固態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

（內蒙古農業大學食品科學與工程學院，內蒙古呼和浩特 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、馬里等發展中國家種植較多[1]。小米的營養非常豐富，含有碳水化合物、氨基酸、蛋白質、脂肪、維生素、脂肪酸和礦物質等營養物質，且各種營養成分比例適中，是很好的食品營養源[2-3]。

食醋是人們日常生活中不可缺少的重要調味品，不僅具有調味功能，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，并且根據所用菌種的不同，形成的食醋風格和口味各異[8]。

食醋生產主要有固態發酵和液態發酵兩種方式[9]。傳統的固態發酵過程中菌株結構比較復雜，包括不同的酵母、醋酸菌以及各種霉菌。固態發酵的原料為酒醪、糧食等，在原料基礎上加入一定量的輔料，輔料的加入極大程度上豐富了產物的種類。固態發酵周期較長，會經歷幾個月甚至一年，因此固態發酵所含有的成分復雜，生產的醋色香味體俱佳，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；體態澄清[10-12]。本試驗以小米為原料，采用固態發酵法研制小米食醋，旨在提高小米的綜合利用價值，為相關企業開發小米醋提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小米（山西產）：市售；米糠、麩皮、細糠：市售；萬家興高產生料酒曲：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）：天津市福晨化學試劑廠；3,5-二硝基水楊酸（dinitrosalicylic acid，DNS）：國藥集團化學試劑有限公司；氫氧化鈉（分析純）：天津風船化學試劑科技有限公司；甲醛溶液：天津永晟精細化工有限公司。

1.2 儀器與設備

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：上海精宏實驗設備有限公司；T6新世紀紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；0-100型精密酒精計：河北省華鷗縣儀器儀表廠；電熱鼓風干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司。

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，使之更容易轉化為糖類物質。要保證蒸至熟而不黏、內無生心的狀態。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，密封發酵。

（3）酒精發酵：酒精發酵采用低溫發酵，放入大缸，室溫25 ℃進行酒精發酵，在酒精含量達到8%vol的情況下停止酒精發酵。

（4）醋酸發酵：酒精發酵結束后，添加輔料使料醅水分含量達到50%左右后接種醋酸菌，在27 ℃左右室溫下進行醋酸發酵。醋酸發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 ℃，醋酸發酵正常進行。

（5）淋醋：以80 ℃的熱水按醋醅重1.2倍的質量將醋醅浸泡24 h，用淋醋裝置進行淋醋，為提高澄清度需反復多次進行淋醋，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 ℃的冰箱進行陳釀。

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

1.3.2 酒精發酵階段最佳工藝的確定

單因素試驗設計：添加1.5%復合酒曲進行糖化發酵，分別調整酒曲復配比（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、細糠、米糠）、入缸初始溫度（25 ℃、27 ℃、29 ℃、31 ℃）進行酒精發酵，直到酒精含量達到8%vol左右，添加輔料至料醅含水量為50%，接種醋酸菌進行醋酸發酵，最終測定成品新醋總酸含量以及進行感官評定，確定小米醋酒精發酵階段各單因素對小米醋質量的影響。

依據單因素試驗結果，選取主要影響因素進行正交試驗，確定小米醋酒精發酵階段最佳工藝條件。正交試驗因素與水平見表1。

表1 固態法小米醋酒精發酵條件優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 醋酸發酵階段最佳工藝的確定

單因素試驗設計：在酒精發酵完成后的酒醅中添加輔料至料醅含水量為50%，接種醋酸菌進行醋酸發酵，最終測定成品新醋總酸含量并進行感官評定，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，確定小米醋醋酸發酵階段的主要影響因素。

依據單因素試驗結果，選取影響主要因素進行正交試驗設計，確定小米醋醋酸發酵階段最佳工藝條件。正交試驗因素與水平見表2。

表2 固態法小米醋醋酸發酵條件優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]；氨基酸態氮：甲醛法[16]；可溶性固形物：烘干法[17]；不揮發性酸：酸度計法[17]。

感官質量評定：選取10名有相關經驗的人員進行品評打分，將品評分數取平均值為該樣品最終的評分結果。小米醋感官評定標準見表3。

表3 小米醋感官評定標準Table 3 Sensory evaluation standards of millet vinegar

續表

2 結果與分析

2.1 酒精發酵工藝的確定

2.1.1 不同輔料對酒精發酵的影響

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

由圖1可知，采用麩皮、細糠和米糠3種不同的輔料進行發酵，麩皮制得食醋的總酸含量為5.1g/100 mL，細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行發酵。

2.1.2 料醅的不同水分含量對酒精發酵的影響

由圖2可知，當料醅水分含量＜69%時，小米醪的水分含量越高，小米醪中的糖轉化成酒精含量也越多，以至于后期的醋酸發酵產生的醋酸也多。因此總酸含量逐漸上升。當水分含量＞69%的時候，由于水分過多，導致發酵能力受限，小米醪中糖無法充分轉化成酒精，酒精度值下降，后期產酸能力也隨之下降。料醅水分含量為69%時，發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%進行發酵。

2.1.3 不同酒曲接種比例對發酵的影響

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

由圖3可知，兩種酒曲的復配比例（生料酒曲∶釀酒曲）為1∶1時，食醋感官評分最低；當復配比例為1∶2時，食醋總酸含量最低；當復配比例為2∶1時，其總酸含量為7.0 g/100 mL，感官評分為83分，均最高；當復配比例為3∶1時，其總酸含量和感官評分都低于2∶1的復配比例，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，不利于酒精發酵的進行。因此選擇生料酒曲∶釀酒曲=2∶1進行發酵。

2.1.4 不同入缸初始溫度對發酵的影響

圖4 入缸初始溫度對酒精發酵的影響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，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，導致小米醋中的醋酸含量也越來越高。但當入缸初始溫度高于29 ℃時，由于微生物生長迅速產熱，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 酒精發酵正交試驗結果

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

表3 固態法小米醋酒精發酵條件優化正交試驗結果與分析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酵的主要因素，酒曲接種比例是影響酒精發酵的次要因素，而入缸初始溫度對其影響最小。依據正交試驗結果得出的最佳酒精發酵條件組合為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 醋酸發酵工藝的確定

2.2.1 不同醋酸菌種類對發酵的影響

采用不同的醋酸菌株進行發酵釀造食醋，測定其總酸并進行感官評分，結果見圖5。

圖5 醋酸菌種類對醋酸發酵的影響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行小米醋醋酸發酵。

2.2.2 不同初始酒精度對發酵的影響

圖6 初始酒精度對醋酸發酵的影響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定，會造成乙醛的積累，不利于醋酸發酵的進行，因此選擇初始酒精度4%vol～10%vol[18-20]進行醋酸發酵，結果見圖6。由圖6可知，初始酒精度為4%vol時，起始發酵速度快，但最終酸度低，影響產品質量。初始酒精度在5%vol～8%vol時，發酵比較平穩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，導致了產酸量降低。

2.2.3 不同醋酸菌接種量對發酵的影響

圖7 醋酸菌接種量對醋酸發酵的影響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化成醋酸，小米酒逐漸轉化為小米醋，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酵的影響

圖8 入缸初始溫度對醋酸發酵的影響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化為乙酸，小米醋中總酸含量減少。所以，30 ℃為最優的入缸初始溫度，此時的總酸含量為7.0 g/100 mL，感官評分為80分。

2.2.5 醋酸發酵正交試驗結果

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

表4 固態法小米醋醋酸發酵條件優化正交試驗結果與分析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酵的主要因素，醋酸菌的接種量是影響醋酸發酵的次要因素，而入缸初始發酵溫度對其影響最小。依據正交試驗結果得出的最佳醋酸發酵條件組合為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 理化指標檢測結果

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

表5 小米醋理化指標的檢驗結果Table 5 Results of physical and chemical test of millet vinegar

3 結論

通過對小米醋的固態釀造工藝路線進行探索，采用對酒精發酵和醋酸發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條件。即采用米糠作為輔料，在酒精發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符合國家標準要求，總酸含量為7.1 g/100 mL，小米香突出，酸味柔和，風味典型。