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食醋液态快速发酵条件的研究
赵春燕;王鹏;王淑琴;康立兴
【期刊名称】《中国酿造》
【年(卷),期】2008(000)001
【摘要】对食醋液态发酵过程中的碳源、氮源、无机盐及生长因子进行了研究,确定了食醋液态快速发酵的营养条件.同时,应用正交试验和极差分析方法评估了发酵温度、初始pH值、酒精度、接种量以及通气量对液态发酵影响的主次顺序,并确定了最佳组合.在优化条件下,发酵时间缩短了约6h,产酸速度提高了26.2%左右.【总页数】4页(P35-38)
【作者】赵春燕;王鹏;王淑琴;康立兴
【作者单位】沈阳农业大学,食品学院,辽宁,沈阳,110161;沈阳农业大学,食品学院,辽宁,沈阳,110161;沈阳农业大学,食品学院,辽宁,沈阳,110161;沈阳农业大学,食品学院,辽宁,沈阳,110161
【正文语种】中文
【中图分类】TS264.2
【相关文献】
1.食醋液态发酵条件优化的研究 [J], 徐根娣;冷云伟
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3.提高液态发酵食醋生产效率的工艺研究与应用 [J], 魏克强
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罗沅
5.食醋液态发酵工艺的研究现状 [J], 陈程鹏; 邱晓曼; 洪厚胜
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液态深层发酵制醋的研究及发展方向醋酸发酵可以说起源于食醋的发酵，而食醋发酵在古代最早只是酿酒受细菌污染的结果，即所谓"酒酸变醋"。
因此醋酸发酵的历史几乎与酿酒一样悠久，可以追溯至一万年前。
能生产食醋的原料很多如葡萄、苹果、青菜等果蔬原料，大米、玉米、高粱等天然含糖原料，食用酒精等。
早先获得醋酸的方法有天然发酵醋的蒸馏和木材的分解蒸馏，即所谓"木酸"。
真正的醋酸发酵应该是从快速制醋法开始发展起来的。
它是现代淋醋工艺的前身，此法在国外称为"德国工艺"，由德国波恩的弗林斯公司（Heinrich Frings）做了许多改进，他们采用强制通气、控制温度、酒醪喷淋等措施提高了传热优质效率，大大提高了发酵速率，这种工艺采用12％～15％高浓度的乙醇，其醋酸的转化率可达98％，产酸速率可达5L／立方米.d，一个半世纪以来，此法一直是工业生产食醋的重要方法。
深层发酵的工艺是上世纪50年代发展起来的一种新工艺，当时德国的Hromatka和Ebner在1994年和1951年报道了对于工业深层发酵工艺的初步研究，与淋醋工艺相比，深层发酵的乙醇氧化速率提高了约30倍，生产可以高度自动化，经济效益明显提高。
深层发酵又称全面发酵，这一方法最早应用于抗生素的工业生产，工业规模生产大设备完成于西德的Frings公司的醋化器，其生产能力为该公司所设计的循环醋化器法的6～7倍。
不久，美国的Cohee和Burgoon 以及Magor设计出了连续发酵装置Cavicator。
我国起步较晚，自上世纪70年代开始研究以来，目前，在全国许多地方得到推广应用。
这一工艺劳动生产效率高，液化、糖化、酒精发酵、醋酸发酵都可在液态下进行，醋酸发酵的要点是将酒液及扩培的醋酸菌借强大的无菌空气或自吸的气流进行充分搅拌，使气、液面积尽量加大，进行全面酒精的氧化以生产醋酸。
由于反应迅速，生产周期大大缩短，全部工艺仅用50～70小时，同时产生大量热能，须迅速冷却，保持菌种最适作用温度，因而能源消耗提高，所以通气条件及冷却条件是本工艺的关键因素。
液态深层发酵制醋的研究及发展方向醋酸发酵可以说起源于食醋的发酵，而食醋发酵在古代最早只是酿酒受细菌污染的结果，即所谓"酒酸变醋"。
因此醋酸发酵的历史几乎与酿酒一样悠久，可以追溯至一万年前。
能生产食醋的原料很多如葡萄、苹果、青菜等果蔬原料，大米、玉米、高粱等天然含糖原料，食用酒精等。
早先获得醋酸的方法有天然发酵醋的蒸馏和木材的分解蒸馏，即所谓"木酸"。
真正的醋酸发酵应该是从快速制醋法开始发展起来的。
它是现代淋醋工艺的前身，此法在国外称为"德国工艺"，由德国波恩的弗林斯公司（Heinrich Frings）做了许多改进，他们采用强制通气、控制温度、酒醪喷淋等措施提高了传热优质效率，大大提高了发酵速率，这种工艺采用12％～15％高浓度的乙醇，其醋酸的转化率可达98％，产酸速率可达5L／立方米.d，一个半世纪以来，此法一直是工业生产食醋的重要方法。
深层发酵的工艺是上世纪50年代发展起来的一种新工艺，当时德国的Hromatka和Ebner在1994年和1951年报道了对于工业深层发酵工艺的初步研究，与淋醋工艺相比，深层发酵的乙醇氧化速率提高了约30倍，生产可以高度自动化，经济效益明显提高。
深层发酵又称全面发酵，这一方法最早应用于抗生素的工业生产，工业规模生产大设备完成于西德的Frings公司的醋化器，其生产能力为该公司所设计的循环醋化器法的6～7倍。
不久，美国的Cohee和Burgoon 以及Magor设计出了连续发酵装置Cavicator。
我国起步较晚，自上世纪70年代开始研究以来，目前，在全国许多地方得到推广应用。
这一工艺劳动生产效率高，液化、糖化、酒精发酵、醋酸发酵都可在液态下进行，醋酸发酵的要点是将酒液及扩培的醋酸菌借强大的无菌空气或自吸的气流进行充分搅拌，使气、液面积尽量加大，进行全面酒精的氧化以生产醋酸。
由于反应迅速，生产周期大大缩短，全部工艺仅用50～70小时，同时产生大量热能，须迅速冷却，保持菌种最适作用温度，因而能源消耗提高，所以通气条件及冷却条件是本工艺的关键因素。
文章编号:1006-8481(2008)06-0024-05食醋液态发酵条件优化的研究徐根娣,冷云伟(中国矿业大学,江苏 徐州 221008)摘 要:为了提高食醋生产效率,对食醋液态发酵过程中的营养条件即碳源、氮源、无机盐及生长因子分别进行了研究,并对其进行了优化,选择碳源为2%葡萄糖,氮源为0.5%酵母膏+0.5%蛋白胨,无机盐为0.05%KH 2P O 4+0.05%FeS O 4。
同时,应用正交试验和极差分析法评估了食醋液态发酵过程中主要环境条件,确定了最佳培养条件为发酵温度32℃、初始酒精度4mL /d L 、初始pH 值为6.0和接种量10%。
在优化条件下,发酵时间缩短,产酸速度提高。
关键词:食醋液态发酵;条件优化;生产效率中图分类号:TS264.2+2 文献标识码:AStudy on the opti m i za ti on of v i n egar li qu i d ferm en t a ti onXU Gen -di,L EN G Yun -w ei(China University of M ining and Technol ogy,Xuzhou,J iangsu,221008)Abstract:I n order t o i m p r ove vinegar p r oductivity,s ome nutriti onal conditi ons including carbon s ources,nitr ogen s ources,inorganic salts and gr owth fact ors in vinegar liquid fer mentati on are studied and op ti m ized as f oll owings:2%Glucose is carbon s ources,0.5%yeast extract and 0.5%pep t one are nitr ogen s ources,0.05%KH 2P O 4and 0.05%FeS O 4are inorganic salts .O rthogonal test and range analysis are used t o evaluate the envir on mental fact ors in vinegar liquid fer mentati on,and the op ti m al conditi ons are set as f oll owings:te mperature 32℃,initial alcohol degree 4mL /d L,initial pH degree 6.0and inoculu m s concentrati on 10%.Under op ti m u m conditi ons,fer menting peri od is short 2ened and acid p r oducti on s peed is i m p r oved .Key W ords:vinegar liquid fer mentati on;conditi on op ti m izati on;p r oductivity0 前言食醋是深受人们喜爱的调味品,用食醋作佐料烹调食品,在我国具有悠久的历史。
近年来,随着人们保健意识的不断增强,醋的保健功能亦日夜受到重视。
现代研究发现,醋含有丰富的营养物质,并可防治多种疾病,经常食醋可以软化血管、降低血压、预防动脉硬化及治疗糖尿病,醋还有减肥、美容、杀菌和抗癌等独特作用[1]。
食醋的这些功能越来越被人们所重视,其消费量也随之不断增加。
传统的食醋制法多采用固态发酵,近年来不 收稿日期:2008-08-20 作者简介:徐根娣(1983-),女,江苏盐城市人,硕士研究生。
研究方向:食品生物技术。
・42・少企业采用液态深层发酵制醋工艺,虽然液态发酵法生产出的食醋的风味不如固态发酵法的纯正,但是液态发酵法有着发酵速度快、生产周期短和原料利用率高等优点。
随着人们对食醋需要量的逐渐增多以及商品竞争日益激烈,如何使发酵条件优化、提高生产效率成为食醋生产中首要关注的问题。
1 材料与方法1.1 菌种实验菌种采用沪酿101醋酸菌。
1.2 试剂无水乙醇、Na OH、琼脂、无水CaCO3、葡萄糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖、淀粉、酵母膏、蛋白胨、氨水、(NH4)2S O4、NaCl、KH2P O4、K2HP O4、FeS O4、复合V it B、V it C和复合氨基酸注射液。
1.3 主要仪器电热恒温培养箱,台式恒温振荡器,高压蒸汽灭菌锅,无菌操作台,Frings小型发酵罐。
1.4 培养基1.4.1 基础培养基葡萄糖1g,酵母膏1g,蒸馏水100mL,pH 值6.5,121℃灭菌30m in,冷却后再加入无水乙醇3.5mL。
1.4.2 试管斜面培养基葡萄糖1g,酵母膏1g,无水CaCO31.5g,琼脂2g,蒸馏水100mL,pH值6.5,121℃灭菌30 m in,冷却后加入再无水乙醇3.5mL。
1.4.3 摇瓶培养基葡萄糖1g,酵母膏1.5g,蒸馏水100mL,pH 值6.5,121℃灭菌30m in,冷却后加入再无水乙醇3.5mL。
1.4.4 醋酸发酵培养基根据设计的方案具体配制。
1.5 培养方法1.5.1 种子培养将2～4℃下保藏的醋酸菌,在无菌条件下接入试管斜面培养基,于30℃保温培养48h,备用。
1.5.2 摇瓶培养取斜面菌种接入摇瓶培养基中,在30℃、150r/m in振荡培养,培养24～48h。
1.5.3 菌种发酵培养根据设计方案对营养条件(补充碳源、氮源、无机盐及生长因子)进行单因素实验分析;对外在环境条件(发酵温度、初始pH值,初始酒精度和接种量)进行正交实验分析。
1.6 分析方法总酸的测定按G B18187-2000《酿造食醋》国家标准执行。
2 结果与讨论2.1 补充不同碳源对食醋液态发酵的影响在醋酸发酵中,酒精是主要的碳源。
加入补充碳源是为了更好地满足醋酸菌的生长需要,并对发酵过程中损失的碳源进行补充。
为了研究补充不同碳源在不同含量时对醋酸液态发酵的影响,试验选取了葡萄糖、蔗糖、乳糖、麦芽糖和淀粉为研究对象,其他营养物质参照基础培养基,试验结果见表1和图1。
表1 补充不同碳源对醋酸发酵时间的影响/h含量/%葡萄糖蔗糖乳糖麦芽糖淀粉148～6048～6048～6048～6048～60248～6048～6048～6048～6048～60348～6060～72约60约72约724约6060～7260～7260～7272～84图1 补充不同碳源对醋酸液态发酵的影响从表1和图1可看出,葡萄糖作为碳源时产酸量最高,可达到4.15g/100mL。
这是因为葡萄糖是单糖,其分子结构简单,更容易被利用,比较适合醋酸菌生长的需要。
而蔗糖、乳糖和麦芽糖属于低聚糖,淀粉属于多糖,都需要进一步降解才・52・能被利用,这样发酵时间就会变长,并且碳源的利用率也不高。
因此用葡萄糖作为碳源更有利于醋酸发酵。
在图1中,用1%葡萄糖作为碳源时,其最大产酸量达到4.10g/dL,发酵时间为48～60h;用2%葡萄糖作为碳源时,最大产酸量为4.13g/d L,发酵时间为48～60h;用3%葡萄糖作为碳源时,最大产酸量为4.14g/d L,发酵时间为48～60h;而用4%葡萄糖作为碳源时,其最大产酸量为4.15g/d L,发酵时间为约60h,这四者在产酸量上区别不大,发酵时间也相近,考虑到生产成本,因此可以认为,用2%葡萄糖作为碳源基本能够使醋酸菌产酸达到最快。
2.2 补充不同氮源对食醋液态发酵的影响在研究不同氮源对醋酸液态发酵的影响时,分别选取了酵母膏、蛋白胨、氨水、硫酸铵以及酵母膏与蛋白胨组成的复合氮源作为研究对象,碳源选择含量为2%的葡萄糖,其他营养物质参照基础培养基,实验结果见表2和图2。
表2 补充不同氮源对醋酸发酵时间的影响/h 含量/%酵母膏蛋白胨氨水硫酸铵酵母膏+蛋白胨0.548～6048～6024～3648～60481.048～6048～6024～3648～60481.548～6048～6024～3648～6048～602.0约60约6024～3648～6060图2 补充不同氮源对醋酸液态发酵的影响从表2和图2可以看出,当用氨水作为氮源时,虽然发酵时间很短,但是产酸量也很低。
这是因为发酵过程中氨水容易挥发。
用硫酸铵作为氮源时,产酸量极低而且发酵时间长,说明无机氮源单独使用不适合醋酸菌的生长代谢。
用酵母膏作为氮源时,发酵60h 其最高产酸量为4.2g/d L 。
而用蛋白胨作为氮源时,发酵60h 最高产酸量为4.08g/d L 。
用酵母膏单独作为氮源时的发酵效果要比用蛋白胨单独作为氮源时的发酵效果好。
当用酵母膏与蛋白胨以1∶1的比例组成复合氮源时,发酵60h 其最高产酸量为4.29g/dL,其效果略好些,这可能是因为在复合氮源中,氨基酸的种类增多,可以补充醋酸菌生长代谢时对某种氨基酸的需要。
因此,采用复合氮源更有利于醋酸菌的生长代谢。
2.3 补充不同无机盐对食醋液态发酵的影响在研究不同无机盐对醋酸液态发酵的影响时,实验选取了NaCl 、KH 2P O 4、K 2HP O 4、FeS O 4以及KH 2P O 4与FeS O 4组成的复合盐为研究对象,碳源选择含量为2%的葡萄糖,氮源选择0.5%酵母膏+0.5%蛋白胨,其他营养物质参照基础培养基,实验结果见表3和图3。
表3 补充不同无机盐对醋酸发酵时间的影响/h 含量/%NaCl KH 2P O 4K 2HP O 4FeS O 4KH 2P O 4+FeS O 40.0548～6048～6048～6048～6048～600.1048～6048～6048～6048～6048～600.1548～6048～6048～6048～6048～600.2048～6048～6048～6048～6048～60图3 补充不同无机盐对醋酸液态发酵的影响从表3和图3可以看出,向发酵培养基中添加不同的无机盐,对发酵时间影响并不明显,添加K 2HP O 4对醋酸菌的生长代谢基本不起作用;单独添加FeS O 4比单独添加其他无机盐产酸量要略高一些,这可能是由于Fe 2+对醋酸菌代谢过程中的辅酶有一定辅助作用,从而增强了醋酸菌的代谢能力;添加KH 2P O 4与FeS O 4组成的复合盐要比单独添加FeS O 4的产酸量略高一些,说明使用复合无机盐对醋酸液态发酵的效果优于使用单一的无机盐。
・62・2.4 补充不同生长因子对食醋液态发酵的影响在研究不同生长因子对醋酸液态发酵的影响时,实验选取了复合氨基酸注射液、复合V it B 片及V it C 片为研究对象,碳源选择含量为2%的葡萄糖,氮源选择0.5%酵母膏+0.5%蛋白胨,无机盐选择0.05%KH 2P O 4+0.05%FeS O 4,其他物质参照基础培养基,实验结果见表4和图4。
