果蔬發酵型紅糟機械通風制曲研究

覃麗 陸華瑜 羅鎏欣 李圣勝 毛瑞豐

摘要：紅糟是廣西大瑤山地區傳統果蔬發酵型食品紅糟酸的發酵劑，當地一直沿用淺層發酵方式制作。傳統方法生產規模小、產品品質不穩定，存在安全隱患。該研究使用自制制曲裝置進行了機械通風制紅糟的工藝開發。分析了傳統紅糟與機械通風制曲紅糟的水分、容重、pH、色價、乳酸菌數、紅曲霉菌數、糖化力、蛋白酶活力、發酵力、亞硝酸鹽含量、桔霉素含量；進一步對比分析了傳統紅糟與機械通風紅糟制得的紅糟酸的品質特征與安全評價指標。結果證明了機械通風制果蔬發酵型紅曲制曲工藝的可行性，其產品具有較高的品質和安全水平。

關鍵詞：紅糟；固態發酵；通風制曲；紅糟酸；工業化

中圖分類號：TS205.5? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1000-9973（2023）07-0111-06

Abstract： Red vinasse is the starter of red vinasse acid， a traditional fruit and vegetable fermented food in Dayaoshan region of Guangxi， which has been produced by shallow fermentation. The production scale of traditional method is small， the product quality is unstable and there are potential safety hazards. In this study， the technology of making red vinasse with mechanical ventilation is developed using a self-made koji making device. The water content， bulk density， pH， color value， lactic acid bacteria count， Monascus count， saccharifying power， protease activity， fermentation power， nitrite content and citrinin content of traditional red vinasse and mechanically ventilated koji making red vinasse are analyzed. Furthermore， the quality characteristics and safety evaluation indexes of red vinasse acid produced from traditional red vinasse and mechanically ventilated red vinasse are compared and analyzed. The results show that the mechanical ventilation technology for the making of fermented red koji from fruits and vegetables is feasible， and the products have high quality and safety level.

Key words： red vinasse; solid-state fermentation; koji making by ventilation; red vinasse acid; industrialization

紅曲是我國傳統食品，一般分為色曲、酒曲、功能性紅曲米。廣西大瑤山地區紅糟是廣西特有的傳統美食紅糟酸的發酵劑，歷史悠久，深受廣西人民喜愛。紅糟是水分含量在70%～80%的紅曲米糟類制品，含有一定基數的乳酸菌、紅曲霉菌等微生物，為泡菜式發酵時鮮蔬菜制成紅糟酸提供了發酵所需菌種，因此也稱為果蔬發酵型紅糟。干燥后的紅糟不能直接用于泡菜發酵，但具有保留菌種及接種米飯制成紅糟的能力，被稱為紅糟種。武宣紅糟作為紅曲米也具有紅曲特性，如色價、酶活力、發酵力等。武宣紅糟水分較高，導致pH變化，可能引起亞硝酸鹽、桔霉素在發酵過程中含量升高，因此武宣紅糟的安全性需要探查。林鳳[1]在對武宣傳統紅糟發酵菌相的分析中發現，蔬菜發酵過程中乳酸菌、醋酸菌、酵母菌、沙門氏菌、志賀氏菌、大腸桿菌等[2-3]常見微生物都有出現，而紅曲霉在紅糟發酵階段24～96 h占真菌豐度的90%。在李洋等[4]對紅糟酸發酵流程菌相的分析中，乳酸菌是發酵優勢細菌，可以產生乳酸，對紅糟酸pH有較大影響，并且能抑制腐敗菌與致病菌生長[5]，蔬菜發酵時有賴于接種菌劑，因此乳酸菌與紅曲霉菌是紅糟重要的菌相指標。

傳統紅糟按DBS 45/061－2019《食品安全地方標準 紅糟酸》定義，是以米飯（大米經清洗、蒸煮制得）、紅糟種為原料，經混合攪拌、三次發酵和三次清洗制成的飯粒松軟、色澤紫紅的大米發酵制品。傳統制糟因原料、發酵環境、發酵工藝等因素的影響，極易受到季節與衛生的影響，導致所制紅糟品質不穩定。通風制曲是目前大規模生產紅曲的主要方式，所有操作都在同一曲池內完成，流程簡單，既能生產品質穩定的紅糟，又能實現衛生生產。其他地區早已將機械通風應用于紅曲發酵，如烏衣紅曲發酵[6]、通風制曲曲室設計[7]等，但工廠化機械通風制紅糟酸用紅糟尚沒有人實踐。本文將傳統法制糟與機械通風制曲相結合，確定了機械通風紅糟的工藝流程及參數，并比較了傳統紅糟與機械通風紅糟及其二者制得的紅糟酸的品質與安全性參數，為規?；a紅糟提供了參考。

1 材料

1.1 曲池設計

曲池構造：參照通風制曲曲池[8]設計，使用不銹鋼材質，見圖1。

大?。洪L×寬×高為70 cm×25 cm×30 cm，通風口直徑5 cm，排水口直徑2.5 cm，篩網為40目以上。

1.2 通風機

FH6257飛科電吹風，功率1 200 W。

1.3 模型環境控溫裝置

SHP-750恒溫生化培養箱，功率2 200 W。

1.4 菌種及材料

武宣當地采購紅糟種以及取自當地的8家傳統紅糟（M1～M8），本文中紅糟酸由某食品公司利用傳統紅糟酸工藝制作。

2 方法

2.1 武宣傳統紅糟與機械通風紅糟制糟配方

制糟配方見表1。

2.2 武宣傳統紅糟制作工藝

對武宣當地傳統制糟工藝進行調查，工藝流程見圖2。米飯接種后堆積升溫到42 ℃，在尼龍布上攤開后淺層發酵培養，期間每2～4 h翻曲一次，發酵時間為72～84 h。

2.3 機械通風法制糟實驗

經試驗，機械通風制曲工藝見圖3。

將2.5 kg泰金香大米按照米∶總米水為1∶2煮熟，按照1%紅糟種接種量接種，接種溫度45～50 ℃，攤涼溫度在30～37 ℃，在模型篩網上堆積，12 h后翻曲再堆積6 h，開始通風制曲，采用原池浸泡法[9]洗米，品溫在37～42 ℃，8 h翻曲一次，發酵時長為96 h。

2.4 制糟過程理化指標測定

水分：采用GB 5009.3－2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中的直接干燥法測定。

容重：將50 mL紅糟進行稱重。

糖化力：參照傅金泉等[10]、林曉姿等[11]的方法測定。

發酵力：參考傅金泉等[10]的方法測定。

蛋白酶活力：按照GB 1886.174－2016《食品安全國家標準 食品添加劑 食品工業用酶制劑》測定。

乳酸菌數：按照GB 4789.35－2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 乳酸菌檢驗》測定紅曲米乳酸菌數。

紅曲霉數：按照GB 4789.15－2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母計數》測定。

紅曲米pH：按林曉姿等[11]的方法提取后，使用pH計進行測定。

有機酸：按照王芮東等[12]的有機酸測定方法對有機酸含量進行測定。

桔霉素：按照林鳳[1]對紅曲米桔霉素的提取與測定方法進行測定。

亞硝酸鹽：參照GB 5009.33－2016《食品安全國家標準 食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》中的分光光度法測定。

氨基酸態氮：參照GB 5009.235—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸態氮的測定》測定。

紅曲色素：參照GB 1886.19－2015《食品安全國家標準 食品添加劑 紅曲米》色價測定。

DPPH清除率：參照劉猛等[13]的自由基清除率測定方法進行測定。

色值：將紅糟酸打漿過濾，使用色差計檢測。

感官評定：由8名食品專業研究生組成感官評定小組，對產品的外觀、質地、風味進行評分，感官評分為3項加和，滿分100分。

3 結果與討論

3.1 機械通風紅糟與傳統紅糟品質對比分析

水分含量在紅曲制作中十分重要，廣西其他地區紅曲水分含量在20%以內[11]，固態發酵過程中水分較高會導致曲料結塊成團，氧氣無法輸送或霉菌無法在發酵培養基內部生長[14]。由圖4可知，傳統紅糟水分含量均在70%～80%，容重也相對較高。通風制糟的通風工藝在降低紅糟水分的同時，氧氣輸送較足，紅曲霉生長較好并分解紅糟內部淀粉，導致干重下降，因此機械通風紅糟水分、容重相對傳統紅糟較小。

通過觀察紅糟表面變紅情況，判斷紅糟是否成熟。紅糟色素經醇提取后進行300～600 nm全波長掃描，只有506 nm紅色素和404 nm黃色素兩個峰。由圖4可知，機械通風紅糟紅色素與黃色素色價相對傳統紅糟較高。紅曲色素是由丁烯酰輔酶A與丙二酰輔酶A在聚酮合酶作用下生成六聚酮化合物，隨后與己酸醛醇縮合，再脫水形成的聚酮類化合物，期間需要氧化還原酶進行氧化還原，故而紅曲色素生成需要氧氣[15]。傳統紅糟在室內尼龍布上淺層發酵，每2～4 h進行翻曲，與氧氣接觸面較小，總發酵時間為72 h。由圖4可知，機械通風紅糟pH相對傳統紅糟較大。機械通風工藝增加氧氣，并且機械通風內部pH較高，紅曲色素色價較高。紅糟含有酵母與乳酸菌，有研究表明，紅曲發酵加入酵母菌、乳酸菌液可以促進紅曲色素增長，發酵時間增加會使培養基pH逐漸趨于中性[16]。機械通風紅糟發酵時間較長，pH較高，并且色素積累多。

武宣紅糟能作為果蔬發酵制劑，與其乳酸菌含量與紅曲霉菌數有較大關系。霉菌與酵母等可發酵分泌淀粉酶，酶解使淀粉多尺度結構被破壞，淀粉分子量降低[17]。由圖5可知，機械通風紅糟紅曲霉菌數比傳統紅糟高，并且乳酸菌數水平比大多數紅糟好。紅糟發酵其表面易形成紅曲霉白色薄皮，內部水分含量高，氧氣少，紅曲霉長入不深。紅曲霉、酵母分泌淀粉酶分解米飯內部淀粉、蛋白質、脂肪等，導致紅糟內部淀粉結構坍塌，產生半乳糖等營養物質，使乳酸菌生長不受乳酸抑制[16]。紅糟因較高水分呈濕軟狀態，并且內部形成厭氧環境，具有較多小分子營養物質，乳酸菌具有生長優勢。乳酸菌、酵母菌在與紅曲霉一同發酵時，會提高紅曲中色素及pH，因此對于紅糟混菌發酵優勢還需要進一步探究。從酶學性質方面看，傳統紅糟蛋白酶與糖化力、發酵力差異明顯，機械通風紅糟蛋白酶活力較低，但糖化力與發酵力較好。紅糟在不同工藝下發酵，酶活性與發酵力相差較大。

3.2 機械通風紅糟與傳統紅糟安全性指標對比分析

由圖6可知，機械通風紅糟的亞硝酸鹽含量比傳統紅糟低。GB 2762－2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》中規定，谷物類制品亞硝酸鹽含量要小于2 mg/kg，紅糟亞硝酸鹽含量都在標準限量內。雖然亞硝酸鹽可以被乳酸菌大量消解，但是乳酸菌消解能力與發酵狀態有關[18-19]，因此紅糟亞硝酸鹽帶入量成為主要安全性問題。在GB 2760－2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》中規定，腌制食品中亞硝酸鹽最大使用量在0.15 g/kg。武宣當地紅糟用于接種紅糟酸的接種量在14%左右，按照紅糟接種量折算亞硝酸鹽帶入量來看，亞硝酸鹽帶入量為0.20 g/kg左右，此時紅糟酸成品亞硝酸鹽含量較低并且在國標限量內。

桔霉素是紅曲中危害物質之一，紅曲霉菌種優化篩選、培養基配方和發酵條件都會影響桔霉素含量[20]，并且培養基水分含量在70%～80%時，桔霉素增長較快[21]。桔霉素與紅曲色素都是需要氧氣進行轉化的聚酮類化合物，一般固態發酵通風后期氧氣供應較多時，紅曲色素與桔霉素含量上升較快。由圖7可知，機械通風紅糟桔霉素含量較高，并且不同工藝導致紅糟桔霉素含量高低不一。傳統紅糟桔霉素含量都在2 mg/kg以上，遠遠超出了GB 5009.222－2016《食品安全國家標準 食品中桔青霉素的測定》中規定的80 μg/kg。目前在研究中并未在紅糟酸產品中檢測出桔霉素的含量，因此紅糟中桔霉素對紅糟酸桔霉素的安全性影響還需要進一步研究。

3.3 8種傳統紅糟品質與安全性指標相關性熱圖分析

對8種傳統紅糟理化指標與微生物指標進行相關性熱圖分析，結果見圖8。

由圖8可知，水分與糖化力和發酵力呈顯著正相關。容重與桔霉素、亞硝酸鹽、紅曲霉數呈顯著負相關，與乳酸菌數呈正相關。紅糟pH與色素呈負相關，與乳酸菌呈輕微負相關。乳酸菌與亞硝酸鹽呈顯著負相關，與桔霉素呈負相關，說明紅糟內部乳酸菌增長對亞硝酸鹽、桔霉素有一定影響。據此推測，可以通過控制水分，調節紅糟pH，從而影響紅糟色價、酶活、發酵力、乳酸菌、紅曲霉等品質特征，該熱圖對機械通風制曲理化指標控制具有指導意義。

3.4 傳統紅糟與機械通風紅糟所制紅糟酸品質指標對比分析

由圖9可知，機械通風紅糟制作的紅糟酸在外觀、質地、風味上都較優，說明機械通風紅糟制作的紅糟酸在質地、風味上都可以達到傳統紅糟制作的紅糟酸的食品感官要求。其中機械通風紅糟制作的紅糟酸中仔姜外觀較好，由于色價較高，機械通風紅糟的紅糟酸中仔姜在發酵過程中被紅曲色素浸染變紅，因此機械通風紅糟的紅糟酸表觀得分更高。機械通風紅糟酸風味相對較好，但二者紅糟酸風味評分較低，主要是由于紅糟酸在利用時鮮蔬菜發酵時使用米酒泡制，并且紅糟酸普及程度不高，因此風味評分具有較大差異性。機械通風紅糟酸質構評分較好，說明機械通風紅糟果膠酶活性可能較低，保留了紅糟酸的脆爽口感。

紅糟酸色值是紅糟酸品質的重要指標。色價是表征紅曲色素的參數，而色值是表示色彩坐標空間的絕對值。色值L*值代表明亮度，L*值越大，明亮度越大。色值a*值代表紅綠色，正值為紅，負值為綠。色值b*值代表黃藍色，正值為黃，負值為藍，紅糟中具有一定色價，在紅糟酸發酵過程中可以浸染時鮮蔬菜，使紅糟酸中仔姜變紅，但發酵結束時總體色價較低，因此用色值表示紅糟酸的顏色品質。

由表3可知，機械通風紅糟制作的紅糟酸a*值比傳統紅糟酸低，但其L*值與b*值較高。pH是影響酶促褐變及還原糖降解反應的主要因素[22]，由此推測紅糟通過酶活力、發酵力與混菌影響紅糟酸pH進而影響紅糟酸色值。

由表4可知，機械通風紅糟酸的硬度、膠黏性、咀嚼性與傳統紅糟酸相比較好，二者紅糟酸在黏附性、內聚性、彈性上差異較小。結合圖9感官質地的評分來看，機械通風紅糟酸質構總體水平較好，且更爽口。

有機酸是泡菜風味重要的品質指標。由表5可知，機械通風紅糟酸草酸含量低于傳統紅糟酸，但其乳酸、酒石酸、D-蘋果酸含量較傳統紅糟酸高，二者紅糟酸的L-蘋果酸差異較小。本課題組研究發現紅糟酸酒石酸、L-蘋果酸對紅糟酸感官風味有重要影響，因此發酵紅糟酸時要提高有機酸的積累。機械通風紅糟酸總體有機酸含量較傳統紅糟酸高。機械通風紅糟酸DPPH自由基清除率、氨基酸態氮含量比傳統紅糟酸低。乳酸菌不僅可以抑制雜菌生長，而且可以提高泡菜中DPPH自由基清除率[23]。泡菜中氨基酸態氮含量是風味品質指標，但機械通風紅糟酸與傳統紅糟酸二者氨基酸態氮含量較低，說明傳統法制作紅糟酸工藝有進一步改造空間。

3.5 傳統紅糟與機械通風紅糟所制紅糟酸安全性指標對比分析

大量研究表明，有機酸[24]、乳酸菌對泡菜中亞硝酸鹽都有降解作用。由圖10可知，機械通風紅糟酸亞硝酸鹽含量與傳統紅糟酸相比較低。結合表5分析，機械通風紅糟酸DPPH自由基清除率較低，說明其乳酸菌活性較低，并且機械通風紅糟酸與傳統紅糟酸有機酸總體含量差異較小，說明紅糟酸中除乳酸菌、有機酸外還存在其他影響紅糟酸亞硝酸鹽含量的指標。在紅糟酸中檢測出克雷伯氏菌屬[4]，會增加紅糟酸亞硝酸鹽含量[25]，因此需要進一步研究紅糟微生物多樣性對紅糟酸安全性的影響?？傮w來看，傳統紅糟與機械通風紅糟二者紅糟酸亞硝酸鹽含量均符合GB 2762－2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》中蔬菜及其制品腌制蔬菜中亞硝酸鹽限量（以NaNO 2計）小于20 mg/kg，因此亞硝酸鹽含量均在安全范圍內。在武宣當地紅糟酸發酵時間不定，一般是7～15 d，亞硝酸鹽在泡菜發酵過程中產生亞硝峰，亞硝峰產生時間對總體亞硝酸鹽水平影響較大，應進一步研究亞硝峰規律。

對于紅糟酸桔霉素含量的危害，目前并未檢測出傳統紅糟與機械通風紅糟所制紅糟酸中的桔霉素，因此還需要進一步探索紅糟桔霉素含量在紅糟酸中的影響，混菌體系是否影響紅糟酸，導致桔霉素消解，或者是稀釋作用導致紅糟酸桔霉素含量較低，需要進一步說明紅糟桔霉素危害對紅糟酸安全性的影響程度。

4 討論與分析

機械通風紅糟通風與發酵時間延長，與傳統工藝相比變化較大，具體體現在紅曲霉數、色價、紅糟pH、糖化力、發酵力等指標相對較好。從采樣結果與相關性熱圖分析可知，工藝參數改變對紅糟品質影響較大。機械通風紅糟酸在感官上相對較好，體現在紅糟酸感官評分、質構、有機酸含量等指標相對傳統紅糟酸較高。在安全性方面，基于本研究得出機械通風紅糟亞硝酸鹽含量明顯低于傳統紅糟，并且機械通風紅糟酸中亞硝酸鹽含量相對傳統紅糟酸也較低，因此機械通風工藝中亞硝酸鹽危害性較小。同時證明傳統紅糟酸制作工藝較合理，紅糟酸亞硝酸鹽與桔霉素危害性較小。機械通風紅糟桔霉素含量相對傳統紅糟較高，但在機械通風紅糟酸中并未檢測出，因此還需要進一步研究，證明紅糟桔霉素的危害性。本研究證明機械通風制曲工藝制作的紅糟可以達到紅糟酸制作要求，但是進一步擴大化生產需要完善工藝。

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