全液態發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]。紅曲作為糖化發酵劑，廣泛應用于釀酒和制醋行業，對于釀酒和制醋的紅曲霉應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，其生產工藝基本上是固態

發酵法，由于工序繁多、操作復雜、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；液態深層發酵制醋工藝具有發酵周期短、節約輔料、原料利用率高等優點，采用純種微生物發酵，衛生質量好，產品澄清度好[3]，尤其是德國弗林斯公司先進醋酸發酵設備和在線監測控制系統的引進，大大提高了醋酸發酵的產酸速率，降低了生產成本，便于實現生產管理自動化和生產規模化等特點，而在國內快速發展。因此，研究全液態發酵紅曲米醋的生產工藝也愈來愈受到食醋行業的關注。本研究以大米為原料，采用全液態發酵生產紅曲米醋，對紅曲米醋釀造過程中的糖化-酒精雙邊發酵及醋酸發酵工藝進行了探討，開發全液態發酵紅曲米醋的生產工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

大米：安徽穎上生產，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：浙江大成鈣業有限公司；食用純堿：青島堿業股份有限公司；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 設備

JA5003電子天平 天馬衡基儀器廠；電熱恒溫培養箱 上海躍進醫療器械廠；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 上海醫用儀表廠；錘式粉碎機、調漿罐、液化罐、糖化罐、酒精罐、板框過濾機、醋酸發酵罐、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→調漿→液化→煮沸→糖化→酒精發酵(添加紅曲)→后熟→過濾→米酒→醋酸發酵→超濾→配兌→滅菌→貯存→灌裝→成品。

1.3.2 工藝要點

大米粉碎：將原料大米經過錘式粉碎機粉碎，米粉細度要求60目以上。

調漿：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。調漿時加入Na2CO3調節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，調節進料閥，保持罐內溫度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。糖化結束后，繼續降溫至28～32 ℃。

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

過濾：待酒精發酵完成后，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。

醋酸發酵：采用分割法取醋進行醋酸發酵，每次取醋量為發酵醪總體積的40%，通風量為發酵醪體積的7%～10%，發酵溫度根據實驗要求進行設定。

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 實驗過程設計

2.1 糖化-酒精發酵工藝的優化

通過單因素試驗，研究不同料水比、紅曲使用量、發酵溫度、發酵時間對紅曲糖化-酒精雙邊發酵質量的影響，以發酵結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酵條件。糖化-酒精發酵單因素與水平見表2。

表2 糖化-酒精發酵工藝優化單因素試驗Table 2 Single-factor experiments of saccharification and alcoholic fermentation

2.2 醋酸發酵工藝的優化

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

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

3 結果與討論

3.1 單因素紅曲米醋酒精發酵的研究

3.1.1 料水比

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

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

續 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，總酸和氨基酸態氮也同步提升，但實驗中發現料液粘稠，液化困難，在生產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酵的影響見表5。

表5 紅曲添加量對酒精發酵的影響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。

3.1.3 發酵溫度

溫度作為酒精發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量和得率。發酵溫度對酒精發酵的影響見圖1。

圖1 發酵溫度對酒精發酵的影響Fig.1 Effect of fermentation temperature on alcoholic fermentation

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

3.1.4 發酵時間

發酵時間對酒精發酵的影響見圖2。

圖2 發酵時間對酒精發酵的影響Fig.2 Effect of fermentation time on alcoholic fermentation

隨著發酵時間的延長，酒精度呈先增加后降低的趨勢，在發酵9天后，酒精度達到峰值。之后再繼續延長酒精發酵時間，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酵為酒精。

3.1.5 糖化-酒精發酵正交試驗

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

表6 糖化-酒精發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-酒精發酵正交試驗結果Table 7 Orthogonal experimental results of saccharification and alcoholic fermentation

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

3.2 單因素紅曲米醋醋酸發酵研究

3.2.1 發酵初始酸度

不同濃度的發酵初始酸度對醋酸發酵平均產酸速率的影響見圖3。

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

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

3.2.2 發酵初始酒精度

醋酸發酵是存在于醋酸菌細胞膜的結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]。

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

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

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

3.2.3 發酵溫度

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

圖5 發酵溫度對平均產酸速率的影響Fig.5 Effect of fermentation temperature on average acetic acid conversion rate

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

3.2.4 醋酸發酵工藝正交試驗及結果

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

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

表9 醋酸發酵正交試驗結果Table 9 Orthogonal experimental results of acetic fermentation

由表9中極差R值分析可知，各因素對醋酸發酵平均速率的影響依次為B>A>C，即初始發酵酒精度、初始發酵醋酸濃度、發酵溫度對醋酸發酵平均速率的影響依次減小。A2B3C3為最優組合，即發酵初始酸度4.5 g/dL、發酵初始酒精度4.0%、發酵溫度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酸和氨基酸態氮2個主要指標來看，紅曲米醋均優于普通米醋，感官品評得分也高于普通米醋。

5 結論

本研究中液態發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。液態發酵紅曲米醋，豐富了液態米醋產品系列，為利用液態深層發酵制醋設備生產液態紅曲米醋提供新的嘗試，也為液態米醋產品風味改善提供了新的思路，但液態紅曲米醋的相關功能性研究還有待進一步探討。

[1]岳振宇,王亞琴,徐喜林,等.紅曲霉的特點及應用研究[J].食品工業科技,2006(12):186-188.

[2]阮富升.用于制醋的紅曲生產技術[J].中國調味品,2000(3):21-23.

[3]徐玲,王文鳳,周廣田.以黃酒為原料釀造高濃度白醋工藝探討[J].山東食品發酵,2007(1):13-15.

[4]GB/T 13662-2008，黃酒[S].

[5]GB 18187-2000，釀造食醋[S].

[6]李明元,張波,吉禮,等.發酵初始酸度(乙酸)濃度對醋酸菌產量的影響[J].中國調味品,2009,34(1):50-51.

[7]周秉辰.食醋生產中醋酸菌乙醇脫氫酶的活性與產酸速率關系的研究[J].中國釀造,2009(11):58-59.

[8]包啟安.食醋科學與技術[M].北京:科學普及出版社,1999:193-195.