川南麩醋入池發酵過程中理化指標變化規律研究

衡小成，毛祥，黃丹,2,3，顏琴玲，葉光斌,2*

(1.四川輕化工大學 生物工程學院，四川 宜賓 644000；2.四川輕化工大學釀酒生物技術 及應用四川省重點實驗室，四川 宜賓 644000；3.四川省川南曬制麩醋 生物釀造技術工作實驗室，四川 宜賓 644000)

傳統麩醋以麩皮為主要原料，糖化、酒化、醋化同池發酵，并采用翻醅、低溫、固態發酵，其過程是經典的生料固態多菌混合發酵，產品風味獨特[1]。傳統麩醋工藝首先是制作醋母，將大米(糯米)浸泡，煮至沒有米芯，冷卻后加藥曲，中途每天攪拌，直到不冒泡，變酸即可使用。然后將醋母和麩皮按比例拌和后入池發酵，前期蓋上草席。入池發酵完成后裝壇曬醅。最后淋醋(套淋)、滅菌，即可裝瓶。與鎮江香醋、山西老陳醋、福建紅曲醋相比[2-4]，傳統的麩醋是唯一的藥醋，藥曲在制作過程中添加了許多中藥，如川芎、母丁、五味子、白寇、蒼術、花丁等名貴藥材，使成品醋具有色澤黑褐、味道幽香、久存而不腐的品質[5]，傳統麩醋都有長時間的曬醅過程，原料經過第一次入池發酵后，裝壇密封，再經歷幾年的露天曬醅，從而形成麩醋極具特色的風味。傳統麩醋糖化、酒化、醋化在一池內各個階段都有發生，生成的糖類物質可迅速轉化為乙醇，而生成的乙醇等物質在微生物的作用下又轉化為乙酸等其他酸類物質，所以不會有糖類或乙醇含量過大的影響，而進一步影響發酵等其他問題。糖化、酒化、醋化使麩醋醋醅發酵過程中微生物生長、繁殖和代謝始終處于一個適宜的環境，糖、酒、醋源源不斷交替生成，最終使四川麩醋具有獨特的圓潤、幽香、醇厚的風味特色[6]。川南麩醋的大致生產流程見圖1。

圖1 川南麩醋的大致生產流程Fig.1 General production process of southern Sichuan bran vinegar

近年來，國內外對麩醋的研究大多是對功能菌的篩選、風味物質的檢測、氨基酸的檢測及微生物群落結構的研究，如陳卓等[7]、于華等[8]對四川麩醋中產酸菌的分離鑒定；Zhang Liqiang等[9]以淀粉酶芽孢桿菌接種的發酵劑對保寧麩皮醋中乙酰丙酮和四甲基吡嗪進行改良；劉芳等[10]、劉有晴等[11]對四川麩醋發酵過程中有機酸和氨基酸含量的變化進行分析；張奶英、甘興[12]對發酵過程中微生物群落動態演替進行分析。這些研究為食醋行業提供一些較為重要的應用參考和理論依據，給麩醋生產研究提供了意見和建議。但是目前國內外對麩醋的理化性質研究還處于起步階段，在實際生產中還存在酶活力低和發酵過程不穩定等因素，且目前麩醋的釀造還存在發酵周期長、原料利用率低等問題。麩醋的基礎研究還相對薄弱，關于川南麩醋發酵過程中理化指標變化規律的研究鮮見報道[13]。

本實驗對川南某醋廠醋醅入池發酵過程進行跟蹤檢測，通過對醋醅的水分、淀粉、還原糖、酒精、氨基酸態氮、不揮發酸和揮發酸7項理化指標進行檢測分析，為川南麩醋發酵是“三邊發酵”提供了理論依據，同時也使研究結果可以有效指導麩醋的日常生產。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

川南某醋廠其中一個發酵池于2019年3月投料，其發酵周期為0～13 d，每天翻醅前取樣，共14個樣品。

甲醛、冰乙酸、亞鐵氰化鉀、氫氧化鈉、葡萄糖、重鉻酸鉀、酒石酸鉀鈉、濃硫酸、酚酞、鹽酸、乙酸鉛、硫酸鈉、石油醚、乙酸鋅：以上試劑均為分析純，成都市科隆化學品有限公司。

1.2 儀器與設備

BG2-140干燥箱 上海博訊實業有限公司醫療設備廠；FE288酸度計、ME20E/02電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；ZXC-2磁力攪拌器 北京中興偉業儀器有限公司；UR118K0004紫外分光光度計 翱藝儀器(上海)有限公司；HH-S4A水浴鍋 北京科偉永興儀器有限公司；超純水器 四川優普超純科技有限公司。

1.3 試驗方法

水分的檢測：采用烘干法。

氨基酸態氮的檢測：采用甲醛滴定法[14]。

酒精含量的檢測：醋醅中酒精含量較低，因此其測定方法參照《白酒生產技術全書》中糟醅的酒精度測定方法[15]。

還原糖的檢測：采用斐林試劑法[16]。

淀粉的檢測：采用斐林試劑法[17]。

不揮發酸與揮發酸的檢測：采用酸堿滴定法[18]。

2 結果與分析

2.1 水分的變化

入池發酵過程水分的變化規律見圖2。

圖2 醋醅中水分含量的變化Fig.2 Changes of moisture content in vinegar grains

注：誤差線代表標準偏差(n=3)；不同字母表示差異性顯著(p<0.05)；相同字母表示差異性不顯著(p>0.05)。

由圖2可知，從整個發酵過程來看，水分含量在54.9%～60.2%之間上下波動，總體略有上升。原因可能是入池初期醋醅中的營養物質豐富，而且含氧量高，好氧性微生物快速生長繁殖代謝，進行有氧呼吸，代謝產生大量的水分；由于入池后醋醅表面加蓋使水分散發不出去等因素。中期含水量呈現上下波動狀態，可能是由于微生物在自身繁殖和代謝過程中產生水分，另外每天的翻醅會使得一部分水流失，所以呈現波動趨勢，但發酵后期水分含量在一個相對平穩的狀態。

2.2 淀粉和還原糖的變化

醋醅入池發酵過程中淀粉和還原糖的變化規律見圖3。

圖3 醋醅中淀粉和還原糖含量的變化Fig.3 Changes of starch and reducing sugar content in vinegar grains

注：誤差線代表標準偏差(n=3)；不同字母表示差異性顯著(p<0.05)；相同字母表示差異性不顯著(p>0.05)。

醋醅中的淀粉是發酵的物質基礎，微生物生長代謝需要足夠的碳源物質，而糖類是微生物生長的重要能量來源。由圖3可知，經過0～13 d的發酵，淀粉含量逐漸下降，從33.81 g/100 g干醅降低到26.1 g/100 g干醅，而還原糖含量在2.13～6.85 g/100 g干醅之間波動，是一個先增加后降低的過程。0～4 d淀粉含量下降明顯，還原糖則一直處于上升狀態。試驗結果和張奶英等對四川麩醋理化指標的結果大致相同，張奶英等對醋醅中微生物變化進行了分析，出現這一現象可能是因為前期霉菌和酵母菌等微生物生長代謝旺盛，在整個微生物生態中屬于優勢菌，代謝產生大量淀粉酶，淀粉水解產生一些可直接利用的糖類物質，所有前期淀粉下降比較快。5～13 d淀粉變化趨于平穩，其原因可能是隨著一些酸類物質的產生，醋醅的發酵環境偏酸，糖化反應相對降低，使淀粉幾乎不再分解。還原糖處于波動狀態主要是由于糖類物質一方面在生成，而另一方面在發酵過程中微生物代謝導致還原糖分解生成乙醇和有機酸等物質，再加上微生物之間的擾亂作用，導致還原糖含量總體處于下降趨勢。

2.3 酒精含量的變化

醋醅入池發酵過程中酒精含量變化規律見圖4。

圖4 醋醅中酒精含量的變化Fig.4 Changes of alcohol content in vinegar grains

注：誤差線代表標準偏差(n=3)；不同字母表示差異性顯著(p<0.05)；相同字母表示差異性不顯著(p>0.05)。

由圖4可知，從整個發酵過程酒精含量的變化來看，酒精含量呈先增加后降低的變化趨勢，在0.13～0.26 mL/100 g之間波動。0～4 d酒精含量上升，可能是因為入池時人工添加酵母菌，酵母菌和霉菌分泌的糖化酶將淀粉轉化成葡萄糖，同時酵母菌分泌酒化酶再將葡萄糖轉化為酒精。5～13 d酒精含量慢慢降低，一方面是淀粉極少被利用，糖化減弱，糖含量減少；另一方面，酒精用于醋化反應的生酸過程，酒精含量會減少，發酵步入以產酸為主的階段，與此同時酸化和呼吸作用也都會消耗酒精，所有酒精含量逐漸減少。

2.4 氨基酸態氮的變化

入池發酵過程中氨基酸態氮含量的變化規律見圖5。

圖5 醋醅中氨基酸態氮含量的變化Fig.5 Changes of amino acid nitrogen content in vinegar grains

注：誤差線代表標準偏差(n=3)；不同字母表示差異性顯著(p<0.05)；相同字母表示差異性不顯著(p>0.05)。

氨基酸不僅能使食醋形成獨特的風味，而且使其更加營養，同時還是很多風味物質的前體。絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、纈氨酸等都是麩醋中常見的氨基酸[11]。由圖5可知，整個發酵周期，氨基酸態氮的含量從0.42 g/100 g干醅上升到1.14 g/100 g干醅，其中0～1 d氨基酸態氮大幅度上升至0.85 g/100 g干醅；1～7 d趨于平緩；8～13 d緩慢上升。這一現象與醋醅中產生蛋白酶的微生物有密切聯系，而蛋白質在蛋白酶的作用下降解后生成氨基酸等含氮物質。0～1 d隨著微生物的繁殖代謝，原料分解成小分子的肽、氨基酸等，使得氨基酸態氮的含量快速上升。1～7 d氨基酸的生成和利用處于一個相對平穩的狀態，而8～13 d酒精和酸的存在會使微生物數量降低，使蛋白酶等一些酶的活力下降，使氨基酸態氮上升緩慢。

2.5 不揮發酸與揮發酸的變化

入池發酵過程中不揮發酸和揮發酸的變化規律見圖6。

圖6 醋醅中不揮發酸和揮發酸含量的變化Fig.6 Changes of non-volatile acid and volatile acid content in vinegar grains

注：誤差線代表標準偏差(n=3)；不同字母表示差異性顯著(p<0.05)；相同字母表示差異性不顯著(p>0.05)。

不揮發酸有乳酸、琥珀酸等，揮發酸以乙酸為主，適量的揮發酸能賦予食醋愉悅的香氣，但揮發酸含量過高，則帶有尖酸感和不愉快的醋味[10]。由圖6可知，整個發酵過程中不揮發酸和揮發酸的變化趨勢都一直上升，并伴有相隨關系。不揮發酸最高達8.99 g/100 g干醅(以乳酸計)，揮發酸最高達4.71 g/100 g干醅(以乙酸計)。其中0～1 d，醋醅中不揮發酸和揮發酸含量快速上升，由于酵母等微生物的代謝作用，糖類物質被代謝成醇類、酸類等物質。甘興[12]通過Illumina HiSeq測序分析發現，乳酸菌的多樣性在酒化過程中逐漸上升，從而使發酵產生的乳酸等不揮發酸的含量增長。發酵2～7 d，不揮發酸和揮發酸上升相對緩慢。8～13 d醋酸菌和其他產酸菌起主要作用，醋醅中的乙醇轉化成醋酸等物質，使醋醅中的乙醇含量減少，同時不揮發酸和揮發酸含量增加。發酵過程中產生的醇類、酸類物質等代謝產物也會影響微生物的生長和各個階段的代謝。

3 結論

連續測定川南某醋廠入池發酵過程中7項理化指標的動態變化。發酵初期階段，霉菌、酵母菌等一些好氧性微生物在微生物生態中占主導地位，且醋醅間隙中有空氣存在，可進行有氧呼吸，從而分泌纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶、糖化酶等，將原料中的纖維、淀粉、蛋白質和其他大分子物質分解為還原糖、氨基酸等一些小分子物質。然后利用這些物質生長和代謝，生成大量水、酸、乙醇、氨基酸等。其中醋醅水分維持在54.9%～60.2%；淀粉含量的變化規律與其工藝有較大關系，經過0～13 d連續發酵，淀粉的利用率只有21.71%，有大部分淀粉不能充分利用；還原糖和酒精含量總體呈先增加后降低的趨勢；氨基酸態氮含量在發酵過程中一直上升，從0.42 g/100 g干醅上升到1.14 g/100 g干醅；有機酸包括不揮發酸和揮發酸，整個發酵過程中不揮發酸最高含量達到8.99 g/100 g干醅(以乳酸菌計)，揮發酸最高含量達4.71 g/100 g干醅(以乙酸計)。

從發酵過程中多項指標變化可以看出，川南麩醋發酵過程大致分為3個階段：0～1 d淀粉的含量以最快速度下降，所以此階段主要為糖化階段，同時酒精、氨基酸態氮、不揮發酸、揮發酸都快速上升，所以糖化還伴隨著酒化、醋化作用；2～7 d酒精含量首先快速上升后緩慢降低，不揮發酸和揮發性酸含量也同步上升，此階段酒化伴隨著醋化，同時還有緩慢的糖化作用；8～13 d主要為醋化階段，淀粉幾乎沒有被利用，還原糖含量降低，氨基酸態氮緩慢上升，酒精持續下降幾乎消耗殆盡；且此階段不揮發酸和揮性酸的含量上升。酸的不斷增多除了部分耐酸的乳酸菌及醋酸菌以外，大多數微生物生長和代謝都受到抑制，風味物質如酯類、醛類、醇類、酮類等復合物大多也在這個階段形成。因此，本試驗表明川南麩醋發酵過程是典型的具有“三邊發酵”過程。

研究醋醅入池發酵過程中理化指標的動態變化對于麩醋發酵質量的判斷和生產過程的控制有較大的參考價值。就傳統麩醋來說，生料發酵一直存在原料利用率低的問題，在發酵過程中，只有前期和后期有明顯原料被利用和物質生成的現象，中間有段時間大量微生物代謝活動可能基本處于停止狀態。因此，連續測定川南麩醋的理化指標為解決川南麩醋生產過程中醋醅入池發酵過程難以劃分等問題提供了一些清晰的理解思路，也為川南麩醋發酵周期長、原料利用率較低等問題做了鋪墊。