山西老陳醋熏醅工業(yè)化進展

張春杰，張 茜

（山西梁汾醋業(yè)有限公司，山西 晉中 030600）

山西老陳醋是東方谷物固態(tài)生物發(fā)酵技藝的代表，以其3 000余年的悠久歷史、獨特的釀造技藝、酸香綿甜鮮的風(fēng)味、極高的養(yǎng)生價值和醫(yī)藥功效，雄踞“中國四大名醋”之首，素稱“天下第一醋”。

熏醅是山西老陳醋一道獨特的工藝，是老陳醋色、香、味、體的重要來源[1]。從現(xiàn)代科學(xué)角度分析，熏醅的主要原理是在加熱過程中，醋醅中的有機酸、還原糖、氨基酸及部分未分解的殘余淀粉、半纖維素、蛋白質(zhì)、菌體等物質(zhì)在酸性環(huán)境中，發(fā)生復(fù)雜的生化反應(yīng)，如有機酸與羥基化合物發(fā)生酯化反應(yīng)生成具有醇厚感的酯類物質(zhì)，五碳糖脫水生成具有特征香氣的呋喃系化合物和吡嗪類化合物，殘余淀粉及蛋白質(zhì)分別水解為糖和氨基酸，糖和氨基酸在高溫下進一步發(fā)生羰氨反應(yīng)聚合生成類黑素，此外，歷經(jīng)6 d的熏醅，醋醅中部分輔料發(fā)生炭化，進入后續(xù)淋醋環(huán)節(jié)能吸附雜質(zhì)，使食醋體態(tài)澄清透亮。

因此，熏醅工藝在老陳醋的整個生產(chǎn)過程中起著重要的調(diào)香、調(diào)色、調(diào)味、調(diào)體態(tài)的作用，也是山西老陳醋最具地域特色最具傳承和創(chuàng)新價值的關(guān)鍵工序。近年來，隨著國家及省市環(huán)保政策出臺，傳統(tǒng)山西老陳醋的炭火煙道熏醅工藝正面臨巨大挑戰(zhàn)[3-4]。如何傳承熏醅工藝精髓、加快熏醅工序的工業(yè)化進程，采用更加節(jié)能環(huán)保高效的工業(yè)化裝備技術(shù)，成了山西老陳醋發(fā)展中的一個新課題。

1 傳統(tǒng)熏醅工藝面臨的行業(yè)痛點

山西老陳醋傳統(tǒng)熏醅工藝[4]是將發(fā)酵成熟醋醅取1/2放入陶缸中，用地炕炭火加熱，文火80～90℃熏烤，缸口蓋上瓦盆，每天依次倒缸，熏至第6天，使熏醅的顏色由棕黃變褐直至成黑褐色。

傳統(tǒng)熏醅方式采用明火煙熏、手工倒醅、周期達(dá)5～6 d，且成熟醋醅整體升溫慢，火候大小控制不當(dāng)容易導(dǎo)致熏醅品質(zhì)不穩(wěn)定，并且熏醅過程酸揮發(fā)較多，作業(yè)環(huán)境較差，且勞動強度大。此外，開放式作業(yè)方式使得生產(chǎn)過程衛(wèi)生和安全性低，批次間熏醅品質(zhì)很難保證，傳統(tǒng)的熏缸、熏池占地面積大，產(chǎn)能很難突破。隨著國家對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)環(huán)保及節(jié)能減排的高度重視和嚴(yán)格要求，如何改變熏醅過程的煤煙對空氣造成污染，采用新的裝備、技術(shù)改變傳統(tǒng)的作業(yè)方式，已成為山西醋企向環(huán)保、安全、高效、質(zhì)優(yōu)、產(chǎn)能裂變、大健康產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的痛點。

2 理論研究推動蒸汽熏醅工業(yè)化應(yīng)用

從能源利用及環(huán)保角度看，蒸汽熏醅代替?zhèn)鹘y(tǒng)炭火熏醅具有良好的發(fā)展前景，但兩種熏醅方式，是否造成熏醅過程中的色澤、香氣、功能成分的差異需要理論驗證。

近年來，有學(xué)者[5-7]對山西食醋熏醅機理及熏醅過程香氣成分、功能成分的影響進行了系統(tǒng)研究。從研究結(jié)果看，無論是哪種熏醅方式，都能促成醋醅中香氣成分如醇類、酯類、酸類和雜環(huán)類等、色澤成分如類黑精類物質(zhì)、特征成分川芎嗪等的生成。但蒸汽熏醅中這些物質(zhì)的含量高于火熏醅。

從生物化學(xué)反應(yīng)理論分析，在相同的底物、溫度和酶系作用下，熏醅過程發(fā)生的美拉德反應(yīng)、酯化反應(yīng)、炭化反應(yīng)及焦糖化反應(yīng)等基本相同，熏醅各物質(zhì)含量的差異主要來源于生化反應(yīng)的時間和速度。在熏醅過程的各種反應(yīng)中，美拉德反應(yīng)是熏醅香氣[8-9]、色澤[6]、功能成分[10-12]的主要來源。國內(nèi)外學(xué)者研究[13-14]也顯示，溫度每升高10℃，美拉德反應(yīng)速度可增大3～5倍。

從熏醅時間和溫度看，傳統(tǒng)炭火依靠盤繞在熏醅缸外壁的煙道加熱熏醅，煙氣熱量在運行過程中被缸壁吸收并傳導(dǎo)給缸內(nèi)的物料，第1天入缸的醋醅至第2天倒缸前，溫度從30℃逐漸升至50℃左右，第3天倒缸前升至70℃左右，第4天倒缸前升至80℃左右，第5天倒缸前，溫度在90℃左右，至第6天出醅前，溫度基本維持在90℃不變。因此熏醅時間雖然6天，物料實際溫度維持在90℃以上的時間只有48 h左右，且倒缸過程造成香氣成分大量揮發(fā)損失。

蒸汽熏醅，采用不銹鋼夾層罐360°旋轉(zhuǎn)密閉翻醅，溫度設(shè)置為100～120℃時，通過蒸汽夾套直接加熱罐內(nèi)物料，物料在3～5 h通過溫度探頭顯示即升溫至90℃以上，熏至第72 h出醅，物料維持在90℃以上的時間達(dá)67 h，較傳統(tǒng)炭火熏醅長19 h，這為熏醅成分的累積創(chuàng)造了更好的條件。此外，蒸汽較傳統(tǒng)熏醅效率大大提高，周期也由傳統(tǒng)的6 d縮短至3 d，熱利用率顯著提高。

綜上分析，加熱方式不是造成熏醅過程成分含量差異的根本原因。蒸汽熏醅保證了物料在90℃的有效時長高于傳統(tǒng)炭火熏醅，且裝備的密閉式設(shè)計和自動旋轉(zhuǎn)翻醅，既避免了熏醅香氣成分的揮發(fā)，又降低了勞動強度，在安全衛(wèi)生方面也具有明顯優(yōu)勢。因此，蒸汽熏醅值得在老陳醋工業(yè)化推廣中應(yīng)用。

3 熏醅工業(yè)化進程熱源創(chuàng)新

熏醅工藝提升和裝備升級是山西老陳醋作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)面臨環(huán)保、節(jié)能、降耗等政策導(dǎo)向首當(dāng)其沖的挑戰(zhàn)[15]。近年來，各大醋企也在不斷嘗試通過熱源改進及熏醅設(shè)備改造等方面，減少熏醅對空氣的污染、降低勞動強度，實現(xiàn)產(chǎn)能突破。一些創(chuàng)新型生物發(fā)酵企業(yè)取得了卓有成效的成果，引起業(yè)界關(guān)注。

從熏醅所用熱源看，主要有以下4種方式：

（1）炭火煙道熏醅。熏醅缸改造成不銹鋼條形池，機械化翻醅，一定程度上提高了產(chǎn)能，降低了勞動強度。但熏醅過程酸損失較大，熏醅整體溫度不均一，最接近熱源部分溫度較高（200～300℃），容易產(chǎn)生對人體有害物質(zhì)丙烯酰胺[16]。炭火熏醅空間揚塵較多，整體生產(chǎn)環(huán)境較差，一些醋企增加防塵設(shè)施后，環(huán)境有所改變。但熏醅周期未變，煤煙污染較嚴(yán)重，熏醅褐色度及品質(zhì)較傳統(tǒng)略遜；

（2）天然氣熏醅。天然氣燃燒加熱空氣，通過盤管加熱熏醅，一定程度上避免了炭火煙道熏醅對空氣的污染，但其產(chǎn)生的二氧化碳排入大氣，也會給環(huán)境帶來影響。其他生產(chǎn)效能與改造后的炭火熏醅基本無大的改變，這是目前山西中型生產(chǎn)規(guī)模醋企普遍采用的熏醅方式；

（3）電加熱導(dǎo)熱油熏醅。該熏醅方式是通過電熱棒加熱導(dǎo)熱油至85～95℃，導(dǎo)熱油通過盤管加熱熏醅，通過溫控閥保證整體熏醅溫度均一穩(wěn)定，熱損失小，提高了熱效率，整體作業(yè)環(huán)境良好，無煤煙灰塵，熏醅效果好；

（4）蒸汽熏醅。蒸汽通過盤管加熱熏醅溫度達(dá)到85～95℃，溫度均一穩(wěn)定，避免了對空氣污染，采用不銹鋼大池熏醅，酸損耗較大，對食醋生產(chǎn)企業(yè)來說成本相對較高。

4 熏醅工業(yè)化進程的裝備創(chuàng)新

熱源的創(chuàng)新推動了熏醅裝備的創(chuàng)新。由于蒸汽熱源具有安全潔凈、快速潛熱、均勻加熱、傳熱系數(shù)高、通過控制壓力快速控制溫度的特點，符合當(dāng)前政策導(dǎo)向和醋企工業(yè)化進程的推進，因此，采用蒸汽加熱成為熏醅裝備創(chuàng)新的基點。除了安全環(huán)保，縮短熏醅周期、自動化操作和工業(yè)化推廣也是熏醅裝備創(chuàng)新的主要方向。

利用蒸汽為熱源，采用不銹鋼材質(zhì)開發(fā)熏醅設(shè)備，已成為近年來山西醋行業(yè)裝備開發(fā)的一個重要切入點?！笆秤么籽蕖盵17]的設(shè)計就是將熏醅罐立式固定于支架，裝料后密閉上蓋，進行蒸汽加熱，定期手動操作可做一定幅度的轉(zhuǎn)動。該設(shè)備一定程度上避免了熏醅過程中的香氣成分揮發(fā)，縮短了熏醅周期。但由于該設(shè)備整體轉(zhuǎn)動幅度小，內(nèi)部物料受熱不均勻，熏醅易局部焦糊產(chǎn)生苦味。設(shè)備的立式設(shè)計限制了裝料量，且進出料還需人工操作，勞動強度沒有顯著改善，工業(yè)化推廣效果欠佳。

“一種食用醋密閉臥式自動熏醅罐的制作方法”[18]中涉及的密閉臥式自動熏醅罐，較前者在設(shè)計上有了很大改進，通過電加熱棒加熱罐體夾層中的水，形成一個恒溫水浴加熱系統(tǒng)，使罐內(nèi)物料受熱均勻，避免了熏醅焦糊。該設(shè)備的臥式設(shè)計一定程度上突破了裝料量限制，基本實現(xiàn)了自動化。但由于熏醅罐是中空設(shè)計，轉(zhuǎn)動時物料的翻動受重力影響，不能實現(xiàn)攪拌功能，因此，內(nèi)外層物料受熱不均。此外，雖然該裝備通過調(diào)整罐體傾斜度來實現(xiàn)進出料，但由于缺乏絞龍推送，很容易造成物料堆積于一端。在規(guī)?；I(yè)化推廣中還存在一些技術(shù)難點。

“全自動熏醅機組”[19]是一種新型的工業(yè)化智能熏醅裝備。該裝備實現(xiàn)了人機對話，整個操作人與物料不接觸，保證了物料的潔凈安全。罐體為臥式轉(zhuǎn)筒，兩端有進出料口，并設(shè)圓形可拆卸護蓋，既方便進出料又方便罐體清洗。罐體內(nèi)壁附有螺旋葉片和固定位置測溫探頭，外設(shè)溫度指示裝置，中間為蒸汽夾套，罐體支架設(shè)有可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）智能控制面板。該機組是目前山西老陳醋熏醅工業(yè)化程度最高的一套裝備。

該裝備機組的臥式轉(zhuǎn)筒和兩端固定支架設(shè)計，打破了物料裝量限制和360°旋轉(zhuǎn)限制。內(nèi)壁的螺旋葉片，隨轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動，不僅能帶動物料的翻轉(zhuǎn)使物料受熱均勻，還能通過正向或逆向設(shè)定，推動物料的進出料。操作人員只需通過智能化控制面板設(shè)定罐體轉(zhuǎn)動參數(shù)，即可保證物料快速升溫至90℃，隨后定期自動轉(zhuǎn)動，保證熏醅全過程的受熱均勻和熏醅品質(zhì)的均一穩(wěn)定，熏醅周期只需3 d。很大程度上解決了現(xiàn)有熏醅過程中存在的人工倒醅勞動強度大、占地面積大、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。

目前該裝備機組已在一些大型醋企推廣應(yīng)用，其簡單易操的智能化控制系統(tǒng)和綠色環(huán)保的規(guī)?；a(chǎn)能，有望成為山西老陳醋熏醅工藝裝備創(chuàng)新的典型。

5 未來熏醅工藝工業(yè)化展望

綜上所述，現(xiàn)代分析技術(shù)為山西老陳醋熏醅的必要性和重要性提供了有力證據(jù)。從熏醅工藝的基本原理分析，其本質(zhì)不在熏，而在加熱。炭火煙道熏醅并不是形成老陳醋獨特成分的核心，熱源才是。因此，無論用炭火、煤火、還是用導(dǎo)熱油、電加熱、微波加熱[20]、蒸汽加熱，都可以為山西老陳醋帶來熏香、酯香、陳香、醋香有機融合的特殊風(fēng)味，賦予老陳醋亮麗的光澤和色度。

從環(huán)保和風(fēng)味物質(zhì)的保留上來說，蒸汽熏醅已凸顯其優(yōu)勢。作為山西老陳醋地域特色風(fēng)味來源的主要工序，熏醅工藝優(yōu)化、熏醅方式和智能裝備升級對老陳醋向環(huán)保、安全、高效、質(zhì)優(yōu)、產(chǎn)能裂變、大健康產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型具有重要意義。

智能化釀造、裝備升級、品質(zhì)均一、產(chǎn)品健康特征是調(diào)味品產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的方向。老陳醋的標(biāo)準(zhǔn)化智能化工業(yè)化釀造及成套裝備升級，有望引領(lǐng)中國谷物固態(tài)生物發(fā)酵走上安全釀造、智能生產(chǎn)的新征程！