醋酸菌在酿醋工业中的应用
摘要:食醋的生产在我国历史悠久。大江南北, 长城内外不乏名醋。镇江香醋、山西老陈醋、福建红曲醋、辽宁喀左陈醋等几大名醋名播华夏, 行销海内外, 颇受欢迎。
关键词:醋酸菌、名醋、工艺特点、应用
从古至今, 食醋一直是人们饮食生活中不可或缺的调味品.古籍《周礼·天官》、《荀子正名》、《隋书酷吏传》中对其均有描述, 而《本草钢目》中则记叙了它的药效作用。随着科学技术的发展, 社会的不断进步及人们对饮食结构合理性的认识提高, 食醋在消费者心目中的地位不断得到加强, 醋不仅仅是作为一种调味品被食用, 更重要的是对它的食疗和保健功效的关注。例如, 它能促进人体胃液分泌, 恢复疲劳, 预防高血压, 降低体内过氧化脂质和血液中乙醇浓度, 另外, 还有增强肝脏机能、防治肥胖、美容护肤等功能。因此, 食醋的销量逐年递增, 新产品层出不穷, 具有十分诱人的开发前景。 1 醋酸发酵的两种不同产品
就现阶段醋酸发酵的现状, 醋酸发酵应区分为两大类, 即食醋工业发酵和醋酸工业发酵。虽然两类发酵的原理相同, 均是在醋酸发酵阶段以酒精为基质, 醋酸菌参与产物的生成, 但两者又有许多不同之处。从发酵终产物组成来讲, 食醋发酵的产物是以醋酸为主, 以乳酸、琥珀酸、苹果酸、延胡索酸等有机酸为辅、多菌种参与发酵而形成醋香味突出, 具有酸、香、绵、甜特色的终产物。并且根据所用菌种的不同, 形成的食醋典型风格各异, 醋酸工业发酵是以单一纯菌种或酶制剂参与发酵, 单纯追求醋酸得率而不考虑其风味的醋酸发酵。这种工艺具有产品纯度高、酸度高的特点。从发酵方式来讲, 食醋发酵以固态发酵和固液结合两种方式为主, 而后者不只是液体深层发酵工艺, 还有七十年代发展起来并不断完善的固定化细胞发酵方法。从终产物的提取方法来讲, 食醋是水浸套淋或分离, 没有提纯工序, 后者则是靠精馏、恒沸脱水蒸馏、萃取等几种方法提取纯化。食醋的色泽由于工艺不同, 呈无色、黑色或棕色, 而后者提取纯化后的产品则无色透明
2 食醋发酵工艺现状
我国的食醋酿造工艺大体上分为固态法酿醋工艺、液态法酿醋工艺和固液结合酿
造工艺。绝大多数酿造厂采用固态酿造工艺生产食醋, 这种工艺占地多, 转化率低, 设备利用率不高, 但产品风味优良。传统的工艺有以下几种: 1 山西老陈醋生产工艺的特点
这种酿醋工艺以高梁为主要原料, 用曲量因曲的种类不同而有较大差别, 一般在12 一62.5 % 范围内, 麸皮用量约为原粮的巧150 % 左右, 辅料以谷糠、高梁壳、稻壳混合使用, 以谷糠为主, 出醋率为每斤主粮出酸度为4.5 % 的食醋4 kg , 醋糟中残淀粉含量为7 一9 %。此工艺中有熏酷工序, 因而赋予淋出的食醋以特殊的熏香味。
2 镇江香醋工艺的特点
以大米为原料, 以麦曲为糖化剂, 辅料以稻壳为主, 麸皮用量大, 约为主粮的17 倍。此工艺中虽无熏酷工序, 但有米色作为辅助材料增加食醋的色香 3 四川老法陈醋工艺的特点
四川为天府之国, 产粮大省, 封皮是其粮食加工后的主要副产品, 在酿醋中麸皮的使用量大而大米用量较少, 若以大米为主粮, 则麸皮的用量为主粮的2 2 倍。由于麸皮使用多而有利于美拉德反应的进行, 虽无熏酪工艺, 但食醋仍是色泽黑褐, 有特殊的芳香。 福建红曲老醋工艺的特点
这种工艺以糯米为原料, 以红曲为糖化发酵剂,用炒米色调味及色。红曲霉菌种本身的特点决定了这种产品较长的生产周期及食醋特有的浓郁香气和醇厚感。另外, 江浙玫瑰醋与辽宁喀左陈醋也是传统工艺, 前者的特点是以大米为原料, 糖化、酒精发酵, 醋酸发酵的微生物全靠自然接种, 微生物种群多而杂,生产受季节限制。后者是以高梁为原料, 微生物纯种培养, 因而质量稳定。液态酿醋工艺中多采用回流制醋及深层发酵制醋法。回流工艺, 克服了固态酿醋工艺中的一些缺点, 但又由于回流塔中载体分布的不均匀性, 导致温度传递变化的不均匀, 而使局部升温过高, 随着乙醇的耗尽, 所生成的醋酸一步被氧化。液体深层醋酸发酵工艺最早报道于五十年代, 采用强制通气、酒醒喷淋等措施提高了传导效率及转化率, 醇酸转化率可达理论值的90 % , 在自动化程度提高的同时,经济效益明显提高。随着科学技术的发展, 食醋酿造工艺也在不断改进, 设备的改良、纯种微生物、酶制剂的应用, 极大程度地提高了原料利用率和生产效率。节能型工
艺(如生料酿醋法)及新型技术(如细胞胞固定化技术) 正在不断的完善。 3 参与食醋发酵的醋酸菌生物学 特征
在食醋发酵的诸多工艺中, 无论采用何种方式的发酵, 醋酸菌的参与起着决定性的作用。由于此类菌种的变异性较强而显现出它的种类繁多、分类复杂, 在食醋酿制中常见的醋酸菌按其发育最适温度和特性可分为两大类, 一类发育适温在30 ℃ 以上, 氧化酒精为乙酸的称为醋酸杆菌, 一类发育适温
在30 ℃ 以下, 氧化葡萄糖为葡萄糖酸的称为葡萄糖氧化杆菌, 其后, 也有学者根据自己的研究成果, 提出了新的分类观点, 将醋酸菌分为四个群, 即过氧化菌、氧化菌、中氧化菌和弱氧化菌。随着生物研究领域不断发展和深人, 对醋酸菌的分类也由外部形态、生理代谢水平进入了基因水平。19 80 年,Gillis和和D el ey 将基因技术应用于醋酸菌的分类。他们用14C 标记的一株氧化葡萄糖杆菌的16 S 的rRNA与各种细菌的DNA 杂交后测定两个参数, 一个是5 0 % 杂交体变性时的温度, 另一个是r R NA 的结合度。结果表明醋杆菌属与葡糖杆菌属在遗传物质上存在一定的相似性, 因而在19 84 年新版的《伯杰氏细菌鉴定手册》中, 将醋酸菌科分为两个属即醋杆菌属和葡糖杆菌属, 属中共包括五个种国内广泛使用的菌种AS1.41和沪酿101等菌种均属醋杆菌属, 而国外使用的速酿醋菌种则属葡糖杆菌属。醋酸菌的分类在微生物学界是一个学术性很强的课题, 而对于食醋发酵行业来讲, 最关心的是醋酸菌的生理生化特性及其代谢产物对产品的影响。
醋酸菌的一般特征为: 细胞椭圆到杆状, 直或稍弯曲, 大小为0. 6 -3.0μm, 单生, 成对或成链。有些退化型的菌种可呈球状、分枝、棍棒型等其它形态。鞭毛周生或极生, 运动或不运动, 无芽抱形成, 革兰氏染色性、属化能异氧菌, 严格好氧。在中性或酸性时氧化乙醇为醋酸, 氧化乙酸盐和乳酸盐为CO 2 和H 2 0, 乙醇是良好的碳源, 能利用己糖和甘油、不水解淀粉、糊精乳糖, 一般不产色素。最适生长温度30 ℃ , 生长最适p H 5.4-6.3。醋酸菌具有高度的变异特性, 在平板分离的时候就可能改变其性质, 因此, 醋酸菌的存方法应在液体培养基中连续传代。
4 纯培养醋酸菌的应用
4 . 1 培养方式
醋酸菌的培养一般以试管菌种为基础, 液态逐级扩大, 需要投人的主要设备有恒温摇床、种子罐等, 培养基成分为酵母膏、葡萄糖、酒精。经验表明,在低度酒液中加人营养成分会使醋酸菌生长旺盛。也可进一步进行固态育种, 设备可自制, 只是这种方式容易感染杂菌。现在市场上还有固态醋酸菌纯种制剂销售, 这种制剂使用起来更加方便, 无需扩大培养可直接使用。我所在19 9 7 年承担了省科委《高活性醋酸菌的选育》课题, 选育出一株产酸能力较强的菌株。近几年试制了固体活性菌种小样, 经实验证明, 在八个多月的贮存后, 固体活性菌种的活力持仍较好。这种菌种的应用为生产厂家提供了方便之处, 免除了培养过程的许多不便。
2 纯培养醋酸菌的应用
纯培养醋酸菌在国外速酿醋和液体深层发酵中应用较早, 技术成熟、效率高。细胞固定化技术作为一种纯培养方式也渗人醋酸发酵这一领域, 在带来生产速率高、操作稳定、自动化程度高等优点的同时, 在不同程度上也存在着基质浓度酸浓度低,转化不完全等缺陷。
醋酸菌的纯培养物在固态食醋发酵中的应用研究也在进行中。在食醋生产的固态工艺法中加人醋酸菌能有效提高设备利用率, 使发酵周期缩短2 天左右, 醇酸转化率较高, 为理论值的95 % 左右, 但也有缺点, 如发酵终点较难掌握, 淋出的挥发酸较高, 刺激性大。果醋发酵多为液态发酵方式。若用自然接种的方法发酵果汁, 除易带人杂菌使发酵失败外, 主要的方面是终产品发酵风味欠佳、后期调配困难, 成本加大, 而纯培养醋酸菌则能使发酵物酸度提高, 保证发酵的正常进行, 为后期调配成本降低打下基础。总之, 纯种醋酸菌的应用有利有弊, 如何场长避短, 有待于从工艺中的各个角度深人研究。
参考文献：l草莓中多酚氧化酶的研究—孔繁东等
板栗果实过氧化酶与多酚—陶月良等 食醋生产—陶正升
有机酸发酵工艺学—金其荣等 食品酶化学—王章等
多酚氧化酶特性的研究—食品科学