孫浩，郭蕾，宋來生，洪厚勝,3，郭會(huì)明*

1(南京工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，江蘇 南京，211816)2(南京工業(yè)大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院，江蘇 南京，211816) 3(南京匯科生物工程設(shè)備有限公司，江蘇 南京，210009)

食醋釀造距今已有數(shù)千年的歷史，其不僅作為食用烹調(diào)的重要調(diào)味品，還具備殺菌、抗高血壓、降低膽固醇等保健作用[1-2]。傳統(tǒng)釀醋方法主要為熟料固態(tài)發(fā)酵，產(chǎn)品口感醇厚，具有谷物的香氣，但熟料釀醋法工藝步驟多、能源消耗高、原料利用率低，隨著食醋釀造行業(yè)的發(fā)展，生料制醋法逐漸取代熟料制醋法，成為食醋釀造的主流工藝[3]。

生料制醋法與傳統(tǒng)制醋方法不同之處在于原料不加蒸煮，經(jīng)粉碎、浸泡后，加入液化酶、糖化酶、酵母菌制成酒醪，之后醋酸發(fā)酵過程則與傳統(tǒng)固態(tài)釀醋法相同，生料制醋法因此也被稱為“前液后固法”[4]，因其簡化工藝、降低能耗、節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)，已被多數(shù)大型企業(yè)所采用。然而，食醋釀造中最關(guān)鍵的醋酸發(fā)酵工藝發(fā)展緩慢，工業(yè)生產(chǎn)方式普遍處在傳統(tǒng)釀造階段，雖實(shí)現(xiàn)以發(fā)酵池代替發(fā)酵缸的進(jìn)步，但對發(fā)酵過程的監(jiān)控和干預(yù)能力有限，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、發(fā)酵車間衛(wèi)生程度低、發(fā)酵周期長等問題[5]。為解決上述問題，實(shí)現(xiàn)釀醋工藝全部機(jī)械化、自動(dòng)化，研究人員開始推進(jìn)新型機(jī)械化、一體化固態(tài)發(fā)酵釀醋設(shè)備的研究，以大規(guī)模固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)酵池來進(jìn)行醋酸發(fā)酵。張林[6]設(shè)計(jì)出一種臥式固態(tài)發(fā)酵釀醋罐，通過罐體繞自身軸線旋轉(zhuǎn)使物料均勻混合，解決發(fā)酵池釀醋占用場地大，操作過程易產(chǎn)生大量粉塵造成環(huán)境污染的問題；顏欣萍等[7]發(fā)明了一種立式食醋固態(tài)發(fā)酵罐，罐體一分為二，利用循環(huán)泵進(jìn)行發(fā)酵液的內(nèi)部循環(huán)，控制發(fā)酵溫度，發(fā)酵過程無需翻醅，簡化了操作步驟；洪厚勝等[8]結(jié)合轉(zhuǎn)鼓式發(fā)酵反應(yīng)器和立式回流發(fā)酵罐的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種臥式全自動(dòng)固態(tài)發(fā)酵釀醋設(shè)備，其中安裝的氣體分布器、噴淋頭、濾板與濾布實(shí)現(xiàn)了醋酸發(fā)酵、熏醋、淋醋一體化，解決了工藝轉(zhuǎn)場帶來的資源浪費(fèi)問題。這些設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)釀醋設(shè)備機(jī)械化提供了諸多思路，但目前應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的案例較少，為了探究生物反應(yīng)器應(yīng)用于食醋發(fā)酵產(chǎn)品品質(zhì)變化規(guī)律，本文將18 m3臥式滾筒固態(tài)醋發(fā)酵反應(yīng)器和傳統(tǒng)發(fā)酵池進(jìn)行對比，通過對發(fā)酵過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，分析現(xiàn)代化反應(yīng)器和傳統(tǒng)設(shè)備生料制醋過程中理化指標(biāo)的變化規(guī)律和差異，以期能對推動(dòng)食醋生產(chǎn)機(jī)械化、一體化提供理論依據(jù)和相關(guān)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

大米，江蘇光明天成米業(yè)有限公司；稻殼、麩皮，山東嘉祥縣華豐面業(yè)有限公司；精制食用鹽，山東岱岳制鹽有限公司；耐高溫α-淀粉酶(酶活性20 000 U/g)、葡萄糖淀粉酶(酶活性200 000 U/g)，山東隆科特酶制劑有限公司；活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；大曲，河北容城縣恒潤酒曲廠；醋酸菌粉，山東和眾康源生物科技有限公司。

1.2 試劑與儀器

試劑：NaOH，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；無水葡萄糖、酒石酸鉀鈉，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲醛溶液，上海焱晨化工實(shí)業(yè)有限公司；CuSO4，上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司；次甲基藍(lán)、酚酞，天津化學(xué)試劑研究所，以上試劑均為分析純。

儀器：1 000 W調(diào)節(jié)式萬能電爐，南通市長江光學(xué)儀器有限公司；79-1磁力加熱攪拌器，江蘇中大儀器科技有限公司；PHS-3C型精密pH計(jì)，上海雷磁儀器廠。

1.3 主要設(shè)備

本研究利用南京匯科生物工程設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)的18 m3臥式滾筒固態(tài)醋發(fā)酵反應(yīng)器進(jìn)行生料制醋工藝中的醋酸發(fā)酵。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，實(shí)物圖如圖2所示。

1-支架；2-濾板與濾布；3-氣體分布器；4-外半管；5-球冠封頭；6-緩沖組件；7-排氣管；8-排氣口；9-排渣口；10-加強(qiáng)圈；11-反應(yīng)器外換熱夾套；12-螺旋絞龍；13-反應(yīng)器體加強(qiáng)圈；14-軌道；15-換熱列管；16-驅(qū)動(dòng)齒輪；17-拖輪；18-絞龍組件；19-驅(qū)動(dòng)電機(jī)；20-保溫外殼；21-進(jìn)料口；22-旋轉(zhuǎn)接頭；25-驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖1 18 m3臥式滾筒固態(tài)醋發(fā)酵反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of 18 m3 horizontal drum solid-state vinegar fermentation reactor

1.4 實(shí)驗(yàn)工藝與方法

工藝流程及要點(diǎn)如下。

1.4.1 原料

大米700 kg，麩皮1 050 kg，稻殼700 kg，大曲140 kg，醋酸菌粉10 kg。

1.4.2 主糧調(diào)漿液化

將700 kg大米粉碎，要求30目以上。于三化罐內(nèi)加入約2 800 kg水，通入蒸汽升溫，同時(shí)開啟攪拌裝置，待水溫達(dá)到45 ℃左右加入粉碎的大米。打開外半管蒸汽加熱閥，等三化罐內(nèi)溫度達(dá)到55 ℃左右時(shí)加入700 g耐高溫α-淀粉酶，于95～100 ℃內(nèi)保溫1 h，碘試為黃色或無色表明液化完全。

1.4.3 糖化

待三化罐溫度冷卻至60 ℃時(shí)，加入840 g糖化酶和粉碎的140 kg大曲，調(diào)節(jié)pH為4.5～5.0，于60 ℃保溫糖化1 h，采用無水酒精法判斷糖化是否徹底。在糖化過程中，向酵母活化罐加水降溫到35 ℃，在糖化結(jié)束前30 min加入700 g釀酒干酵母活化30 min。

1.4.4 酒精發(fā)酵

將醪液泵入酒精發(fā)酵罐后，通入空氣攪拌1 h，促進(jìn)酵母繁殖。發(fā)酵過程中，溫度控制在32～35 ℃；發(fā)酵至24 h，開啟空氣攪拌20 min防止物料沉降，第3天再次開啟空氣攪拌20 min，之后不再通氣，酒精發(fā)酵過程持續(xù)3～4 d，最終酒醪內(nèi)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到7%～8%。

1.4.5 醋酸發(fā)酵

反應(yīng)器發(fā)酵：將1 050 kg麩皮，700 kg稻殼利用螺旋絞龍輸送，通過羅茨風(fēng)機(jī)和連接在反應(yīng)器入料口的溜管，氣流輸送輔料進(jìn)入反應(yīng)器，之后，將10 kg醋酸菌粉于反應(yīng)器3個(gè)人孔處均勻撒入反應(yīng)器內(nèi)。固態(tài)料投完后，將2 800 kg酒醪從酒精發(fā)酵罐泵入固態(tài)醋發(fā)酵反應(yīng)器，酒醪投料完成后，利用設(shè)置在反應(yīng)器一旁的微電腦控制箱，旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器1 h，使輔料混合均勻，充分吸收酒醪，完成制醅。反應(yīng)器設(shè)定自動(dòng)控溫≤42 ℃，靜置發(fā)酵時(shí)，利用安裝在反應(yīng)器體底部的氣體分布器為醋酸發(fā)酵提供O2，氣體流量設(shè)為15 L/min，待反應(yīng)器溫度升到37～40 ℃后，每日旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器1次，1次20 min，旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器時(shí)開啟表層通風(fēng)，流量為10 m3/h。

發(fā)酵池發(fā)酵：將1 050 kg麩皮，700 kg稻殼投入發(fā)酵池，在發(fā)酵池內(nèi)均勻撒入10 kg醋酸菌粉，投入2 800 kg酒醪，利用翻醅機(jī)翻轉(zhuǎn)物料混合均勻，完成制醅。于發(fā)酵池醋醅上插入3個(gè)溫度計(jì)，間隔均勻，待醅溫升到37～40 ℃后，每日用翻醅機(jī)翻醅1次，1次20 min。

1.4.6 加鹽后熟

待醅溫升溫不明顯，轉(zhuǎn)涼后，監(jiān)測醋醅酒精度，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)降到0.3%以下時(shí)，向醋醅內(nèi)加70 kg鹽，終止發(fā)酵，放置2 d，每天翻醅1次，作為后熟。

1.4.7 淋醋

后熟結(jié)束后采用套淋法淋醋，上批加熱殺菌過的二淋醋泵入發(fā)酵反應(yīng)器和發(fā)酵池，浸泡過夜，次日淋出的醋為頭醋；上批三淋醋泵入后淋出的醋為二淋醋；最后加冷卻熟水淋出的醋為三淋醋。

1.5 分析檢測

1.5.1 基本理化指標(biāo)的測定

溫度：每24 h分別記錄發(fā)酵池和反應(yīng)器醋醅的溫度，發(fā)酵池醋醅溫度通過插入醋醅的3個(gè)溫度計(jì)監(jiān)測，溫度取平均值；反應(yīng)器醋醅溫度通過反應(yīng)器自身安裝的3個(gè)溫度傳感器監(jiān)測，溫度取平均值。

溶氧：每24 h通過測氧儀分別檢測并記錄發(fā)酵池和發(fā)酵反應(yīng)器床層溶氧量。

取樣：每24 h于發(fā)酵池均勻分布的3點(diǎn)處各取50 mL醪液，混勻；同時(shí)打開平均分布于反應(yīng)器底部的3個(gè)出料閥門各取50 mL醪液，混勻，保證樣品的均勻性和代表性。然后測定分析pH、總酸、乙醇、還原糖、氨基酸含量等參數(shù)，每個(gè)指標(biāo)平行測定3次并取平均值。

總酸的測定參照GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》；乙醇體積分?jǐn)?shù)的測定參照GB 5009.225—2016《酒中乙醇濃度的測定》；還原糖的測定參照GB 5009.7—2016《標(biāo)準(zhǔn)食品中還原糖的測定》；氨基酸的測定參照GB 5009.235—2016《食品中氨基酸態(tài)氮的測定》；取30 mL醪液，使用pH計(jì)測定pH，使用前需要校對。

1.5.2 產(chǎn)率的計(jì)算

計(jì)算淋出醋液醋酸質(zhì)量總和，換算成國家標(biāo)準(zhǔn)總酸質(zhì)量濃度為35 g/L的食醋計(jì)，產(chǎn)率按公式(1)計(jì)算。

(1)

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2018軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 反應(yīng)器與發(fā)酵池醋酸發(fā)酵過程中基本理化指標(biāo)變化規(guī)律

2.1.1 pH值和總酸含量的變化

醋酸發(fā)酵過程產(chǎn)物乙酸主要通過醋酸菌作用氧化乙醇的方式形成，總酸含量是發(fā)酵過程的重要指標(biāo)，同時(shí)也是評價(jià)發(fā)酵趨勢好壞的標(biāo)準(zhǔn)[9]。18 m3臥式滾筒固態(tài)醋發(fā)酵反應(yīng)器與傳統(tǒng)發(fā)酵池醋酸發(fā)酵過程pH和總酸含量的變化如圖3所示。

圖3 反應(yīng)器與發(fā)酵池醋酸發(fā)酵過程中pH和總酸含量的變化Fig.3 Changes of pH and total acid content during acetic acid fermentation in reactor and fermentation tank

由圖3可知，總酸變化與張奶英等[10]對四川麩醋發(fā)酵過程中總酸變化趨勢的研究基本一致，2種設(shè)備醋酸發(fā)酵過程總酸含量均為先快速上升，后上升趨勢變緩。發(fā)酵前期營養(yǎng)物質(zhì)充足，醋酸菌代謝旺盛，產(chǎn)酸量急劇上升，pH也隨著醋酸、乳酸等有機(jī)酸的積累迅速下降。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，營養(yǎng)物質(zhì)被消耗，過酸的床層環(huán)境導(dǎo)致微生物代謝緩慢，有些微生物甚至不能適應(yīng)環(huán)境而死亡[11]，產(chǎn)酸速率降低，pH最終維持在3.4～3.6。然而，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，由于設(shè)置在反應(yīng)器底部的氣體分布器持續(xù)給堆積在下層的醋醅供氧，促進(jìn)內(nèi)部傳遞，加上旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器翻醅時(shí)開啟表層通風(fēng)對流除熱，將醋醅品溫控制在適合發(fā)酵的溫度區(qū)間，反應(yīng)器醋酸發(fā)酵過程中產(chǎn)酸速率明顯優(yōu)于發(fā)酵池，發(fā)酵結(jié)束后總酸質(zhì)量濃度分別為67.4、68.2 g/L，發(fā)酵池總酸質(zhì)量濃度分別為59.8、61.8 g/L，反應(yīng)器總酸較發(fā)酵池提高約8 g/L，發(fā)酵周期由傳統(tǒng)的28、30 d縮短至20、22 d。

2.1.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)的變化

反應(yīng)器與發(fā)酵池醋酸發(fā)酵過程乙醇含量變化趨勢如圖4所示。乙醇含量在2～3 d內(nèi)持續(xù)上升，達(dá)到最高值，并超過初始酒醪，之后快速下降，到后期緩慢下降，其與王文秀等[12]的研究中酒精度變化趨勢結(jié)果一致。在發(fā)酵前期，供氧并不充足，酵母菌是兼性厭氧菌，為優(yōu)勢菌種，以麩皮、大曲中的淀粉轉(zhuǎn)化成的糖為營養(yǎng)物質(zhì)生成乙醇[13]，使乙醇體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)快速上升的趨勢，在2～3 d內(nèi)可上漲約1%左右，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，醋酸菌占據(jù)優(yōu)勢地位，以乙醇為營養(yǎng)物質(zhì)生成乙酸，導(dǎo)致乙醇含量下降。

由圖4可知，反應(yīng)器醋酸發(fā)酵過程中醋液乙醇體積分?jǐn)?shù)下降速度高于發(fā)酵池醋液，分別在第20天和第22天降到0.5%以下，而傳統(tǒng)發(fā)酵池產(chǎn)酸乙醇體積分?jǐn)?shù)降到0.5%需30 d之久，與上文總酸趨勢相對應(yīng)，產(chǎn)酸速率變快意味著乙醇消耗速率的增加。

2.1.3 還原糖含量的變化

由圖5可見，生料制醋醋酸發(fā)酵過程中，還原糖在前3 d內(nèi)迅速上升，之后在短時(shí)間內(nèi)快速下降。前期趨勢與傳統(tǒng)熟料釀醋工藝有所不同，分析其原因可能是生料制醋原料不經(jīng)蒸煮，直接粉碎，其淀粉糖化、酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵過程不能被明顯區(qū)分，屬于邊糖化邊酒化邊醋化的復(fù)式發(fā)酵。初期將酒醪與輔料混合，醪液內(nèi)淀粉酶和糖化酶仍具備一定活性，同時(shí)大曲中又含有豐富的淀粉酶，從而水解麩皮中的淀粉生成還原糖[14]，隨著旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器和翻醅的操作，輔料進(jìn)一步吸收酒醪，而酵母菌轉(zhuǎn)化糖為乙醇的反應(yīng)一直存在，還原糖短時(shí)間內(nèi)快速下降。中期反應(yīng)以醋酸發(fā)酵為主，多種微生物共同參與，多種酶系共存[15]，繼續(xù)水解營養(yǎng)物質(zhì)中剩余的淀粉，不斷有還原糖的生成和消耗，隨著產(chǎn)酸的增加，床層過酸的環(huán)境抑制了某些微生物的代謝，導(dǎo)致還原糖較少被利用[16]。發(fā)酵后期，部分還原糖會(huì)參與美拉德反應(yīng)，加上醋醅過低的pH，淀粉酶活性下降，還原糖呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。

圖5 反應(yīng)器與發(fā)酵池醋酸發(fā)酵過程中還原糖含量的變化Fig.5 Changes of reducing sugar content during acetic acid fermentation in reactor and fermentation tank

從圖5可以看出，反應(yīng)器生產(chǎn)得到食醋的還原糖高于傳統(tǒng)發(fā)酵池，發(fā)酵結(jié)束后，還原糖質(zhì)量濃度分別為33.6、35.8 g/L，發(fā)酵池醋液還原糖質(zhì)量濃度分別為28.6、28.9 g/L，反應(yīng)器提高了淀粉利用率。還原糖作為重要碳水化合物，其含量的提高更利于增添食醋獨(dú)有的風(fēng)味。

2.1.4 氨基酸含量的變化

固態(tài)發(fā)酵釀醋過程中，形成的氨基酸種類多樣且呈味豐富，是影響食醋滋味的關(guān)鍵前體物質(zhì)，在產(chǎn)生刺激性酸味的同時(shí)，賦予食醋柔和且醇厚的口感[17]。由圖6可見，2種設(shè)備釀醋醋酸發(fā)酵過程中氨基酸含量均為初期快速上升，中期和后期緩慢上升的趨勢，與ZHANG等[18]監(jiān)測北京米醋發(fā)酵過程中氨基酸的變化趨勢一致，發(fā)酵前期，輔料中的蛋白質(zhì)在蛋白酶和肽酶的作用下生成氨基酸，氨基酸含量迅速上升，之后由于總酸含量的升高，蛋白酶活性降低，微生物活動(dòng)被抑制，因此發(fā)酵后期氨基酸含量增長緩慢。發(fā)酵結(jié)束后，醋液氨基酸含量基本一致，無明顯降低。

圖6 反應(yīng)器與發(fā)酵池醋酸發(fā)酵過程中氨基酸含量的變化Fig.6 Changes of amino acid content during acetic acid fermentation in reactor and fermentation tank

2.1.5 醋醅品溫的變化

溫度是影響微生物代謝的關(guān)鍵因素，是醋酸菌生長繁殖的必要條件[19]，并且醋酸的形成必須經(jīng)歷酒精氧化的過程，而酒精氧化是放熱反應(yīng)，每升酒精氧化放出約8.4 MJ熱量，會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵溫度大幅度上升[20]。在食醋固態(tài)發(fā)酵過程中，基質(zhì)物料導(dǎo)熱性差，代謝熱在物料中積累，難以及時(shí)散去，醋酸菌的最適生長溫度為37～40 ℃[21]，溫度過高則會(huì)造成醋酸菌的死亡，即“燒醅”現(xiàn)象，因此翻醅成為傳統(tǒng)食醋釀造過程的一個(gè)重要操作，通過翻醅疏松輔料，有利于傳質(zhì)傳熱，改變溫度、溶氧等微生物生長代謝的主要條件[22]。工業(yè)上生產(chǎn)食醋，通常利用翻醅機(jī)代替人力在發(fā)酵池上進(jìn)行工作，設(shè)備需人工每日操作且不能有效控制溫度指標(biāo)。反應(yīng)器通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞自身軸線旋轉(zhuǎn)完成翻醅工作，且反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有多條換熱列管，通入冷水，既能確保攪拌均勻又加快了降溫效率。發(fā)酵過程醋醅品溫變化見圖7。

圖7 反應(yīng)器與發(fā)酵池醋酸發(fā)酵過程中醋醅品溫的變化Fig.7 Changes of fermented grains temperature during acetic acid fermentation in reactor and fermentation tank

如圖7所示，剛打入酒醪階段，由于反應(yīng)器底部氣體分布器持續(xù)的通氧和稻殼、麩皮等輔料提供充足的營養(yǎng)物質(zhì)，微生物迅速生長繁殖，產(chǎn)生代謝熱，醋醅品溫在第2天就能達(dá)到42～44 ℃，之后每24 h進(jìn)行一次旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的操作，同時(shí)開啟表層通風(fēng)，以空氣對流作為熱量移除的重要方式，品溫迅速下降。發(fā)酵中期，品溫緩慢上升并長時(shí)間維持在36～39 ℃，后期，由于有機(jī)酸的積累和營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，微生物代謝減緩，醋醅品溫逐漸降低。發(fā)酵池內(nèi)醋醅品溫前期緩慢上升，直到第5天品溫才達(dá)到37 ℃左右，落后反應(yīng)器4 d之久，中期長時(shí)間維持在40～43 ℃，高于反應(yīng)器。分析其原因可能是，發(fā)酵池底部未有持續(xù)的O2供給，僅靠翻醅短時(shí)間的空氣接觸，不能給堆積在底部醋醅提供足夠的O2，導(dǎo)致前期品溫上升緩慢，中期僅靠翻醅的操作散熱，不能將品溫控制在合適的區(qū)間內(nèi)，長時(shí)間處在超過40 ℃以上的溫度，不利于醋酸菌的生長代謝和產(chǎn)酸。

2.1.6 氧含量的變化

醋酸菌是嚴(yán)格需氧菌，氧含量的高低影響醋酸的氧化反應(yīng)速度[23]。氧充足時(shí)，氧化反應(yīng)速度加快；氧缺乏時(shí)，氧化反應(yīng)會(huì)受到抑制。因此，在食醋生產(chǎn)中氧含量是一個(gè)極其重要的參數(shù)[24]。如圖8所示，反應(yīng)器生產(chǎn)食醋過程中床層氧含量明顯高于發(fā)酵池內(nèi)床層，O2的體積分?jǐn)?shù)基本保持在11%～15%，而發(fā)酵池內(nèi)O2體積分?jǐn)?shù)維持在4%～7%。最初，床層內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)豐富，各類微生物吸收利用，反應(yīng)器和發(fā)酵池內(nèi)氧含量都出現(xiàn)迅速降低的現(xiàn)象。2～3 d后，反應(yīng)器內(nèi)床層溫度達(dá)到40 ℃以上，每日進(jìn)行旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器翻醅的操作，旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的同時(shí)開啟表層通風(fēng)對流除熱，靜置發(fā)酵時(shí)，底部氣體分布器也持續(xù)通氧，保證反應(yīng)器內(nèi)O2含量充足，產(chǎn)酸速率得到大幅提高(圖3)。對比反應(yīng)器，發(fā)酵池底部只是物料的堆積，沒有O2的持續(xù)供給，每日的翻醅操作只是將深層醋醅短暫地與表面空氣接觸，并且由于物料堆積層高，更加阻礙了醋醅內(nèi)部O2的傳遞，因此，床層內(nèi)氧含量始終處在較低值，產(chǎn)酸速率也變得緩慢。

圖8 反應(yīng)器與發(fā)酵池醋酸發(fā)酵過程中氧氣含量的變化Fig.8 Changes of oxygen content during acetic acid fermentation in reactor and fermentation tank

2.2 18 m3臥式滾筒固態(tài)醋發(fā)酵反應(yīng)器與傳統(tǒng)發(fā)酵池釀造食醋產(chǎn)率

本文將18 m3臥式滾筒固態(tài)醋發(fā)酵反應(yīng)器與傳統(tǒng)發(fā)酵池采用生料法制醋，最終淋醋數(shù)據(jù)和產(chǎn)率如表1所示，反應(yīng)器發(fā)酵在提高總酸與產(chǎn)率的同時(shí)，縮短了發(fā)酵周期，具有一定的應(yīng)用潛力。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和產(chǎn)率數(shù)據(jù)Table 1 Experimental results and yield data

3 結(jié)論

18 m3臥式滾筒固態(tài)醋發(fā)酵反應(yīng)器因其整體旋轉(zhuǎn)翻醅的特點(diǎn)，利于輔料更好地吸收酒醪，底部設(shè)置的氣體分布器持續(xù)通氧，反應(yīng)器內(nèi)O2的體積分?jǐn)?shù)提高約8%，促進(jìn)醋酸菌的生長代謝，使得醋醅品溫在24 h內(nèi)就可達(dá)到適宜醋酸發(fā)酵的溫度，比發(fā)酵池進(jìn)程加快4 d之多。發(fā)酵中期，通過反應(yīng)器內(nèi)列管注入冷卻水，加上反應(yīng)器兩端設(shè)置的進(jìn)氣管和排氣管，通風(fēng)對流降溫除熱，有效地將醋醅品溫控制在產(chǎn)酸的最佳區(qū)間，不會(huì)造成“燒醅”的現(xiàn)象，從而加快了產(chǎn)酸速度和酒精消耗速度，發(fā)酵周期對比傳統(tǒng)發(fā)酵池縮短約8 d，總酸質(zhì)量濃度上漲約8 g/L，這對工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)食醋具有重要意義。

生料制醋工藝醋酸發(fā)酵過程中還原糖呈現(xiàn)先快速上升后短時(shí)間內(nèi)下降，中期上升，后期逐漸下降的趨勢，與傳統(tǒng)熟料釀造食醋還原糖變化趨勢有所不同。反應(yīng)器產(chǎn)物還原糖含量高于傳統(tǒng)發(fā)酵池，利于食醋風(fēng)味的形成。

反應(yīng)器生產(chǎn)食醋能大大提高產(chǎn)率，最終折算產(chǎn)酸體積與主糧比(L∶kg)從11∶1提高到13∶1。

結(jié)合酶法生料制醋工藝，臥式滾筒固態(tài)醋發(fā)酵反應(yīng)器整體為密閉空間，并且通過微電腦控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度和啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)、通氣、冷卻等操作，能有效穩(wěn)定發(fā)酵條件，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善衛(wèi)生程度。通過實(shí)踐檢驗(yàn)證明，臥式滾筒固態(tài)醋發(fā)酵反應(yīng)器生產(chǎn)食醋能夠縮短發(fā)酵周期，提高總酸含量和產(chǎn)率，生產(chǎn)效率優(yōu)于傳統(tǒng)發(fā)酵池，具有工業(yè)化應(yīng)用前景。