米醋生產用米酒發酵工藝優化

梁楷，田莉*，武耀文，周景麗，郎繁繁

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

米醋生產用米酒發酵工藝優化

梁楷1，田莉2*，武耀文1，周景麗1，郎繁繁1

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

以大米為試驗原料，葡萄糖值（DE值）和酒精度為考察指標，研究大米酒精發酵工藝對米醋生產過程的影響。通過正交試驗確定大米液化的最佳工藝條件為料水比1∶2.5（g∶mL），液化酶0.3%，氯化鈣0.1%，液化溫度97℃，液化時間90 min；糖化的最佳工藝條件為糖化酶0.2%，糖化溫度65℃，糖化時間為60 min；酒精發酵的最佳工藝條件為酵母接種量0.25%，發酵溫度33℃，發酵時間12 d。在此最佳條件下，最終發酵前醪液的還原糖含量和DE值分別達到19.8 g/100 mL和75.8%，發酵后酒精度達到12.0%vol，出酒率為37.67%。

大米；液化；糖化；酒精發酵；工藝優化

釀造白米醋是以大米為主糧，經過液化、糖化、酒精發酵、醋酸發酵等工藝釀造而成的一種酸性調味品[1]，具有增進食欲、幫助消化、軟化血管等功效[2]，在不同地區，食醋的釀造工藝和原料存在著一定差別[3]。在實際生產過程中，影響白米醋產量和品質的因素很多，其中米酒的出品率與品質是最為重要的因素[4]。目前，國內外米酒生產的糖化和酒精發酵主要是利用α-淀粉酶、糖化酶和酒精酵母完成相對獨立的生物酶轉化過程[5]。為了提高酒精發酵生產能力和發酵酒精度，許多企業常采用雙酶法進行液化、糖化后，進行濃醪酒精發酵[6]。濃醪發酵是指醪液中含有27%或更高的可溶性固形物，隨著固形物濃度的提高，醪液的黏度迅速增加，給醪液的攪拌、輸送、加熱與冷卻帶來了極大的困難[7-9]。本研究在前期對液化和糖化條件進行單因素試驗的基礎上，改進與優化液化、糖化、酒精發酵工藝，減少了1/4蒸煮時間，提高發酵效率，對提升大米酒的出品率，提高大米酒醪的產量、質量和淀粉利用率，降低企業生產成本，提高白米醋的質量，都具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米：山西省太原市市售；液化酶（耐酸耐高溫α-淀粉酶原液（A3），酶活2萬U/mL）：安琪酵母股份有限公司；糖化酶（高轉化液體糖化酶，酶活10萬U/mL）：無錫市雪梅制劑科技有限公司；黃酒酵母：安琪酵母股份有限公司；氯化鈣：山東海化股份有限公司氯化鈣廠；碘-碘化鉀：天津市天大化工實驗廠；硫酸銅、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、甲醛：天津歐博凱化工有限公司；鐵氰化鉀：天津市光復精細化工研究所。實驗所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

液化罐（30 m3）、糖化罐（25 m3）、發酵罐（20 m3）：自行設計不銹鋼罐；ST3100 pH計、HH-4數顯恒溫水浴鍋：常州榮華儀器制造有限公司；DK-98-11電子調溫萬用電爐：天津市泰斯特儀器有限公司；Frings液態深層發酵罐：福林斯生化技術有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

酒精發酵工藝操作要點：將大米粉碎后倒入液化罐升溫至50℃，加入氯化鈣調節pH，升溫至60℃，加入碎大米以及適量的水，加入耐酸耐高溫α-淀粉酶，開始升溫至95℃，保溫90 min，之后轉入糖化罐，冷卻循環水降溫至65℃后，加入高轉化液體糖化酶，保溫60 min，繼續冷卻至33℃，加入黃酒酵母，進行酒精發酵27 h后，轉入酒精發酵罐，繼續發酵11 d后出罐，得到成熟酒醪，經Frings液態深層發酵罐進行醋酸發酵，制得米醋。

1.3.2 大米液化工藝試驗設計

在液化生產過程中，底物濃度、反應溫度、酶添加量和Ca2+等因素，直接影響到淀粉液化過程[10]，因此需要對大米液化條件進行優化。在生產中，當液化罐升溫至60℃后，稱量5200kg的碎米加入液化罐中，按一定的比例加入水與液化酶，再加入不同量的氯化鈣，不同溫度下液化90 min后，用碘液檢驗其顏色，以液化葡萄糖值（dextrose equivalent，DE）值為考察指標，選擇料水比、液化酶量、氯化鈣量、液化溫度，設計4因素3水平正交試驗，確定液化條件的最優化組合。以上試驗每個處理重復處理3次，取平均值。

1.3.3 大米淀粉糖化工藝試驗設計

根據單因素試驗結果，在糖化生產過程中，糖化酶制劑、糖化溫度、糖化時間對糖化效率有重要的影響，因此將液化醪液冷卻至不同溫度后，加入不同的糖化酶量，開始糖化。一段時間后，以糖化DE值為考察指標，選擇糖化溫度、糖化酶量、糖化時間，設計3因素3水平正交試驗，確定糖化條件的最優化組合。以上試驗每個處理重復處理3次，取平均值。

1.3.4 酒精發酵條件優化

酒精發酵是食醋釀造必經的生化過程，主要作用是將糖化后的還原糖經酵母菌的發酵作用轉化為乙醇[11]。因此待糖化冷卻結束以后，當溫度冷卻至不同溫度下，開始接種黃酒酵母菌進行發酵，前3 d為敞口發酵，然后進入厭氧發酵，以發酵結束后的酒精含量為評價指標，按照生產中酒精發酵單因素試驗結果，選擇黃酒酵母添加量、發酵初始溫度、發酵時間，設計3因素3水平設計正交試驗，對酒精發酵條件進一步優化。以上試驗每個處理重復處理3次，取平均值。

1.3.5 分析檢測

酒精發酵結束后，測定成熟酒醪的酒精度、總酸（以乙酸計）、不揮發酸、還原糖、淀粉等，并計算其出酒率。其中還原糖的測定采用菲林試劑法[12]；淀粉的測定采用酸水解法[13]；總酸和不揮發酸采用酸堿中和滴定法測定；氨基酸態氮的測定參考GB/T13662—2008《黃酒》中的方法[14]；總酯的測定參考GB/T19777—2013《地理標志產品山西老陳醋》[15]；糖度測定用手持糖度儀；pH測定用pH計測定；酒精含量的測定：取100 mL發酵液于500 mL蒸餾瓶中，加入100 mL蒸餾水，蒸餾出100 mL溶液，用酒精比重計測定溶液中的酒精度，同時用溫度計測定溶液溫度，換算成20℃時的酒精濃度[12]。

葡萄糖值及出酒率計算公式如下：

2 結果與分析

2.1 液化條件的優化結果

表1 液化工藝優化正交試驗結果與分析Table 1 Results and analysis of orthogonal experiments for optimization of liquefaction process

酒精發酵前需要對大米淀粉進行液化處理，液化酶可以切斷淀粉的葡萄糖長鏈，使淀粉轉化成大量的糊精、麥芽糖及少量的葡萄糖，從而降低醪液粘度，以便糖化的順利進行。由表1可知，在大米液化工藝中，各因素的影響主次為：液化酶量＞料水比＞氯化鈣量＞液化溫度。大米液化最佳工藝條件是A2B3C1D3，即料水比1∶2.5（g∶mL），液化酶用量為0.3%，氯化鈣添加量為0.1%，液化溫度97℃，此時大米醪液的DE值達到了22.96%，液化后醪液具有大米特有的清香味，體態呈渣水分離狀，碘反應呈棕黃色，達到液化技術要求。

2.2 糖化條件的優化的結果

進入糖化階段，采用酶制劑替代麩曲用于酒精發酵，提高了淀粉的利用率和出酒率[16]，降低了生產成本，省去了制曲過程，減少投資并實現了工序機械化。糖化工藝可以將醪液中糊精及麥芽糖等糖類物質繼續轉化為可發酵型葡萄糖，按照液化試驗結果，所得醪液黏度大幅降低，碘-淀粉顯色試驗結果已成棕黃色。從表2可知，大米濃醪酒精發酵糖化工藝中，各因素的影響主次為：糖化酶量＞糖化溫度＞糖化時間，糖化工藝最佳參數條件為A2B3C3，即糖化酶用量0.2%，糖化溫度65℃，糖化時間為60 min，但此組并未出現在實驗組中，故進行了驗證試驗，在該條件下糖化液呈淡橙黃色，還原糖含量達到19.8 g/100 mL，DE值達到75.8%。在工廠的實際生產中,一般將糖化時間控制在45～60 min內，試驗結果也驗證了這一點，既可以縮短發酵周期，還能提高設備利用率。

表2 糖化工藝優化正交試驗結果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for optimization of saccharification process

2.3 酒精發酵工藝優化的結果

糖化保溫結束后，醪液冷卻降溫，為滿足釀酒酵母的生長條件以及避免發生噴灌現象，應使酒精發酵初始溫度降低至35℃以下，再加入釀酒酵母進行酒精發酵。經SPSS19.0軟件對酒精發酵工藝進行誤差分析表明，各因素的影響主次為：發酵時間＞發酵初始溫度＞酵母接種量，表明大米酒精發酵過程中發酵時間越長，酒精度越高，同時伴隨著發酵時間的延長，酒精度增加不再明顯，而酯類、高級醇等香氣物質逐漸增多，并隨著發酵時間進一步延長趨于平穩[17]，因此發酵時間確定為12 d。接種量影響最低，是因為酵母菌在合適的環境下能迅速增殖，受影響程度低。酒精發酵最佳工藝參數為A2B3C3，即初始發酵溫度為33℃，發酵時間為12 d，酵母接種量為0.25%。在此最佳條件下，發酵后酒精度達到12.0%vol。

表3 酒精發酵工藝優化正交試驗結果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for optimization of alcohol fermentation process

2.4 大米酒醪質量結果分析及發酵穩定性驗證

表4 大米酒醪質量分析結果及發酵穩定性Table 4 Analysis results of rice wine mash quality and fermentation stability

在最優工藝參數下，經三次工藝試驗驗證結果表明，米酒發酵工藝穩定可靠，發酵12 d結束后，最終平均出酒率為37.67%，相對標準偏差（RSD）為0.49%，酒精度平均值為12.0%vol，相對標準偏差為1.27%，且酒醪整體不揮發酸含量占總酸含量的95%以上，過氧化產酸較低，同時較高含量的不揮發酸（以乳酸計）也使得米酒總酯含量大幅提升，香氣物質豐富，米酒的品質優良。實驗結果符合企業實際生產所需，降低了生產成本，增加了酒精濃度和風味物質，經液態深層發酵制得米醋的品質也相應得到提高。

3 結論

本實驗采用濃醪酒精發酵，通過自行設計改造設備，增加三傳（質量、熱量、動量）性能和強度，運用氣攪拌措施增加溶氧量，選用具有很強的產乙醇能力、耐受乙醇能力、耐高滲透壓能力的安琪黃酒酵母發酵生產米酒，同時采用雙酶法進行液化、糖化，較好地解決了目前酒精濃醪發酵的限制性因素，并在試驗中對大米酒精發酵過程中的液化、糖化、酒精發酵進行了工藝優化，得出了企業在實際生產過程中酒精發酵的最優組合工藝，即液化條件為料水比1∶2.5（g∶mL），液化酶用量為0.3%，氯化鈣添加量為0.1%，液化溫度97℃，液化時間90 min；糖化工藝條件為糖化酶用量0.2%，糖化溫度65℃，糖化時間為60 min；酒精發酵條件為酵母接種量為0.2%，初始發酵溫度為33℃，發酵時間為12 d，在此最佳組合工藝下，米醋生產酒精發酵工藝最終出酒率為37.67%，酒精度達到了12.0%vol，同時因酒精度及理化指標的提高大幅提升，經醋酸深層發酵表明米醋產品質量和出品率也得到明顯的提高，達到了企業優化酒精發酵生產的目的。

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Optimization of alcohol fermentation process of rice vinegar production

LIANG Kai1,TIAN Li2*,WU Yaowen1,ZHOU Jingli1,LANG Fanfan1
(1.Shanxi Zilin Vinegar Industry Corporation,Taiyuan 030400,China;2.Food Industry Institute of Shanxi,Taiyuan 030024,China)

Taking rice as the raw material,dextrose equivalent(DE)and alcohol content as indexes,the effect of rice alcohol fermentation process on rice vinegar production was researched.By orthogonal experiments,the optimum process conditions of rice liquefaction were determined as material-water ratio 1∶2.5(g∶ml),liquefaction enzyme 0.3%,calcium chloride 0.1%,liquefaction temperature 97℃and time 90 min.The optimum process conditions of saccharification were saccharification enzyme 0.2%,saccharification temperature 65℃and time 60 min.The optimum process conditions of alcohol fermentation were yeast addition 0.25%,fermentation temperature 33℃and time 12 d.Under the optimum conditions,the reducing sugar content and DE value of in the wine mash before fermentation were 19.8 g/100 ml and 75.8%,respectively,and after fermentation,the alcohol content and liquor yield were 12.0%vol and 37.67%,respectively.

rice;liquefaction;saccharification;alcohol fermentation;process optimization

TS 264.2

0254-5071（2017）02-0045-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.02.010

2016-11-08

梁楷(1988-)，男，碩士研究生，研究方向為食品加工。

*通訊作者：田莉(1958-)，女，高級工程師，本科，研究方向為食品發酵。