多功能食醋固態(tài)發(fā)酵罐的開發(fā)與研究

◎ 顏文鳳

（泉州中翔生物技術有限公司，福建　泉州　362600）

釀造食醋的生產(chǎn)工藝可分為固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵的方法，在山西、江蘇鎮(zhèn)江、四川、甘肅等傳統(tǒng)食醋生產(chǎn)基地，80%的調(diào)味食醋仍采用純固態(tài)發(fā)酵或前液態(tài)后固態(tài)的工藝。固態(tài)發(fā)酵醋發(fā)酵時間長，微生物種類多，發(fā)酵產(chǎn)物種類也多，酯化程度高，除主要成分醋酸外，還含有各種氨基酸、有機酸、糖類、維生素、醇和酯等營養(yǎng)成分和風味成分，品質(zhì)上乘，是國內(nèi)主流的消費品。

1　傳統(tǒng)或部分改進的固態(tài)發(fā)酵醋生產(chǎn)設備中存在的問題

20世紀，食醋生產(chǎn)以家庭作坊為主，幾乎采用大缸、大池等傳統(tǒng)落后的生產(chǎn)設備。特別是發(fā)酵設備以傳統(tǒng)的飯甑蒸煮，以大缸進行酒體發(fā)酵和醋酸發(fā)酵，發(fā)酵周期長，醋酸發(fā)酵時間正常在25 d以上，普遍存在人工勞動強度大、衛(wèi)生程度低、勞動效率低，生產(chǎn)成本高、產(chǎn)量低的缺點。簡陋設備的生產(chǎn)模式，難以形成規(guī)模化生產(chǎn)。且敞開式的生產(chǎn)過程還造成衛(wèi)生條件差、物料因多次轉(zhuǎn)運及翻動，耗費大、工藝及火候控制只能憑經(jīng)驗感覺；受氣候及外部環(huán)境的變化影響，時常優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)出率低，甚至有不良品、不合格品等缺點。

近30年來，部分廠家在根據(jù)不同發(fā)酵階段，逐步改進落后的容器和工具，以池代缸、以罐代池、以發(fā)酵槽代罐；以機器換工，使用機械翻醅、行車抓料、大罐制酒、高壓熏醅等設備進行機械化更新?lián)Q代改造。常用的固態(tài)醋釀造設備包括破碎機、提升機、蒸料罐、連續(xù)蒸煮機、制曲機、吸曲機、絞龍、液化罐、糖化罐、種子罐、發(fā)酵罐、熏醅罐、行車、抓斗、中轉(zhuǎn)車以及翻醅機等，每個工序均應有相應的設備承擔任務，完成糧食蒸煮→冷卻→酒發(fā)酵→固態(tài)醋酸發(fā)酵→淋醋→出醋出渣的流程，使傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝走向機械化、管道化。技術和設備的改造使醋的產(chǎn)量成倍增長、衛(wèi)生較大改善，但這種近現(xiàn)代的生產(chǎn)模式，需要一次性投入大量生產(chǎn)設備，總投資巨大。雖然機械化程度很高，但每天也只能翻醅1～2次，物料的轉(zhuǎn)運過程多，造成生產(chǎn)過程繁瑣，生產(chǎn)車間和設備占地大。整個過程為全敞開式，衛(wèi)生、溫度難精確控制，不利于醋醅發(fā)酵，特別是其品溫控制受環(huán)境氣候變化影響大，酒分揮發(fā)度高，出醋率偏低；概括來說，仍存在投資巨大、機器利用率不高，以及投資、用地、管理、財務等成本高的弊端。

2　食醋固態(tài)發(fā)酵原理及關鍵的控制過程分析

老陳醋、香醋、藥醋、窯藏醋品項雖多，但萬變不離其宗，糧食醋釀造的生物化學反應包含淀粉糖化、酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵，這三個基本階段都是必須經(jīng)過的過程。具體工藝流程如圖1所示。

圖1　工藝流程圖

根據(jù)多年的探索、實踐，總結(jié)以下關鍵工序的技術要點。

（1）糖化、酒化發(fā)酵。糖化后的糖度小于25%，酒化后酒精含量8.0～12.5 V/V；總醪量為原料的3～5倍。酵母接種溫度28～35 ℃，發(fā)酵溫度28～37 ℃，最適32～33 ℃，發(fā)酵時間120 h左右。

（2）醋酸發(fā)酵。酒液酒度5～8 V/V；發(fā)酵溫度26～37 ℃，最合適在32～33 ℃；足量的供氧條件?？梢缘弥镁漆労么祝么自诎l(fā)酵。

（3）整個發(fā)酵過程的控制。主要是原料量配比、濃度、菌種、溫度、時間、供氧的條件控制。原料配比、濃度、菌種都可通過預先設定好的比例進行添加，而溫度、時間、供氧的條件控制，則需要在發(fā)酵的過程中進行控制。

3　創(chuàng)新性、系統(tǒng)性開發(fā)半封閉多功能固態(tài)發(fā)酵罐

為解決傳統(tǒng)和近代的發(fā)酵方式的缺點，嚴格、精確地調(diào)節(jié)和控制溫度、時間、供氧，特別是解決發(fā)酵槽+翻醅機發(fā)酵工效的問題和缺點：其每天翻醅次數(shù)最多兩次，次數(shù)有限，發(fā)酵槽內(nèi)的醋醅，上面料層約20 cm接觸空氣，上層發(fā)酵快易超溫，甚至達到42 ℃以上，下層30 cm以下，翻醅后僅存的少量氧氣很快耗盡，造成超溫或缺氧等不良條件，以至影響發(fā)酵進程。針對以上問題，亟待改進設備及操作方式，在不改變原料、配方及工藝條件的前提下，對設備進行全面創(chuàng)新、系統(tǒng)地進行開發(fā)全新發(fā)酵罐。

本半封閉式多功能固態(tài)發(fā)酵罐是集蒸煮、冷卻、接種、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵、自動翻醅、供氧、淋醋和出渣于一體的多功能容器，可替代現(xiàn)有車間的食醋整套生產(chǎn)設備，實現(xiàn)全機械化，半封閉式又可方便適時打開、關閉罐體。關鍵技術在于對溫度實行自動化控制，機器可實時進行自動翻醅，將食醋固態(tài)發(fā)酵過程，由傳統(tǒng)的醋酸發(fā)酵轉(zhuǎn)化周期從20多天，縮小到3～5 d內(nèi)完成，發(fā)酵時間的大幅度縮短，產(chǎn)能、效率、成本效益參數(shù)均顯著提升，可為中國食醋釀造行業(yè)起到積極的推動作用。

4　自主研發(fā)的半封閉式多功能固態(tài)發(fā)酵罐的創(chuàng)新優(yōu)勢（已申請國家專利）

（1）主體設計成全功能不銹鋼臥式滾筒翻料機，原輔料裝填及醋酸生化反應均在食品級不銹鋼筒體完成，由無級調(diào)速電機及同步軸輪等設備來完成拌料、固液分離、淋醋、出料，如圖2所示。成套化的裝備既提高了機械化程度，又有效減少占地空間。

圖2　食醋固態(tài)多功能發(fā)酵罐示圖

（2）引入冷熱自動恒溫溫度控制系統(tǒng)，以溫度傳感器、無線傳感模塊檢測感知發(fā)酵過程溫度，配有電加熱管，自動啟動加溫流程；當溫度偏高時，以恒溫水進行自動啟動冷卻如圖3所示。

圖3　食醋固態(tài)發(fā)酵罐保溫流程圖

（3）采用智能電器控制系統(tǒng)。用PLC+觸摸屏的集成智能化控制，進行手動控制和自動控制自由切換，分別對溫度、時間、定位、液位、電磁閥開關、滾輪電機的轉(zhuǎn)速、正反轉(zhuǎn)，料泵進行有效的控制。

（4）對發(fā)酵過程精準、有效控制。①發(fā)酵自蒸煮開始，筒體下部假底微孔，自動排放冷凝水，且不至于多余的冷凝水吸附到物料中，不會有過度熟爛的現(xiàn)象。②酒發(fā)酵過程，從側(cè)面入孔加入所需的清水量，加入活化后酒曲種，翻拌后就可以進入酒精發(fā)酵狀態(tài)，發(fā)酵溫度可以通過自動狀態(tài)進行有效的控制。添加麩皮、谷殼等輔料后，混合拌料后就可以進入食醋固態(tài)的自動發(fā)酵過程。③翻醅及供氧時實現(xiàn)全面無死角的翻醅，使醋醅料層可達全面供氧并降溫，形成一個自然的空氣流通過程，達到不斷更新新鮮空氣的狀態(tài)，全料層都在有氧的條件下進行快速的生物氧化反應，將酒份不斷氧化成醋酸。④翻醅的次數(shù)和圈數(shù)可以依據(jù)生產(chǎn)需要進行設定，每天可以翻8～15次，達到最佳的翻醅次數(shù)。

（5）試驗數(shù)據(jù)。以老式的槽型發(fā)酵池同樣的原料及比例，以5 m3固態(tài)多功能發(fā)酵罐做試驗，其投料大米180 kg、安琪酒曲900 g，水量到總量約900 L，蒸煮冷卻接種后，酒精發(fā)酵5 d后成熟，拌入輔料谷殼約200 kg（約2.0 m3）、麩皮140 kg，接入正常發(fā)酵槽內(nèi)固態(tài)醋醅，酸4.8 g/100 mL，10 kg作為菌種，調(diào)控溫度30～33℃，常溫時每150 min翻醅一次，在80 h后即可達到總酸6.75 g/100 mL，不揮發(fā)酸達0.67%，高于國家標準≥0.5%水平；淋醋后的固態(tài)醅又進行了二道發(fā)酵，往醋醅再次加入發(fā)酵酒8.3 V/V 750 L，補加麩皮40 kg，經(jīng)過96 h發(fā)酵，其總酸達到7.15 g/100 mL，淋醋后，兩次共得到5.0 g/100 mL原醋共2150 kg，其折算酒分轉(zhuǎn)化率在85%左右，顯然高于目前行業(yè)固態(tài)發(fā)酵75%轉(zhuǎn)化率水平。

5　結(jié)語

半封閉式多功能固態(tài)發(fā)酵罐設備經(jīng)多次試驗使用，效果顯著，原輔料得以多次使用，降低成本。該設備技術先進，高于國家標準和行業(yè)水平，現(xiàn)已在甘肅、山西、四川、福建永春等多地廣泛使用。