ
ス発生速度の制御および温度制御のループを二重構造と
する清酒発酵工程の制御装置とすることができる。

【００１６】

【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明を具体的に説
明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
い。清酒の醸造にあたり、総米８００ｇの仕込みを行
い、表１の仕込配合を用いた。

【００１７】

【表１】

【００１８】麹は常法にしたがって調製し、酵母は日本
醸造協会配布の酵母、協会７０１号酵母を用いた。この
時の麹当たりのグルコアミラーゼ濃度から計算される白
米当たりのグルコアミラーゼ濃度は３５Ｕ／ｇ白米であ
った。

【００１９】また、発酵の制御は図１に示す本発明の制
御装置を用いた。該装置は、発酵槽１から発生する二酸
化炭素ガスを、コンデンサー２を通過させ水分を除き、
質量流量計３にてその発生速度を計測し、その値をＡ／
Ｄコンバーター４を介してコンピューター５に入力する
もので、温度調節はコンピューターからＩ／Ｏバス６を
介して、リレー７を経て、電磁弁８を開閉させ、冷却機
９により冷やされた冷水の供給を制御し、あるいはヒー
ター１０をオンオフした。

【００２０】制御のフローを図２に示す。まず、アルコ
ール生成速度の設定軌道を入力した。つぎに、二酸化炭
素ガスの発生速度を測定し、あらかじめ測定しておいた
アルコール生成速度と二酸化炭素ガス発生速度の比例関
係を用いて、アルコール生成速度に換算し、その時点の
生成速度の設定値に対する誤差量を計算し、比例制御に
より温度を操作した。また、この時制御を補償するため
に、アルコール生成速度の設定値から計算される、その
時点のアルコール生成量の計算値と、アルコール生成速
度の推定値から計算されるアルコール生成量の間の誤差
量を操作温度にフィードバックした。この時、演算の周
期は１０分とした。アルコール生成速度の設定値の軌道
は、温度のシークエンスを実行して得られた二酸化炭素
発生速度の経過をもとに設定した。

【００２１】制御の結果を図３に示す。図３は留以降の
結果を示したものである。図３中、黒色の丸はアルコー
ル濃度、黒色の三角は日本酒度、黒色の四角は溶解率
（原料利用率）の測定値をそれぞれ示している。また、
それぞれの符号の近傍の実線は予定の値を示している。
階段状に描かれている実線が、アルコール生成速度の設
定軌道を得た発酵結果の温度シークエンスを示してお
り、上下に多少ふれている線が制御試験の結果得られた
温度経過である。図３中、下部に示したものが、エタノ
ール生成速度の設定軌道とその推定値の制御結果を示し
ている。制御の結果、発酵終了時点のアルコール濃度の
設定値が１７.３５Ｖ／Ｖ％に対し１７.５０Ｖ／Ｖ％、
日本酒度の設定値が−４.７６に対して−２.４、溶解率
の設定値７６.７６％に対して７６.４４％であり、本発
明の装置の有効性を示している。

【００２２】

【発明の効果】本発明により、発酵開始時点の水麹と呼
ばれる発酵の誘導過程から制御が可能であり、日本酒度
の測定を必要とせず、オンラインでアルコール生成速度
を推定することにより、頻繁に制御計算が可能であり、
しかも、演算過程が非常に簡素な、清酒発酵工程におけ
るアルコール濃度および日本酒度の高精度制御が達成で
きる。したがって、後工程の負荷が軽減され、品質が安
定し、原料利用率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の清酒発酵工程の制御装置および発酵
槽の概略図。

【図２】 本発明の清酒発酵工程の制御装置における制
御フロー図。

【図３】 実施例における制御結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１：発酵槽、 ２：コンデンサー、 ３：質量流量計、
４：Ａ／Ｄコンバーター、 ５：コンピューター、
６：Ｉ／Ｏバス、７：リレー、 ８：電磁弁、 ９：冷
却機、 １０：ヒーター

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 清酒の醸造において、発酵タンクにおけ
   る二酸化炭素ガスの発生速度を計測することによってア
   ルコールの生成速度を推定し、あらかじめ設定したアル
   コールの生成速度の設定値の軌道に一致するようにアル
   コール生成速度の推定値を制御することを特徴とする清
   酒の醸造方法。
2. 【請求項２】 二酸化炭素ガスの発生速度を、発酵タン
   クに接続したガス流量計あるいはガス流速計により測定
   し、あらかじめ測定しておいたアルコール生成速度およ
   び二酸化炭素ガス発生速度の比例関係を用いてアルコー
   ル生成速度に換算して得られた値およびその時点でのア
   ルコール生成速度の設定値との誤差量を計算し、醪のア
   ルコール生成速度が設定値の軌道と一致するように醪温
   度を制御する請求項１記載の清酒の醸造方法。
3. 【請求項３】 誤差量の計算をオンラインで行う請求項
   ２記載の清酒の醸造方法。
4. 【請求項４】 醪温度の制御を自動制御で行う請求項２
   記載の清酒の醸造方法。
5. 【請求項５】 添加する麹および添加する酵素製剤にお
   けるグルコアミラーゼ活性の総濃度が５５Ｕ／ｇ白米以
   下である請求項１記載の清酒の醸造方法。
6. 【請求項６】 二酸化炭素ガスの発生速度を、発酵タン
   クに接続したガス流量計あるいはガス流速計により測定
   し、あらかじめ測定しておいたアルコール生成速度およ
   び二酸化炭素ガス発生速度の比例関係を用いてアルコー
   ル生成速度に換算して得られた値およびその時点でのア
   ルコール生成速度の設定値との誤差量をオンライン計算
   し、醪のアルコール生成速度が設定値の軌道と一致する
   ように醪温度を制御することを特徴とする清酒発酵工程
   の制御装置。