全液態(tài)發(fā)酵紅曲米醋工藝的研究

胡楊，任夢，王心強，李京彤，劉悅上，王偉，楊旭

(1.徐州恒順萬通食品釀造有限公司，江蘇 徐州 221004；2.山東中惠生物科技股份有限公司， 山東 濱州 256600；3.哈爾濱市食品工業(yè)研究所有限公司，哈爾濱 150025)

紅曲起源于我國，古時稱為丹曲[1]。紅曲作為糖化發(fā)酵劑，廣泛應(yīng)用于釀酒和制醋行業(yè)，對于釀酒和制醋的紅曲霉應(yīng)選擇糖化力和酒化力強的菌種[2]。紅曲醋作為食醋家族中的一員，其生產(chǎn)工藝基本上是固態(tài)

發(fā)酵法，由于工序繁多、操作復(fù)雜、陳釀時間長、糧耗多等弊端，已無法滿足人們對紅曲醋的需求；液態(tài)深層發(fā)酵制醋工藝具有發(fā)酵周期短、節(jié)約輔料、原料利用率高等優(yōu)點，采用純種微生物發(fā)酵，衛(wèi)生質(zhì)量好，產(chǎn)品澄清度好[3]，尤其是德國弗林斯公司先進醋酸發(fā)酵設(shè)備和在線監(jiān)測控制系統(tǒng)的引進，大大提高了醋酸發(fā)酵的產(chǎn)酸速率，降低了生產(chǎn)成本，便于實現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化和生產(chǎn)規(guī)?；忍攸c，而在國內(nèi)快速發(fā)展。因此，研究全液態(tài)發(fā)酵紅曲米醋的生產(chǎn)工藝也愈來愈受到食醋行業(yè)的關(guān)注。本研究以大米為原料，采用全液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲米醋，對紅曲米醋釀造過程中的糖化-酒精雙邊發(fā)酵及醋酸發(fā)酵工藝進行了探討，開發(fā)全液態(tài)發(fā)酵紅曲米醋的生產(chǎn)工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

大米：安徽穎上生產(chǎn)，淀粉含量≥70%、水分≤14.5%；紅曲：山東中惠生物科技股份有限公司；黃酒干酵母：湖北安琪酵母股份有限公司；無水氯化鈣：浙江大成鈣業(yè)有限公司；食用純堿：青島堿業(yè)股份有限公司；淀粉酶(4萬 U/g)：棗莊市杰諾生物酶有限公司；糖化酶(15萬 U/g)：四川省山野生物科技有限公司。

1.2 設(shè)備

JA5003電子天平 天馬衡基儀器廠；電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海躍進醫(yī)療器械廠；FE-20實驗室pH計 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；溫度計 冀州市耀華器械儀表廠；波美計 上海長城儀表廠；酒精計 上海醫(yī)用儀表廠；錘式粉碎機、調(diào)漿罐、液化罐、糖化罐、酒精罐、板框過濾機、醋酸發(fā)酵罐、超濾機、滅菌罐 徐州恒順萬通食品釀造有限公司液醋車間。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

大米→粉碎→調(diào)漿→液化→煮沸→糖化→酒精發(fā)酵(添加紅曲)→后熟→過濾→米酒→醋酸發(fā)酵→超濾→配兌→滅菌→貯存→灌裝→成品。

1.3.2 工藝要點

大米粉碎：將原料大米經(jīng)過錘式粉碎機粉碎，米粉細度要求60目以上。

調(diào)漿：按料水比要求進行加水，充分攪拌均勻后，依次加入Na2CO3、CaCl2及α-淀粉酶。調(diào)漿時加入Na2CO3調(diào)節(jié)pH值為6.2～6.4，CaCl2的添加量為原料的0.5%～2.0%，α-淀粉酶的添加量為原料的0.20%～0.50%。

液化：開啟攪拌器及蒸汽閥門，泵入粉漿，調(diào)節(jié)進料閥，保持罐內(nèi)溫度85～92 ℃，進料完畢，維持品溫10～15 min。液化完畢后，升溫煮沸滅酶。

糖化：將滅酶后的液化液轉(zhuǎn)入糖化罐降溫至55～60 ℃，加入糖化酶。糖化酶的添加量為原料的0.2%～0.4%，糖化時間為30 min。糖化結(jié)束后，繼續(xù)降溫至28～32 ℃。

酒精發(fā)酵：將降溫后的糖化醪泵入酒精發(fā)酵罐，加入黃酒干酵母，添加量為原料的0.1%。同時根據(jù)實驗要求加入紅曲，開啟攪拌裝置攪拌均勻。根據(jù)實驗要求定期進行取樣并檢測。

過濾：待酒精發(fā)酵完成后，采用板框過濾機進行過濾，除去米渣，將澄清的酒液泵入米酒罐備用。

醋酸發(fā)酵：采用分割法取醋進行醋酸發(fā)酵，每次取醋量為發(fā)酵醪總體積的40%，通風量為發(fā)酵醪體積的7%～10%，發(fā)酵溫度根據(jù)實驗要求進行設(shè)定。

1.3.3 檢測方法與感官評定方法

1.3.3.1 酒精度的測定

參照GB/T 13662-2008《黃酒》標準中的分析方法[4]，采用蒸餾法。

1.3.3.2 酒的總酸、氨基酸態(tài)氮的測定

參照GB/T 13662-2008《黃酒》標準中的分析方法，采用酸度計滴定。

1.3.3.3 醋的總酸、不揮發(fā)酸的測定

參照GB 18187-2000《釀造食醋》標準中的分析方法[5]。

1.3.3.4 感官評定方法

紅曲米醋感官指標與評定方法見表1。

表1 紅曲米醋感官評定指標Table 1 The sensory evaluation indexes of red koji rice vinegar

2 實驗過程設(shè)計

2.1 糖化-酒精發(fā)酵工藝的優(yōu)化

通過單因素試驗，研究不同料水比、紅曲使用量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間對紅曲糖化-酒精雙邊發(fā)酵質(zhì)量的影響，以發(fā)酵結(jié)束紅曲米酒的酒精度作為主要評價指標，以確定單因素的最佳發(fā)酵條件。糖化-酒精發(fā)酵單因素與水平見表2。

表2 糖化-酒精發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗Table 2 Single-factor experiments of saccharification and alcoholic fermentation

2.2 醋酸發(fā)酵工藝的優(yōu)化

以醋酸發(fā)酵平均產(chǎn)酸速率作為主要評價指標，對發(fā)酵初始酸度、發(fā)酵初始酒度、發(fā)酵溫度進行單因素試驗，各單因素水平見表3。

表3 醋酸發(fā)酵工藝單因素試驗Table 3 Single-factor experiments of acetic fermentation

3 結(jié)果與討論

3.1 單因素紅曲米醋酒精發(fā)酵的研究

3.1.1 料水比

料水比即原料加水比，不僅影響酒精發(fā)酵的過程，也影響液化過程。因此，料水比的選擇應(yīng)考慮適合酶法液化工藝的要求以及滿足最終發(fā)酵所要求的酒精度。不同料水比的酒精發(fā)酵試驗結(jié)果見表4。

表4 料水比對液化及酒精發(fā)酵的影響Table 4 Effect of material-water ratios on liquefaction and alcoholic fermentation

續(xù) 表

由表4可知，原料加水控制在1∶2.0時比較合適。原料加水比太小，如1∶1.5酒精度略高，總酸和氨基酸態(tài)氮也同步提升，但實驗中發(fā)現(xiàn)料液粘稠，液化困難，在生產(chǎn)上也不利于料液的降溫和輸送，且酒的口感澀口并帶有苦頭；原料加水比太大，如1∶3.5，雖然對液化處理有利，但是酒精發(fā)酵酒度明顯偏低，酒的口感淡薄。

3.1.2 紅曲添加量

不同紅曲添加量對紅曲米酒酒精發(fā)酵的影響見表5。

表5 紅曲添加量對酒精發(fā)酵的影響Table 5 Effect of additive amount of red koji on alcoholic fermentation

隨著紅曲添加量的不斷增加，米酒的酒精度和氨基酸態(tài)氮均明顯提高，當紅曲使用量由10%增加到12%時，米酒的酒精度提高不明顯，但總酸增加很大；進一步采用14%的紅曲添加量試驗時，也驗證了紅曲添加量超過12%時，酒精度沒有升高，但是總酸明顯增高，這可能和紅曲添加量及紅曲中所含雜菌有關(guān)。

3.1.3 發(fā)酵溫度

溫度作為酒精發(fā)酵初期紅曲的糖化及酵母生長繁殖的重要條件，直接影響到米酒的質(zhì)量和得率。發(fā)酵溫度對酒精發(fā)酵的影響見圖1。

圖1 發(fā)酵溫度對酒精發(fā)酵的影響Fig.1 Effect of fermentation temperature on alcoholic fermentation

由圖1可知，在24～32 ℃范圍內(nèi)，隨著發(fā)酵溫度的升高，發(fā)酵醪中酒精度呈先增加后降低的趨勢。當發(fā)酵溫度為28 ℃時，發(fā)酵醪中酒精度達到峰值17.2%；當發(fā)酵溫度超過28 ℃時，最終酒精度開始下降。這可能是因為隨著溫度的升高，酵母增殖與發(fā)酵速度加快，產(chǎn)酒速度加快，同時菌體易老化，造成酵母早衰，發(fā)酵后勁不足。

3.1.4 發(fā)酵時間

發(fā)酵時間對酒精發(fā)酵的影響見圖2。

圖2 發(fā)酵時間對酒精發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of fermentation time on alcoholic fermentation

隨著發(fā)酵時間的延長，酒精度呈先增加后降低的趨勢，在發(fā)酵9天后，酒精度達到峰值。之后再繼續(xù)延長酒精發(fā)酵時間，酒精度不再升高而略有降低，可能的原因是9天后糖化醪中的還原糖已基本被酵母發(fā)酵為酒精。

3.1.5 糖化-酒精發(fā)酵正交試驗

在酒精發(fā)酵單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過正交試驗L9(34)，確定酒精發(fā)酵的最佳工藝條件，糖化-酒精發(fā)酵正交試驗因素水平見表6。糖化-酒精發(fā)酵正交試驗結(jié)果見表7。

表6 糖化-酒精發(fā)酵正交試驗因素水平表Table 6 Orthogonal experimental factors and levels of saccharification and alcoholic fermentation

表7 糖化-酒精發(fā)酵正交試驗結(jié)果Table 7 Orthogonal experimental results of saccharification and alcoholic fermentation

由表7極差R值分析可知，各因素對酒精發(fā)酵的影響依次為A>C>B>D，即在正交試驗所設(shè)計的各因素中，料水比、發(fā)酵溫度、紅曲添加量、發(fā)酵時間對酒精發(fā)酵的影響依次減小。A1B3C2D2為最優(yōu)組合，即料水比為1∶2.0，紅曲添加量為12%，發(fā)酵溫度為28 ℃，發(fā)酵時間為9天。

3.2 單因素紅曲米醋醋酸發(fā)酵研究

3.2.1 發(fā)酵初始酸度

不同濃度的發(fā)酵初始酸度對醋酸發(fā)酵平均產(chǎn)酸速率的影響見圖3。

圖3 發(fā)酵初始酸度對平均產(chǎn)酸速率的影響Fig.3 Effect of initial fermentation acidity on average acetic acid conversion rate

當發(fā)酵初始酸度由3.5%提高到4.0%時，平均產(chǎn)酸速率也隨之提高；當發(fā)酵初始酸度大于4.0%時，醋酸菌的活性開始受到抑制。這說明一定量的發(fā)酵初始酸度有益于醋酸菌菌體生長代謝，即菌體產(chǎn)酸提前和縮短發(fā)酵周期[6]。

3.2.2 發(fā)酵初始酒精度

醋酸發(fā)酵是存在于醋酸菌細胞膜的結(jié)合酶通過將乙醇氧化成乙醛的乙醛脫氫酶(ADH)和將乙醛再氧化成醋酸的乙醛脫氫酶(ALDH)來完成的[7]。

乙醇既是醋酸菌發(fā)酵的底物，又是醋酸菌生長繁殖的促進因子。發(fā)酵初始酒精濃度對醋酸發(fā)酵平均產(chǎn)酸速率的影響見圖4。

圖4 發(fā)酵初始酒精度對平均產(chǎn)酸速率的影響Fig.4 Effect of initial alcohol content on average acetic acid conversion rate

當發(fā)酵初始酒精度從2%提高到4%時，平均產(chǎn)酸速率也隨之提高；當乙醇濃度為4%時，平均產(chǎn)酸速率達到峰值；當發(fā)酵初始酒精度進一步提高時，平均產(chǎn)酸速率呈緩慢下降趨勢。說明在適宜的初始發(fā)酵酒精度范圍內(nèi)，酒精濃度越高，平均產(chǎn)酸速率越大。

3.2.3 發(fā)酵溫度

滬釀1.01醋酸菌種最適繁殖溫度為30 ℃，最適發(fā)酵溫度為32～35 ℃[8]，不同發(fā)酵溫度對平均產(chǎn)酸速率的影響見圖5。

圖5 發(fā)酵溫度對平均產(chǎn)酸速率的影響Fig.5 Effect of fermentation temperature on average acetic acid conversion rate

由圖5可知，發(fā)酵溫度30 ℃時平均產(chǎn)酸速率最高。說明在26～30 ℃的溫度范圍內(nèi)，隨發(fā)酵溫度的升高，平均產(chǎn)酸速率也隨之提高；當發(fā)酵溫度高于30 ℃時，平均產(chǎn)酸速率呈下降趨勢。這說明長時間高溫醋酸發(fā)酵，醋酸菌菌體易衰老。

3.2.4 醋酸發(fā)酵工藝正交試驗及結(jié)果

在醋酸發(fā)酵單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過正交試驗L9(33)確定醋酸發(fā)酵工藝的最佳條件。醋酸發(fā)酵正交試驗因素水平見表8，醋酸發(fā)酵正交試驗結(jié)果見表9。

表8 醋酸發(fā)酵正交試驗因素水平表Table 8 Orthogonal experimental factors and levels of acetic fermentation

表9 醋酸發(fā)酵正交試驗結(jié)果Table 9 Orthogonal experimental results of acetic fermentation

由表9中極差R值分析可知，各因素對醋酸發(fā)酵平均速率的影響依次為B>A>C，即初始發(fā)酵酒精度、初始發(fā)酵醋酸濃度、發(fā)酵溫度對醋酸發(fā)酵平均速率的影響依次減小。A2B3C3為最優(yōu)組合，即發(fā)酵初始酸度4.5 g/dL、發(fā)酵初始酒精度4.0%、發(fā)酵溫度32 ℃。

4 紅曲米醋與普通米醋部分理化指標與感官評定的比較

表10 紅曲米醋與普通米醋對比表Table 10 The comparison of red koji rice vinegar and ordinary rice vinegar

由表10可知，從影響米醋風味的不揮發(fā)酸和氨基酸態(tài)氮2個主要指標來看，紅曲米醋均優(yōu)于普通米醋，感官品評得分也高于普通米醋。

5 結(jié)論

本研究中液態(tài)發(fā)酵紅曲米醋最高酸度達到8.0～8.5 g/dL，隨著紅曲米醋酸度的增加，如果有條件對醋醪進行20～30天的后熟陳釀，再進行硅藻土過濾滅菌，紅曲米醋的風味會更加柔和適口。液態(tài)發(fā)酵紅曲米醋，豐富了液態(tài)米醋產(chǎn)品系列，為利用液態(tài)深層發(fā)酵制醋設(shè)備生產(chǎn)液態(tài)紅曲米醋提供新的嘗試，也為液態(tài)米醋產(chǎn)品風味改善提供了新的思路，但液態(tài)紅曲米醋的相關(guān)功能性研究還有待進一步探討。

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[4]GB/T 13662-2008，黃酒[S].

[5]GB 18187-2000，釀造食醋[S].

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