同步發(fā)酵老陳醋四季釀造法工藝優(yōu)化

梁 楷，田 莉 *，閆裕峰，郎繁繁，周景麗，武耀文

（1.山西紫林醋業(yè)股份有限公司，山西 太原 030400；2.山西省食品工業(yè)研究所，山西 太原 030024）

我國釀醋歷史悠久，在西周時(shí)《周禮》中就有“醯人，掌共五齊七菹凡醯物”的記載[1]，至北魏時(shí)《齊民要術(shù)》共記載了二十四種制醋方法[2]，傳統(tǒng)老陳醋的制作采用“蒸、酵、熏、淋、陳”釀造而成[3]，深受消費(fèi)者的廣泛認(rèn)可和喜愛。山西老陳醋同步發(fā)酵工藝傳統(tǒng)釀造工藝是山西省非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，其獨(dú)特的三邊發(fā)酵技術(shù)是以成份復(fù)雜的高粱、豌豆、大麥等谷物為原料，多菌共生酶系互補(bǔ)，是分解與發(fā)酵混合進(jìn)行的邊糖化、邊酒精發(fā)酵、邊醋酸發(fā)酵，將原料成份轉(zhuǎn)化為多種風(fēng)味和營養(yǎng)物質(zhì)的過程。

目前，我國食醋生產(chǎn)企業(yè)近千家，但工藝陳舊、設(shè)備簡(jiǎn)陋、管理混亂，因季節(jié)差異導(dǎo)致的酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵異常而影響產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量，成為困擾食醋行業(yè)的一大難題[4]。而傳統(tǒng)老陳醋釀造過程中因不同季節(jié)之間氣候和溫度的差異，使發(fā)酵內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境中的微生物種類及含量也不同[5]，導(dǎo)致不同季節(jié)醋醅的發(fā)酵情況存在一定的差異[6]，老陳醋產(chǎn)量受到制約，甚至在高溫季節(jié)出現(xiàn)減產(chǎn)、停產(chǎn)等情況[7]，如何在不同季節(jié)采取相應(yīng)措施，使老陳醋達(dá)到四季穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)成為食醋企業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題。因此本研究按照同步發(fā)酵的獨(dú)特釀醋工藝，以不同季節(jié)發(fā)酵情況的差異變化為研究?jī)?nèi)容，篩選出對(duì)同步發(fā)酵工藝影響較大的因素，不同季節(jié)優(yōu)化不同的發(fā)酵工藝，即同步發(fā)酵四季釀造法，從而達(dá)到老陳醋四季穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)[8]，對(duì)企業(yè)加快傳統(tǒng)老陳醋生產(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)老陳醋信息化控制、機(jī)械化生產(chǎn)模式[9]具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱：自行種植；麩皮、谷糠、稻殼：市售；大曲：山西紫林醋業(yè)股份有限公司。氫氧化鈉、酚酞、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀、葡萄糖、甲醛（均為分析純）：天津歐博凱化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-4型水浴鍋：常州榮華儀器制造有限公司；78-1型磁力加熱攪拌器：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；DK-98-Ⅱ電爐、DK-98-11電子調(diào)溫萬用電爐：天津市泰斯特儀器有限公司；STARER3100酸度計(jì)、AR124CN電子分析天平：奧豪斯科技有限公司；UV752紫外可見光分光光度計(jì)：上海佑科儀器儀表有限公司；Alkomat酒精檢測(cè)儀：福林斯生化技術(shù)有限公司；全玻璃回流裝置、單沸式蒸餾裝置：太原市新興玻璃儀器廠；L93-2H溫度記錄儀：杭州路格科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 同步發(fā)酵老陳醋生產(chǎn)工藝流程

同步發(fā)酵老陳醋工藝操作要點(diǎn)：原料粉碎為粗粉，加入80%～120%水（以高粱質(zhì)量計(jì)，下同）進(jìn)行潤(rùn)料8～14 h，使高梁充分吸收水分。再拌入麩皮、稻殼、谷糠后加水100%，將物料打散拌勻后常壓蒸1.5～2 h，蒸后燜料3 h出鍋。出鍋后加水100～200%，降溫至35 ℃，加入40%～60%的大曲、0.3%的酵母和10%～20%的火醅（醋酸菌對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期醋醅），繼續(xù)翻拌均勻，要求品溫低于25 ℃，開始三邊發(fā)酵。當(dāng)品溫上升至36 ℃左右，進(jìn)行倒醅，然后再壓實(shí)加蓋，發(fā)酵6～7 d時(shí)，揭開塑料布封口，當(dāng)溫度升至40 ℃時(shí)，進(jìn)行翻醅，使醋醅松散，提供足夠氧氣，加快醋酸菌繁殖。品溫在40～45 ℃時(shí)，每日翻醅一次。待三邊發(fā)酵后加入7%～9%的食鹽將醅壓實(shí)后熟，再經(jīng)熏醅至顏色變?yōu)楹谧仙珪r(shí)出醅、淋醋后制得食醋半成品，轉(zhuǎn)入陳釀池伏曬撈冰12個(gè)月以上即成。

1.3.2 影響同步發(fā)酵老陳醋四季發(fā)酵的因素分析

同步發(fā)酵老陳醋是一種糖化、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行的“三邊發(fā)酵”體系。課題組通過多年生產(chǎn)實(shí)踐研究，收集整理了近幾年同步發(fā)酵老陳醋的四季生產(chǎn)情況，從醋醅溫度、水分、酒精度、還原糖、總酸五方面分析研究了同步發(fā)酵老陳醋發(fā)酵醋醅的四季變化特點(diǎn)，為不同季節(jié)生產(chǎn)控制要素的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1.3.3 同步發(fā)酵老陳醋四季釀造工藝的控制優(yōu)化

根據(jù)全年同步發(fā)酵老陳醋四個(gè)季節(jié)（春季：3月～5月，夏季：6月～8月，秋季：9月～11月，冬季：12月～次年2月）的發(fā)酵變化特點(diǎn)，篩選出對(duì)發(fā)酵體系影響最明顯的是糧水質(zhì)量比、入缸溫度、用曲量和火醅接種量四個(gè)生產(chǎn)控制要素，以產(chǎn)酸量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別優(yōu)化調(diào)整四季各生產(chǎn)要素參數(shù)，確保醋酸發(fā)酵始終保持“前緩、中挺、后緩落”的平穩(wěn)溫度變化趨勢(shì)，使同步發(fā)酵老陳醋四季釀造達(dá)到穩(wěn)定平衡的生產(chǎn)。

1.3.4 分析檢測(cè)

醋醅溫度的測(cè)定通過溫度記錄儀直接測(cè)定；水分的測(cè)定采用直接干燥法[10]；酒精含量的測(cè)定[11]：取100 g發(fā)酵醅于500 mL蒸餾瓶中，加入200 mL蒸餾水，蒸餾出100 mL溶液，用酒精比重計(jì)測(cè)定溶液中的酒精度，同時(shí)用溫度計(jì)測(cè)定溶液溫度，換算成20 ℃時(shí)的酒精濃度；還原糖的測(cè)定采用菲林試劑法測(cè)定[12]；醋酸發(fā)酵結(jié)束后，經(jīng)淋醋得到半成品老陳醋，其總酸（以乙酸計(jì)）含量采用酸堿滴定法測(cè)定[13]；醋醅總酸測(cè)定：取代表性醋醅樣品10 g，加入90 mL蒸餾水，每半小時(shí)攪拌一次，浸泡3 h后，吸取5 mL上清液，采用酸堿滴定法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 影響同步發(fā)酵老陳醋四季發(fā)酵的因素分析

2.1.1 醋醅溫度變化

醋醅溫度的變化可以反映醋酸發(fā)酵的情況[14]，根據(jù)醋酸發(fā)酵周期醋醅的溫度變化速度和趨勢(shì)可以判斷原輔料配比、含水量是否合理，發(fā)酵是否正常進(jìn)行。不同季節(jié)同步發(fā)酵老陳醋發(fā)酵醋醅的溫度變化見圖1。

圖1 不同季節(jié)發(fā)酵醋醅溫度變化Fig.1 Changes of temperature of fermented grain in different seasons

高溫醋化是同步發(fā)酵老陳醋的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)之一，由圖1可知，不同季節(jié)醋醅的發(fā)酵溫度變化趨勢(shì)基本符合“前緩、中挺、后緩落”的規(guī)律，夏、秋季入缸溫度較為接近，入缸溫度在23 ℃左右，一般在發(fā)酵12 d左右達(dá)到發(fā)酵頂溫，頂溫在45 ℃左右，發(fā)酵初始溫度高，降溫慢；春、冬季入缸溫度在20 ℃左右，一般在13 d左右即能達(dá)到頂溫，但發(fā)酵頂溫在42 ℃上下，發(fā)酵初始溫度低，降溫也快。這是由于不同季節(jié)的氣候變化引起，且入缸溫度越高，升溫速度越快?！叭叀卑l(fā)酵體系內(nèi)菌系復(fù)雜并伴隨協(xié)同發(fā)酵，有酵母菌、曲霉菌、醋酸桿菌等[15]，發(fā)酵前期溫度較低，糖化菌種和酵母協(xié)同發(fā)酵，使體系溫度逐漸升高，當(dāng)發(fā)酵至10 d開始，醋酸菌逐步成為優(yōu)勢(shì)菌種，于12 d左右發(fā)酵溫度達(dá)到頂溫，因此適當(dāng)提高入缸溫度有助于緩解冬季發(fā)酵緩慢的情況，使同步發(fā)酵趨于穩(wěn)定。

2.1.2 醋醅水分變化

同步發(fā)酵老陳醋的釀造是一個(gè)“三邊”發(fā)酵過程，有多種微生物協(xié)同參與，而水是這些微生物的繁殖代謝的基本需求，含水量過高減小了醋醅間隙，難以保證供氧量，影響醋酸菌等微生物的代謝，含水量過低又難以維持微生物的正常生長(zhǎng)[16]。因此，跟蹤醋醅發(fā)酵過程中水分的變化，使用合理的糧水配比，對(duì)同步發(fā)酵老陳醋醋酸發(fā)酵正常進(jìn)行有很大實(shí)際意義。由圖2不同季節(jié)同步發(fā)酵老陳醋發(fā)酵醋醅的水分含量變化趨勢(shì)可知，夏季環(huán)境溫度偏高，醋醅散熱難，若水分含量太高，則會(huì)影響發(fā)酵速度，易受雜菌污染，因此氣溫較高時(shí)需要降低糧水比，增加用曲量；冬季環(huán)境溫度偏低，醋醅傳熱快，醋酸菌繁殖迅猛，水分揮發(fā)少，產(chǎn)酸降低，因此需要提高糧水比，減少用曲量，放緩發(fā)酵速度[17]。

圖2 不同季節(jié)發(fā)酵醋醅水分變化Fig.2 Changes of moisture of fermented grain in different seasons

2.1.3 醋醅酒精度變化

低溫酒精發(fā)酵是同步發(fā)酵老陳醋生產(chǎn)工藝特點(diǎn)之一，低溫入缸可以放慢糖化、酒化速度和散熱量，可防止雜菌污染[18]。由圖3可知，發(fā)酵前6 d時(shí)，生成的酒精在3.5%vol左右，并在7 d后開始下降，同時(shí)產(chǎn)酸增加，14 d時(shí)大部分已下降至1.0%vol以下，16 d后殘留酒精只有0.3%vol～0.5%vol。冬季入缸溫度較低，酵母菌、霉菌繁殖緩慢影響了酒精發(fā)酵，而春、夏、秋季氣候溫度適宜，菌種活躍，酒精度上升迅速，因此從醋醅酒精度變化知，冬季應(yīng)適當(dāng)提高入缸溫度，而夏季應(yīng)特別注意保證低溫入缸，防止過早產(chǎn)酸，導(dǎo)致殘淀粉升高，春秋季則趨勢(shì)穩(wěn)定，保證低溫入缸即可。

圖3 不同季節(jié)發(fā)酵醋醅酒精度的變化Fig.3 Changes of alcoholic content of fermented grain in different seasons

2.1.4 醋醅還原糖變化

發(fā)酵過程中微生物不能直接利用淀粉，而三邊發(fā)酵體系中含有復(fù)雜的酶系和菌種，可以將淀粉分解成還原糖，從而為發(fā)酵體系中各種微生物繁殖代謝提供所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，故還原糖的變化能反映微生物的生長(zhǎng)情況[19-20]。由圖4可知，不同季節(jié)缸內(nèi)初始還原糖含量均在7.0 g/100 g左右，發(fā)酵16 d后降低至0.3～0.5 g/100 g，且基本保持穩(wěn)定不變，不同季節(jié)變化差異較小，春季和秋季還原糖含量變化稍緩慢，可增加用曲量提高糖化速度。

圖4 不同季節(jié)發(fā)酵醋醅中還原糖含量的變化Fig.4 Changes of reducing sugar content of fermented grain in different seasons

2.1.5 醋醅總酸變化

醋醅總酸含量的變化主要是醋醅中乙酸、乳酸、琥珀酸、蘋果酸，還有微量的丁酸、己酸[16]等含量的改變引起的，是評(píng)價(jià)醋醅發(fā)酵質(zhì)量的決定性指標(biāo)，也是同步發(fā)酵老陳醋風(fēng)味的關(guān)鍵指標(biāo)之一。不同季節(jié)發(fā)酵醋醅中總酸含量的變化如圖5所示，夏季0～10 d發(fā)酵迅猛，產(chǎn)酸速度快，但發(fā)酵16 d后，品溫下降快，迅速進(jìn)入發(fā)酵末期，因此需要減低火醅接種量，達(dá)到放緩發(fā)酵進(jìn)程的目的；而春季、秋季和冬季則變化趨勢(shì)較一致，整體平穩(wěn)發(fā)酵，產(chǎn)酸可達(dá)5.0 g/100 mL，可適當(dāng)提高火醅接種量使發(fā)酵更加符合“前緩、中挺、后緩落”的規(guī)律。

圖5 不同季節(jié)發(fā)酵醋醅中總酸含量的變化Fig.5 Changes of total acid content of fermented grain in different seasons

2.2 同步發(fā)酵老陳醋四季釀造工藝的生產(chǎn)要素調(diào)整

2.2.1 同步發(fā)酵老陳醋四季釀造工藝的正交優(yōu)化

通過對(duì)不同季節(jié)同步發(fā)酵工藝參數(shù)的跟蹤檢測(cè)，結(jié)果表明發(fā)酵過程中醋醅的溫度、水分、酒精度、還原糖、總酸均隨季節(jié)的變化呈規(guī)律性的差異，因此在生產(chǎn)中利用這些變化規(guī)律，將春季和秋季并稱為平季，然后對(duì)平季、夏季、冬季的生產(chǎn)控制要素分別進(jìn)行工藝優(yōu)化，以產(chǎn)酸量（g/100 mL）作為衡量發(fā)酵狀況和產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)，經(jīng)試驗(yàn)篩選出對(duì)同步發(fā)酵工藝影響較大的因素主要是糧水比、入缸溫度、用曲量和火醅接種量。因此在原工藝參數(shù)基礎(chǔ)上選擇糧水質(zhì)量比（高粱∶水）、入缸溫度（℃）、用曲量（%）和火醅接種量（%）進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，設(shè)計(jì)4因素3水平正交試驗(yàn)，確定各季節(jié)同步發(fā)酵的最優(yōu)組合。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 同步發(fā)酵老陳醋四季釀造工藝正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 1 Results and analysis of orthogonal experiments for synchronization fermentation process optimization of aged vinegar

由表1極差分析結(jié)果知，影響平季同步發(fā)酵老陳醋發(fā)酵的因素主次順序?yàn)榧Z水比＞火醅接種量＞入缸溫度＞用曲量，其最佳工藝條件為A2B2C1D2，即糧水比1∶4，入缸溫度24 ℃，用曲量45%，火醅接種量15%，平季最優(yōu)組合總酸含量達(dá)到5.05 g/100 mL；影響夏季同步發(fā)酵老陳醋發(fā)酵的因素主次順序?yàn)榧Z水比＞入缸溫度＞火醅接種量＞用曲量，其最佳工藝條件為A1B1C3D2，即糧水比1∶3.5，入缸溫度22 ℃，用曲量55%，火醅接種量15%，夏季季最優(yōu)組合總酸含量達(dá)到5.04 g/100 mL；影響冬季同步發(fā)酵老陳醋發(fā)酵的因素主次順序?yàn)榧Z水比＞火醅接種量＞入缸溫度＞用曲量，其最佳工藝條件為A3B3C2D3，即糧水比1∶4.5，入缸溫度26 ℃，用曲量50%，火醅接種量20%，冬季最優(yōu)組合總酸含量達(dá)到5.05 g/100 mL。通過全年同步發(fā)酵老陳醋四季發(fā)酵工藝優(yōu)化結(jié)果可知，在同步發(fā)酵工藝要求范圍內(nèi)的用曲量對(duì)四季總酸影響最小，但因大曲的用量直接關(guān)系同步發(fā)酵老陳醋品質(zhì)的優(yōu)劣[21]，故綜合考慮后將同步發(fā)酵老陳醋四季生產(chǎn)的用曲量統(tǒng)一確定為50%，運(yùn)用SPSS2 2.0對(duì)糧水比、入缸溫度、火醅接種量進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表2。

表2 以總酸含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)的正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 2 Variance analysis of orthogonal experiments using total acid content as evaluation index

從表2方差分析可知，平季模型R2=0.982，夏季模型R2=0.945，冬季模型R2=0.971，表明各季節(jié)釀造工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)合理，模型擬合度高，能夠較好的反映所選因素對(duì)各季節(jié)同步發(fā)酵老陳醋總酸的影響。由方差分析可知，糧水比（A）對(duì)平季同步發(fā)酵老陳醋產(chǎn)酸有顯著性影響（P＜0.05），對(duì)夏季和冬季同步發(fā)酵老陳醋總酸均沒有顯著性影響（P＞0.05），而入缸溫度（B）和火醅接種量（D）對(duì)于各季節(jié)同步發(fā)酵老陳醋產(chǎn)酸均沒有顯著性影響（P＞0.05）。

2.2.2 同步發(fā)酵老陳醋四季釀造工藝調(diào)整結(jié)果分析

由圖6可知，山西老陳醋同步發(fā)酵工藝調(diào)整前，生產(chǎn)工藝參數(shù)為糧水質(zhì)量比1∶4，入缸溫度22 ℃，用曲量45%，火醅接種量20%，平均總酸含量為4.81 g/100 mL，夏季出品率較低，絕對(duì)偏差為9.00%，數(shù)據(jù)離散較大，生產(chǎn)情況極其不穩(wěn)定；通過工藝改進(jìn)后，冬季合理增加水分含量，提高入缸溫度，加大火醅接種量，可使醋醅起火迅速，有利于減少酒精揮發(fā)，抑制雜菌生長(zhǎng)，提高原料利用率，達(dá)到產(chǎn)酸增加的目的，夏季應(yīng)減少水分含量，保證低溫入缸，減少火醅接種量，可有效控制發(fā)酵溫度并減緩發(fā)酵速度，防止發(fā)生過氧化，調(diào)整后平均總酸含量為4.95 g/100 mL，絕對(duì)偏差僅為2.92%，出品率提高2.89%。結(jié)果表明不同季節(jié)采用不同的生產(chǎn)工藝可以達(dá)到老陳醋穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的目的。

圖6 同步發(fā)酵老陳醋四季釀造工藝調(diào)整前后結(jié)果對(duì)比Fig.6 Comparison of the results before and after adjustment of the brewing process

3 結(jié)論

本研究按照同步發(fā)酵的獨(dú)特釀醋工藝，根據(jù)不同季節(jié)的溫差變化，調(diào)整工藝參數(shù)，優(yōu)化得到了同步發(fā)酵老陳醋四季釀造工藝法的條件，即平季（春季和秋季）：糧水質(zhì)量比1∶4，入缸溫度24 ℃，用曲量50%，火醅接種量15%；夏季：糧水質(zhì)量比1∶3.5，入缸溫度22 ℃，用曲量50%，火醅接種量15%；冬季：糧水質(zhì)量比1∶4.5，入缸溫度26 ℃，用曲量50%，火醅接種量20%，并以此為依據(jù)做了驗(yàn)證試驗(yàn)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到同步發(fā)酵老陳醋四季釀造工藝法全年平均總酸含量為4.95 g/100 mL，絕對(duì)偏差為2.92%，且出品率提高2.89%。表明該工藝切實(shí)可行，對(duì)加快傳統(tǒng)老陳醋生產(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)老陳醋信息化控制、機(jī)械化生產(chǎn)模式提供了參考方向。