固態(tài)法小米醋釀造工藝的研究

潘潔瓊，張 宇，滿都拉，孫子羽，陳忠軍

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018）

小米（Setaria italica）是由粟（北方稱其為谷子）脫殼而制成的糧食，廣泛分布于全世界，中國、印度、尼日利亞、尼泊爾、馬里等發(fā)展中國家種植較多[1]。小米的營養(yǎng)非常豐富，含有碳水化合物、氨基酸、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、脂肪酸和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，且各種營養(yǎng)成分比例適中，是很好的食品營養(yǎng)源[2-3]。

食醋是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚闹匾{(diào)味品，不僅具有調(diào)味功能，還具有軟化血管、降血脂、延緩衰老、清除自由基、消除疲勞、減少肌肉疼痛等多種營養(yǎng)保健功能[4-7]。食醋組成以醋酸為主，乳酸、琥珀酸、蘋果酸、延胡索酸等多種有機酸為輔，還包含有由菌種發(fā)酵后形成的各種酯類，因而使得食醋成為具有酸、香、綿、甜特色的食品，并且根據(jù)所用菌種的不同，形成的食醋風(fēng)格和口味各異[8]。

食醋生產(chǎn)主要有固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵兩種方式[9]。傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵過程中菌株結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括不同的酵母、醋酸菌以及各種霉菌。固態(tài)發(fā)酵的原料為酒醪、糧食等，在原料基礎(chǔ)上加入一定量的輔料，輔料的加入極大程度上豐富了產(chǎn)物的種類。固態(tài)發(fā)酵周期較長，會經(jīng)歷幾個月甚至一年，因此固態(tài)發(fā)酵所含有的成分復(fù)雜，生產(chǎn)的醋色香味體俱佳，通常色澤紅亮，呈琥珀色或紅棕色；具有食醋固有醇香和酯香；酸味柔和、回甜醇厚；體態(tài)澄清[10-12]。本試驗以小米為原料，采用固態(tài)發(fā)酵法研制小米食醋，旨在提高小米的綜合利用價值，為相關(guān)企業(yè)開發(fā)小米醋提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小米（山西產(chǎn)）：市售；米糠、麩皮、細(xì)糠：市售；萬家興高產(chǎn)生料酒曲：廣州市酒神生物科技有限公司；安琪釀酒曲：安琪酵母股份有限公司；活性醋酸菌：濟寧玉園生物科技有限公司；釀醋醋酸菌：上海迪發(fā)釀造生物制品有限公司；春豐本釀醋酸菌：沂源康源生物科技有限公司；葡萄糖（分析純）：天津市福晨化學(xué)試劑廠；3,5-二硝基水楊酸（dinitrosalicylic acid，DNS）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉（分析純）：天津風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；甲醛溶液：天津永晟精細(xì)化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

pHS-29A型酸度計：儀器廠；3-18KS型離心機：德國希格瑪實驗室離心機公司；DK-8D電熱恒溫水槽：上海精宏實驗設(shè)備有限公司；T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；0-100型精密酒精計：河北省華鷗縣儀器儀表廠；電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程及操作要點

操作要點：

（1）蒸米：蒸米目的是糊化小米中的淀粉，使之更容易轉(zhuǎn)化為糖類物質(zhì)。要保證蒸至熟而不黏、內(nèi)無生心的狀態(tài)。蒸米所需水米比例為2∶3，蒸米大約10 min即可。

（2）拌料：待小米冷卻至30 ℃，加入原料20%的輔料及酒曲，安琪釀酒曲進(jìn)行活化（10倍32～35 ℃的溫水，活化10 min），混合后攪拌均勻入缸，密封發(fā)酵。

（3）酒精發(fā)酵：酒精發(fā)酵采用低溫發(fā)酵，放入大缸，室溫25 ℃進(jìn)行酒精發(fā)酵，在酒精含量達(dá)到8%vol的情況下停止酒精發(fā)酵。

（4）醋酸發(fā)酵：酒精發(fā)酵結(jié)束后，添加輔料使料醅水分含量達(dá)到50%左右后接種醋酸菌，在27 ℃左右室溫下進(jìn)行醋酸發(fā)酵。醋酸發(fā)酵期間需每天翻醋醅兩次，以起到通氧與降溫散熱的作用，保證品溫不超過40 ℃，醋酸發(fā)酵正常進(jìn)行。

（5）淋醋：以80 ℃的熱水按醋醅重1.2倍的質(zhì)量將醋醅浸泡24 h，用淋醋裝置進(jìn)行淋醋，為提高澄清度需反復(fù)多次進(jìn)行淋醋，待獲得比較澄清的醋液淋醋停止。

（6）陳釀：將所得的醋液置于4 ℃的冰箱進(jìn)行陳釀。

（7）殺菌：將所得醋液于95 ℃，保溫10 min以達(dá)到殺菌的目的，殺菌冷卻后即得成品新醋。

1.3.2 酒精發(fā)酵階段最佳工藝的確定

單因素試驗設(shè)計：添加1.5%復(fù)合酒曲進(jìn)行糖化發(fā)酵，分別調(diào)整酒曲復(fù)配比（生料酒曲∶釀酒曲=1∶1、1∶2、2∶1、3∶1）、料醅的水分含量（66%、69%、72%、75%）、不同輔料（麩皮、細(xì)糠、米糠）、入缸初始溫度（25 ℃、27 ℃、29 ℃、31 ℃）進(jìn)行酒精發(fā)酵，直到酒精含量達(dá)到8%vol左右，添加輔料至料醅含水量為50%，接種醋酸菌進(jìn)行醋酸發(fā)酵，最終測定成品新醋總酸含量以及進(jìn)行感官評定，確定小米醋酒精發(fā)酵階段各單因素對小米醋質(zhì)量的影響。

依據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取主要影響因素進(jìn)行正交試驗，確定小米醋酒精發(fā)酵階段最佳工藝條件。正交試驗因素與水平見表1。

表1 固態(tài)法小米醋酒精發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for alcohol fermentation conditions optimization of millet vinegar by solid-state fermentation

1.3.3 醋酸發(fā)酵階段最佳工藝的確定

單因素試驗設(shè)計：在酒精發(fā)酵完成后的酒醅中添加輔料至料醅含水量為50%，接種醋酸菌進(jìn)行醋酸發(fā)酵，最終測定成品新醋總酸含量并進(jìn)行感官評定，研究初始酒精度（4%vol、6%vol、8%vol、10%vol）、不同醋酸菌（活性醋酸菌、釀醋醋酸菌、春豐本釀醋酸菌）、醋酸菌接種量（0.13%、0.15%、0.17%、0.19%）、入缸初始溫度（28 ℃、30 ℃、32 ℃、34 ℃）對小米醋總酸含量及感官評定的影響，確定小米醋醋酸發(fā)酵階段的主要影響因素。

依據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取影響主要因素進(jìn)行正交試驗設(shè)計，確定小米醋醋酸發(fā)酵階段最佳工藝條件。正交試驗因素與水平見表2。

表2 固態(tài)法小米醋醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments for acetic fermentation conditions optimization of millet vinegar by solid-state fermentation

1.3.4 測定方法

還原糖：3,5-二硝基水楊酸法[13]；酒精度：按照GB/T 5009.225—2016《酒中乙醇濃度的測定》[14]中的酒精計法；總酸（以醋酸計）：NaOH滴定法[15]；氨基酸態(tài)氮：甲醛法[16]；可溶性固形物：烘干法[17]；不揮發(fā)性酸：酸度計法[17]。

感官質(zhì)量評定：選取10名有相關(guān)經(jīng)驗的人員進(jìn)行品評打分，將品評分?jǐn)?shù)取平均值為該樣品最終的評分結(jié)果。小米醋感官評定標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 小米醋感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory evaluation standards of millet vinegar

續(xù)表

2 結(jié)果與分析

2.1 酒精發(fā)酵工藝的確定

2.1.1 不同輔料對酒精發(fā)酵的影響

圖1 輔料種類對酒精發(fā)酵的影響Fig.1 Effect of adjunct types on alcohol fermentation

由圖1可知，采用麩皮、細(xì)糠和米糠3種不同的輔料進(jìn)行發(fā)酵，麩皮制得食醋的總酸含量為5.1g/100 mL，細(xì)糠制得食醋的總酸為3.8 g/100 mL，米糠制得食醋的總酸含量最高，為7.1 g/100 mL，米糠為輔料釀出的小米醋感官評分最高，為86分。因此采用米糠作為輔料進(jìn)行發(fā)酵。

2.1.2 料醅的不同水分含量對酒精發(fā)酵的影響

由圖2可知，當(dāng)料醅水分含量＜69%時，小米醪的水分含量越高，小米醪中的糖轉(zhuǎn)化成酒精含量也越多，以至于后期的醋酸發(fā)酵產(chǎn)生的醋酸也多。因此總酸含量逐漸上升。當(dāng)水分含量＞69%的時候，由于水分過多，導(dǎo)致發(fā)酵能力受限，小米醪中糖無法充分轉(zhuǎn)化成酒精，酒精度值下降，后期產(chǎn)酸能力也隨之下降。料醅水分含量為69%時，發(fā)酵所得的成品醋總酸為7.2 g/100 mL，且其感官評分最高，為85分。因此選擇料醅水分含量69%進(jìn)行發(fā)酵。

2.1.3 不同酒曲接種比例對發(fā)酵的影響

圖3 酒曲接種比例對酒精發(fā)酵的影響Fig.3 Effect of Jiuqu inoculum ratio on alcohol fermentation

由圖3可知，兩種酒曲的復(fù)配比例（生料酒曲∶釀酒曲）為1∶1時，食醋感官評分最低；當(dāng)復(fù)配比例為1∶2時，食醋總酸含量最低；當(dāng)復(fù)配比例為2∶1時，其總酸含量為7.0 g/100 mL，感官評分為83分，均最高；當(dāng)復(fù)配比例為3∶1時，其總酸含量和感官評分都低于2∶1的復(fù)配比例，這可能是因為生料酒曲的添加量過高，而釀酒曲的添加量過少，不利于酒精發(fā)酵的進(jìn)行。因此選擇生料酒曲∶釀酒曲=2∶1進(jìn)行發(fā)酵。

2.1.4 不同入缸初始溫度對發(fā)酵的影響

圖4 入缸初始溫度對酒精發(fā)酵的影響Fig.4 Effect of initial entry temperature of cylinder on alcohol fermentation

由圖4可知，入缸初始溫度25～29 ℃范圍內(nèi)時，隨著溫度的升高，小米醋中的醋酸含量也越來越高，這是因為在此溫度范圍內(nèi)，酵母生長釋放熱量后溫度不會太高，處于酵母的生長溫度范圍，酵母菌的活力隨著溫度的升高而越來越強，小米酒中乙醇含量越來越高，導(dǎo)致小米醋中的醋酸含量也越來越高。但當(dāng)入缸初始溫度高于29 ℃時，由于微生物生長迅速產(chǎn)熱，溫度迅速上升，溫度過高抑制甚至破壞了酵母的活性，小米醪中酒精含量減少，所以生成的醋酸也隨之減少，在入缸初始溫度為29 ℃時，小米醋的感官評分最高，83分。

2.1.5 酒精發(fā)酵正交試驗結(jié)果

依據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取料醅水分含量、酒曲接種比例、入缸初始溫度進(jìn)行L9（34）正交試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 固態(tài)法小米醋酒精發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for alcohol fermentation conditions optimization of millet vinegar by solid-state fermentation

由表3可知，水分含量的極差最大，其次是酒曲的接種比例，入缸初始溫度極差最小，說明水分含量是影響酒精發(fā)酵的主要因素，酒曲接種比例是影響酒精發(fā)酵的次要因素，而入缸初始溫度對其影響最小。依據(jù)正交試驗結(jié)果得出的最佳酒精發(fā)酵條件組合為A2B2C2，即料醅水分含量為69%，酒曲接種比例為2∶1，入缸初始溫度為29 ℃，在此條件下制得的食醋總酸含量為7.0 g/100 mL，感官評分為84.3分。

2.2 醋酸發(fā)酵工藝的確定

2.2.1 不同醋酸菌種類對發(fā)酵的影響

采用不同的醋酸菌株進(jìn)行發(fā)酵釀造食醋，測定其總酸并進(jìn)行感官評分，結(jié)果見圖5。

圖5 醋酸菌種類對醋酸發(fā)酵的影響Fig.5 Effect of acetic acid bacteria types on acetic fermentation

由圖5可知，釀醋醋酸菌的產(chǎn)酸量均高于其它兩種醋酸菌，為7.0 g/100 mL，說明釀醋醋酸菌活性強于活性醋酸菌和春風(fēng)本釀醋酸菌，且釀醋醋酸菌的感官評分也都高于其它兩種醋酸菌的感官評分，為81分，所以選擇釀醋醋酸菌進(jìn)行小米醋醋酸發(fā)酵。

2.2.2 不同初始酒精度對發(fā)酵的影響

圖6 初始酒精度對醋酸發(fā)酵的影響Fig.6 Effect of initial alcohol content on acetic fermentation

醋酸菌對酒精耐受能力有限，酒精濃度超過10%（V/V）會逐漸抑制醋酸菌的生長，鈍化其氧化酒精能力，而且在較高酒精含量條件下，乙醛脫氫酶沒有乙醇脫氫酶穩(wěn)定，會造成乙醛的積累，不利于醋酸發(fā)酵的進(jìn)行，因此選擇初始酒精度4%vol～10%vol[18-20]進(jìn)行醋酸發(fā)酵，結(jié)果見圖6。由圖6可知，初始酒精度為4%vol時，起始發(fā)酵速度快，但最終酸度低，影響產(chǎn)品質(zhì)量。初始酒精度在5%vol～8%vol時，發(fā)酵比較平穩(wěn)且最終酒精度隨著初始酒精度的增加而增加，在初始酒精度8%vol時，總酸含量含量和感官評分均最高，分別為7.0 g/100 mL和83分。初始酒精度在9%vol～10%vol時，由于初始酒精度過高，抑制了醋酸菌的生長，導(dǎo)致了產(chǎn)酸量降低。

2.2.3 不同醋酸菌接種量對發(fā)酵的影響

圖7 醋酸菌接種量對醋酸發(fā)酵的影響Fig.7 Effect of acetic acid bacteria inoculum on acetic fermentation

由圖7可知，醋酸菌添加量低于0.15%時，隨著醋酸菌添加量的增加，小米酒中越來越多的酒精轉(zhuǎn)化成醋酸，小米酒逐漸轉(zhuǎn)化為小米醋，因此總酸含量隨著醋酸菌添加量越來越多。但是，小米酒中酒精含量有限，當(dāng)醋酸菌接種量高于0.15%時，雖然其總酸含量稍高，但感官評分卻較低，口感稍差。所以，當(dāng)醋酸菌接種量為0.15%時，總酸含量與感官評分均最高，為7.0 g/100 mL和86分。

2.2.4 不同入缸初始溫度對發(fā)酵的影響

圖8 入缸初始溫度對醋酸發(fā)酵的影響Fig.8 Effect of initial entry temperature of cylinder on acetic fermentation

由圖8可知，入缸初始溫度低于30 ℃時，小米醋中的總酸含量隨著入缸初始溫度的升高而越來越多。當(dāng)初始溫度高于30 ℃時，由于初始溫度過高破壞了醋酸菌的活性，從而抑制甚至破壞乙醇轉(zhuǎn)化為乙酸，小米醋中總酸含量減少。所以，30 ℃為最優(yōu)的入缸初始溫度，此時的總酸含量為7.0 g/100 mL，感官評分為80分。

2.2.5 醋酸發(fā)酵正交試驗結(jié)果

依據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取初始酒精度、醋酸菌接種量、入缸初始溫度進(jìn)行L9（34）正交試驗，試驗結(jié)果見表4。

表4 固態(tài)法小米醋醋酸發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments for acetic fermentation conditions optimization of millet vinegar by solid-state fermentation

由表4可知，初始酒精度是影響醋酸發(fā)酵的主要因素，醋酸菌的接種量是影響醋酸發(fā)酵的次要因素，而入缸初始發(fā)酵溫度對其影響最小。依據(jù)正交試驗結(jié)果得出的最佳醋酸發(fā)酵條件組合為A2B2C3，即初始酒精度為8%vol，醋酸菌接種量為0.15%，入缸初始溫度為31 ℃，在此條件下制得的食醋總酸含量7.1 g/100 mL，感官評分為87.6分。

2.3 理化指標(biāo)檢測結(jié)果

由表5可知，小米醋的理化指標(biāo)檢驗結(jié)果均符合GB/T 18187—2000《釀造食醋》的要求。

表5 小米醋理化指標(biāo)的檢驗結(jié)果Table 5 Results of physical and chemical test of millet vinegar

3 結(jié)論

通過對小米醋的固態(tài)釀造工藝路線進(jìn)行探索，采用對酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵兩階段單因素及正交試驗確定了最佳的原料配比及生產(chǎn)條件。即采用米糠作為輔料，在酒精發(fā)酵階段料醅水分含量為69%，酒曲接種比例為2∶1，入缸初始溫度為29 ℃，酒精度為8.0%vol時接種釀醋醋酸菌，接種量為0.15%，入缸初始溫度為31 ℃。在此最佳條件下釀造的小米醋理化指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，總酸含量為7.1 g/100 mL，小米香突出，酸味柔和，風(fēng)味典型。