CN109321424B - 一种食醋中高效转化富集川芎嗪的方法及高川芎嗪食醋的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为解决目前发酵食醋中川芎嗪富集难且其合成机理尚不明确等技术难点，提供一种通过固态发酵工艺控制食醋高效转化川芎嗪的方法及高川芎嗪食醋的制备方法。以多种高蛋白杂粮复配后作原料，低温大曲为糖化剂进行酒精发酵，酒精发酵结束后，拌入麸皮、谷糠后，接入火种进行醋酸发酵。醋酸发酵阶段以乙醛含量为发酵周期的判断依据，醋酸发酵结束进行熏醅、淋醋、灭菌、陈酿、灌装，即为成品。整个食醋发酵过程中，跟踪各阶段乙偶姻和川芎嗪变化规律，监测醋酸发酵阶段乙醛含量，通过工艺控制，实现食醋中川芎嗪最大限度积累。易操作，技术易掌握，便于实现工业化操作，为食醋企业提供一种提高食醋中川芎嗪含量的新途径，显著提高企业经济效益。

Description

一种食醋中高效转化富集川芎嗪的方法及高川芎嗪食醋的制 备方法

技术领域

本发明属于食醋固态发酵技术领域，具体涉及一种食醋固态发酵过程中高效富集川芎嗪的方法及高川芎嗪食醋的制备方法。

背景技术

川芎嗪，又名四甲基吡嗪（TTMP），属于吡嗪类生物碱，是中药川芎的重要生物活性物质，广泛存在于许多食品原料、加工食品和酒精饮料中。它作为一种食品增香剂，可为食品赋予烘烤、焙烤和可可的香气，被广泛应用于食品工业化生产中。此外，四甲基吡嗪还具有多种临床药用功效，如降压活血化淤、改善冠心病、溶栓抑栓、清除自由基的保健作用，且相对安全性较高。有人推荐在老年保健类用药中使用，随着检测技术的发展，川芎嗪在镇江香醋和白酒中的发现对人们全面认识川芎嗪的保健作用有进一步的提示意义。

乙偶姻（HB）是四甲基吡嗪的前体物质，具有奶香味，广泛应用于食品、医药、化工以及烟草等行业。在食品行业，乙偶姻是许多发酵食品中重要的风味物质，与双乙酰等配合使用，可以使得酒体丰满，后味醇厚。乙偶姻是食醋的重要风味物质，其含量是是控制食醋质量的一个重要指标。

到目前为止，关于吡嗪类物质合成机制主要有两种：（1）对于烘焙食品，吡嗪类物质作为风味物质，主要由糖和氨基酸类物质通过美拉德反应形成。（2）通过微生物来合成吡嗪类物质，由于发酵状态的不同，其生产功能机制有比较大的差异：对于液态发酵生产吡嗪类物质来讲，微生物通过代谢调控积累3-羟基丁酮和外加铵盐来提高四甲基吡嗪的含量。而对于通过微生物固态发酵生产四甲基吡嗪机制的研究却进展较慢。

白酒作为我国传统的固态发酵产品，早在上世纪80年代，在进行白酒中风味物质分析时就已经在白酒中发现了四甲基吡嗪，但是由于含量较低，没有引起重视。2006年吴建峰率先提出四甲基吡嗪是白酒中的主要功能性成分之一，在不同香型白酒中普遍存在，引起行业的关注。同时，吴建峰研究发现，白酒中的TTMP主要来源之一为酒曲。而酒曲中吡嗪类物质变化规律为：多粮曲高于纯小麦曲；高温曲高于中温曲；细菌曲中吡嗪类物质含量最高；酵母曲和白曲中吡嗪化合物含量很低。江南大学的徐岩等以一种从酱香型白酒高温大曲中分离得到的高产TTMP功能芽孢杆菌为研究对象，采用底物添加法和同位素示踪法追踪了四甲基吡嗪的产生过程，提出了中国白酒中TTMP的主要生成途径来源于微生物代谢的观点。泰州梅兰春酒厂的高传强对芝麻香型白酒中TTMP的来源途径进行了研究，初步得到梅兰春芝麻香白酒不同酿造阶段，TTMP的来源途径有所差别。发酵阶段，TTMP可能来源于微生物代谢和Maillard反应；蒸馏和贮存阶段，TTMP则完全来源于Maillard 反应。中国白酒属于蒸馏酒，在蒸馏阶段发生美拉德反应来提高白酒中川芎嗪的含量效果有限。因此，在现有的研究中，一般是通过强化大曲中高产川芎嗪或乙偶姻的微生物来提高川芎嗪或乙偶姻的累积，最终提高白酒中的川芎嗪含量。研究表明：中国传统白酒中川芎嗪含量范围在500~6000μg/L，是传统白酒的保健功能因子，为“适量饮酒，有益健康”的概念提供科学依据。

2004年，贺铮怡首次发现镇江香醋中含有川芎嗪成分。随后张少飞发现山西老陈醋中含有川芎嗪成分。黄群发现湘西原香醋中同样含有川芎嗪成分。然而不同的是，目前对于我国的食醋酿造工艺中，对于吡嗪类物质的形成，大多数学者仍认为：食醋在加热、煎煮条件下和陈化过程中所发生的美拉德反应是食醋中川芎嗪的主要来源。但是，食醋发酵过程中，通过发酵工艺控制食醋中川芎嗪富集的还鲜有报道，且调控机理尚不明确，因此还需进一步的研究。

发明内容

本发明为了解决目前固态发酵食醋中川芎嗪富集难且其合成机理尚不明确等技术难点，提供了一种通过固态发酵工艺控制食醋高效转化川芎嗪的方法及高川芎嗪食醋的制备方法。

本发明由如下技术方案实现的：一种食醋中高效富集川芎嗪的方法，以高粱、绿豆、大麦、莜麦按重量比为1:1:1:1混合作为发酵原料，以大曲作为糖化剂进行酒精发酵，酒精发酵结束后，拌入酒精发酵料质量60%的麸皮、30%的谷糠，接入新拌醅重量15%的醋酸菌火醅进行醋酸发酵，在醋酸发酵阶段监测醋醅中乙醛含量，每天测定2次，待醋醅中乙醛含量开始呈下降时结束醋酸发酵，进行蒸汽熏醅，48h后结束熏醅，用熏醋醅重量120%的淋醋水淋醋，采用高温瞬时灭菌，灭菌温度为126~132℃，灭菌时间为6~8s，陈酿即可。

醋醅中乙醛含量达到1800~2000ppm后，乙醛含量开始呈下降时结束醋酸发酵。

具体步骤为：

（1）原料和大曲的预处理：高粱、绿豆、大麦、莜麦作为发酵原料，分别去杂、除尘、粉碎至10目后以1:1:1:1混匀后备用，大曲粉碎至10目后备用；

（2）原料的膨化处理：谷物混合原料在挤压式膨化机中膨化，膨化度：60~100g/L，得到主粮；

（3）酒精发酵：将主粮和大曲按重量比为10：6混合后投入酒精发酵缸中，加入主粮和大曲混合料重量4倍的酿造用水搅拌均匀，室温下进行酒精发酵；前3d敞口发酵，并每天搅拌2次，之后封缸，静止发酵≥7d，直到缸内酒醪的温度下降至室温，酒精发酵结束，得成熟酒醪；

（4）醋酸发酵：酒精发酵完毕后，加入发酵料质量60%麸皮、30%谷糠，倒入醋酸发酵缸，装入量为醋酸发酵缸的50%-60%，将醋酸菌火醅接入到新拌酒醅中，接入量为新拌酒醅重量的15%，进行醋酸发酵；待品温上升到38~43℃时进行翻醅，品温保持在45℃后，保持每日翻醅两次；对醋醅中乙醛含量进行监测，每天测定2次，当醋醅中的乙醛含量开始下降时，立即结束醋酸发酵即得成熟醋醅；

（5）熏醅：将成熟醋醅投入熏醅炉中，进行蒸汽熏醅，待品温升至85~90℃时，进行翻醅并开始计时，48h后结束即得熏醋醅；

（6）淋醋：将熏好的醋醅称重后装入淋醋池，加入醅子重量的120%的淋醋水，采用循环套淋法进行淋制得新淋醋；

（7）灭菌：采用高温瞬时灭菌法对新淋醋进行灭菌，灭菌温度126~132℃，灭菌时间为6~8s；

（8）陈酿、灌装、成品：将灭菌后的醋陈酿3个月后，进行高温瞬时灭菌即得高川芎嗪醋。

本发明生产的食醋具有山西醋所特有的风味，且富含氨基酸和川芎嗪，其含量分别为GB19777中要求的1.45倍、2.16倍。不仅可以作为良好的调味品，又具有营养保健功能，适于中年人和老年人经常食用。

附图说明

图1为本发明所述酿造高川芎嗪食醋工艺流程图；图2为食醋采用不同种类和不同比例的原粮进行发酵后，新醋中川芎嗪的检测结果；图3为醋酸发酵过程中，乙醛和酒精度、乙酸含量的变化图；图4为食醋固态发酵中川芎嗪和乙偶姻在发酵过程中的变化规律图。

具体实施方式

一种食醋中高效转化富集川芎嗪的方法，以高粱、绿豆、大麦、莜麦按重量比为1:1:1:1混合作为发酵原料，以大曲作为糖化剂进行酒精发酵，酒精发酵结束后，拌入酒精发酵料质量60%的麸皮、30%的谷糠，接入新拌醅重量15%的醋酸菌火醅进行醋酸发酵，在醋酸发酵阶段监测醋醅中乙醛含量，每天测定2次，待醋醅中乙醛含量呈下降时结束醋酸发酵，进行蒸汽熏醅，48h后结束熏醅，用熏醋醅重量120%的淋醋水淋醋，采用高温瞬时灭菌，灭菌温度为126~132℃，灭菌时间为6~8s，陈酿即可。

醋醅中乙醛含量达到1800~2000ppm后，乙醛含量开始呈下降时结束醋酸发酵。

制备高川芎嗪食醋的方法，具体步骤为：

（1）原料和大曲的预处理：高粱、绿豆、大麦、莜麦作为发酵原料，分别去杂、除尘、粉碎至10目后以1:1:1:1混匀后备用，大曲粉碎至10目后备用；

（2）原料的膨化处理：谷物混合原料在挤压式膨化机中膨化，膨化度：60~100g/L，得到主粮；

（3）酒精发酵：将主粮和大曲按重量比为10：6混合后投入酒精发酵缸中，加入主粮和大曲混合料重量4倍的酿造用水搅拌均匀，室温下进行酒精发酵；前3d敞口发酵，并每天搅拌2次，之后封缸，静止发酵≥7d，直到缸内酒醪的温度下降至室温，酒精发酵结束，得成熟酒醪；

（4）醋酸发酵：酒精发酵完毕后，加入发酵料质量60%麸皮、30%谷糠，倒入醋酸发酵缸，装入量为醋酸发酵缸的50%-60%，将醋酸菌火醅接入到新拌酒醅中，接入量为新拌酒醅重量的15%，进行醋酸发酵；待品温上升到38~43℃时进行翻醅，品温保持在45℃后，保持每日翻醅两次；对醋醅中乙醛含量进行监测，每天测定2次，当醋醅中的乙醛含量开始下降时，立即结束醋酸发酵即得成熟醋醅；

（5）熏醅：将成熟醋醅投入熏醅炉中，进行蒸汽熏醅，待品温升至85~90℃时，进行翻醅并开始计时，48h后结束即得熏醋醅；

（6）淋醋：将熏好的醋醅称重后装入淋醋池，加入醅子重量的120%的淋醋水，采用循环套淋法进行淋制得新淋醋；

（7）灭菌：采用高温瞬时灭菌法对新淋醋进行灭菌，灭菌温度126~132℃，灭菌时间为6~8s；

（8）陈酿、灌装、成品：将灭菌后的醋陈酿3个月后，进行高温瞬时灭菌即得高川芎嗪醋。

实验例1：原料的选择实验：在食醋酿造过程中，将一种或多种杂粮进行混合后发酵，在同一发酵工艺条件下，多粮原料酿造的食醋中川芎嗪含量明显高于单一原粮醋，这与原料中蛋白质质量分数较高，可以为转化川芎嗪提供基础物质NH4⁺有关。吴建峰在《白酒细菌酒曲固态培养条件下B.Subtilis S12产四甲基吡嗪的合成机制》也提出：多粮曲中川芎嗪的含量较纯麦曲高，推测与多粮曲中增加了豌豆，增加了含氮量有关。图2是食醋采用不同种类和不同比例的原粮进行发酵后，新醋中川芎嗪的检测结果。图2中序号1-4所对应的原料及配比见表1。

表1

序号	原粮及配比
		1	高粱=100%
2	高粱、绿豆=70%:30%
		3	高粱、绿豆、大麦=33.3%：33.3%：33.3%
4	高粱、绿豆、大麦、莜麦=25%：25%：25%：25%

山西是公认的小杂粮王国，小杂粮营养丰富，既是传统口粮，又是现代保健珍品。随着人们健康需要和膳食结构的改善，小杂粮作为药食同源的重要新型食品资源，在现代保健食品中占有重要地位。高粱、莜麦（又名：裸燕麦）、豆类等多种杂粮中富含蛋白质、膳食纤维、芦丁、不饱和脂肪酸、多种维生素和矿质元素，不仅营养丰富还有很好的保健功能，对老年性疾病有很好的防治作用。

本发明采用高粱、大麦、绿豆、莜麦4种小杂粮作为发酵原料，进行复配后，淀粉和蛋白质含量丰富，为酿造富含氨基酸和川芎嗪含量的食醋提供了物质基础，提高了食醋的营养保健功能。既符合食醋酿造对原料的要求，也符合当今消费者的健康需求。

在酒精发酵阶段，乙偶姻缓慢生成，川芎嗪几乎检测不到。待进入醋酸发酵阶段，酒精被大量消耗，醋酸逐渐累积，乙偶姻在高温醋化阶段大量生成，川芎嗪开始生成，但生成量仍然相对较少。

实验例2：醋酸发酵阶段工艺控制：在醋酸发酵阶段检测体系中乙酸、乙醛、酒精度的变化，检测结果见图3，由图3可以得知：在醋酸发酵阶段，酒精首先被醋酸菌氧化生成乙醛，经检测发现，待酒精被消耗殆尽后24h内，乙醛含量达到峰值（1800~2000ppm），随后出现急速下降，当乙醛含量降低时，会加速乙偶姻转化成为乙醛（有研究表明：乙偶姻可在乙偶姻脱氢酶的作用下转化生成乙醛，进而生成乙酸。）。同时，我们发现：当延长醋酸发酵时间，随着乙醛的消耗，乙酸并没有大幅度的提升，因此，该发明将乙醛的含量作为醋酸发酵的结点。所以，在醋酸发酵阶段对工艺的控制尤为重要，若此时不加以控制，川芎嗪前体物质——乙偶姻被大量消耗，川芎嗪合成亦会大幅减少。本发明通过该发酵工艺控制手段来提高食醋醋酸发酵阶段的川芎嗪的转化是其他食醋酿造工艺过程所未提过的。

当醋酸发酵结束后，立即进入熏醅阶段。本发明采用将醋醅全部熏制的工艺，乙偶姻急剧消耗，川芎嗪大量生成。说明在高温的作用下，醋醅中未分解的大分子物质得以降解，也促使乙偶姻和铵离子反应生成四甲基吡嗪。同时，高温为美拉德反应产生吡嗪类化合物提供了较为适宜的条件。多项研究证明美拉德反应主要由糖和氨基酸类物质作用形成吡嗪类化合物。因此，四甲基吡嗪的大量生成是美拉德反应和乙偶姻与铵离子自发的热力学反应共同作用的结果。这区别于目前的报道：食醋中川芎嗪主要来源于加热、煎煮和陈化过程发生的美拉德反应。

在灭菌阶段，为减少川芎嗪的挥发性损失，采用高压瞬时灭菌。

陈酿阶段，随着食醋陈酿时间的延长，川芎嗪也有不同程度的增加。而该阶段不存在微生物的发酵代谢作用。因此，陈酿阶段的川芎嗪只要来源于美拉德反应。

因此，食醋固态发酵中，川芎嗪和乙偶姻在发酵过程中的变化规律如图4所示，由图4可以得出：

（1）在酒精发酵阶段，乙偶姻缓慢生成，川芎嗪几乎检测不到。富含蛋白质的原料为食醋酿造中川芎嗪的转化提供氨类物质。

（2）在醋酸发酵阶段，乙偶姻在高温醋化阶段大量生成，川芎嗪开始生成，但生成量仍然相对较少。该阶段当乙醛含量达到最大时，立即结束醋酸发酵，可使乙偶姻的积累达到最大值，有利于后续发酵阶段川芎嗪的累积。

（3）在熏醅阶段，乙偶姻被急剧消耗，四甲基吡嗪大量生成，该阶段四甲基吡嗪的生成是美拉德反应和乙偶姻与铵离子自发的热力学反应共同作用的结果。当继续延长熏醅时间，检测到乙偶姻并不会继续转化为川芎嗪，这可能与醋醅中氨类物质消耗有关。

（4）陈酿阶段，四甲基吡嗪仍会生成，该阶段的四甲基吡嗪主要来源于美拉德反应。

本发明为食醋企业提供了一种通过固态发酵工艺控制来解决食醋中川芎嗪含量低的方法。从机理上，公开了在固态发酵食醋在酿造过程中，通过食醋原料的配比和工艺的合理控制，利用微生物固态发酵生产高川芎嗪保健醋的方法。

本发明制得的新淋的高川芎嗪醋与山西老陈醋的比较结果如表2（结果均已总酸折算为6°为准）：

表2

指标	高川芎嗪醋	山西老陈醋
			总酸含量（g/100mL）	6.00	6.00
不挥发酸含量（g/100mL）	1.57	2.00
			氨基酸态氮含量（g/100mL）	0.29	0.20
还原糖含量（g/100mL）	1.49	2.00
			可溶性无盐固形物（g/100mL）	19.37	9.00
总酯含量（g/100mL）	3.51	2.50
			总黄酮（mg/100mL）	111.10	60
川芎嗪（mg/L）	90.89	30

从上表可以看出，本发明生产的高川芎嗪醋在氨氮、可溶总固、总酯、特征指标含量分别是山西老陈醋的1.45倍、2.15倍、1.40倍、1.85倍、3.03倍。而不挥发酸和还原糖含量低于山西老陈醋的要求，这可能与醋酸发酵周期较传统醋酸发酵时间较短有关。本发明生产的食醋有来自原料所特有的清香，且具有山西醋所特有的风味。

从以上理化指标可以看出，本款高川芎嗪醋的不仅可以作为良好的调味品，又可作为调味基醋进行食醋的调配，同时极具保健功能可作为保健佳品，非常适于中年人和老年人的食用。本发明生产的高川芎嗪醋具有广泛的推广价值和巨大的经济价值。

Claims (3)

1.一种食醋中高效转化富集川芎嗪的方法，其特征在于：以高粱、绿豆、大麦、莜麦四种杂粮按重量比为1:1:1:1混合作为发酵原料，以大曲作为糖化剂进行酒精发酵，酒精发酵结束后，拌入酒精发酵料质量60%的麸皮、30%的谷糠，接入新拌醅重量15%的醋酸菌火醅进行醋酸发酵，在醋酸发酵阶段监测醋醅中乙醛含量，每天测定2次，待醋醅中乙醛含量呈下降时结束醋酸发酵，进行蒸汽熏醅，48h后结束熏醅，用熏醋醅重量120%的淋醋水淋醋，采用高温瞬时灭菌，灭菌温度为126~132℃，灭菌时间为6~8s，陈酿即可。

2.根据权利要求1所述的一种食醋中高效转化富集川芎嗪的方法，其特征在于：醋醅中乙醛含量达到1800~2000ppm后，乙醛含量开始呈下降时结束醋酸发酵。

3.根据权利要求1所述的一种食醋中高效转化富集川芎嗪的方法，其特征在于：具体步骤为：

（1）原料和大曲的预处理：高粱、绿豆、大麦、莜麦四种杂粮作为发酵原料，分别去杂、除尘、粉碎至10目后以1:1:1:1混匀后备用，大曲粉碎至10目后备用；

（2）原料的膨化处理：谷物混合原料在挤压式膨化机中膨化，膨化度：60~100g/L，得到主粮；

（3）酒精发酵：将主粮和大曲按重量比为10：6混合后投入酒精发酵缸中，加入主粮和大曲混合料重量4倍的酿造用水搅拌均匀，室温下进行酒精发酵；前3d敞口发酵，并每天搅拌2次，之后封缸，静止发酵≥7d，直到缸内酒醪的温度下降至室温，酒精发酵结束，得成熟酒醪；

（4）醋酸发酵：酒精发酵完毕后，加入发酵料质量60%麸皮、30%谷糠，倒入醋酸发酵缸，装入量为醋酸发酵缸的50%-60%，将醋酸菌火醅接入到新拌酒醅中，接入量为新拌酒醅重量的15%，进行醋酸发酵；待品温上升到38~43℃时进行翻醅，品温保持在45℃后，保持每日翻醅两次；对醋醅中乙醛含量进行监测，每天测定2次，当醋醅中的乙醛含量开始下降时，立即结束醋酸发酵即得成熟醋醅；

（5）熏醅：将成熟醋醅投入熏醅炉中，进行蒸汽熏醅，待品温升至85~90℃时，进行翻醅并开始计时，48h后结束即得熏醋醅；

（6）淋醋：将熏好的醋醅称重后装入淋醋池，加入醅子重量的120%的淋醋水，采用循环套淋法进行淋制得新淋醋；

（7）灭菌：采用高温瞬时灭菌法对新淋醋进行灭菌，灭菌温度126~132℃，灭菌时间为6~8s；

（8）陈酿、灌装、成品：将灭菌后的醋陈酿3个月后，进行高温瞬时灭菌即得高川芎嗪醋。

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