同步發酵老陳醋四季釀造法工藝優化

梁 楷，田 莉 *，閆裕峰，郎繁繁，周景麗，武耀文

（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）

我國釀醋歷史悠久，在西周時《周禮》中就有“醯人，掌共五齊七菹凡醯物”的記載[1]，至北魏時《齊民要術》共記載了二十四種制醋方法[2]，傳統老陳醋的制作采用“蒸、酵、熏、淋、陳”釀造而成[3]，深受消費者的廣泛認可和喜愛。山西老陳醋同步發酵工藝傳統釀造工藝是山西省非物質文化遺產，其獨特的三邊發酵技術是以成份復雜的高粱、豌豆、大麥等谷物為原料，多菌共生酶系互補，是分解與發酵混合進行的邊糖化、邊酒精發酵、邊醋酸發酵，將原料成份轉化為多種風味和營養物質的過程。

目前，我國食醋生產企業近千家，但工藝陳舊、設備簡陋、管理混亂，因季節差異導致的酒精發酵和醋酸發酵異常而影響產品品質和質量，成為困擾食醋行業的一大難題[4]。而傳統老陳醋釀造過程中因不同季節之間氣候和溫度的差異，使發酵內環境和外環境中的微生物種類及含量也不同[5]，導致不同季節醋醅的發酵情況存在一定的差異[6]，老陳醋產量受到制約，甚至在高溫季節出現減產、停產等情況[7]，如何在不同季節采取相應措施，使老陳醋達到四季穩產、高產成為食醋企業亟待解決的關鍵問題。因此本研究按照同步發酵的獨特釀醋工藝，以不同季節發酵情況的差異變化為研究內容，篩選出對同步發酵工藝影響較大的因素，不同季節優化不同的發酵工藝，即同步發酵四季釀造法，從而達到老陳醋四季穩產、高產[8]，對企業加快傳統老陳醋生產工藝的標準化建設，實現老陳醋信息化控制、機械化生產模式[9]具有重要的現實意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高粱：自行種植；麩皮、谷糠、稻殼：市售；大曲：山西紫林醋業股份有限公司。氫氧化鈉、酚酞、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀、葡萄糖、甲醛（均為分析純）：天津歐博凱化工有限公司。

1.2 儀器與設備

HH-4型水浴鍋：常州榮華儀器制造有限公司；78-1型磁力加熱攪拌器：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；DK-98-Ⅱ電爐、DK-98-11電子調溫萬用電爐：天津市泰斯特儀器有限公司；STARER3100酸度計、AR124CN電子分析天平：奧豪斯科技有限公司；UV752紫外可見光分光光度計：上海佑科儀器儀表有限公司；Alkomat酒精檢測儀：福林斯生化技術有限公司；全玻璃回流裝置、單沸式蒸餾裝置：太原市新興玻璃儀器廠；L93-2H溫度記錄儀：杭州路格科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 同步發酵老陳醋生產工藝流程

同步發酵老陳醋工藝操作要點：原料粉碎為粗粉，加入80%～120%水（以高粱質量計，下同）進行潤料8～14 h，使高梁充分吸收水分。再拌入麩皮、稻殼、谷糠后加水100%，將物料打散拌勻后常壓蒸1.5～2 h，蒸后燜料3 h出鍋。出鍋后加水100～200%，降溫至35 ℃，加入40%～60%的大曲、0.3%的酵母和10%～20%的火醅（醋酸菌對數生長期醋醅），繼續翻拌均勻，要求品溫低于25 ℃，開始三邊發酵。當品溫上升至36 ℃左右，進行倒醅，然后再壓實加蓋，發酵6～7 d時，揭開塑料布封口，當溫度升至40 ℃時，進行翻醅，使醋醅松散，提供足夠氧氣，加快醋酸菌繁殖。品溫在40～45 ℃時，每日翻醅一次。待三邊發酵后加入7%～9%的食鹽將醅壓實后熟，再經熏醅至顏色變為黑紫色時出醅、淋醋后制得食醋半成品，轉入陳釀池伏曬撈冰12個月以上即成。

1.3.2 影響同步發酵老陳醋四季發酵的因素分析

同步發酵老陳醋是一種糖化、酒精發酵、醋酸發酵同時進行的“三邊發酵”體系。課題組通過多年生產實踐研究，收集整理了近幾年同步發酵老陳醋的四季生產情況，從醋醅溫度、水分、酒精度、還原糖、總酸五方面分析研究了同步發酵老陳醋發酵醋醅的四季變化特點，為不同季節生產控制要素的優化提供理論依據。

1.3.3 同步發酵老陳醋四季釀造工藝的控制優化

根據全年同步發酵老陳醋四個季節（春季：3月～5月，夏季：6月～8月，秋季：9月～11月，冬季：12月～次年2月）的發酵變化特點，篩選出對發酵體系影響最明顯的是糧水質量比、入缸溫度、用曲量和火醅接種量四個生產控制要素，以產酸量為評價指標，分別優化調整四季各生產要素參數，確保醋酸發酵始終保持“前緩、中挺、后緩落”的平穩溫度變化趨勢，使同步發酵老陳醋四季釀造達到穩定平衡的生產。

1.3.4 分析檢測

醋醅溫度的測定通過溫度記錄儀直接測定；水分的測定采用直接干燥法[10]；酒精含量的測定[11]：取100 g發酵醅于500 mL蒸餾瓶中，加入200 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；還原糖的測定采用菲林試劑法測定[12]；醋酸發酵結束后，經淋醋得到半成品老陳醋，其總酸（以乙酸計）含量采用酸堿滴定法測定[13]；醋醅總酸測定：取代表性醋醅樣品10 g，加入90 mL蒸餾水，每半小時攪拌一次，浸泡3 h后，吸取5 mL上清液，采用酸堿滴定法測定。

2 結果與分析

2.1 影響同步發酵老陳醋四季發酵的因素分析

2.1.1 醋醅溫度變化

醋醅溫度的變化可以反映醋酸發酵的情況[14]，根據醋酸發酵周期醋醅的溫度變化速度和趨勢可以判斷原輔料配比、含水量是否合理，發酵是否正常進行。不同季節同步發酵老陳醋發酵醋醅的溫度變化見圖1。

圖1 不同季節發酵醋醅溫度變化Fig.1 Changes of temperature of fermented grain in different seasons

高溫醋化是同步發酵老陳醋的生產工藝特點之一，由圖1可知，不同季節醋醅的發酵溫度變化趨勢基本符合“前緩、中挺、后緩落”的規律，夏、秋季入缸溫度較為接近，入缸溫度在23 ℃左右，一般在發酵12 d左右達到發酵頂溫，頂溫在45 ℃左右，發酵初始溫度高，降溫慢；春、冬季入缸溫度在20 ℃左右，一般在13 d左右即能達到頂溫，但發酵頂溫在42 ℃上下，發酵初始溫度低，降溫也快。這是由于不同季節的氣候變化引起，且入缸溫度越高，升溫速度越快。“三邊”發酵體系內菌系復雜并伴隨協同發酵，有酵母菌、曲霉菌、醋酸桿菌等[15]，發酵前期溫度較低，糖化菌種和酵母協同發酵，使體系溫度逐漸升高，當發酵至10 d開始，醋酸菌逐步成為優勢菌種，于12 d左右發酵溫度達到頂溫，因此適當提高入缸溫度有助于緩解冬季發酵緩慢的情況，使同步發酵趨于穩定。

2.1.2 醋醅水分變化

同步發酵老陳醋的釀造是一個“三邊”發酵過程，有多種微生物協同參與，而水是這些微生物的繁殖代謝的基本需求，含水量過高減小了醋醅間隙，難以保證供氧量，影響醋酸菌等微生物的代謝，含水量過低又難以維持微生物的正常生長[16]。因此，跟蹤醋醅發酵過程中水分的變化，使用合理的糧水配比，對同步發酵老陳醋醋酸發酵正常進行有很大實際意義。由圖2不同季節同步發酵老陳醋發酵醋醅的水分含量變化趨勢可知，夏季環境溫度偏高，醋醅散熱難，若水分含量太高，則會影響發酵速度，易受雜菌污染，因此氣溫較高時需要降低糧水比，增加用曲量；冬季環境溫度偏低，醋醅傳熱快，醋酸菌繁殖迅猛，水分揮發少，產酸降低，因此需要提高糧水比，減少用曲量，放緩發酵速度[17]。

圖2 不同季節發酵醋醅水分變化Fig.2 Changes of moisture of fermented grain in different seasons

2.1.3 醋醅酒精度變化

低溫酒精發酵是同步發酵老陳醋生產工藝特點之一，低溫入缸可以放慢糖化、酒化速度和散熱量，可防止雜菌污染[18]。由圖3可知，發酵前6 d時，生成的酒精在3.5%vol左右，并在7 d后開始下降，同時產酸增加，14 d時大部分已下降至1.0%vol以下，16 d后殘留酒精只有0.3%vol～0.5%vol。冬季入缸溫度較低，酵母菌、霉菌繁殖緩慢影響了酒精發酵，而春、夏、秋季氣候溫度適宜，菌種活躍，酒精度上升迅速，因此從醋醅酒精度變化知，冬季應適當提高入缸溫度，而夏季應特別注意保證低溫入缸，防止過早產酸，導致殘淀粉升高，春秋季則趨勢穩定，保證低溫入缸即可。

圖3 不同季節發酵醋醅酒精度的變化Fig.3 Changes of alcoholic content of fermented grain in different seasons

2.1.4 醋醅還原糖變化

發酵過程中微生物不能直接利用淀粉，而三邊發酵體系中含有復雜的酶系和菌種，可以將淀粉分解成還原糖，從而為發酵體系中各種微生物繁殖代謝提供所需要的營養物質，故還原糖的變化能反映微生物的生長情況[19-20]。由圖4可知，不同季節缸內初始還原糖含量均在7.0 g/100 g左右，發酵16 d后降低至0.3～0.5 g/100 g，且基本保持穩定不變，不同季節變化差異較小，春季和秋季還原糖含量變化稍緩慢，可增加用曲量提高糖化速度。

圖4 不同季節發酵醋醅中還原糖含量的變化Fig.4 Changes of reducing sugar content of fermented grain in different seasons

2.1.5 醋醅總酸變化

醋醅總酸含量的變化主要是醋醅中乙酸、乳酸、琥珀酸、蘋果酸，還有微量的丁酸、己酸[16]等含量的改變引起的，是評價醋醅發酵質量的決定性指標，也是同步發酵老陳醋風味的關鍵指標之一。不同季節發酵醋醅中總酸含量的變化如圖5所示，夏季0～10 d發酵迅猛，產酸速度快，但發酵16 d后，品溫下降快，迅速進入發酵末期，因此需要減低火醅接種量，達到放緩發酵進程的目的；而春季、秋季和冬季則變化趨勢較一致，整體平穩發酵，產酸可達5.0 g/100 mL，可適當提高火醅接種量使發酵更加符合“前緩、中挺、后緩落”的規律。

圖5 不同季節發酵醋醅中總酸含量的變化Fig.5 Changes of total acid content of fermented grain in different seasons

2.2 同步發酵老陳醋四季釀造工藝的生產要素調整

2.2.1 同步發酵老陳醋四季釀造工藝的正交優化

通過對不同季節同步發酵工藝參數的跟蹤檢測，結果表明發酵過程中醋醅的溫度、水分、酒精度、還原糖、總酸均隨季節的變化呈規律性的差異，因此在生產中利用這些變化規律，將春季和秋季并稱為平季，然后對平季、夏季、冬季的生產控制要素分別進行工藝優化，以產酸量（g/100 mL）作為衡量發酵狀況和產品質量的主要指標，經試驗篩選出對同步發酵工藝影響較大的因素主要是糧水比、入缸溫度、用曲量和火醅接種量。因此在原工藝參數基礎上選擇糧水質量比（高粱∶水）、入缸溫度（℃）、用曲量（%）和火醅接種量（%）進行適當調整，設計4因素3水平正交試驗，確定各季節同步發酵的最優組合。試驗結果見表1。

表1 同步發酵老陳醋四季釀造工藝正交試驗結果與分析Table 1 Results and analysis of orthogonal experiments for synchronization fermentation process optimization of aged vinegar

由表1極差分析結果知，影響平季同步發酵老陳醋發酵的因素主次順序為糧水比＞火醅接種量＞入缸溫度＞用曲量，其最佳工藝條件為A2B2C1D2，即糧水比1∶4，入缸溫度24 ℃，用曲量45%，火醅接種量15%，平季最優組合總酸含量達到5.05 g/100 mL；影響夏季同步發酵老陳醋發酵的因素主次順序為糧水比＞入缸溫度＞火醅接種量＞用曲量，其最佳工藝條件為A1B1C3D2，即糧水比1∶3.5，入缸溫度22 ℃，用曲量55%，火醅接種量15%，夏季季最優組合總酸含量達到5.04 g/100 mL；影響冬季同步發酵老陳醋發酵的因素主次順序為糧水比＞火醅接種量＞入缸溫度＞用曲量，其最佳工藝條件為A3B3C2D3，即糧水比1∶4.5，入缸溫度26 ℃，用曲量50%，火醅接種量20%，冬季最優組合總酸含量達到5.05 g/100 mL。通過全年同步發酵老陳醋四季發酵工藝優化結果可知，在同步發酵工藝要求范圍內的用曲量對四季總酸影響最小，但因大曲的用量直接關系同步發酵老陳醋品質的優劣[21]，故綜合考慮后將同步發酵老陳醋四季生產的用曲量統一確定為50%，運用SPSS2 2.0對糧水比、入缸溫度、火醅接種量進行方差分析，結果見表2。

表2 以總酸含量為評價指標的正交試驗結果方差分析Table 2 Variance analysis of orthogonal experiments using total acid content as evaluation index

從表2方差分析可知，平季模型R2=0.982，夏季模型R2=0.945，冬季模型R2=0.971，表明各季節釀造工藝正交試驗設計合理，模型擬合度高，能夠較好的反映所選因素對各季節同步發酵老陳醋總酸的影響。由方差分析可知，糧水比（A）對平季同步發酵老陳醋產酸有顯著性影響（P＜0.05），對夏季和冬季同步發酵老陳醋總酸均沒有顯著性影響（P＞0.05），而入缸溫度（B）和火醅接種量（D）對于各季節同步發酵老陳醋產酸均沒有顯著性影響（P＞0.05）。

2.2.2 同步發酵老陳醋四季釀造工藝調整結果分析

由圖6可知，山西老陳醋同步發酵工藝調整前，生產工藝參數為糧水質量比1∶4，入缸溫度22 ℃，用曲量45%，火醅接種量20%，平均總酸含量為4.81 g/100 mL，夏季出品率較低，絕對偏差為9.00%，數據離散較大，生產情況極其不穩定；通過工藝改進后，冬季合理增加水分含量，提高入缸溫度，加大火醅接種量，可使醋醅起火迅速，有利于減少酒精揮發，抑制雜菌生長，提高原料利用率，達到產酸增加的目的，夏季應減少水分含量，保證低溫入缸，減少火醅接種量，可有效控制發酵溫度并減緩發酵速度，防止發生過氧化，調整后平均總酸含量為4.95 g/100 mL，絕對偏差僅為2.92%，出品率提高2.89%。結果表明不同季節采用不同的生產工藝可以達到老陳醋穩產、高產的目的。

圖6 同步發酵老陳醋四季釀造工藝調整前后結果對比Fig.6 Comparison of the results before and after adjustment of the brewing process

3 結論

本研究按照同步發酵的獨特釀醋工藝，根據不同季節的溫差變化，調整工藝參數，優化得到了同步發酵老陳醋四季釀造工藝法的條件，即平季（春季和秋季）：糧水質量比1∶4，入缸溫度24 ℃，用曲量50%，火醅接種量15%；夏季：糧水質量比1∶3.5，入缸溫度22 ℃，用曲量50%，火醅接種量15%；冬季：糧水質量比1∶4.5，入缸溫度26 ℃，用曲量50%，火醅接種量20%，并以此為依據做了驗證試驗，經統計得到同步發酵老陳醋四季釀造工藝法全年平均總酸含量為4.95 g/100 mL，絕對偏差為2.92%，且出品率提高2.89%。表明該工藝切實可行，對加快傳統老陳醋生產工藝的標準化建設，實現老陳醋信息化控制、機械化生產模式提供了參考方向。