CN109280606A - 一种高效产酸的食醋液态发酵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效产酸的食醋液态发酵方法，本发明方法适合于发酵液容积介于60~120M3大规模的食醋液态发酵，主要通过控制排料和进料速率，改变发酵酒精液和空气进料方式，以期控制发酵液在进料过程中酒精度处于最适发酵浓度范围，并通过气液预混后再进行空气‑发酵液混合，有效改善空气与发酵液的混合效果，实现提高发酵液中氧气浓度，达到高效提升食醋液态发酵产酸速率，从而有效缩短食醋液态发酵时间。
Description
技术领域
本发明涉及食醋酿造领域，具体涉及一种高效产酸的食醋液态发酵方法。
背景技术
液态发酵所生产的食醋，主要是颜色为无色至淡黄色的白醋、米醋以及醋酸味剂，目前常用的食醋发酵技术有静态液态发酵、喷淋液态发酵；
静态液态发酵产醋工艺具有较长的历史，被定义为传统液态发酵技术；静态液态发酵主要发酵装备是“醋艇”、“瓦缸”等，规模小，发酵时间长，一般要求发酵时间为35~40天，所得液态发酵醋的酸度不超过5.5%，一般介于4.5%~5.0%之间的水平；静态液态发酵因其发酵特点，导致发酵装备的体积不宜过大；如果发酵容器超过3000L，则供氧发酵效果将会很差，发酵速度更慢；
喷淋液态发酵产醋技术是最近二十年在静态液态发酵的基础上逐步发展起来的，其发酵速度明显高于静态液态发酵技术，产酸速率可提高6~10倍，发酵时间一般在4~7天之间，发酵终点的醋酸含量则介于4.0%~4.5%，在较高酸度下，其发酵产酸速率明显下降，因而常常控制发酵酸度在5.0%以下，避免发酵过程出现过低的产酸速率；并且这种发酵技术的发酵罐容积一般在10M3以下，过高发酵容积，导致产酸速率很低。
发明内容
本发明提供一种高效产酸的食醋液态发酵方法，适合于发酵液容积介于60~120M3大规模的食醋液态发酵，以解决传统液态食醋生产方法效率低、发酵容积小、产酸速度慢、发酵液酸度低的技术问题；
本发明的一种高效产酸的食醋液态发酵方法的步骤如下：
步骤1、液态发酵启动：
往液态发酵罐中加入发酵液，发酵液由发酵酒精液1份与酸度为7.55%±0.05%的液态发酵醋1.5份所组成，通入空气，每M3发酵液空气流量为4.0±0.1 M3/h，并开动发酵罐底部的空气-发酵液混合系统，接着加入发酵液重量0.15%~0.20%（V/V）的醋酸杆菌培养液，控制发酵温度为31±1℃，开始食醋液态发酵的启动；当发酵液中的酒精含量为0.4%±0.1%（V/V）、酸度达到7.5%~7.6%（W/V）时，食醋液态发酵的启动结束，进入循环高效液态发酵；
步骤2，循环高效液态发酵：
把空气通入量降低至每M3发酵液空气流量为2.0±0.1 M3/h，并快速排出总体积的1/3~1/2的发酵液，排料完毕立即泵入与排出发酵液等体积的发酵酒精液，同时将空气通入量提高至每M3发酵液空气流量为6.5±0.1 M3/h，发酵酒精液与空气同时进入发酵罐顶部的空气-发酵液预混系统，而后通过管路进入发酵罐底部的空气-发酵液混合系统，泵入发酵酒精液，当发酵酒精液泵入完毕后，开动发酵罐上层发酵液回流泵，使得上层发酵液与空气同时进入发酵罐顶部的空气-发酵液预混系统，而后通过管路进入发酵罐底部的空气-发酵液混合系统；当发酵液中的酒精含量降为0.4%±0.1%（V/V）、酸度达到7.5%~7.6%（W/V）时，重复前述操作；
步骤3，排出液态发酵醋液的收集与调制：
将排出来的酸度介于7.5%~7.6%（W/V）之间的液态发酵醋液收集起来，而后根据产品酸度要求，加入对应水量，调制出酸度低于7.5%（W/V）的不同酸度液态发酵醋半成品；
步骤4:，过滤和杀菌处理：
往步骤3的半成品中加入0.3%（W/V）的硅藻土，搅拌均匀后使用板框压滤处理，去除醋液中的杂质，得到澄清透亮的液态发酵食醋，再经过132±2℃保温6秒的超高温瞬时灭菌处理，并降温至40℃以下；
步骤5:，包装与抽样检验：
把经过杀菌处理的醋液分装于不同包装规格的包装瓶中，装箱运至仓库，抽样检验；
优选地，所述步骤1中发酵液酒精是用含量为95%（V/V）食用酒精为原料，用水将其稀释成浓度为8.5%±0.5%（V/V）制备而成；
进一步优选地，所述发酵液酒精为食用酒精为原料制备时，在步骤1中开动发酵罐底部的空气-发酵液混合系统后，要加入发酵液重量0.2%（W/V）的营养盐，在步骤2中泵入发酵酒精液的同时，要加入发酵液重量0.15%（W/V）的营养盐；
优选地，所述步骤1中发酵液酒精的制备方法是以粮食（如碎米）为原料，将粮食与其3倍重量的水混合，并分别加入以粮食与水总量计0.015%（W/W）的耐高温α-淀粉酶和氯化钙，α-淀粉酶和氯化钙在加入前分别溶解于其10倍重量的水中，所有物料置于蒸煮锅中在96±1℃条件下旋转熟化处理45分钟，而后排料至糖化池中降温至60±2℃，加入0.1%（W/W）糖化酶，糖化处理30分钟，接着将物料泵至酒精发酵池中搅拌降温至33±1℃，并加入0.1%（W/W）活性酿酒酵母，在发酵温度控制在33±1℃下进行酒精发酵直到酒精度为8.5%~9.5%（V/V）之间，板框压滤处理得到发酵酒液，灭菌后用水调节制备而成酒精浓度为8.5%±0.5%（V/V）的发酵酒精液；
优选地，所述步骤2中在循环高效液态发酵过程中，排料速度要尽量快，控制排料时间在30±5min；，进料速度不宜过快，进料流量控制在0.05~0.09 M3/min之间；
优选地，根据权利要求1所述的一种高效产酸的食醋液态发酵方法，其特征在于：步骤2循环高效液态发酵过程中，发酵温度控制在31±1℃的范围内，产酸速率在0.23±0.02 g/（100mL·h）的范围内；
与现有液态发酵产醋技术相比，本发明方法产酸速度更快，所生产发酵醋的酸度更高。在产酸速率方面，比喷淋液态发酵产酸速率高5~8倍，比静态液态发酵的产酸速率高数十倍，并且即使发酵液酸度达到7.0%以上，依然保持产酸速率高，而且本发明方法适合发酵容积一般高于50M3，发酵容积远大于前两种液态发酵技术；
本发明属于快速深层发酵技术，适合于发酵液容积介于60~120M3大规模的食醋液态发酵，主要通过控制排料和进料速率，改变发酵酒精液和空气进料方式，以期控制发酵液在进料过程中酒精度处于最适发酵浓度范围，并通过气液预混后再进行空气-发酵液混合，有效改善空气与发酵液的混合效果，实现提高发酵液中氧气浓度，达到高效提升食醋液态发酵产酸速率，从而有效缩短食醋液态发酵时间；
本发明有如下有益效果：
1、提高排料速率，缩短排料时间，有效防止发酵液中的醋酸杆菌在发酵液排料期间出现大量衰退和死亡，避免引致下一批次醋酸发酵产酸速率的下降；如果排料时间过久，因酒精消耗殆尽，醋酸杆菌出现快速大量死亡，结果使得下一批次醋酸发酵产酸速率因活的醋酸杆菌数量减少而出现显著的下降；
2、控制进料速度，让发酵液中的酒精浓度慢慢上升，使得发酵液中的酒精含量处于最适发酵浓度范围，防止发酵液中酒精浓度快速提高，影响醋酸杆菌的发酵效果，避免降低产酸速率；
3、通入空气与泵入发酵酒精液经过发酵罐顶部的气-液预混系统对冲混合之后，再进入空气-发酵液混合系统，可以有效促进空气混入发酵液中，提供发酵液的溶氧量，为醋酸杆菌发酵提供足够氧气；在进料完毕后，将气液分离的上层发酵液回流与空气同时进入发酵罐顶部的气-液预混系统，再进入空气-发酵液混合系统，可以有效促进空气混入发酵液中，提供发酵液的溶氧量，为醋酸杆菌发酵提供足够氧气。这种操作模式，可以为整个循环高效液态发酵的醋酸杆菌提供充足的氧气，保障发酵过程的高速率产酸；
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述附图作以详细描述；
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明做进一步地详细说明；
发明人对本发明进行了深入的研究和试验，有较多的成功实施例，下列实施例是本发明的优选实施例；
实施例1
本实施例发酵罐的发酵容积为60M3；
（1）发酵酒精液的制备：
以酒精含量为95%（V/V）食用酒精为原料，用水将其稀释成酒精含量为8.5%±0.5%（V/V）的发酵酒精液；用于食醋液态发酵启动的发酵酒精液体积为24M3，用于循环高效液态发酵的发酵酒精液体积每次为20M3，在上一次循环高效液态发酵结束前应准备好下一次循环高效液态发酵所需的发酵酒精液；
（2）食醋液态发酵的启动：
往食醋液态发酵罐中加入发酵液，发酵液由酒精含量为8.5%±0.5%（V/V）的发酵酒精液24M3与酸度为7.55%±0.05%的液态发酵醋36M3所组成，通入空气，每M3发酵液空气流量为4.0±0.1 M3/h，并开动发酵罐底部的空气-发酵液混合系统，加入120kg营养盐，接着加入醋酸杆菌培养液90L，控制发酵温度为31±1℃，开始食醋液态发酵的启动。当发酵液中的酒精含量降为0.4%±0.1%（V/V）、且酸度达到7.5%~7.6%（W/V）时，食醋液态发酵的启动结束，进入循环高效液态发酵；
（3）循环高效液态发酵：
食醋液态发酵的启动结束后，把空气通入量降低至每M3发酵液空气流量为2.0±0.1M3/h，并快速排出发酵液20M3，排料速率为0.8M3/min，排料时间控制在25min；排料完毕立即泵入预先制备好的发酵酒精液20M3，进料流量控制在0.05 M3/min，进料时间为400min，在进料的同时将空气通入量提高至至每M3发酵液空气流量为6.5±0.1 M3/h，发酵酒精液与空气同时进入发酵罐顶部的空气-发酵液预混系统，而后通过管路进入发酵罐底部的空气-发酵液混合系统，在泵入发酵酒精液的同时，加入营养盐90kg；当发酵酒精液泵入完毕后，开动发酵罐上层发酵液回流泵，使得上层发酵液与空气同时进入发酵罐顶部的空气-发酵液预混系统，而后通过管路进入发酵罐底部的空气-发酵液混合系统；当发酵液中的酒精含量降为0.4%±0.1%（V/V）、酸度达到7.5%~7.6%（W/V）时，重复前述降低空气通入量、排出发酵液、泵入发酵酒精液、提高空气通入量、加入或不加入营养盐、上层发酵液回流等操作，在整个过程中，发酵温度控制在31±1℃的范围内；如此重复操作，实现食醋循环高效液态发酵，每个循环的发酵时间介于10.0~11.5小时（包括排料时间和进料时间，这是因为在排料和进料过程中，醋酸发酵也在进行中），平均产酸速率均大于0.20 g/（100mL·h），而在0.23±0.02g/（100mL·h）的范围内；
（4）排出食醋发酵液的收集与调制：
将排出来的20M3发酵液收集起来，其酸度则介于7.5%~7.6%（W/V）之间，是为液态发酵醋液；而后根据产品酸度要求，加入对应水量，调制出酸度低于7.5%（W/V）的不同酸度液态发酵醋半成品；
（5）过滤和杀菌处理：
往半成品中加入0.3%（W/V）的硅藻土，搅拌均匀后使用板框压滤处理，去除醋液中的杂质，得到澄清透亮的液态发酵食醋，再经过132±2℃保温6秒的超高温瞬时灭菌处理，并降温至40℃以下；
（6）包装与抽样检验：
把经过杀菌处理的醋液分装于不同包装规格的包装瓶中，装箱运至仓库贮存，抽样检验；
实施例2
本实施例发酵罐的发酵容积为90M3；
（1）发酵酒精液的制备：
将1000kg碎米与其3M3水混合，并分别加入耐高温α-淀粉酶600g和氯化钙600g，α-淀粉酶和氯化钙在加入前分别溶解于其6000g的水中，所有物料置于蒸煮锅中在96±1℃条件下旋转熟化处理45分钟，而后排料至糖化池中，通入冷水降温至60±2℃，加入4kg糖化酶，糖化酶先溶解于20kg水中，搅拌下加入糖化物料中，开始糖化处理30分钟，接着将物料泵至酒精发酵池中搅拌降温至33±1℃，并加入4kg活性酿酒酵母，在发酵温度控制在33±1℃下进行酒精发酵直到酒精度为8.5%~9.5%（V/V）之间，板框压滤处理得到米酒发酵液，灭菌后用水调节成酒精浓度为8.5%±0.5%（V/V）的发酵酒精液；
用于食醋液态发酵启动的发酵酒精液体积为36M3，用于循环高效液态发酵的发酵酒精液体积每次为45M3，在上一次循环高效液态发酵结束前应准备好下一次循环高效液态发酵所需的发酵酒精液；
（2）食醋液态发酵的启动：
往食醋液态发酵罐中加入发酵液，发酵液由由酒精含量为8.5%±0.5%（V/V）的发酵酒精液36M3与酸度为7.55%±0.05%的液态发酵醋54M3所组成，通入空气，每M3发酵液空气流量为4.0±0.1 M3/h，并开动发酵罐底部的空气-发酵液混合系统，加入144L的醋酸杆菌培养液，控制发酵温度为31±1℃，开始食醋液态发酵的启动。当发酵液中的酒精含量为0.4%±0.1%（V/V）、酸度达到7.5%~7.6%（W/V）时，食醋液态发酵的启动结束，进入循环高效液态发酵；
（3）循环高效液态发酵：
食醋液态发酵的启动结束后，把空气通入量降低至每M3发酵液空气流量为2.0±0.1M3/h，并快速排出发酵液45M3，排料速率为1.5M3/min，排料时间控制在30min；排料完毕立即泵入预先制备好的发酵酒精液45M3，进料流量控制在0.09 M3/min，进料时间为500min，在进料的同时将空气通入量提高至至每M3发酵液空气流量为6.5±0.1 M3/h，发酵酒精液与空气同时进入发酵罐顶部的空气-发酵液预混系统，而后通过管路进入发酵罐底部的空气-发酵液混合系统；当发酵酒精液泵入完毕后，开动发酵罐上层发酵液回流泵，使得上层发酵液与空气同时进入发酵罐顶部的空气-发酵液预混系统，而后通过管路进入发酵罐底部的空气-发酵液混合系统；当发酵液中的酒精含量降为0.4%±0.1%（V/V）、酸度达到7.5%~7.6%（W/V）时，重复前述降低空气通入量、排出发酵液、泵入发酵酒精液、提高空气通入量、加入或不加入营养盐、上层发酵液回流等操作，在整个过程中，发酵温度控制在31±1℃的范围内；如此重复操作，实现食醋循环高效液态发酵，每个循环的发酵时间介于15~17小时（包括排料时间和进料时间，这是因为在排料和进料过程中，醋酸发酵也在进行中），平均产酸速率均大于0.20 g/（100mL·h），而在0.23±0.02 g/（100mL·h）的范围内；
（4）排出食醋发酵液的收集与调制：
将排出来的45M3发酵液收集起来，其酸度则介于7.5%~7.6%（W/V）之间，是为液态发酵醋液；而后根据产品酸度要求，加入对应水量，调制出酸度低于7.5%（W/V）的不同酸度液态发酵醋半成品；
（5）过滤和杀菌处理：
往半成品中加入0.3%（W/V）的硅藻土，搅拌均匀后使用板框压滤处理，去除醋液中的杂质，得到澄清透亮的液态发酵食醋，再经过132±2℃保温6秒的超高温瞬时灭菌处理，并降温至40℃以下；
（6）包装与抽样检验：
把经过杀菌处理的醋液分装于不同包装规格的包装瓶中，装箱运至仓库贮存，抽样检验；
实施例3
本实施例发酵罐的发酵容积为120M3；
（1）发酵酒精液的制备：
以酒精含量为95%（V/V）食用酒精为原料，用水将其稀释成酒精含量为8.5%±0.5%（V/V）的发酵酒精液；用于食醋液态发酵启动的发酵酒精液体积为48M3，用于循环高效液态发酵的发酵酒精液体积每次为40M3，在上一次循环高效液态发酵结束前应准备好下一次循环高效液态发酵所需的发酵酒精液；
（2）食醋液态发酵的启动：
往食醋液态发酵罐中加入发酵液，发酵液由酒精含量为8.5%±0.5%（V/V）的发酵酒精液48M3与酸度为7.55%±0.05%的液态发酵醋72M3所组成，通入空气，每M3发酵液空气流量为4.0±0.1 M3/h，并开动发酵罐底部的空气-发酵液混合系统，加入240kg营养盐，接着加入醋酸杆菌培养液240L，控制发酵温度为31±1℃，开始食醋液态发酵的启动。当发酵液中的酒精含量降为0.4%±0.1%（V/V）、且酸度达到7.5%~7.6%（W/V）时，食醋液态发酵的启动结束，进入循环高效液态发酵；
（3）循环高效液态发酵：
食醋液态发酵的启动结束后，把空气通入量降低至每M3发酵液空气流量为2.0±0.1M3/h，并快速排出发酵液40M3，排料速率为1.2M3/min，排料时间控制在33~34min；排料完毕立即泵入预先制备好的发酵酒精液40M3，进料流量控制在0.08 M3/min，进料时间为500min，在进料的同时将空气通入量提高至至每M3发酵液空气流量为6.5±0.1 M3/h，发酵酒精液与空气同时进入发酵罐顶部的空气-发酵液预混系统，而后通过管路进入发酵罐底部的空气-发酵液混合系统，在泵入发酵酒精液的同时，加入营养盐180kg；当发酵酒精液泵入完毕后，开动发酵罐上层发酵液回流泵，使得上层发酵液与空气同时进入发酵罐顶部的空气-发酵液预混系统，而后通过管路进入发酵罐底部的空气-发酵液混合系统；当发酵液中的酒精含量降为0.4%±0.1%（V/V）、酸度达到7.5%~7.6%（W/V）时，重复前述降低空气通入量、排出发酵液、泵入发酵酒精液、提高空气通入量、加入或不加入营养盐、上层发酵液回流等操作，在整个过程中，发酵温度控制在31±1℃的范围内；如此重复操作，实现食醋循环高效液态发酵，每个循环的发酵时间介于10.0~11.5小时（包括排料时间和进料时间，这是因为在排料和进料过程中，醋酸发酵也在进行中），平均产酸速率均大于0.20 g/（100mL·h），而在0.23±0.02 g/（100mL·h）的范围内；
（4）排出食醋发酵液的收集与调制：
将排出来的40M3发酵液收集起来，其酸度则介于7.5%~7.6%（W/V）之间，是为液态发酵醋液；而后根据产品酸度要求，加入对应水量，调制出酸度低于7.5%（W/V）的不同酸度液态发酵醋半成品；
（5）过滤和杀菌处理：
往半成品中加入0.3%（W/V）的硅藻土，搅拌均匀后使用板框压滤处理，去除醋液中的杂质，得到澄清透亮的液态发酵食醋，再经过132±2℃保温6秒的超高温瞬时灭菌处理，并降温至40℃以下；
（6）包装与抽样检验：
把经过杀菌处理的醋液分装于不同包装规格的包装瓶中，装箱运至仓库贮存，抽样检验。
Claims (6)
1.一种高效产酸的食醋液态发酵方法，其特征在于以下步骤：
步骤1、液态发酵启动：
往液态发酵罐中加入发酵液，发酵液由发酵酒精液1份与酸度为7.55%±0.05%的液态发酵醋1.5份所组成，通入空气，每M3发酵液空气流量为4.0±0.1 M3/h，并开动发酵罐底部的空气-发酵液混合系统，接着加入发酵液重量0.15%~0.20%（V/V）的醋酸杆菌培养液，控制发酵温度为31±1℃，开始食醋液态发酵的启动；当发酵液中的酒精含量为0.4%±0.1%（V/V）、酸度达到7.5%~7.6%（W/V）时，食醋液态发酵的启动结束，进入循环高效液态发酵；
步骤2，循环高效液态发酵：
把空气通入量降低至每M3发酵液空气流量为2.0±0.1 M3/h，并快速排出总体积的1/3~1/2的发酵液，排料完毕立即泵入与排出发酵液等体积的发酵酒精液，同时将空气通入量提高至每M3发酵液空气流量为6.5±0.1 M3/h，发酵酒精液与空气同时进入发酵罐顶部的空气-发酵液预混系统，而后通过管路进入发酵罐底部的空气-发酵液混合系统，泵入发酵酒精液，当发酵酒精液泵入完毕后，开动发酵罐上层发酵液回流泵，使得上层发酵液与空气同时进入发酵罐顶部的空气-发酵液预混系统，而后通过管路进入发酵罐底部的空气-发酵液混合系统；当发酵液中的酒精含量降为0.4%±0.1%（V/V）、酸度达到7.5%~7.6%（W/V）时，重复前述操作；
步骤3，排出液态发酵醋液的收集与调制：
将排出来的酸度介于7.5%~7.6%（W/V）之间的液态发酵醋液收集起来，而后根据产品酸度要求，加入对应水量，调制出酸度低于7.5%（W/V）的不同酸度液态发酵醋半成品；
步骤4:，过滤和杀菌处理：
往步骤3的半成品中加入0.3%（W/V）的硅藻土，搅拌均匀后使用板框压滤处理，去除醋液中的杂质，得到澄清透亮的液态发酵食醋，再经过132±2℃保温6秒的超高温瞬时灭菌处理，并降温至40℃以下；
步骤5:，包装与抽样检验：
把经过杀菌处理的醋液分装于不同包装规格的包装瓶中，装箱运至仓库，抽样检验。
2.根据权利要求1所述的一种高效产酸的食醋液态发酵方法，其特征在于：所述步骤1中发酵液酒精是用含量为95%（V/V）食用酒精为原料，用水将其稀释成浓度为8.5%±0.5%（V/V）制备而成。
3.根据权利要求2所述的一种高效产酸的食醋液态发酵方法，其特征在于：所述发酵液酒精为食用酒精为原料制备时，在步骤1中开动发酵罐底部的空气-发酵液混合系统后，要加入发酵液重量0.2%（W/V）的营养盐，在步骤2中泵入发酵酒精液的同时，要加入发酵液重量0.15%（W/V）的营养盐。
4.根据权利要求1所述的一种高效产酸的食醋液态发酵方法，其特征在于：所述步骤1中发酵液酒精的制备方法是以粮食（如碎米）为原料，将粮食与其3倍重量的水混合，并分别加入以粮食与水总量计0.015%（W/W）的耐高温α-淀粉酶和氯化钙，α-淀粉酶和氯化钙在加入前分别溶解于其10倍重量的水中，所有物料置于蒸煮锅中在96±1℃条件下旋转熟化处理45分钟，而后排料至糖化池中降温至60±2℃，加入0.1%（W/W）糖化酶，糖化处理30分钟，接着将物料泵至酒精发酵池中搅拌降温至33±1℃，并加入0.1%（W/W）活性酿酒酵母，在发酵温度控制在33±1℃下进行酒精发酵直到酒精度为8.5%~9.5%（V/V）之间，板框压滤处理得到发酵酒液，灭菌后用水调节制备而成酒精浓度为8.5%±0.5%（V/V）的发酵酒精液。
5.根据权利要求1所述的一种高效产酸的食醋液态发酵方法，其特征在于：所述步骤2中在循环高效液态发酵过程中，排料速度要快，控制排料时间在30±5min；，进料速度不宜过快，进料流量控制在0.05~0.09 M3/min之间。
6.根据权利要求1所述的一种高效产酸的食醋液态发酵方法，其特征在于：所述步骤2循环高效液态发酵过程中，发酵温度控制在31±1℃的范围内，产酸速率在0.23±0.02 g/（100mL·h）的范围内。
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