葡萄高粱混合发酵生产食醋的研究

时间：2024-07-28

何于飞

（山西省食品工业研究所，山西太原 030024）

食醋是一种世界性的调味品，味酸而醇厚，液香而柔和，是一种必不可少的调味品。目前世界食醋年产量约700万t，我国食醋年产量约370万t。从消费角度看，目前我国人均年消费食醋约2.7 kg，日本人均消费约7.9 kg，我国食醋消费处于相对较低水平，发展潜力巨大。从需求趋势看，人们对食醋的需求越来越大，且不再局限于传统的烹调，营养、保健等概念的食醋产品正日益受到人们的青睐。

食醋按生产工艺可分为酿造食醋和配制食醋。酿造食醋按原料又可分为粮食醋和果醋，其中粮食醋在我国有着悠久的历史，在国内市场占主导地位。酿造食醋的生产工艺有固态法、前液后固法、液态法等。本研究以葡萄、高粱为原料，麸皮、谷糠等为辅料，发酵过程中不外加水，采用前液后固的山西老陈醋传统生产工艺，生产含有白藜芦醇等功能成分的新型食醋，对果粮混合发酵及利用含功能性成分的植物资源生产具有保健功能的发酵制品进行了有益的探索。产品风味、体态与果醋或液态法生产的食醋相比，更能体现中国食醋的特点，更适合中国人的口味。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

葡萄：山西太谷；高粱、麸皮、谷糠、大曲、醋酸菌：山西老陈醋集团有限公司；葡萄酒酵母：山西怡园酒庄有限公司；果胶酶：苏柯汉（潍坊）生物工程有限公司；食盐：市售。

超纯水：自制；乙腈（色谱纯）、甲醇（色谱纯）：太原市瑞佳科技器材有限公司；反式白藜芦醇标准品：美国Sigma公司；反式白藜芦醇苷标准品：上海复旦大学药学院天然药物研究室。

1.2 仪器与设备

ZF-1型三用紫外分析仪：上海宝山顾村电光仪器厂；LC-3A型高效液相色谱仪：日本岛津公司，配备SPD-1紫外分光光度检测器，色谱柱为SCR-101H（300 mm×7.9 mm）；JJ-2组织捣碎机：常州国华电器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

葡萄→清洗、去梗→破碎→灭酶→酶解、冷却→加酵母发酵→加入高粱、大曲→酒精发酵（液态）→加入麸皮谷糠→接入醋酸菌醋酸发酵→成熟加盐→熏醅（50%）→淋醋（熏醅、白醅各50%）→陈酿→成品。

葡萄及处理：为提高产品中功能成分白藜芦醇的含量，应选用白藜芦醇含量高的葡萄品种。白藜芦醇含量高的葡萄品种主要有赤霞珠、梅鹿辄、蛇龙珠等。白藜芦醇在葡萄果实中的分布以果皮中含量最高，种子次之，果肉最低。试验选用产自山西太谷的赤霞珠葡萄，其白藜芦醇含量见表1。

表1 葡萄果实中白藜芦醇分布Table 1 Distribution of resveratrol in grapes

葡萄经清洗、去梗，用组织捣碎机破碎，95℃、3 min灭酶，降温至42℃加入葡萄果浆质量0.015%的果胶酶酶解3 h，目的是使果汁等营养成分流出，降低果浆黏度，并使果皮中的色素充分溶于果汁中。然后冷却至28℃加入葡萄酒酵母，预发酵72 h。

高粱处理：选用适合酿造山西食醋的大狼尾高粱。传统的山西老陈醋生产是将高粱粉碎成四至六瓣糁面，缺点是有面粉产生，会增加醪液的黏度，不利于酒精发酵。试验将高粱经清洗，轧成1～2 mm厚的片状，大大降低了面粉的产生。

酒精发酵：将轧成片的高粱、粉碎好的大曲与预发酵的葡萄果浆混合均匀，大曲用量为高粱质量的62.5%，按山西老陈醋工艺进行浓醪酒精发酵，发酵温度20～30℃、时间12～18 d。

醋酸发酵：在完成酒精发酵的酒醪中按其质量加入一定量的麸皮谷糠，拌匀入缸，再按醅料体积的一定比例接入火醅（醋酸菌种子），置于中心，盖上缸盖。发酵24 h后品温开始上升，其深度达到1/2，发酵72 h品温达到42℃，每天早晚各用手翻醅一次，5 d开始退温，8～10 d品温降至25～26℃，醋醅已成熟。

成熟加盐：醋醅成熟后，加入细面食盐，用手拌均，加盐后放置2 d。加入食盐的作用主要是抑制细菌生长，增加食醋风味。

熏醅：取一半醋醅放入熏醅缸内，文火加热，缸内温度控制在80～90℃，每天翻拌1次，5 d出醅。熏好的醋醅色泽又黑又亮，闻不到焦糊味。

淋醋：把白醋醅和熏醋醅分别放入白淋槽和熏淋槽中，先在白淋槽中加入65℃热水浸泡12 h，然后将淋出的醋液流入熏淋槽中浸泡8 h，淋出即为新醋。试验中受条件限制，采用了一次浸泡压滤的方法。

陈酿：淋出的醋液放入缸中，常温放置，陈酿3个月以上即为成品醋。

1.3.2 酒精发酵单因素试验

按发酵温度26℃、时间15 d，以发酵终点酒精度为评价指标，对葡萄果浆与高梁的质量比（果粮比）进行单因素试验；同样方法，果粮比10∶1.5，时间15 d，对发酵温度进行单因素试验；按果粮比10∶1.5，发酵温度26℃，对发酵时间进行单因素试验。

1.3.3 酒精发酵条件优化正交试验

在酒精发酵单因素试验的基础上，选取果粮比、发酵温度、发酵时间3个因素，设计3因素3水平正交试验L9（33），以酒精度为评价指标对酒精发酵工艺条件进行优化，各因素水平见表2。

表2 酒精发酵条件优化正交试验因素水平Table 2 Factors and levels of orthogonal test for alcohol fermentation conditions optimization

1.3.4 醋酸发酵单因素试验

按照发酵温度28℃，火醅接种量10%，以发酵终点总酸含量和感官评价为指标，对麸皮谷糠添加量进行单因素试验；同样方法，按照麸皮谷糠添加量18%，火醅接种量10%，对发酵温度进行单因素试验；按照麸皮谷糠添加量18%，发酵温度28℃，对火醅接种量进行单因素试验。

1.3.5 醋酸发酵条件优化正交试验

在醋酸发酵单因素试验的基础上，选取麸皮谷糠添加量、发酵温度、火醅接种量3个因素，设计3因素3水平正交试验L9（33），以总酸含量和感官评分为评价指标对醋酸发酵工艺条件进行优化，各因素水平见表3。

表3 醋酸发酵条件优化正交试验因素水平Table 3 Factors and levels of orthogonal test for acetic acid fermentation conditions optimization

2 结果与分析

2.1 酒精发酵单因素试验

2.1.1 果粮比对酒精发酵的影响

在发酵温度26℃、时间15 d条件下，以酒精度为评价指标，分别选取10∶0.5、10∶1.0、10∶1.5、10∶2.0、10∶2.5的果粮比进行单因素试验，结果见图1。

由图1可知，在其他工艺条件一定时，酒精度先是随着果粮比的升高而增加；当果粮比超过10∶1.5后，酒精度有所下降。

2.1.2 发酵温度对酒精发酵的影响

在果粮比10∶1.5、时间15 d条件下，以酒精度为评价指标，分别选取22℃、24℃、26℃、28℃、30℃的发酵温度进行单因素试验，结果见图2。

图2 发酵温度对酒精发酵的影响Fig.2 Effect of temperature on alcohol fermentation

由图2可知，在其他工艺条件一定时，酒精度先是随着发酵温度的升高而增加；当发酵温度超过26℃后，受大曲活力下降的影响，酒精度开始下降。

2.1.3 发酵时间对酒精发酵的影响

图3 发酵时间对酒精发酵的影响Fig.3 Effect of fermentation time on alcohol fermentation

在果粮比10∶1.5、发酵温度26℃条件下，以酒精度为评价指标，分别选取9 d、12 d、15 d、18 d、21 d的酒精发酵时间进行单因素试验，结果见图3。

由图3可知，在其他工艺条件一定时，酒精度先是随着酒精发酵时间的延长而增加；当酒精发酵时间超过15 d后，受菌种衰退的影响，酒精度开始下降。

2.2 酒精发酵工艺优化

酒精发酵工艺优化正交试验结果见表4，方差分析结果见表5。

表4 酒精发酵条件优化正交试验结果与分析Table 4 Results and analysis of orthogonal test for alcohol fermentation conditions optimization

由表4、表5可知，各因素对酒精发酵影响程度的顺序为A（果粮比）＞C（发酵时间）＞B（发酵温度）。其中，果粮比对酒精发酵的影响极显著，发酵时间的影响显著，发酵温度的影响不显著。最终确定的酒精发酵工艺条件为A1B2C3，即果粮比为10∶1.0，发酵温度为26℃，发酵时间为18d。按此条件进行验证试验，结果酒精发酵终了的酒精度为12.7%vol（n=3），表明优化的工艺条件稳定。

2.3 醋酸发酵单因素试验

2.3.1 麸皮谷糠添加量对醋酸发酵的影响

发酵温度28℃，火醅接种量10%条件下，以总酸含量和感官评价为指标，选取12%、15%、18%、21%、24%的麸皮谷糠添加量进行单因素试验，结果见图4。

由图4可知，在其他工艺条件一定时，总酸含量先是随着麸皮谷糠添加量的增加而升高；当麸皮谷糠添加量超过18%后，辅料占比偏大，影响总酸含量。对产品感官评分的影响趋势一致。

2.3.2 发酵温度对醋酸发酵的影响

在麸皮谷糠添加量18%，火醅接种量10%条件下，以总酸含量和感官评价为指标，分别选取20℃、24℃、28℃、32℃、36℃的发酵温度进行单因素试验，结果见图5。

由图5可知，在其他工艺条件一定时，总酸含量先是随着发酵温度的升高而增加；当发酵温度超过28℃后，受醋酸菌产酸能力下降的影响，总酸含量开始下降。对产品感官评分的影响趋势一致。

2.3.3 火醅接种量对醋酸发酵的影响

在麸皮谷糠加量15%，发酵温度28℃条件下，以总酸含量和感官评价为指标，分别选取6%、8%、10%、12%、14%的火醅接种量进行单因素试验，结果见图6。

由图6可知，在其他工艺条件一定时，总酸含量先是随着火醅接种量的增加而升高；当火醅接种量超过10%后，接种量增大使酒精消耗量变大，总酸含量开始下降。对产品感官评分的影响趋势一致。

2.4 醋酸发酵工艺优化正交试验

醋酸发酵工艺优化正交试验结果见表6，方差分析结果见表7、表8。

图6 火醅接种量对醋酸发酵的影响Fig.6 Effect of vinegar fermented grains on acetic acid fermentation

表6 醋酸发酵条件优化正交试验结果与分析Table 6 Results and analysis of orthogonal test for acetic acid fermentation condition optimization

表7 酸度优化正交试验方差分析Table 7 Variance analysis of orthogonal test for acidity optimization

由表6、表7可知，以总酸为评价指标，各因素对醋酸发酵影响程度的顺序为G（火醅接种量）＞F（发酵温度）＞E（麸皮谷糠添加量）。其中，火醅接种量对醋酸发酵的影响显著。以此确定的醋酸发酵工艺条件为E3F3G2，即麸皮谷糠添加量21%，发酵温度32℃，火醅接种量10%。

表8 感官评分优化正交试验方差分析Table 8 Variance analysis of orthogonal test for sensory score optimization

由表6、表8可知，以感官评分为评价指标，各因素对醋酸发酵影响程度的顺序为G（火醅接种量）＞E（麸皮、谷糠添加量）＞F（发酵温度）。其中，火醅接种量对醋酸发酵的影响极显著，麸皮谷糠添加量的影响显著。以此确定的醋酸发酵工艺条件为E3F2G2，即麸皮谷糠添加量21%，发酵温度为28℃，火醅接种量为10%。

综合两种评价结果，麸皮谷糠添加量和火醅接种量的最优条件相同，发酵温度的影响程度虽不同，但均不显著。因此最终确定的醋酸发酵工艺条件为E3F2G2，即麸皮谷糠加量21%，发酵温度为28℃，火醅接种量为10%。按此条件进行验证试验，结果新醋的总酸为5.86 g/100mL，感官评分为87分，表明优化的工艺条件稳定。

2.5 产品质量指标

2.5.1 感官指标

对室温条件下陈酿3个月的陈醋进行感官指标检验，结果见表9。

表9 陈醋感官指标Table 9 Sensory index of aged vinegar

2.5.2 理化指标

表10 新醋及陈醋理化成分对比Table 10 Comparison of physical and chemical composition of new vinegar and aged vinegar

对新淋出的醋液及陈酿3个月的陈醋进行了相关理化成分检测，结果见表10。

由表10可以看出，新醋的总酸较高，主要是试验时采用了一次浸泡、直接压滤的淋醋方式；另一个原因是用葡萄浆代替水增加了总酸含量。与新醋相比，经过3个月的陈酿，白藜芦醇含量变化不大。

3 结论

以葡萄、高粱为主要原料，采用前液后固的山西老陈醋传统生产工艺，生产含有白藜芦醇等功能成分的新型食醋，酒精发酵条件：果粮比为10∶1.0，发酵温度为26℃，发酵时间为18 d；醋酸发酵条件：麸皮谷糠添加量21%，发酵温度为28℃，火醅接种量为10%。按此条件生产的新醋总酸为5.74 g/100mL，感官评分为87分，新醋白藜芦醇含量为0.89mg/L，工艺条件稳定。

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