CN102816681A - 一种食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法，该方法是通过对醋醅生料理化指标、微生物量及活性进行检测和分析，及对固态发酵全过程（接种、提热、过杓、露底）酵母菌所表现的产热、水分消耗、酒精度转化为醋酸的过程进行实时监控，综合各方面因素，确定翻醅时机，控制智能翻醅机对醋醅进行翻醅操作。本发明的优点是：利用现代传感器控制技术和生物技术对食醋固态发酵过程进行数字化监控，通过食醋固态发酵的各个环节进行智能监控，可精确了解在发酵过程微生物活动情况及其活动所产生的环境效益，对精确控制食醋发酵过程，对其进行智能翻醅，以解决食醋生产产品批次间差异较大等问题，保证食醋生产质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种食醋固态发酵过程中数字化监测和智能化翻醅的方法，特指一种针对食醋发酵过程中醋酸菌生物活性及其外在表现方式（温度、酸度、酒精度）数字化监测和智能翻醅的方法。
背景技术
镇江香醋是我国典型的传统特色食品，有着130多年的历史，不但销量遍及全国，而且还远销欧美、日本等发达国家，在国际调味品市场享有声誉。目前，镇江香醋的企业生产尚处于半手工操作状态，生产工艺和工艺参数的控制仍主要依靠人工经验和抽样理化指标的检测支撑，致使生产出的产品质量一致性难以维持。影响镇江香醋（典型的传统特色发酵食品）质量的因素众多，除原料外，加工工艺和参数是影响质量的关键。
醋醅发酵是制醋工艺中的重要环节，也在很大程度上决定了香醋成品的最终风味，其特征是醋酸发酵过程中物料（醋醅）呈固态形式，发酵时醋醅中的醋酸菌等微生物将酒精氧化为醋酸和其他风味物质。醋醅发酵是一复杂的过程，随着发酵的进行，在微生物种群的作用下，其产生的气味中挥发成分不断变化，最终形成该产品所独有的风味。传统食醋固态生产工艺的醋酸发酵以醋缸或醋池为单位进行，在醋醅发酵过程中，采用机械化的翻醅机（大型食醋生产企业公司）或者人工进行翻醅，每天翻醅一次，翻醅的时机、频率、深度等条件也主要根据工人的主观经验来判断，或者公司所制定的规章制度进行翻醅，缺乏科学依据，由于不同季节微生物发酵的过程有较大差异，就是在相同的季节，微生物每次发酵的过程不尽一致，导致食醋生产产品质量无法保证，批次间差异较大等问题。因此，对食醋固态发酵过程中活性菌生物体活动状况，以及其活动引起的周围环境变化进行数字化监测和控制、以此为依据研制稳定、可靠、具有科学依据的固态发酵翻醅系统显得尤为重要。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法。本发明通过对食醋发酵前所采用的醋醅生料的理化指标及生物活性进行检测结合食醋固态发酵过程（接种、提热、过杓、露底）酵母菌所表现的产热、水分消耗、及酒精度转化为醋酸的过程进行实时监控，综合确定翻醅时机，控制智能翻醅机对醋醅进行翻醅降热吸氧操作，为醋酸菌的生长提供良好环境。
为了解决上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法，该方法包括如下步骤：
（1）接种醋醅理化指标的检测和控制：在进行醋醅固态发酵前，对接种所采用的醋醅及醋醅生料根据食醋生产所处的季节及环境温度，调节和控制醋醅与麸皮重量的比例，同时测试和调节醋醅生料的酒精度和水分，为下一步的翻醅时机确定提供依据；
（2）接种醋醅生物量及生物活性的检测：对接种醋醅的总生物量和产酸酵母菌进行检测和分析，分析接种醋醅中的产酸酵母菌和醋酸酵母菌的生物量，并测试接种醋醅的乙醇脱氢酶活性及总蛋白含量；
（3）固态发酵提热过程中的醋醅环境监测和翻醅：在固态发酵提热过程中，对醋醅的温度和酒精度进行实时监控，在醋醅发酵的温度最高点和紧接着最高点下降的第一个温度分别取醋醅样品，监测醋醅样品的酒精度和水分，测试醋醅中的生物量及生物活性，与接种醋醅基准理化指标和生物活性进行比较，判别在提热过程中醋醅产酸菌和醋酸菌在各个温度下变化状况，综合确定翻醅的时间，翻醅时间控制在3-24h之间；
（4）固态发酵过杓过程中的醋醅环境监测和智能翻醅：在固态发酵过杓过程中，监测过杓所涉及的醋醅范围的酒精度和酸度，根据步骤（1）中所检测的醋醅酒精度的基准量，分析醋醅产酸的转换率，再结合醋酸菌产热的温度，确定翻醅的时间，翻醅时间控制在12-30h之间；
（5）固态发酵露底过程中的醋醅环境监测和智能翻醅：在固态发酵露底过程中，监测醋醅的酸度和醋酸菌产热的温度，通过温度报警器实时监控产热异常现象，并通知工作人员，当温度在正常范围内，即24h翻醅一次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用现代传感器控制技术和生物技术对食醋固态发酵过程进行数字化监控，通过食醋固态发酵的各个环节进行智能监控，可精确了解在发酵过程微生物活动情况及其活动所产生的环境效益，对精确控制食醋发酵过程，对其进行智能翻醅，以解决食醋生产产品批次间差异较大等问题，保证食醋生产质量。
附图说明
图1为本发明中固态发酵的不同阶段所监测的理化指标和生物活性指标；
图2a为本发明中提热过程中温度传感器及取样的布置点；
图2b为本发明中过杓过程中温度传感器及取样的布置点；
图2c为本发明中露底过程中温度传感器及取样的布置点。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
实施例1：一种食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法，其流程如图1所示，具体实施方式如下：
（1）接种醋醅理化指标的检测和控制：在进行醋醅固态发酵前，对接种所采用的醋醅及醋醅生料理化指标进行检测和控制，通过天平测试接种醋醅的重量、醋醅生料和配比麸皮的重量；取50g醋醅生料在水中浸泡，过滤取滤液，再蒸馏冷凝，通过便携式酒精计测试生料酒精度；通过便携式水分测试仪测试醋醅生料的水分，根据食醋生产所处的季节及环境温度，调节和控制醋醅生料和麸皮重量的比例，同时测试和调节醋醅生料的酒精度和水分，所获取的结果即为基准酒精度和水分，为下一步的智能翻醅时机确定提供依据。
（2）接种醋醅生物量及生物活性的检测：在进行醋醅固态发酵前，对接种所采用的醋醅的生物活性也进行相应测试和分析，采用光密度法和亚甲基蓝染色法测试接种醋醅的生物量，然后再对其进行分离和辨别，确定初始产酸酵母菌和醋酸酵母菌的生物量和生物活性，为后期分析提供基础，然后测试接种醋醅中的乙醇脱氢酶活性及醋醅中总蛋白含量。
（3）固态发酵提热过程中的醋醅环境监测和翻醅：如图2a所示，在醋池中距离醋醅表层15cm处布置温控系统24h不间断的实时监测在固态发酵提热过程中微生物的产热情况并且每1min存储一次监测数据，在醋醅发酵的温度最高点和紧接着最高点下降的第一个温度分别取醋醅样品，监测醋醅样品的酒精度和水分，测试醋醅中的生物量及生物活性，与接种醋醅基准理化指标和生物活性进行比较，判别在提热过程中醋醅产酸菌和醋酸菌在各个温度下变化状况，再依据提热过程中的翻醅特点，确定翻醅的时间，通过中央控制系统智能驱动翻醅机的开启和停止，保证醋酸菌在体热过程中能逐步发展为醋醅固态发酵的优势菌，翻醅时间控制在3-24h之间。
（4）固态发酵过杓过程中的醋醅环境监测和智能翻醅：如图2b所示，除了在醋池中距离醋醅表层15cm处布置温控系统监测醋酸菌产热情况外，还根据过杓过程中固态分层发酵所处的范围，从醋池中距离醋醅表层30cm处开始每天加深5cm，直至醋池中距离醋醅表层60cm处设置温控点，在每个温控点布置温控系统监测醋醅温度，并在温控点取醋醅样品，检测醋醅的酒精度和酸度，根据步骤（1）中所检测的醋醅酒精度的基准量，分析醋醅在发酵过程中所消耗的酒精量，以及产酸的转换率，再结合醋酸菌产热的温度，确定翻醅的时间，通过中央控制系统智能驱动翻醅机的开启和停止，翻醅时间控制在12-30h之间。
（5）固态发酵露底过程中的醋醅环境监测和智能翻醅：如图2c所示，在固态发酵露底过程中，分别在醋池中距离醋醅表层15cm处、距离醋醅表层40cm处、距离醋醅表层65cm处布置温控系统监测醋醅的酸度和醋酸菌产热的温度。通过温度报警器实时监控产热异常现象，当醋醅局部温度高于45℃或小于35℃时即开启报警系统，通知工作人员查看醋醅情况，当温度在正常范围内，中央控制系统每隔24h正常驱动智能翻醅机翻醅一次。
下面通过对食醋卤酸酸值的检测来进一步说明采用了本发明能解决食醋生产产品批次间差异较大等问题，保证食醋生产质量。
表1发酵过程数字化监测对食醋品质（卤酸酸度值）的影响
表1为固态发酵过程中，进行数字化监控后，各个批次食醋的品质（以卤酸酸度值为指标）。从表1可以看出，传统发酵方法生产所得的食醋卤酸酸值较低，并且从方差一栏可以看出批次间差异比较大，采用本发明数字化监控发酵后，卤酸的酸度值有明显提高，批次间差异也明显降低，因此，本发明所采用的食醋发酵数字化监控方法，对食醋的品质提高和食醋批次间差异降低，有显著效果。
Claims (7)
1.一种食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）接种醋醅理化指标的检测和控制：在进行醋醅固态发酵前，对接种所采用的醋醅及醋醅生料根据食醋生产所处的季节及环境温度，调节和控制与麸皮重量的比例，同时测试和调节醋醅生料的酒精度和水分，为下一步的翻醅时机确定提供依据；
（2）接种醋醅生物量及生物活性的检测：对接种醋醅的总生物量和产酸酵母菌进行检测和分析，分析接种醋醅中的产酸酵母菌和醋酸酵母菌的生物量，并测试接种醋醅的乙醇脱氢酶活性及总蛋白含量；
（3）固态发酵提热过程中的醋醅环境监测和翻醅：在固态发酵提热过程中，对醋醅的温度和酒精度进行实时监控，在醋醅发酵的温度最高点和紧接着最高点下降的第一个温度分别取醋醅样品，监测醋醅样品的酒精度和水分，测试醋醅中的生物量及生物活性，与接种醋醅基准理化指标和生物活性进行比较，判别在提热过程中醋醅产酸菌和醋酸菌在各个温度下变化状况，综合确定翻醅的时间，翻醅时间控制在3-24h之间；
（4）固态发酵过杓过程中的醋醅环境监测和智能翻醅：在固态发酵过杓过程中，监测过杓所涉及的醋醅范围的酒精度和酸度，根据步骤（1）中所检测的醋醅酒精度的基准量，分析醋醅产酸的转换率，再结合醋酸菌产热的温度，确定翻醅的时间，翻醅时间控制在12-30h之间；
（5）固态发酵露底过程中的醋醅环境监测和智能翻醅：在固态发酵露底过程中，监测醋醅的酸度和醋酸菌产热的温度，通过温度报警器实时监控产热异常现象，并通知工作人员，当温度在正常范围内，即24h翻醅一次。
2.根据权利要求1所述的食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法，其特征在于，步骤3）中，在醋池中距离醋醅表层15cm处布置温控系统，并且24h不间断的实时监测在固态发酵提热过程中微生物的产热情况。
3.根据权利要求2所述的食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法，其特征在于，实时监测过程中每1min存储一次监测数据。
4.根据权利要求1所述的食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法，其特征在于，步骤4）中，在醋池中距离醋醅表层15cm处布置温控系统监测醋酸菌产热情况。
5.根据权利要求4所述的食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法，其特征在于，步骤4）中，根据过杓过程中固态分层发酵所处的范围，温控点从醋池中距离醋醅表层30cm处开始，每天加深5cm，直至醋池中距离醋醅表层60cm处，在每个温控点布置温控系统监测醋醅温度，并在温控点取醋醅样品，检测醋醅的酒精度和酸度。
6.根据权利要求1所述的食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法，其特征在于，步骤5）中，分别在醋池中距离醋醅表层15cm、距离醋醅表层40cm、距离醋醅表层65cm布置温控系统监测醋醅的酸度和醋酸菌产热的温度。
7.根据权利要求1所述的食醋固态发酵过程中的数字化监测和智能翻醅方法，其特征在于，步骤5）中，产热异常现象的标准是温度高于45℃或小于35℃。
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