液態發酵薏仁碎米食醋的方法與流程

2023-05-24 16:45:47

本發明涉及食醋生產領域，特別是一種液態發酵薏仁碎米食醋的方法。

背景技術：

據《本草綱目》、《神農本草經》等醫籍記載，薏仁米具有健脾胃、祛風溼、消水腫、強筋骨、清肺等功效，中國衛生部1987 年10月已將薏仁米列入第一批藥食兼用名單，稱其可利水滲溼補脾、清熱排膿，被譽為「世界禾本科植物之王」的薏仁米營養、藥用價值極高，所含的酯類、甾醇類、苯並唑酮類、萜類、木脂素類、酚類、多糖類、生物鹼類和腺苷類等藥效成分具有抗腫瘤、抗病毒、免疫調節、降血糖血鈣、降壓等藥理功效。貴州興義是全球最大的薏仁米種植、加工、銷售集散地，興仁縣被稱為「中國薏仁米之鄉」，但在貴州對薏仁米的加工較為粗放，主要為脫去薏苡仁的殼、麩皮後加工成薏仁米銷售，產品單一、深加工產品少，且對在加工過程中產生的大量薏仁碎米等副產物的回收利用不充分。在薏仁整米加工過程中產生薏仁碎米的數量在10%以上，薏仁碎米不僅含有與整米相近的營養價值，價格僅為整米的1/6，將薏仁碎米生產食醋，使薏仁米的保健功能引入日常調味品中，也增加新型食醋品種，既順應時代潮流，又可引領釀醋行業新風，促進薏仁米深加工領域發展，延伸薏仁米產業鏈。

在薏仁米醋的研究方面，對薏仁米的成分和薏仁米醋做過研究，特別是對薏仁米醋的工藝做了進一步的改進，首次加入α-澱粉酶促進原料的液化。本發明在薏仁碎米澱粉糊化前加入酸性蛋白酶，能有效提高薏仁澱粉的糖化效果。主要工藝步驟有蛋白酶解、糊化、液化、糖化、酒精發酵、醋酸發酵到半成品。目前已有的薏仁醋研究，均沒有考慮到薏仁碎米的利用價值，本發明旨在更好的回收利用薏仁碎米等副產物，為薏仁米產業帶來更高的附加值。

技術實現要素：

本發明提供一種以薏仁碎米為原材料經液態法生產食醋的方法。

要解決的技術問題：

1、薏仁碎米糖化效果優化：為了提高薏仁碎米食醋的產率和品質，需要對薏仁碎米的糖化進行優化，通過破碎度、料水比、蛋白酶添加的試驗可優化薏仁碎米的糖化效果。

2、醋酸發酵條件優化：醋酸發酵是薏仁碎米食醋研究的關鍵，通過對薏仁碎米酒精發酵醪進行醋酸發酵時發酵方式、接種量、培養溫度、娤液量等的單因子及多因子條件試驗，對薏仁碎米液態醋酸發酵進行優化。

本發明的構成，一種液態發酵薏仁碎米食醋的方法，其特徵在於：它是由下述工序製成，（1）、薏仁碎米預處理：將薏仁碎米淘洗至水清，烘乾，除雜，粉碎， 細度要求在 60 目-80 目之間， 按料水比1：4加蒸餾水；

（2）、蛋白酶處理：添加酸性蛋白酶，酶活力5萬u/g，按0.2g/kg原料添加，在40℃，pH3.0的條件下酶解3小時；

(3)、糊化及液化：將蛋白酶處理液置於沸水浴加熱糊化，在稍高於95℃條件下加入α-澱粉酶，酶活4000u/g，按2g/100g加入，調pH為6.5，液化3h；

（4）、糖化：在55℃時加入糖化酶，酶活為3700u/g，按2.5g/100g加入，調pH為4.5，糖化2.5h；

（5）、酒精發酵：稱取原料 0.1%的安琪活性乾酵母，置於 5%的蔗糖溶液中， 配製成 10 g/100mL 的酵母活化液，在 30℃下活化 30min 後加入到製備好的糖化醪中，初始發酵液按容器的 70-80%進行裝液， 用保鮮膜封口後， 30℃條件下發酵 3 天， 發現汽泡變少， 上層液體由混濁變澄清後終止發酵， 過濾除去發酵液中的酵母菌及雜質，得到成熟的酒精發酵醪；

（6）、醋酸發酵：用無菌蒸餾水調節上述酒精發酵醪的酒精度為8%；靜置條件下接入12% 新鮮醋酸種子液，發酵溫度 32℃， 裝液量 25%，每隔24h取一瓶發酵液測定酸度，直到連續兩次的酸度不再增加或略有下降為止。

與現有技術比較，本發明的有益效果：

本發明充分利用薏仁碎米發酵成食醋，得到的薏仁碎米醋淡棕色、有光澤、酸味柔和、醇香、稍甜，具有薏仁特有香氣。本發明不僅將薏仁的食用價值發揮到調味品中，擴大消費者對食醋的選擇範圍，也有益於薏仁米產業鏈的延伸，增加企業的額外收益。

附圖說明

圖1是本發明工藝流程圖，

圖2是裝液量20%時不同發酵方式對薏仁碎米醋酸發酵總酸的影響圖，

圖3是裝液量50%時不同發酵方式對薏仁碎米醋酸發酵總酸的影響圖，

圖4是醋酸發酵溫度對薏仁碎米醋酸發酵總酸的影響圖，

圖5是接種量對薏仁碎米醋酸發酵總酸的影響圖，

圖6是裝液量對薏仁醋酸發酵總酸的影響圖，

圖7是正交設計優化條件的驗證試驗圖。

具體實施方式

如圖1所示，薏仁碎米進行預處理、糊化前加蛋白酶、液化加α-澱粉酶、糖化、酒精發酵加活化乾酵母、滅菌、醋酸發酵加醋酸菌液、陳釀、食醋半成品、調配、食醋。

、薏仁碎米基本組成成分測定

表1分析了薏仁碎米、薏仁米、大米的主要成分，從表 1 中可以看出， 薏仁碎米中粗脂肪和蛋白質含量比薏仁米中稍低， 澱粉含量比薏仁米高， 其餘成分基本一致， 而大米中的澱粉含量比薏仁碎米中高，為 75.5g/100g， 大米中蛋白質含量約為 7g/100g， 約是薏仁碎米中蛋白質含量的二分之一， 其次大米中脂肪和灰分分別約為 0.8 g/100g 和 0.6g/100g， 均低於薏仁碎米中的脂肪和灰分的含量； 綜上所述可知， 薏仁碎米中的營養成分比精製大米豐富， 但在對薏仁碎米的利用， 一般作為餵豬或者餵雞的飼料， 薏仁碎米的價值沒有得到很好的開發利用。

、單因素實驗

（1） 破碎度對糖化效果的影響 將薏仁粉用不同目數的篩子進行篩選，分別取未過篩、≥40 目、40-60目、60-80目、≤80目的薏仁粉各 10g， 按 1:4 的比例加入蒸餾水，經液化糖化製成糖化醪液後，分別測定各組分的還原糖含量，每個試驗做 3 次平行。從表2 可知，與未過篩的糖化醪相比，隨著薏仁米破碎度的增加，還原糖含量逐漸提高，破碎度為 60-80 目時還原糖含量增加最為明顯，而破碎度≤80目時還原糖含量增加相對較小，這表明一定範圍內破碎度的提高有利於糖化作用，但隨著破碎度的進一步提高，原料中所含澱粉轉化效率的增加效果不明顯，可能是因為，較高的破碎度加大了酶與顆粒的接觸面積，增強了酶的降解能力，當破碎度控制在 60 目-80 目範圍內時，原料中的澱粉大部分已被降解，破碎度的繼續增加對還原糖含量的增加效果相對較弱，所以選取薏仁米破碎度為 60-80目進行後續試驗。

（2） 適宜料水比的選取 分別取 10g 60 -80目的薏仁米粉按1:3、 1:4、1:5、1:6、1:7 的比例加入蒸餾水後糖化，測定所得糖化醪的還原糖含量，每個比例進行 3 次平行試驗。本試驗擬釀製液態發酵薏仁碎米醋，參考液態深層發酵釀醋工藝規程 SB/T10307-1999 中規定的酒精發酵醪質量要求：酒精含量（ 以容量計） 6%以上，外觀糖度 0.5 oBx 以下，總酸（ 以醋酸計）含量 0.50 g/100 mL 左右。因為試驗選用的原料成分複雜，酵母及醋酸菌在其中生長代謝情況不明確，接種醋酸種子液時會有一定的稀釋作用，暫定為可發酵到酒度為 8.00 %Vol 左右的。為了達到這個酒度，選取不同料水比進行試驗。從表 3 可知，加水量的多少可以調節糖化醪的還原糖含量，加水越多則糖化醪還原糖含量越低；參考葡萄酒工業手冊可知，要達到酒度為 8%左右，則發酵液含可發酵性糖量約為 14.4g/100g，從表3 可知，料水比為 1:3、1:4 時，所得糖化醪的還原糖含量均高於 14.4g/100g，雖然料水比 1:5 還原糖含量 14.4g/100g相差很小， 考慮到發酵過程種可發酵性糖的利用率等因素，醋酸發酵前添加醋母的稀釋，所以選取料水比 1:4 進行後續試驗。

（3）蛋白酶對糖化效果的影響 取 10g 60 -80 目的薏仁粉按 1:4 的比例加入蒸餾水，取一份不加蛋白酶，直接液化糖化製成糖化醪液； 取三份在糊化前分別加入酸性蛋白酶、中性蛋白酶和鹼性蛋白酶，反應後，經液化糖化，製成糖化醪液；另三份先液化糖化製成糖化醪液， 再分別加入酸性蛋白酶、中性蛋白酶和鹼性蛋白酶；分別測定上述糖化醪液的還原糖含量，每個試驗做 3 次平行。從表 4 可知，在不添加蛋白酶時，糖化醪的還原糖含量為 12.00g/100g，在添加酸性、中性和鹼性蛋白酶後，除在糖化完成後的糖化醪中添加鹼性蛋白酶中還原糖含量下降，其餘均有所增加，而從表 4中可知，在糊化前添加蛋白酶的效果明顯優於在糖化完成後的糖化醪中添加蛋白酶的效果， 其中酸性蛋白酶的效果最佳，所以在後續試驗中選擇在糊化前添加酸性蛋白酶。

備註 a： A： 在糊化前添加蛋白酶；b： B： 在糖化完成後的糖化醪中添加蛋白酶

上述結果也間接驗證了薏仁米中蛋白組織的存在在一定程度上阻礙了薏仁澱粉的糖化，在糊化前加入蛋白酶，薏仁米中的蛋白組織被蛋白酶分解，使得後續的糊化和澱粉分解作用更加完全，而在糖化醪中添加蛋白酶，此時澱粉酶分解澱粉的反應已經基本完成，在調節 pH 後加入蛋白酶，雖然蛋白質組織可能得以分解，但 pH 的變化，使澱粉酶的活性減弱甚至失活，在加入酸性蛋白酶、中性蛋白酶和鹼性蛋白酶時，pH 分別由4.5®3.0、4.5®6.0 和4.5®9.0，相對於不加蛋白酶，在酸性和中性蛋白酶的試驗中，還原糖含量都有所增加， 而在鹼性蛋白酶試驗中，還原糖含量下降了，可能是因為在鹼性溶液中， 還原糖將金屬離子（ 銅離子） 等還原，還原糖本身被氧化成酸類化合物。

（4） 不同發酵方式對醋酸發酵總酸的影響 將酒度為 8%左右的薏仁酒液按 20%的裝液量裝入 250mL 的錐形瓶中，按10%接種量接入滬釀 1.01 醋酸菌種子液，在 30℃的恆溫培養箱和 30℃的恆溫振蕩培養箱，每隔 24h 測定一次酸度，直到連續兩次的酸度不再增加或略有下降為止；將裝液量改為 50%按重複上述試驗。從圖 2 可知，在裝液量為 20%的情況下，在發酵第一天，因為震蕩情況下的溶氧量大於靜置的溶氧量，所以震蕩發酵比靜置發酵產酸速度快，而在後續的發酵過程中，靜置發酵的總酸均高于震蕩發酵的總酸， 這可能是因為在裝液量為20%時，靜置發酵的溶氧量已經能夠滿足醋酸菌的生長，使發酵在較快條件下進行；而在震蕩條件下發酵液中的乙醇揮發量大於靜置時的乙醇揮發量，醋酸菌所轉化的乙醇含量減少，所以測得的最高總酸含量低於靜置發酵所測得的最高總酸含量。而當裝液量為 50%時，從圖3 可知，震蕩發酵和靜置發酵的最高總酸相差不大，但在發酵的前四天，震蕩發酵所測得的總酸含量均高於靜置發酵的總酸含量，從這個結果可以看出，此時靜置發酵的溶氧量不能完全滿足發酵所需，而在震蕩發酵情況下，發酵體系所需的溶氧量得到滿足，產酸速率也較靜置發酵的高。在震蕩條件下，裝液量為 50%的最高總酸為 5.62g/100mL 高於裝液量為 20%時的 4.1g/100mL， 可能是因為裝液量 20%時，乙醇揮發損失過大。從圖 2、圖3 可知，在靜置條件下，20%和 50%裝液量的最高總酸相差 0.54g/100mL，相差不大，但裝液量 20%達到最高總酸的時間比裝液量 50%提前一天。 因在後續的試驗中，裝液量多為 20%左右，所以針對本試驗，我們選取靜置發酵作為後續的醋酸發酵方式。

（5）醋酸發酵溫度對醋酸發酵總酸的影響 將酒度為 8%左右的薏仁酒液按 20%的裝液量裝入 250mL 的錐形瓶中， 按10%接種量接入滬釀 1.01 醋酸菌種子液，分別置於 28℃、30℃、32℃、34℃、36℃條件下靜置培養，每隔 24h 測定一次酸度，直到連續兩次的酸度不再增加或略有下降為止。發酵結束後進行感官評分。由圖 4 可知，當醋酸發酵溫度為 28℃、30℃和32℃，發酵最高總酸都較高，分別為 4.42g/100mL、5.24 g/100mL 和4.88g/100mL，所以初步選擇發酵溫度為 28℃-32℃。

（6） 接種量對醋酸發酵總酸的影響 將酒度為 8%左右的薏仁酒液按 20%的裝液量裝入 250mL 的錐形瓶中，分別按 8%、10%、 12%、 14%、16%接種量接入滬釀 1.01 醋酸菌種子液後，置於 30℃條件下靜置培養，每隔 24h 測定一次酸度，直到連續兩次的酸度不再增加或略有下降為止。醋酸菌接種量的大小對於醋酸產量和發酵速度都有一定的影響。在發酵液成分相同的情況下，接種量越大，發酵液中的營養成分就更多的用於醋酸菌的生長，使得用於生產醋酸的底物減少或接種比例增加導致酒精含量降低， 醋酸的產量反而較低； 接種量過小則會導致醋酸菌生長過慢，醋酸發酵速度慢，發酵不充分，醋酸產量低。從圖5可知， 當接種量為 10%、 12%和 14%時， 最高總酸含量分別為 5.33g/100mL、 5.14g/100mL 和 5.01g/100mL， 發酵速度也較快，所以初步接種量為10%～14%。

（7） 裝液量對醋酸發酵總酸的影響 將酒度為 8%左右的薏仁酒液分別按 15%、20%、25%、30%、35%的裝液量裝入 250mL 的錐形瓶中，按 10%接種量接入滬釀 1.01 醋酸菌種子液，在 30℃條件下靜置培養，每隔 24h 測定一次酸度，直到兩次的酸度不再增加或略有下降為止。發酵結束後進行感官評分。醋酸菌是好氧菌，發酵時裝液量越多，發酵液的溶氧量越少，醋酸菌因得不到足夠的氧氣使的醋酸菌生長緩慢，所得到的醋液感官品質也會較差；在發酵時裝液量過少，醋酸菌生長過快，產生的醋酸在氧氣過多的情況下，可能會被氧化成水。由圖 6 可知，裝液量在 20%、25%和 30%時，發酵產生的醋酸都較多，產生速度也較快，所以初步選擇裝液量為 20%-30%。

（8） 正交試驗設計確定醋酸發酵條件 在單因素試驗的結果基礎上， 採用三因素三水平的正交設計方法，考察發酵溫度、接種量和裝液量對薏仁醋酸發酵總酸含量的影響。

A 正交試驗條件的選擇 雖然選取了發酵溫度、接種量和裝液量進行單因素試驗，但考慮到發酵溫度與接種量和裝液量存在某種交互作用，因而有可能在高水平下體現出更好的組合效果，所以選用 L9(33)來進行正交設計，以總酸含量作為衡量指標，因素及水平見表5。

B正交試驗設計結果分析

（1） 直觀分析

（2） 正交試驗設計方差分析

極差分析（ 表6） 可知， 以總酸含量作為指標， 影響主次順序是接種量＞發酵溫度＞裝液量，而在方差分析（ 表 7） 中， 各因素均不顯著，所以根據極差分析直觀判斷，得到最佳方案為接種量 12%，發酵溫度 32℃，裝液量 25%，這種條件的薏仁醋，正交試驗中未有，在該條件下用同一批次薏仁酒進行醋酸發酵的驗證試驗，見圖 7。

（3） 驗證試驗

在接種量 12%，發酵溫度 32℃，裝液量 25%的條件下進行薏仁碎米食醋的發酵，從圖 7可知，在該條件下發酵所得的薏仁碎米食醋最高總酸含量為6.46g/100mL，均高於正交試驗中所得薏仁碎米食醋的最高總酸含量，得到的薏仁碎米醋淡棕色、有光澤、酸味柔和、醇香、稍甜，具有薏仁特有香氣。所以將該條件作為薏仁碎米食醋液態醋酸發酵的最優條件。