在线折光仪葡萄酒生产中的浓度在线监测解决方案

葡萄酒这一瓶浓淡稳不稳，浓度先说了算。同一条灌装线，这一罐是干型、下一罐发甜，差别就在葡萄汁糖度和酒里的残糖有没有被连续看住。

1. 行业应用痛点

传统人工取样检测存在明显短板：通常每4-8小时取样一次，化验耗时10-30分钟，数据滞后性强，无法及时捕捉发酵拐点，易导致调控不及时；人工操作误差大，数据离散度高，易造成批次间糖度、酒精度波动，影响产品口感一致性；同时人工检测需频繁接触生产介质，存在交叉污染风险，且人力成本较高。

2. 技术参数与性能优势

主流在线折光仪核心参数普遍达到：

测量精度：±0.1% Brix，分辨率可达0.01%，重复精度优于0.05%

响应速度：数据更新周期≤5秒，实现秒级实时监测

温度补偿：内置PT100温度传感器，补偿范围覆盖5-150℃，适配发酵、浓缩、灌装等多温区场景

环境适应性：采用316L不锈钢/蓝宝石棱镜材质，防护等级达IP65/IP68，支持CIP原位清洗，可在10bar压力下长期稳定运行

信号输出：支持4-20mA模拟信号、RS485/Modbus总线协议，可直接接入PLC/DCS控制系统实现自动化调控

3. 全流程落地价值

压榨/浓缩环节：实时监测清汁糖度和浓缩出料浓度，精准控制蒸发终点，避免过度浓缩导致的风味损失和能耗增加，可降低原料浪费1%-3%

发酵环节：通过折光率变化趋势判断发酵进程，当曲线走平时自动提示取样化验，精准把控发酵终点，提升基酒出品率，减少能源消耗

勾兑/灌装环节：实时监测表观浓度，自动联动补加阀和基酒调节阀，确保产品糖度稳定在工艺窗口内，灌装前最后一道复核可杜绝不合格产品流入市场

合规管理：数据自动存储可追溯，满足食品生产HACCP、GMP等规范要求，为质量审计提供完整数据支撑

葡萄酒以新鲜葡萄为原料，经除梗破碎、压榨取汁，发酵前把糖度收到窗口里，再经酒精发酵、分离、稳定和过滤，按产品类型勾兑，最后灌装。酿酒师罐边接一杯，摇一摇、闻一闻，口感还是要人来判。这一班瓶子出去干不干、甜不甜，靠的是管线上的浓度值。发酵前，这个数就是葡萄汁的糖度，习惯用折光仪读成白利度（Brix）。酒精度稳定之后，屏上的浓度按本厂基酒标定，用来守住干型、半干、半甜、甜型各自的窗口。

不少酒厂仍定时取样。破碎台上一车一车进葡萄，手持折光仪看两滴汁；浓缩岗位等化验室回电话才敢停汽；勾兑罐补完浓缩汁，再取样送检。数回到罐边，阀门和蒸汽已经动过一轮。糖度偏低，潜在酒度不够，酒体发薄；浓缩汁蒸过了头，管道发黏，后面勾兑容易一把加过。发酵罐上如果把折光读数直接写成残糖，干型还会被看成已经发酵完。酒精和残糖叠在同一次折射率上，酒精会把读数拉低。浓度测得断、用得偏，是葡萄酒连续化生产里最容易看错的一环。

把取样收成连续曲线。杭州谱石科技提供葡萄酒浓度在线监测方案：在线折光仪用光学传感器测量折射率，换算成浓度值，秒级刷新。表头带显示和按键，罐边直接读出折射率、浓度和温度；同一路数值送入 PLC。发酵前用它卡糖度，浓缩出料用它卡终点，酒精度稳定后的勾兑用它卡表观浓度。

原位连续监测，补汁、停汽和灌装对着当前浓度操作。卫生型在线折光仪装在压榨清汁管、浓缩出料管、发酵前调糖循环管、勾兑循环管或灌装前缓冲罐出口，连续采集浓度与介质温度。浓缩汁补多少、蒸发何时停、这罐能不能灌，看的是这一刻的数。

折光法适合深色的红葡萄汁和清亮的白葡萄汁。光学传感器按光全反射临界角测量折射率，再换算成浓度。酒液颜色和轻度浑浊不改变临界角位置。内置温度补偿，把发酵温区、蒸发温区和灌装前温区里的折射率漂移拉回到约定基准，中控比较的是同一把尺子。

浓度上下限可以进自控。葡萄汁里叠着葡萄糖、果糖、有机酸和少量可溶物，发酵后的酒里又叠着酒精。仪表按工段标定后输出车间认可的浓度值，以 4～20 mA 或 RS485 / Modbus 送入 PLC。发酵前低于糖度下限，触发补浓缩葡萄汁；进窗口，补加阀关上。浓缩出料到工艺卡，触发收汽、出料。勾兑偏高，用同批次干型基酒勾回。灌装前落在窗口外，触发停灌。葡萄酒这条线的回调走勾兑，补的是浓缩葡萄汁或同批次基酒。

卫生卡箍，跟随管线做 CIP。接触介质侧采用食品工况常用的 316L 卫生结构，卡箍装在酒液持续流动的管段。光学测量不消耗试剂。红葡萄酒色素、果胶和浓缩汁垢层若在棱镜面结膜，清洗周期写进操作规程。

原始检测方法：把罐边尝一口、同时拿手持折光仪再次双重抽检监测浓度值，杭州谱石在线折光仪形成一条可进中控的浓度曲线。压榨看这一车葡萄的糖度，浓缩看蒸到哪一档，发酵前看入罐窗口，勾兑看类型，灌装前再复核一次。瓶子一排排出去，用的是同一把过程尺子。

图1  发酵罐取样口取酒品尝（示意）。口感要人来判，浓度在管线上连续读

一、葡萄酒的浓度，沿五道工序变化

一条典型产线可以收成五步。原料是新鲜葡萄，按地块、按采收日进厂。辅料主要是浓缩葡萄汁；允许加糖的工艺，白砂糖也在发酵前这一步进去。喝到嘴里的浓淡，先由进厂糖度定下底，再被蒸发、发酵和勾兑改写。

图2  发酵与储酒罐区（示意）。罐是一排排的，每一罐的浓度窗口要单独看住

1. 破碎与压榨。葡萄过磅后除梗破碎。白葡萄直接压榨，红葡萄有的先浸提再分离。这一步要看住的是清汁糖度。冲洗水若回到清汁，糖度会被冲稀，后面只能靠浓缩汁把窗口撑回去。自流汁和后段压榨汁常常差一截，进罐前分开记。压榨清汁管上的浓度按车次、按罐留下，不同地块不要并成一个平均数再去发酵。

2. 浓缩葡萄汁。清汁进入蒸发器，水分出去，可溶性固形物抬升。这条线既做出厂的浓缩汁，也给发酵前调糖和成品勾兑供料。蒸不到工艺卡，浓缩汁体积大，勾兑时要多补，酒体容易被带稀；蒸过了头，黏度上来，换热器挂垢，出料还容易带煮熟味。在线浓度装在出料稳流段，到窗口就收汽、出料。出料浓度写在工艺卡和供货合同里，贸易上常见落到 65～68 °Bx 这一档，以本厂工艺卡为准。

图3  浓缩蒸发车间（示意）。水分在蒸发器里出去，浓度看的是出料管，不是设备上的视镜

3. 发酵前调配。糖度不够的年份，按现行法规和本厂工艺，用浓缩葡萄汁把清汁收到入罐窗口。允许加糖的，也在这一步完成。循环管读数低于下限，补浓缩汁；进入窗口，阀关上。读数已经高于上限，停下补加，用当天另一罐糖度较低的清汁按工艺勾回。入罐糖度，干酒产线多掌握在二十多度白利度，具体上下限写在工艺卡上。岗位上口头估：糖度高一度，可发酵酒度大约多出半度出头。化验室更常按每 17 克/升可发酵糖对应 1 度酒来算。两套都是估算，酒精度以发酵结束后的检测为准。

4. 酒精发酵。酵母把糖转成酒精和二氧化碳。红葡萄发酵温度可以到二十八九摄氏度，白葡萄汁常常压在十几摄氏度。比重往下走，温度按工艺控。循环管上若装了折光仪，表观浓度会跟着往下走：发酵旺盛时掉得快，后来走平。这条曲线告诉岗位，发酵还在进行，或者已经慢下来，该取样了。屏上的浓度不写成残糖克数。酒精会把折射率拉低，同一个读数对不上化验室的总糖。干了没有，取样送化验室。

5. 勾兑与灌装。酒精度稳定、过滤清亮之后，按这批酒是干型、半干、半甜还是甜型，用浓缩葡萄汁把浓度调进对应窗口。酒里已经有酒精，出厂蔗糖标液上的白利度不能直接当成含糖量。投用时用本厂不同浓度的基酒做标定，让屏上的浓度对应车间认可的表观浓度，再和化验室总糖做对应。灌装前缓冲罐出口是最后一道过程关口。窗口内才允许灌装。干型窗口窄，甜型窗口高，换产品时上下限一起换。

两套数字分开用。在线折光仪给出的是折射率换算的浓度值。发酵前的葡萄汁和浓缩葡萄汁里还没有酒精干扰，需要时写成白利度（°Bx），服务入罐和出料。发酵结束以后的表观浓度，服务勾兑和灌装放行。出厂报告里的总糖，按 GB/T 15038《葡萄酒、果酒通用分析方法》测定，车间常用斐林试剂法。干型、半干、半甜、甜型的分档按 GB/T 15037。车间常记的界限是：干型一般在 4 g/L 这一档，半干到 12 g/L，半甜到 45 g/L，再往上按甜型掌握；总糖与总酸的差值满足标准允许时，干型和半干还有一档放宽。界限以现行标准原文和本企业标准为准。在线读数不直接写成出厂含糖量。酒精度、总酸、挥发酸、二氧化硫和微生物仍按产品标准抽样，在线浓度负责把同一条线上的过程拉齐。

图4  五道工序与五个浓度测点：压榨清汁、浓缩出料、发酵前调糖、勾兑循环、灌装前

二、有酒精、色深、温区跨度大，折光仪要装在酒液流动的管段

葡萄酒对仪表是四道坎：酒精和糖叠在同一次折射率上，颜色深，温度跨度大，汁里有皮渣、酒泥、二氧化碳气泡。

酒精和糖要分开用。压榨清汁、发酵前的调配汁、浓缩葡萄汁，酒精还没有生成，或者介质就是浓缩糖液。临界角跟着糖度走，屏上的白利度可以拿来卡窗口。发酵一开始，糖在减少，酒精在增加，两条对折射率的作用方向相反。表观浓度往下走，说明发酵在进行；走到哪一克残糖，把样品送给化验室。酒精度稳定之后再勾兑，补进去的浓缩汁抬高折射率，这时的变化才重新跟可溶物走。标定用的是本厂基酒，换品种、换年份、换勾兑比例，标定重做。

温度从发酵罐到蒸发器可以差几十度。白葡萄汁发酵多在十几摄氏度，红葡萄发酵可以接近三十摄氏度，浓缩蒸发更高，冷稳定和灌装前又是另一档。折射率随温度变化，同一罐酒热读和冷读会差一截。探头同时测介质温度，用温度补偿把读数拉到约定基准。补偿要覆盖这几个温区，中控看到的才是可以比较的浓度。

颜色来自葡萄皮。临界角法读的是棱镜与酒液界面的明暗分界，酒体透光程度不决定这道分界的位置，深红色的汁和酒可以连续出数。皮渣、酒泥、酒石结晶和大气泡贴在镜面上，会扰动分界。测点放在泵后稳流段，液体自下而上流过探头，让酒液不断更新棱镜表面。压榨工段避开大量皮渣，勾兑和灌装前放在过滤之后的清酒管上。冷稳定析出的酒石沉在罐底，测点离开结晶沉积的死角。发酵旺盛时气泡很密，这一段的折光曲线只看走势，残糖仍以化验为准。细碎气泡对分界的干扰可以由算法抑制；贴住镜面的大气泡和厚挂膜，靠安装位置和清洗解决。

图5  原料热加工车间（示意）。锅上冒汽，只说明在加热；葡萄汁糖度要在循环管上连续看

密度法、电导率法和折光法都能做在线浓度，葡萄汁糖度和浓缩汁终点适合走折光法。密度看发酵时的比重下降很直观，气泡和酒泥一多，读数跟着晃，浓缩汁黏度高时也不好测。电导率对钾离子、酒石酸这类离子敏感，糖度变了，电导不一定同步，覆盖的浓度范围也有限，甜型和浓缩汁都容易顶到头。折光法按临界角读取溶解在液相里的可溶物，响应在秒级，从清汁到六十多度白利度的浓缩汁都能覆盖，不消耗试剂，维护频率也低。发酵中段因为酒精干扰，折光读数不替代总糖化验。颜色和浊度这一行，表中写的是部分物料不受影响。红葡萄汁的深色和轻度浑浊不挪动临界角。皮渣、酒泥和厚挂膜贴住镜面时，靠安装位置和清洗把界面让出来。

图6  密度法、电导率法与折射率法对照。葡萄汁和浓缩汁的糖度取折射率法；发酵旺盛时残糖改由化验室测定

三、杭州谱石在线折光仪

杭州谱石科技有限公司从事工业液体浓度在线监测。葡萄酒产线上用的是折光法浓度仪表。下面这台是带本地显示和按键的在线折光仪：圆形表头设有 Mode 键、上下方向键、确认键和返回键，屏幕分三行给出折射率、浓度和温度。罐边不用取样，就能核对这一刻的浓度。屏上的浓度是过程值，投用后按本厂葡萄汁或基酒标定成车间认可的浓度值；画面里的数字只说明显示内容，目标窗口以本厂工艺卡为准。

果汁在线监测 FruitJuice-CM-930 面向葡萄汁、葡萄酒的卫生型管道安装；糖浆浓度在线监测 Syrup-CM-950 面向高糖度的浓缩葡萄汁，可放在浓缩出料和补汁管线上单独看浓缩汁浓度。产线也可按管径、温度和黏度选用 OCA910 / OCA930 / OCA950 在线折光仪。几款都采用临界角折光、温度补偿和现场建模，支持 4～20 mA 与 RS485 / Modbus RTU，输出接入 PLC。按键屏留在罐边，通讯值进中控，两处看的是同一路浓度。

图7  带按键的在线折光仪。屏上同时给出折射率、浓度和温度，罐边可直接查看，浓度值同步送入 PLC。画面中的数值为显示示例，葡萄酒目标浓度按本厂工艺窗口标定

检测原理。LED 发出的光经光纤从一侧进入蓝宝石棱镜，到达棱镜与葡萄汁或酒液的接触面。液相折射率不同，全反射临界角就不同，全反射光在棱镜另一侧的位置跟着移动。线性阵列 CCD 读取这道明暗分界的位置，每个位置对应一个折射率。折射率高，明暗分界往一侧移；折射率低，分界回到另一侧。内置模型把折射率换算成浓度，温度补偿同步完成。测量在管线上原位完成，酒液不进实验室，也不加试剂。浓度值按秒级刷新，PLC 拿到的是当前浓度，可以直接拿来做上下限判断。

图8  临界角折光原理：LED 经光纤进入蓝宝石棱镜，CCD 阵列读取全反射明暗分界的位置，位置对应折射率

FruitJuice-CM-930 的公开介绍可供选型对照：糖度量程覆盖 0.00%～95.00% Brix，分辨率 0.1%，带温度补偿，卫生型结构可随管线做原位清洗。葡萄汁入罐用到的是二十多度白利度这一段，浓缩葡萄汁用到 65 °Bx 上下这一段，勾兑用到的是标定之后的表观浓度。溶质组合与蔗糖标液不同。投用时用本厂过程样品把折射率标定成车间认可的浓度。标定点至少覆盖压榨清汁、浓缩出料、发酵前窗口、勾兑和灌装前。换葡萄品种、换年份或调整勾兑比例后重新标定。

推荐测点：

1. 压榨清汁管：看进厂糖度，地块和压榨段分开记，防止冲洗水把糖度冲稀；

2. 浓缩出料管：看蒸发终点，到工艺卡收汽、出料；

3. 发酵前调糖循环管：糖度上下限的主控点，联动浓缩汁补加阀；

4. 勾兑循环管：酒精度稳定之后的表观浓度主控点，联动浓缩汁和干型基酒；

5. 灌装前缓冲罐出口：灌装放行前的最后一次复核，窗口外停灌。

发酵循环管可以作为趋势点：表观浓度还在往下走，发酵继续；曲线走平，通知化验室取样测总糖和酒精度。这个点不参与干型放行。

安装按工位选两种方式。旁路安装从主管引出一段测量支路，前后用阀门切断，液体自下而上经过仪表。仪表维护时主管可以继续走料，适合管径较大、浓缩汁黏度高、希望把探头切出来清洗的出料管和灌装前管段。罐体循环管道安装把仪表放在调配罐或勾兑罐的循环泵出口，酒液经泵打上立管，自下而上流过探头后再回到罐里。发酵前调糖和成品勾兑的主控在罐上完成，循环管道是这两处的测点。棱镜面被流动的酒液持续更新，色素和果胶不容易糊住。卡箍或卫生接头按管径配套。出厂按蔗糖标液校准，到现场再用工艺样做一次标定后投用。

图9  两种安装：左为旁路安装，右为罐体循环管道安装。调糖罐和勾兑罐优先走循环管道，让酒液持续更新棱镜面

浓度上限和浓度下限写在 PLC 里，并按产品切换。4～20 mA 把浓度变成一路连续电流，PLC 的模拟量模块按电流比较上下限，电流越过限值就发出调节。RS485 / Modbus 把浓度、折射率和温度一起送进中控，限值可以在画面上改。罐边按键屏与中控看的是同一路浓度。两条链路做的是同一件事：秒级识别浓度，在线触发调控。发酵前低于下限，补浓缩葡萄汁；高于上限，停止补加，必要时用低糖清汁勾回。浓缩出料到点，收汽出料；蒸过上限，停止进料和蒸汽。勾兑偏高，用同批次干型基酒勾回。灌装前仍越限，灌装停下。

图10  折射率经温度补偿和本厂标定后进入 PLC，低于下限补浓缩汁，偏高用基酒勾回，窗口外停灌

四、浓度进中控之后，同一条灌装线怎么被拉齐

压榨段按车次看。清汁浓度随地块跳，是采收季的常态。曲线留下每一车的糖度，入罐和要不要补浓缩汁，对着这个数做。手持折光仪改作抽查，和在线值核对。

浓缩段看终点。表观浓度还没到出料下限，保持蒸发；进入工艺卡，收汽、出料。高于上限，停下进料和蒸汽，避免蒸过。终点由曲线判断，化验室的糖度留作出厂和合同核对。

发酵前调配看窗口。这是把潜在酒度拉齐的主回路。循环管读数低于下限，PLC 打开浓缩汁补加阀；进入窗口，阀关上。调节对着当前的秒级读数做。读数进窗口后，再接种发酵。

发酵段看走势。表观浓度还在明显下降，保持该罐的温度控制，让发酵继续。曲线走平，取样测总糖和酒精度，再决定分离还是继续。这一段不拿屏上的浓度给干型放行。

勾兑段看类型。干型窗口收得窄，浓缩汁阀开得慢，读数进窗口就停。半甜和甜型用各自的上下限。读数偏高，用同批次干型基酒勾回，把这罐留在原类型里。锅边按键屏同时核对浓度和温度。

灌装段看放行。缓冲罐出口的浓度落在已经收窄的上下限内，灌装才允许进行。窗口外报警并触发停灌。干型、半甜留在罐里回调，不进瓶子。同一条灌装线上的产品，用的是同一个放行条件。

图11  玻璃瓶灌装线（示意）。缓冲罐出口的浓度落在窗口内，灌装才连续进行

图12  灌装后装框（示意）。同一条线出去的酒，浓度用的是同一个上下限

每一罐的浓度和温度留在历史曲线里。工艺员可以回看哪一车葡萄糖度偏低、浓缩出料有没有蒸过、勾兑阀开了多久、清洗之后读数是否回到零点附近。出厂总糖、酒精度等项目仍按产品标准抽样检测。在线值负责把过程拉齐，出厂报告按标准方法出具。