专利名称：前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发酵调味品的生产方法及设备，具体为一种山西老陈醋的生产方法及设备。
背景技术：
传统山西老陈醋生产主要包括七个阶段，即原料处理-糊化蒸料-酒精发酵-醋酸发酵-熏醅-淋醋及陈化阶段。
传统山西老陈醋的生产原料采用高梁为主要原料，通常将高梁原料粉碎成四至六瓣，不许有整粒，也不得粉碎成末状。因为高梁粉碎过细，原料中粉末比例增高，发酵过程中透气性变差，醅的品温不易保持一致，发酵过程产生的热量与二氧化碳排出困难，容易使发酵受阻。但高梁碎料的粒度过粗时，则蒸煮、糖化和发酵时间都比较长，且发酵程度差，原料利用不彻底，会造成浪费。
传统山西老陈醋一直采用大曲发酵方法进行生产。由于大曲成份复杂，用量大，生产周期长(大约一个月左右)，而且使用精粮制作。因此，这种既费工又费料的大曲用量对老陈醋生产成本影响很大。尤其重要的是大曲属多成份混合体，其中既包括了老陈醋酿造原料在液化及糖化阶段时的主要微生物糖化霉菌，也包括了老陈醋在酒化阶段时的以酵母菌为主要成份的酒化微生物。这些不同阶段发挥作用的微生物有各自适宜生存的环境及温度。将它们同时加入原料后由于环境不同，因此后阶段发生作用的微生物如酒化微生物和醋化微生物在早期阶段会受到抑制或部分灭活，从而影响其后阶段的繁殖。延长了老陈醋在酒化阶段与醋化阶段的生产周期，产醋量也难以提高。
由于山西老陈醋采用粗粒高梁糁为发酵料，虽经蒸煮糊化，但仍保持其固体颗粒形态，在此基础上添加大曲与水然后进行酒精发酵，因此，山西老陈醋在酒精发酵阶段为固态稀醪发酵。人们习惯称为液固型发酵。这种发酵过程仍采用传统的醋缸发酵，加料、搅拌与出料过程均为人工操作，工人劳动强度大，效率低。尤其是糖化与酒化过程同时进行，使得发酵周期长，原料利用率低，浪费较多，导致成本增加。此外，传统的生产工艺在自然条件下发酵，为了适应微生物生存，只能进行季节性生产。如果采用人工调节室温的方式，则会增加生产成本。
采用上述传统生产工艺的山西老陈醋仍然沿用了传统的生产工具即醋缸或酒池/缸作为主要的发酵设备，在生产的各个环节如润料、糊化、糖化/酒化与醋化等均采用人工操作，工人的劳动强度大，工作效率低，占用土地与厂房面积大，导致产品成本高，生产周期很长。
发明内容
本发明针对上述传统山西老陈醋生产工艺存在的不足，研制出了一种前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法以及实现该方法的设备。
本发明的前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法，包括原料处理、液化、酒化与醋化及熏淋和陈化工艺过程，其中a、制醋原料采用粒度为20-60目的任意比例混合的高梁和/或玉米粉料；b、取上述粉料重量90-95％的水与粉料混合进行润料，润料时间8-10小时；c、将上述经润料后的原料加入干料重3-3.5倍的水并送入液化罐加温至100-110℃，按每百公斤原料重量添加含量为10万酶单位的淀粉酶50-70ml并搅拌，液化时间为1.5-2小时；d、将液化后的物料用泵打入糖化罐并降温至55-65℃，按每百公斤原料重量添加含量为10万酶单位的糖化酶160-240ml和麸曲15-30Kg并进行搅拌，糖化时间3-4小时得糖化液，糖化液中还原糖浓度为15-18克/100ml；e、将上述糖化液用泵打入酒化罐进行酒化发酵，同时添加原料干重20-30％的老陈醋专用大曲和20-40％的酵母液，所述酵母液中的酵母细胞数大于1.2亿个/ml，添加温度25-35℃，酒化发酵时间7-10天；f、将发酵好的酒醪取出进行拌醅，随后进入固态醋化发酵期。
所述的前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法，其中酒化发酵过程中添加的酵母液为固定化酵母液，所述的固定化酵母液中主要包括产酒酵母与产脂酵母。
所述的前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法，其中的产酒酵母主要包括拉斯2号和/或拉斯12号和/或K字酵母和/或南阳5号酵母和/或南阳混合1308酵母和/或工农501酵母；所述的产脂酵母主要包括AS.2300酵母和/或AS.2338酵母和/或原轻工部食品发酵所保藏的1295号酵母和/或1312号酵母和/或1274号酵母和/或汉逊氏酵母。
所述的实现前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法的设备，包括有液化罐，所述液化罐的出料口通过管路与糖化罐的进料口相连，所述糖化罐的出料口通过管路与酒化罐的第一进料口相连，所述酒化罐的第二进料口通过管路与一个固定化酵母糖化罐的出料口相连，在上述各罐与罐之间的连通管路上分别串联有液体泵。
所述的实现前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法的设备，其中的液化罐、糖化罐、酒化罐和固定化酵母糖化罐的壳体外部设置有调温夹层。
本发明的前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法以任意比例的高梁和/或玉米为原料，并且采用了细粉状料入料，使得前期润料与糊化及糖化工艺较为简单，并且可以在罐内以液态方式进行连续生产，不需人工翻料与倒料，从润料至酒化过程全部实现了机械化作业。由于采用了添加酶制剂方式促进液化与糖化过程，并将糖化过程与酒化过程分离独立进行，使得酒化发酵前期的工艺时间缩短，同时也缩短了酒化发酵时间。采用了多酶菌及固定化酵母部分替代山西老陈醋专用大曲，并且利用固定化酵母对菌种的可选择性，彻底改变了山西老陈醋对酵母菌种难以进行控制的状况。减少了山西老陈醋专用大曲的用量，可以较大幅度地降低成本。据实验测算，年产3万吨山西老陈醋可节省大曲用量52-60％，净增综合收益可达350-400万元/年。
本发明的实现前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法的设备，结构比较简单，占地面积小，采用该设备，使得山西老陈醋的生产实现了部分机械化，微机化，节省了人工，减轻了工人的劳动强度，工作效率得到提高。以年产3万吨醋为例，采用原有工艺，从原料粉碎至蒸料、拌料到酒精发酵需要100个工人进行操作。采用本发明的工艺则只要20个工人操作即可完成。由于采用了罐式作业方式，因此可对各过程进行精确的温度控制和准确的工艺管理。
图1是本发明的设备流程2是本发明的罐体设备结构示意中1-液化罐 2-液体泵 3-搅拌器 4-糖化罐 5-酒化罐 6-调温夹层7-固定化酵母糖化罐 8-酵母培养罐
具体实施例方式
本发明的前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法，是在原有山西老陈醋生产工艺的基础上，采用高梁和/或玉米细粉原料入料；将液化、糖化与酒化过程采用液态工艺操作。具体操作方式如下首先将任意比例混合的高梁和/或玉米原料粉碎至60目以下，但不低于20目；然后将上述原料置于容器内，比如罐或缸等，在大约20℃左右室温下，添加上述原料干重约90-95％的水进行润料，润料时间为8-10小时；由于采用细粉状原料，因此在较短的时间内，上述原料会被很快地润透。
将上述润湿料添加干料重3-3.5倍的水并由调浆泵送入液化罐1内，在调温夹层6内加热水并通入过热蒸汽，使罐温升至40-80℃时按每百公斤原料干重添加含量为10万酶单位的淀粉酶50-70ml并搅拌，以促进淀粉的液/糊化过程。温度继续升高至100-110℃后进行煮料，液化及煮料时间为1.5-2小时。
在本阶段的主要目的是将原料中的长链淀粉转化为短链淀粉，传统工艺是采用浸泡和蒸煮的办法使淀粉糊化，本方法将原料加热至40-80℃后加入淀粉酶，淀粉酶对原料中的大分子长链淀粉进行切割使其在较短的时间内即转化为小分子的糊精，可较大程度地缩短液化时间。上述罐体加温方式也可采用电加热或其它方法，本发明不作限制。
液化料通过管路及液体泵2被打入糖化罐4内，在罐体外侧调温夹层6内添加循环水，使罐内液化料降温至55-65℃，然后由恒温循环水使罐内温度保持在该范围内，按每百公斤原料重量添加含量为10万酶单位的糖化酶160-240ml，麸曲15-30Kg并搅拌；糖化时间3-4小时得糖化液，糖化液中还原糖浓度达到15-18克/100ml。
淀粉原料在液化阶段转化为糊精后，在本阶段经糖化酶的作用，将使其转化为萄葡糖。在罐内加入一定量的麸曲和蛋白酶(糖化酶)以促进糖化过程，同时将原料中的蛋白质、果胶及半纤维素等物质转化为氨基酸类、脂类、醇类等物质。加入麸曲和蛋白酶还有利于保持料液中一定的多菌种数量，利于后续工艺的进行及传统风味的保持和提高。
将上述糖化液通过液体泵经连通管路打入酒化罐5进行酒化发酵，在酒化罐内添加原料干重20-30％的老陈醋专用大曲和20-40％的固定化酵母液，酵母细胞数至少为1.2亿个/ml，添加温度25-35℃，酒化发酵时间7-10天；至此，本发明的前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法中，前阶段稀(液)态的液化、糖化与酒化过程已全部完成。随后进入固态醋化发酵及熏淋、陈化过程。
本阶段是山西老陈醋生产工艺的主要发酵阶段之一。在此阶段要将糖化过程中转化所得葡萄糖等转化为醇类物质以及少量脂类物质，其中醇类物质中主要是乙醇。其主要发酵微生物为酵母菌，本发明采用了固定化酵母发酵方法制作发酵酵母菌种。所述的固定化酵母发酵方法是制酒行业应用比较成熟的新技术之一，但在食醋行业却从未有过先例，原因是酿醋较酿酒过程复杂，涉及微生物种类较多，酒可以通过勾兑陈年老酒来保持其传统风格，但是具有历史传统的老醋的特定风味几乎不可能通过勾兑获得。只能通过特定的酿造过程得到。因此，至今我国的各种传统食醋的酿造工艺都变化不大。本发明的方法将固定化酵母发酵工艺引入山西老陈醋生产过程，其主要工艺过程与制酒工艺过程相同，具体步骤包括在载体材料中分别接种酒化酵母所需菌种，并分别放入一个酵母培养罐。然后将上述培养罐放入一个固定化酵母糖化罐内并加入经糖化阶段制得的糖化料，保持接入菌种所需的温度范围(通常在20-35℃之间)，培养8-12小时后，即得到细胞数达在1.2亿个/ml以上的固定化酵母液，将其加入酒化罐，加入温度为25-35℃。
本发明的方法在固定化酵母载体材料中接入的菌种主要是产酒酵母与产酯酵母两类。同时在产酒酵母中还选择了耐高温酵母与耐酸酵母作为辅助酵母。所谓耐高温酵母指发酵温度在28-38℃的酵母菌。添加该类酵母菌后可以提高整个发酵菌种群落的耐温程度，使得山西老陈醋在夏天高温季节不需人工调节室温仍然可以正常生产。耐酸酵母指酒醪酸度达到1-1.2时仍然可以保持旺盛活力的酵母菌。选用该类酵母菌种可使醪液在较低pH值条件下正常发酵。
常用的酒化酵母有拉斯2号、拉斯12号、K字酵母、南阳5号酵母、南阳混合1308酵母、工农501酵母。产酯酵母包括AS.2300酵母、AS.2338酵母、原轻工部食品发酵所保藏的1295号酵母、1312号酵母、1274号酵母、汉逊氏酵母。其中的耐高温酵母与耐酸酵母由酒化酵母中选出，如拉斯12号酵母发酵温度可达30-33℃，最高可达38℃，是较为理想的耐高温酵母；南阳混合1308酵母则是常用的耐酸酵母。上述酵母菌种在国内已使用数十年，并均已成功分离出单独菌株。
另外，在酒化罐内还添加山西老陈醋专用大曲，即传统的以大麦和豌豆为原料制作的山西老陈醋专用大曲，其作用是为了促进酒化速度及保持传统山西老陈醋风味和后续工艺的顺利进行。该专用大曲中的多种微生物作用保证了山西老陈醋的独特风味。
在传统老陈醋生产工艺中，是将蒸煮过的原料直接拌曲后入缸进行发酵。原料的糖化与酒化是同时或交叉进行的。因此，其生产周期很长，原料利用不彻底，大曲用量很多。本发明的工艺中老陈醋专用大曲用量只有传统工艺用量的40-50％。而且发酵时间大大缩短。
将发酵合格的酒醪取出进行拌醅，进入固态醋化发酵工艺过程。随后的醋化发酵阶段及淋醋和陈化工艺过程与传统山西老陈醋生产工艺相同。本发明的方法在固定化酵母液中接入了耐高温酵母与耐酸酵母，因此，在醋化中醅阶段发酵温度可达42-47℃，较传统山西老陈醋工艺的醋化温度高4-5℃，醋化时间减少了1-3天，每公斤主料出酸率则增加了大约60％。单酸成本只有传统生产工艺的55％。
参照图1，本发明的实现前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法的设备，包括液化罐1，液化罐1的出料口连接糖化罐4的进料口；糖化罐4的出料口连接酒化罐5的第一进料口；酒化罐5的第二进料口与固定化酵母发酵罐7的出料口相连。在液化罐1和糖化罐4内设置有搅拌器3。各罐体之间采用管路连通，在罐体之间的管路上分别连有液体泵2。固定化酵母发酵罐7的底部有酵母培养罐8。为了调节罐体及罐内料液的温度，在各罐体外部还制作有调温夹层6，夹层内可以用水或其它液体调节温度，也可用吹风的方式进行调节。
图2所示是罐体外侧的调温夹层结构示意图。
上述各罐体及调温夹层均采用不锈钢制成，其中夹层与罐体间采用焊接或铆接或其它方式均可，以不腐蚀，不泄漏为标准。管路可用耐酸材料且符合国家卫生标准的工程塑料制作。罐体容积可视产量进行设计。
实施例1取高梁30公斤，玉米25公斤，去皮粉碎并过40目筛得50公斤粉料，将所得粉料入润料罐并加水40-45公斤，润料8-10小时。将所得润湿料再添加约150公斤水并搅拌均匀后用泵打入液化罐1并加温至100-110℃，往罐内添加含量为10万酶单位的淀粉酶25ml并搅拌。煮沸大约1.5-2小时后，液化料由液体泵2打入糖化罐4内，在糖化罐4的调温夹层内添加循环凉水使液化料降温至55-65℃并保温，在糖化罐内添加含量为10万酶单位的糖化酶80ml，麸曲15公斤同时搅拌。经3-4小时糖化后，得糖化液。测其中还原糖含量为16克/100ml。所得糖化液由液体泵打入酒化罐5进行酒化发酵。进行酒化发酵期间，需添加固定化酵母液和老陈醋专用大曲两种必须的辅料。其中老陈醋专用大曲添加量为10公斤，大曲糖化力在1000以上；固定化酵母液添加量为25公斤。上述固定化酵母液的酵母细胞数高于1.2个/ml，添加温度在25-35℃之间。酒化发酵10天得酒化液，其中酒精含量9-10v/v，将上述酒化液取出拌醅，然后进入醋化发酵阶段。
本实施例中的固定化酵母菌种采用采用拉斯12号、K字酵母和南阳混合1308酵母，其中拉斯12号酵母与南阳混合酵母分别具有耐高温与耐酸特性。产酯酵母采用汉逊氏酵母。每个菌种使用一个培养罐，接种载体重量为4-5公斤，将上述培养罐放置在酵母糖化罐内后添加糖化液40-50公斤，保持温度在20-35度，时间约8-12个小时，通常温度低时，培养时间较长，在12个小时左右，温度高时，培养时间较短，在8小时左右。
实施例2-6由列表给出。除表中给出的数据外，其它参数与实施例1相同。
实施例7年产3万吨山西老陈醋，液化罐直径1.5米，高2.3米，数量10个。调温夹层8厘米。糖化罐直径1.5米，高2.3米，数量10个。酒化罐直径1.5米，高2.5米，数量80个。固定化酵母糖化罐直径1.1米，高1.1米。
其它参数与实施例1相同。
权利要求
1.一种前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法，包括原料处理、液化、酒化与醋化及熏淋和陈化工艺过程，其特征在于a、制醋原料采用粒度为20-60目的任意比例混合的高梁和/或玉米粉料；b、取上述粉料重量90-95％的水与粉料混合进行润料，润料时间8-10小时；c、将上述经润料后的原料加入干料重3-3.5倍的水并送入液化罐加温至100-110℃，按每百公斤原料重量添加含量为10万酶单位的淀粉酶50-70ml并搅拌，液化时间为1.5-2小时；d、将液化后的物料用泵打入糖化罐并降温至55-65℃，按每百公斤原料干重添加含量为10万酶单位的糖化酶160-240ml和麸曲15-30Kg并进行搅拌，糖化时间3-4小时得糖化液，糖化液中还原糖浓度为15-18克/100ml；e、将上述糖化液用泵打入酒化罐进行酒化发酵，同时添加原料干重20-30％的老陈醋专用大曲和20-40％的酵母液，所述酵母液中的酵母细胞数大于1.2亿个/ml，添加温度25-35℃，酒化发酵时间7-10天；f、将发酵好的酒醪取出进行拌醅，随后进入固态醋化发酵期。
2.按照权利要求1的前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法，其特征在于酒化发酵过程中添加的酵母液为固定化酵母液，所述的固定化酵母液中主要包括产酒酵母与产脂酵母。
3.按照权利要求2的前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法，其特征在于所述的产酒酵母主要包括拉斯2号和/或拉斯12号和/或K字酵母和/或南阳5号酵母和/或南阳混合1308酵母和/或工农501酵母；所述的产脂酵母主要包括AS.2300酵母和/或AS.2338酵母和/或原轻工部食品发酵所保藏的1295号酵母和/或1312号酵母和/或1274号酵母和/或汉逊氏酵母。
4.一种实现权利要求1-3中任一项权利要求所述的前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法的设备，包括有液化罐(1)，所述液化罐的出料口通过管路与糖化罐(4)的进料口相连，所述糖化罐(4)的出料口通过管路与酒化罐(5)的第一进料口相连，所述酒化罐(5)的第二进料口通过管路与一个固定化酵母糖化罐(6)的出料口相连，在上述罐与罐之间的连通管路上分别串联有液体泵(2)。
5.按照权利要求4的实现前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法的设备，其特征在于所述的液化罐(1)、糖化罐(4)、酒化罐(5)和固定化酵母糖化罐(7)的壳体外部设置有调温夹层(6)。
6.按照权利要求4或5的实现前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法的设备，其特征在于所述的固定化酵母糖化罐(7)内设置有酵母培养罐(8)。
全文摘要
一种前稀后固工艺生产山西老陈醋的方法，以任意比例的高粱和/或玉米为原料，并且采用了细粉状料入料，使得前期润料与糊化及糖化工艺较为简单，并且可以在罐内以液态方式进行连续生产，不需人工翻料与倒料，从润料至酒化过程全部实现了机械化作业。采用了添加酶制剂方式促进液化与糖化过程，并将糖化过程与酒化过程分离独立进行，使得酒化发酵前期的工艺时间缩短，同时也缩短了酒化发酵时间。采用了多酶菌及固定化酵母，并且利用固定化酵母对菌种的可选择性，改变了山西老陈醋对酵母菌种难以进行控制的状况。减少了山西老陈醋专用大曲的用量，可以较大幅度地降低成本。据实验测算，年产3万吨山西老陈醋可节省大曲用量52－60％，净增综合收益可达350－400万元/年。
文档编号C12J1/00GK1970725SQ20061004837
公开日2007年5月30日 申请日期2006年9月28日 优先权日2006年9月28日
发明者药五忠 申请人:药五忠