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1、绍兴黄酒陈化变质过程中电磁极化现象的发现以及针对性的无损检测方法张维加I,沈赤2,方泽波I,魏天放程雪I,徐海涛】，陈非予李玉林I5曹雪静I,沈梦I（1.绍兴文理学院数理信息学院；2.绍兴文理学院兰亭智库）作者简介：张维加，绍兴诸暨人，博士毕业于牛津大学，研究方向为计算机开发及微波算法。现为绍兴文理学院数理信息学院教授，同时担任牛津大学访问学者。张维加在SCienCeBUlIetin、EPJ、ActaGeoIogica等国际知名SCI、El期刊共发表第一作者与通讯作者学术论文数十篇，取得了数十项发明专利和软件著作权授权.E-mail:IO1520253035404550摘要：黄酒又叫绍兴酒，是
2、我国少有的以地方名字所命名的酒。黄酒具有非常高的营养价值，在世界上有相当大的影响力。但是黄酒酒精度数较低，因此在它的成化保存的过程中存在相当大的酸败问题。本研究发现黄酒陈化的过程中变质的样品对于特定频率的电磁波会表现出强烈的极化特征，并进行了多种多组实验确认，此前没有相关文献报道。本研究并针对这一现象，在实验数据的基础上,设计了一套亳米波无损检测的装置及其算法，成功地在实验室阶段和部分酒厂进行了有效性与可靠性验证。关键词：无损检测；探地雷达；微波探测中图分类号：Q64ElectromagneticPolarizationinShaoxingWineDeteriorationProcessand
3、TargetedDetectionMethodsZHANGWeijia1,SHENChi2,FANGZebo1,WEITianfang1,CHENGXue1,XUHaitao1,CHENFeiyu1,LIYulin1,CAOXuejing1,SHENMeng1(1.DepartmentofMathandPhysics,ShaoxingUniversity;2.ShaoxingUniversity,LanTingAcademy)Abstract:Yellowricewine,alsocalledShaoxingwine,istheonlywinenamedafterthelocalnameinC
4、hina.RicewinehasaVeryhighnutritionalvalueandhasaconsiderableinfluenceintheworld.Sofar,Japanandothercountriesstillhavethetraditionofdrinkingricewine.However,thealcoholcontentofricewineislow,sothereisaconsiderableproblemofrancidityintheprocessofitsformationandpresen,ation.Thisstudyfoundandconfirmedtha
5、tthedeterioratedsamplesintheagingprocessofricewinewillshowstrongpolarizationcharacteristicsforelectromagneticwavesofspecificfrequency,whichhasnotbeenreportedinpreviousliterature.Basedontheexperimentaldata,thisresearchdesignedasetofmillimeterwavenondestructivetestingdeviceanditsalgorithm,andsuccessfu
6、llyverifieditseffectivenessandreliabilityinthelaboratorystageandsomedistilleries.Keywords:NDT;Groundpenetratingradar;Microwavedetection0引言0.1黄酒的产业价值及其贮存过程黄酒又叫绍兴酒，是我国少有的以地方名字所命名的酒。黄酒具有非常高的营养价值，在世界上有相当大的影响力，至今日本等国还有着饮用黄酒的传统。绍兴黄酒以诱人的馥郁芳香所闻名。其之所以香气浓郁、口感独特，是因为在发酵期间产生了包括酯类、醇类、醛类、酸类、默基化合物和酚类等多种成分。黄酒的陈化是一门复
7、杂的艺术，一般而言，新酿出的黄酒口味比较粗糙，较刺激、欠柔和；而陈酒则香味馥郁、口感温顺。黄酒在封坛前历经高温煎酒，这个过程灭活了大部分好氧微生物和酶，然后，热酒直接被灌装到陈酿陶坛中，立即用荷叶、竹壳等材料封好坛口，用黄泥盖面定型，完成封坛。传统手工酿造黄酒一般贮藏在陶坛、碳钢罐、不锈钢罐等材质的容器，但以陶坛贮存的黄酒质量最佳，因陶坛的透气性好，可以加速黄酒陈化阶段的氧化还原反应和酯化反应。贮酒仓库阴凉、通风、干燥并保持一定湿度，密封的酒坛堆叠存放，有四层之高。并不是所有的黄酒都适合陈酿，有的酒只能贮藏3、5年。只有选料上乘、酿酒师技术精湛，加之一些偶然因素的优质黄酒才适合长期贮藏。好的贮
8、酒环境要通风、阴凉、干燥。并且在贮酒的过程中也要经常检查，发现渗漏以及时进行处理。但即便如此，由于黄酒酒精度数较低，因此在它的成化保存的过程中存在相当大的酸败问题。图1绍兴黄酒储存的中央酒库外观形状（古越龙山国家级酒库）。图2绍兴黄酒往往以垛为单位进行存放，每垛可达上百坛。在黄酒贮存陈化的数年、甚至数十年间，陈酿老熟有效促进酒精分子之间、酒精分子60与水分子的缔合，促进醇与酸的酯化，可以提高黄酒香气，使之口味甘顺柔和。但实际中，贮藏期经常会发生黄酒酸败现象。目前浙江、江苏等地的黄酒企业均以陈年黄酒为主营收入，而10年以上的陈化黄酒中，变质率平均超过20%,部分年份特定酒种甚至会达到80%成为黄
9、酒产业的主要成本损耗因素.6570758085高温煎酒杂菌繁殖H乳酸酸败灌装封坛酒坛破损乳酸酸败图3黄酒酿造过程中的问题黄酒酸败主要分为醋酸酸败和乳酸酸败。醋酸酸败主要在低酒精度、好氧情况下发生，是由于酒坛破损或密封不严造成的，这类污染对于正常贮存黄酒的危害较小。而乳酸酸败是造成密闭环境下黄酒陈酿过程出现酸败现象的主要原因。有研究学者从酸败的黄酒中分离出食果糖乳杆菌和耐酸乳杆菌，二者都具有很高的酒精耐受度，且适宜在酸性环境生长繁殖。检测方面，传统的检测方式需要打开存储容器进行接触式的检测、品鉴，酒类质量的检测亦是如此。陈酿数十年的黄酒在开坛时才会取样、品尝、化验，一旦发现酸腐、甚至发臭，整坛黄
10、酒只能做报废处理。这不仅会降低黄酒厂得酒率，而且会占用大面积的储酒空间，大大提高了酒厂的生产成本。想要检测酒体是否变质就必须要开坛，而开坛又会导致酒体难以继续窖藏。因此，变质黄酒的理化性质分析得到了一些前人工作的重视，主要集中在化学变化分析上。0.2黄酒贮存过程中的化学变化随年份增加,黄酒中酒精度、总糖、总酸含量、pH逐年降低；氨基酸态氮、非糖固形物含量出现不同程度增加。黄酒中铁离子含量先增后减,在5年时出现最大值4.64g/Lo黄酒中铁离子源于原料带入及陶坛壁的微量溶解。总酯含量在5年左右达到最大值，5年后略有下降，但基本持稳口、2，表1黄酒贮藏期常规理化指标酒精度总糖(gL)总酸(gL)P
11、Ha-氨基酸非糖固形物(%Vol)态氮(gL)(gL)新酒16.80.224.220.334.960.144.210.000.790.0622.660.471年陈酒16.40.223.610.454.89+0.204.13+0.010.80+0.0521.76+1.253年陈酒15.8O.l22.610.284.810.314.080.02O.8O().O325.781.705年陈酒15.40.221.630.444.750.273.920.010.830.0927.771.258年陈酒15.20.121.140.264.58+0.393.88+0.010.86+0.0732.56+0.82表
12、2黄酒贮藏期铁离子含量年份新酒1年3年5年8年铁离子含量(gL)3.870.434.110.094.230.264.640.174320.33表3黄酒贮藏期酯类含量乙酸乙酯乳酸乙酯己酸乙酯辛酸乙酯癸酸乙酯总酯含量(mgL)(mgL)(mgL)(mgL)(mgL)(mgL)新酒12.701.2616.270.830.260.06O.52O.O30.210.0429.961年14.691.0118.481.321.35+0.201.43+0.220.780.1636.733年22.160.8221.502.652.010.362.32O.221.010.2649.005年25.062.0823.0
13、70.743.060.183.680.340.890.1455.768年26.320.6521.070.263.65+0.623.14+0.280.84+0.0855.029095100105总体上，变质酒的总糖、酒精度较之未变质酒均有不同程度的下降，而变质酒的总酸则均高于未变质酒。经相关性分析表明总酸-酒精度之间有显著的相关性。总的来说，过去对于黄酒的变质的研究主要集中在化学性质上，以及表观物理性质上，并且已经取得了一定的成果。对于黄酒变质的这一化学过程和其中扮演了关键角色的生物菌落、陶坛微孔呼吸，都有了定的了解闻支然而对黄酒与电磁波之间的相互作用，基本未见文献报道。1实验：黄酒在酸败过程中
14、的特异性极化现象的发现为了了解黄酒对于不同频率的电磁波的敏感情况，也是为了补充此前对这一细分领域的研究空白，我们利用多通道微波设备设计了一组实验。即使是在较高的频率下，微波的波长相对红外较长，能够穿透数个厘米甚至数米，而介电常数较低的陶土陶坛的储存黄酒的设备，对于其来说更是能够轻易被穿透。此前，在医疗方面，微波探测技术在探测脑中风、脑出血削Kn上已经有了一套方案。而多通道微波技术是通过微波进行多个频率的从低频到高频的半扫描式非接触式探测的技术，可以获得一些针对不同频率的参数进行分析。1.1 第一组实验首先是对于普通的黄酒和重度变质的黄酒，我们给予同样的介电性质明确的容器，然后110从300兆赫
15、兹开始一直到IoOG赫兹不断的调整微波频率。高频的微波发射装置是随着近年微波技术的逐步发展才得以获得，因此之前也缺乏高频微波段的研究装置。微波可以有效穿透酒坛结构，并在酒体和坛子的边界发生反射。115120125130图4质量检测机首先对定制的参数已知的两个酒坛进行了测量。其中个是2014年的正常塔牌冬酿酒类,一个是坏掉的2014年古越龙山黄酒样品。黄酒质量检测机将对这两个外观完全不可区分的酒坛进行透视探测。0.Im下方为酒液。除去盖子。001 2 03 04 05 OS Il S 09 10 01 ” 03 14 05 IS “ 08 1咖)M图5第1组实验的数据结果。当频率逐渐推进到高频段时，在60GHZ-70GHZ的微波雷达照射下，差异变得非常明显,针对变质的黄
