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《中國食品學報》2016年第二期

摘要

四季環境溫度差異較大，鎮江香醋固態發酵過程僅按同樣操作翻醅，不太合理。本研究使用自制的智能溫控系統，實時監控四季醋醅發酵溫度的變化，比較不同季節、批次間溫度的差異，為制定不同季節操作標準，提供科學依據。提熱期，春夏季節醋醅溫度持續上升，出現50℃高溫，隨后自降，可分離出醋酸菌，且雜菌基本被消滅；秋冬醋醅溫度變化差異較大，最高溫約為45℃；過杓期，春秋溫度37～46℃，受環境溫度影響，夏季維持在42～48℃，冬季為36～45℃；露底，不同層的溫度均有顯著差別，翻醅前從上到下溫度依次降低，翻后出現相反狀況。使用該溫度系統有利于監控食醋不同發酵階段溫度的變化，可作為不同季節發酵操作的參考指標，為優化發酵條件，提高發酵質量奠定基礎。

關鍵詞

固態發酵；醋醅；溫度；實時監測

鎮江香醋是我國典型的傳統特色食品，有著130多年的歷史，是我國傳統四大名醋之一，具有醇香濃厚，回味悠長的特點。它用糯米為原料，是一種典型的米醋[1]。目前，鎮江香醋的企業生產尚處于半機械、半手工操作狀態，生產工藝和工藝參數的控制仍主要依靠人工經驗和抽樣理化指標的檢測支撐，致使生產出的產品質量一致性難以維持[2]。影響傳統特色食品質量的因素眾多，除原料外，加工工藝和參數是影響質量的關鍵。醋醅發酵是制醋工藝中重要環節之一，在很大程度上決定香醋成品的最終風味。在發酵過程中，微生物的活動主要表現為產熱和耗氧[3]，它們的生長和代謝過程中需要釋放大量生物熱，尤其是在微生物對數生長期，產熱速度很快；在發酵后期，微生物進入衰亡期，代謝緩慢，溫度隨之逐漸降低[4]。溫度是微生物活動狀況的重要參考指標，也是保證醋醅中微生物正常生長代謝的重要因素[5]。改變溫度必然會影響微生物體內所進行的多種微生物化學反應，它能很好地反映微生物的生長代謝狀況[6]。目前在香醋的生產中，不同季節仍然按照同一個標準在指導操作工藝，并且依據工人手觸或者溫度計來檢測溫度，這顯然不連續，并有很大的誤差。由于不同季節的環境溫度差別很大，固態發酵過程中的微生物對溫度非常敏感，所以按照同一個標準對待，顯然是不科學的，如果能對溫度實時監控，那么就能實時反映微生物活動狀況，然后根據溫控情況指導機械翻醅，優化發酵參數，將對控制食醋的品質有重要意義[7]。本研究針對這個問題，自制一套溫度在線監測裝置，實時檢測不同發酵階段醋醅的溫度變化情況，對比不同季節醋醅的溫度變化，依據其結果進行操作，優化發酵條件，為制定不同季節的標準化操作規程提供科學依據，為食醋品質控制奠定基礎。

1材料與方法

1.1材料試驗地點：江蘇鎮江恒順醋業制醋車間。分別在春末（5月8日-29日）、夏季（7月24日-8月15日）、秋季（10月3日-24日）及冬季（12月14日-1月5日）進行醋醅溫度檢測試驗。4個季節的監測地點均在2個規格相同并同時接種的發酵池（高100cm，寬90cm）。在醋醅發酵的不同階段（提熱、過杓、露底）放置不同數量的溫度傳感器，具體位置如圖1所示。

1.2設備與方法采用在線智能溫度監控儀，一種自制的多通道溫度采集模塊，可進行實時不間斷采集。它提供了熱電阻/電阻信號的采集及轉換，線性處理并轉換成線性化的數值，經RS-485總線傳送到控制器，共有12個測量通道，采樣速率12通道/s，支持熱電阻的3線制連接，連接PT100鉑（測量范圍-200~850℃，分辨率0.1℃，精度+/-0.3℃）熱電阻，可由軟件設置模塊參數，支持ModbusRTU/ASCII數據采集協議，內置看門狗，運行非常穩定可靠。其模塊的分辨率是0.1℃/0.1Ω，在-20~85℃，濕度＜90%的條件下運行。本試驗的溫度傳感器表面均進行抗酸化處理，可以持續在高酸度環境下工作，而不失去靈敏度。利用采集程序，設置存儲時間1min，24h不間斷記錄溫度數據。溫度采集模塊具有10位撥碼開關，用來設置Modbus地址，其有運行模式和設置模式兩種方式，通信配置（波特率，校驗位，通信協議）由模塊內部寄存器的設置決定。設置模式和運行模式的唯一區別在于當模塊處于設置模式時，模塊的Modbous地址默認為0，通信配置默認為：9600，N，8，1（9600bps，無校驗位，8個數據位，1個停止位），方便與模塊進行通信。開始通訊后，利用參數設置軟件進行參數設置，溫度信息存儲周期設置為1min，可實時記錄并存儲溫度信息，供下一步分析。在醋醅發酵過程的21d中，實現了24h每1min記錄1次溫度數據的變化值。

2結果與分析

2.1提熱階段醋醅溫度狀況分析圖2中，四季醋醅發酵過程中提熱階段的溫度變化差異很大。5月份溫度，在固態發酵接種初期，兩個醋缸溫度分別在33℃和35℃，經8～10h，醋缸內溫度達到最高，為50℃甚至更高，然后是自然下降過程，翻醅后，溫度再次小幅上升，基本在45℃以下，且達到最高溫度后自然下降。7月和5月份的變化基本一致，說明在春夏季節，醋醅中微生物處于一個活力比較旺盛的階段，可很快度過調整期，進行繁殖代謝，使溫度迅速上升。秋冬季節溫度的變化趨勢和春夏季節差別很大。秋季接種時的溫度為28～29℃，冬季為25～26℃。接種后兩個季節的溫度增加很緩慢，呈先稍微下降又上升的趨勢，最高溫：秋季為43～46℃，而冬季僅為38～42℃。由于環境溫度的影響，所以兩季節達到最高溫度的時間需18～20h，花費的時間是春夏的2倍多，說明醋醅中的微生物由于環境溫度的影響，接種后需要很長時間才能適應新的環境，導致溫度增加緩慢。

2.2過杓階段醋醅溫度狀況分析從圖3可知，春季和夏季外界環境溫度雖然有一定的差別（相差5～8℃），但是醋醅的溫度保持穩定，溫度變化趨勢一致，基本維持在42～47℃。秋冬季節，溫度較低，變化幅度較小，基本維持在45℃左右。此外，在此階段，醋醅溫度處于持續上升階段，有自降的趨勢，此后維持平穩。在特別情況下溫度高于45℃，醋醅溫度就不再上升，而出現自降的趨勢。在四季，每天的溫度均有升溫有自降，可能是醋酸菌在環境溫度和氧含量較低的條件下活動能力較弱，暫時處于休眠的狀態，直到翻醅，溫度下降時，醋酸菌再次活躍起來。

2.3露底階段醋醅溫度狀況分析由于發酵池中所有醋醅均參與發酵，所以將傳感器分層放置。4個季節的溫度均是每天翻醅時降溫，沒有自降過程。這與提熱、過杓階段所不同。春夏分上、中、下3層進行溫度檢測，秋冬季節分4層檢測。

2.3.1春季固態發酵過程露底階段的溫度變化分析圖4是發酵池中上、中、下層醋醅溫度變化曲線。露底階段上層醋醅比中、下層醋醅發酵溫度高，這是由于醋醅中的醋酸菌等主要微生物是好氧菌，上層的含氧量比中、下層的高，微生物代謝活躍。下層溫度在露底2d后下降，基本維持在35～42℃，后期到30℃，微生物代謝微弱，大量微生物基本衰亡。2.3.2夏季固態發酵過程露底階段的溫度變化分析圖5是夏季的溫度變化曲線。上、中、下層溫度變化較大，上層明顯比下層的溫度高很多，基本維持在43～47℃。露底前期的上、中、下層溫度變化不大，基本維持在38～45℃。露底第3天，溫度開始出現分層，下層溫度較低（35～39℃），微生物代謝微弱。另外，由于環境溫度的影響，上、中層溫度在發酵后期維持在45℃左右。

2.3.3秋季固態發酵過程露底階段的溫度變化分析圖6為秋季醋醅溫度變化圖。由于環境溫度降低，所以在露底階段分4層檢測醋醅的溫度，可以看出，不同層醋醅的溫度差異顯著。在翻醅之前，頂層溫度最高，底層溫度最低，4層的溫度由上到下依次下降。當翻醅時，由于最底層的醋醅翻到最頂層，所以下層醋醅溫度最高，上層溫度最低。隨著發酵的繼續，上層醋酸菌接觸氧氣，開始變為活躍，溫度持續上升，而下層醋酸菌接觸底層的生料，溫度反而降低，最終變為溫度由上到下依次下降，然后再進行下一輪的翻醅。在露底過程，醋醅的溫度一直上下交替，至露底結束。2.3.4冬季固態發酵過程露底階段的溫度變化分析從圖7看出，冬季環境溫度較低，1，2，3和4分別代表自上而下的溫度檢測層。上層溫度在露底階段前3d，最高溫為45℃左右，有自降的趨勢；在后期降為32～40℃，每天翻醅降溫，沒有自降過程。中、下層溫度基本穩定，維持在34～38℃之間。2.4提熱階段醋醅溫度監控及生化指標分析在春夏試驗中發現多個批次的多個發酵缸出現50℃甚至以上的高溫，這是以前從未報道的。在溫度監測的相關報道[2，8-10]中，通常認為溫度超過43℃（特別是提熱階段），醋醅發酵就很難進行[11]。一般認為37～42℃是醋酸菌的最佳生長活動溫度，當溫度超過42℃時，醋酸菌很難存活。為了驗證醋醅在此高溫下的存活程度，對固態發酵的工藝進行研究[12]。本試驗中，在提熱階段強制降溫，即當溫度超過45℃立即翻醅，結果如圖8所示。依據溫度控制提熱階段的溫度，同時檢測發酵過程中的細菌數和乙醇脫氫酶活性的變化，用這些參數變化評價該方法的可行性。從圖8可以看出，當溫度超過45℃即開始進行強制翻醅。醋醅溫度下降，在非常短時間又迅速上升，2h內溫度上升到45℃。提熱結束后停止溫度控制，醋醅還需經歷50℃高溫，然后開始自降。為了進一步了解提熱階段醋醅中微生物的活動狀況，對微生物指標和理化指標進行比較，結果見表1。經50℃高溫，醋醅中的微生物量明顯減少，存留的是醋酸菌和乳酸菌等主要發酵微生物。相比之下，達到45℃就翻醅的發酵池雜菌很多，醋酸菌相對很少。這可能是發酵過程中，高溫條件下某些雜菌的代謝被醋酸菌所利用，形成既競爭又共生的關系，此時的醋酸菌逐漸適應了高溫環境。

3結論

利用智能溫控系統，24h實時監控不同季節食醋固態發酵的溫度，結果表明，該系統能很好地實時連續監控不同的階段醋醅溫度，為制訂不同季節的操作標準提供科學數據。系統分析了發酵過程中提熱、過杓和露底階段的溫度變化情況。春夏提熱階段溫度有超過50℃的情況，采取人為降溫控制提熱階段的溫度，結果顯示，醋醅會在其它階段出現高溫。另外，溫度監測系統的建立有利于在不同發酵階段監測微生物的活性，建立食醋發酵預警系統，確保食醋的品質。

作者：朱瑤迪 鄒小波 徐藝偉 林顥 石吉勇 趙杰文 單位：江蘇大學食品與生物工程學院