山西老陳醋醋酸發(fā)酵階段醋醅疏松度的研究

蘇檳楠，蕭晉川，潘佩平，王慕華，蔡穎慧（.山西省生物研究所，山西太原030006；.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山西太原03003）

山西老陳醋醋酸發(fā)酵階段醋醅疏松度的研究

蘇檳楠1，蕭晉川2，潘佩平1，王慕華1，蔡穎慧1
（1.山西省生物研究所，山西太原030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山西太原030031）

通過對(duì)山西老陳醋醋酸發(fā)酵過程中醋醅質(zhì)量容積的測(cè)定來反應(yīng)醋醅疏松度的適合程度。經(jīng)感官試驗(yàn)得知，質(zhì)量容積在350.0～450.0g/L時(shí)醋醅疏松度適宜。通過L9（34）正交試驗(yàn)確定醋酸發(fā)酵時(shí)醋醅各項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)組合。結(jié)果表明，最優(yōu)組合為含水量65.0%～70.0%、酒精度5.0%vol～5.5%vol、麩皮量110.0%、質(zhì)量容積350.0 g/L，在此條件下山西老陳醋總酸為4.96 g/100 g醋醅。

老陳醋；醋酸發(fā)酵；醋醅；質(zhì)量容積

山西老陳醋是中國(guó)四大名醋之一，其歷史悠久，始于300多年前的清順治年間［1］。山西老陳醋是以高粱、麩皮為主要原料，以稻殼和谷殼為輔料，以大麥、豌豆為原料制作的大曲作為糖化發(fā)酵劑，經(jīng)酒精發(fā)酵后采用固態(tài)發(fā)酵方式進(jìn)行醋酸發(fā)酵，再經(jīng)熏醅、陳釀等工藝釀制而成［2］的產(chǎn)品，色澤呈醬紅色，食之“綿、酸、香、甜、鮮”，并且含有豐富的氨基酸、有機(jī)酸、糖類［3-6］等，具有緩解疲勞、調(diào)節(jié)血糖、脂質(zhì)代謝、抗氧化、預(yù)防和治療心腦血管疾病、促進(jìn)食欲以及降血壓等作用［7-12］。

醋酸發(fā)酵是釀醋過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，山西老陳醋要求采用固態(tài)醋酸發(fā)酵［2］。這是一個(gè)好氧過程，是由多種細(xì)菌和真菌共同參與，將酒精氧化為乙醛，再繼續(xù)氧化為醋酸的過程。醋酸菌等微生物對(duì)其生長(zhǎng)環(huán)境有很高的要求［13-14］，尤其醋醅中的空氣含量對(duì)其生長(zhǎng)有重要影響，所以要求醋醅有一定的疏松度，才能使醋酸菌正常生長(zhǎng)。質(zhì)量容積即單位容積內(nèi)物體的質(zhì)量，以克每升（g/L）表示［15-16］，對(duì)于醋醅來講就是醋醅在自然狀態(tài)下單位容積內(nèi)的質(zhì)量。一般來說，醋醅越疏松、空隙越大，質(zhì)量容積就越小，反之醋醅越緊密、空隙越小質(zhì)量容積越大。在此引用質(zhì)量容積的概念，通過測(cè)定醋醅質(zhì)量容積來判斷老陳醋醋酸發(fā)酵階段醋醅疏松度的合適與否，并將醋醅質(zhì)量容積的指標(biāo)數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化，適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)山西老陳醋產(chǎn)業(yè)高效、健康、可持續(xù)發(fā)展。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

高粱、稻殼、麩皮、大曲：市售。

氫氧化鈉、酚酞：北京化工廠。

1.2儀器與設(shè)備

YXQ.SG46.280手提式高壓蒸汽消毒器：上海醫(yī)用核子儀器廠；722PC分光光度計(jì)：上海佑科儀器儀表有限公司；MS100水分測(cè)定儀：上海佳實(shí)電子科技有限公司；陶瓷發(fā)酵缸：市售；SZ-3酒精蒸餾器：太原第一玻璃儀器廠。

1.3方法

本文利用處理多分類問題的兩種拆分策略在鳶尾花數(shù)據(jù)集上進(jìn)行對(duì)比研究，比較兩種拆分策略的優(yōu)劣性，為后續(xù)多分類問題的研究起到一定的指引作用。

1.3.1老陳醋發(fā)酵工藝流程

1.3.2測(cè)定方法

醋醅質(zhì)量容積的測(cè)定：先測(cè)量陶瓷發(fā)酵缸的體積，再放入一定質(zhì)量的醋醅從而計(jì)算出質(zhì)量容積，以“g/L”表示。溫度測(cè)定：將溫度計(jì)插入醋醅中心處，每日觀察記錄。水分含量測(cè)定：將醋醅攪拌均勻，稱取5.0～10.0 g放入水分測(cè)定儀中測(cè)定?？偹峥焖贉y(cè)定：將醋醅攪拌均勻，稱取10.0 g用熱水浸泡10 min，濾紙過濾，取濾液按醋醅總酸測(cè)定方法測(cè)定［17］。

1.3.3醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化

（1）單因素試驗(yàn)

以醋醅含水量、醋醅酒精度、麩皮添加量以及質(zhì)量容積為考察因素，以醋酸發(fā)酵結(jié)束時(shí)總酸含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察各發(fā)酵條件對(duì)醋酸發(fā)酵的影響。

（2）正交試驗(yàn)

2　結(jié)果與分析

2.1不同質(zhì)量容積的醋醅感官變化情況

表1　不同質(zhì)量容積的醋醅感官隨時(shí)間變化Table 1 Sensory evaluation changes of fermented grains during acetic fermentation with different bulk density

按照老陳醋制作工藝流程進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)，選取醋酸發(fā)酵所用陶瓷缸若干，分別量好體積，醋醅質(zhì)量容積設(shè)計(jì)為300.0 g/L、350.0 g/L、400.0 g/L、450.0 g/L、500.0 g/L，將醋醅分別裝入相應(yīng)的陶瓷缸中，對(duì)醋酸發(fā)酵第6天至第10天時(shí)不同質(zhì)量容積的醋醅進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，包括色澤、氣味、狀態(tài)的變化情況，如表1。

由表1可以看出，質(zhì)量容積為300.0 g/L時(shí)，產(chǎn)酸快，色澤變化快，但由于醋醅物料少導(dǎo)致返火溫度上升，醋酸發(fā)酵不成功；質(zhì)量容積為350.0 g/L時(shí)，產(chǎn)酸快，溫度上升快，最終發(fā)酵正常；質(zhì)量容積為400.0 g/L時(shí)，產(chǎn)酸快，色澤氣味變化穩(wěn)定，發(fā)酵正常；質(zhì)量容積為450.0 g/L時(shí)，產(chǎn)酸略慢，溫度上升慢，最終發(fā)酵正常；質(zhì)量容積為500.0 g/L時(shí)，產(chǎn)酸慢，溫度上升慢，醋醅不太熱，最后醋醅表面長(zhǎng)一層白霉壞掉。由此看出質(zhì)量容積為350.0～450.0 g/L時(shí)醋醅感官指標(biāo)正常。

2.2醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化單因素試驗(yàn)［14，18］

2.2.1醋醅含水量對(duì)醋酸發(fā)酵的影響

微生物的生長(zhǎng)離不開水分，但醋醅含水量過高、過低都不利于醋酸菌的生長(zhǎng)。根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)選取醋醅含水量分別為45.0%～50.0%、50.0%～55.0%、55.0%～60.0%、60.0%～65.0%、65.0%～70.0%，以總酸含量為指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。

圖1　醋醅含水量對(duì)總酸的影響Fig.1 Effect of fermented grain moisture on total acid content

由圖1可知，隨著醋醅含水量的增加總酸呈逐漸上升趨勢(shì)，水分含量為50.0%～55.0%范圍時(shí)總酸開始上升，水分含量為60.0%～65.0%時(shí)總酸達(dá)到最高4.89 g/100 g醋醅，水分含量為65.0%～70.0%時(shí)總酸含量為4.85 g/100 g醋醅。初步確定醋醅含水量選擇為55.0%～70.0%。

2.2.2醋醅酒精度對(duì)醋酸發(fā)酵的影響

醋酸發(fā)酵時(shí)醋醅酒精度太高會(huì)抑制醋酸菌生長(zhǎng)和繁殖，生成醋酸少，而酒精度太低又會(huì)使醋酸菌生長(zhǎng)過快導(dǎo)致后期返火。選取醋醅酒精度分別為3.0%vol～3.5%vol、3.5%vol～4.0%vol、4.0%vol～4.5%vol、4.5%vol～5.0%vol、5.0%vol～5.5%vol，以總酸含量為指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

由圖2看出，隨著醋醅酒精含量的增加，總酸呈直線上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)酒精含量達(dá)到4.5%vol～5.0%vol時(shí)總酸為最高，之后變化不大基本呈平穩(wěn)狀態(tài)。因此，初步確定醋醅酒精含量范圍為4.0%vol～5.5%vol。

圖2　酒精度對(duì)總酸的影響Fig.2 Effect of alcohol content on total acid content

2.2.3醋醅麩皮添加量對(duì)醋酸發(fā)酵的影響

醋酸發(fā)酵時(shí)添加一些麩皮可使醋醅疏松、空氣流通，同時(shí)也增加了一些維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有利于醋酸菌生長(zhǎng)。選取麩皮添加量分別為80.0%、90.0%、100.0%、110.0%、120.0%，以總酸含量為指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

圖3　麩皮添加量對(duì)總酸的影響Fig.3 Effect of bran addition on total acid content

由圖3可知，麩皮添加量達(dá)90.0%時(shí)總酸含量開始上升，在添加量為110.0%時(shí)總酸最高，達(dá)5.37 g/100 g醋醅，不過在麩皮添加量100.0%～120.0%的范圍內(nèi)總酸基本呈平穩(wěn)狀態(tài)。因此，初步確定麩皮添加量為100.0%～120.0%。2.2.4質(zhì)量容積對(duì)醋酸發(fā)酵的影響

圖4　質(zhì)量容積對(duì)總酸含量的影響Fig.4 Effect of bulk density on total acid content

選取醋醅質(zhì)量容積分別為300.0g/L、350.0g/L、400.0 g/L、450.0g/L、500.0g/L，對(duì)醋酸發(fā)酵第6天至第10天時(shí)不同質(zhì)量容積的醋醅總酸的變化進(jìn)行跟蹤測(cè)定，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可看出，醋醅發(fā)酵第6天時(shí)，質(zhì)量容積300.0 g/L的醋醅總酸為3.66g/100g醋醅，很快總酸就開始下降，由于醋醅返火導(dǎo)致最終醋酸含量很低，發(fā)酵失?。毁|(zhì)量容積為350.0～450.0 g/L的醋醅總酸變化整體均為逐漸上升的趨勢(shì)，最高都達(dá)到4.50 g/100 g醋醅以上；質(zhì)量容積為500.0 g/L的醋醅，總酸呈緩慢上升趨勢(shì)，最高達(dá)3.69 g/100 g醋醅，最終也發(fā)酵不成功。由此初步說明質(zhì)量容積為350.0～450.0 g/L的醋醅總酸變化較正常，也即這樣的疏松度適宜醋酸菌的生長(zhǎng)。

2.3醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，選擇醋醅含水量（A）、酒精度（B）、麩皮添加量（C）、質(zhì)量容積（D）進(jìn)行醋酸發(fā)酵各項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)化試驗(yàn)，采用L9（34）正交試驗(yàn)，以醋酸發(fā)酵結(jié)束時(shí)的總酸含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)選取最優(yōu)組合。正交試驗(yàn)因素與水平見表2，結(jié)果與分析見表3，方差分析見表4。

表2　醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal expeirment for acetic fermentation conditions optimization

表3　醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal expeirment for acetic fermentation conditions optimization

表4　正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal test results

由表3極差分析結(jié)果可知，對(duì)總酸含量影響最大的因素是含水量，其次為酒精度和麩皮量，質(zhì)量容積的影響最小，說明在選取的質(zhì)量容積為350.0～450.0 g/L的范圍內(nèi)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不大。表4方差分析同樣表明含水量對(duì)總酸的變化有極顯著影響，酒精度和麩皮量的影響也極顯著，而質(zhì)量容積對(duì)總酸含量影響不顯著。根據(jù)總酸試驗(yàn)結(jié)果選取最優(yōu)組合為A3B3C3D3，即選取含水量65.0%～70.0%、酒精度5.0%vol～5.5%vol、麩皮量120.0%、質(zhì)量容積450.0 g/L。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到山西老陳醋總酸含量為4.96 g/100 g醋醅。

3　結(jié)論

醋酸發(fā)酵是好氧過程，通過觀察不同質(zhì)量容積的醋醅在醋酸發(fā)酵階段各項(xiàng)指標(biāo)的變化，表明質(zhì)量容積對(duì)醋酸發(fā)酵有一定的影響，也就是說質(zhì)量容積不同醋醅疏松度也不同，從而影響醋酸菌的生長(zhǎng)，導(dǎo)致最終發(fā)酵結(jié)果的差異。通過試驗(yàn)可知，質(zhì)量容積在350.0～450.0 g/L范圍時(shí)醋醅各項(xiàng)感官指標(biāo)正常。通過L9（34）正交試驗(yàn)確定醋酸發(fā)酵時(shí)，醋醅各項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)組合為醋醅含水量65.0%～70.0%、酒精度5.0%vol～5.5%vol、麩皮量120.0%、質(zhì)量容積450.0 g/L，在此條件下山西老陳醋總酸含量為4.96 g/100 g醋醅。

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Research on the fermented grains porosity during acetic fermentation of Shanxi aged vinegar

SU Binnan1，XIAO Jinchuan2，PAN Peiping1，WANG Muhua1，CAI Yinghui1
（1.Biology Research Institute of Shanxi，Taiyuan 030006，China；2.Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

The bulk density of fermented grains was measured to reflect the suitability of porosity during acetic fermentation of Shanxi aged vinegar. By sensory evaluation，the porosity was appropriate in the range of 350.0-450.0 g/L of the bulk density.By L9（34）orthogonal test，the optimal acetic fermentationconditionoffermentedgrainsinaceticfermentationwasdeterminedasfollows：watercontent65%-70%，alcohol content 5.0%vol-5.5%vol，bran addition 110%and bulk density 350.0 g/L.Under this condition，the total acid of Shanxi aged vinegar was 4.96 g/100 g fermented grains.

aged vinegar；acetic fermentation；fermented grains during acetic fermentation；bulk density

TS264.2

A

0254-5071（2015）11-0052-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.11.012

2015-09-06

山西省工業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目（20130321030-02）

蘇檳楠（1969-），女，副研究員，本科，研究方向?yàn)楣I(yè)微生物。