转鼓式食醋固态发酵反应器设计与发酵过程分析

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食醋是人们日常生活必备的调味品,具有悠久的历史。中国有4种传统名醋,分别是山西老陈醋、镇江香醋、福建永春老醋、四川保宁麸醋。固态发酵技术在中国食醋生产中目前占主导地位,但固态发酵生产食醋为开放式发酵,容易污染杂菌,发酵条件(温度、氧气含量)不能实时调控,而且劳动力需求大,机械化程度低,这与其他食品工业机械化、节约化、信息化生产现状极不相符。为了解决此类问题,提高食醋生产工业机械化水平,提高生产效率,本研究将传统固态发酵多边共酵原理与机械化设备相结合,设计出了转鼓式食醋固态发酵反应器并开发出了相应发酵工艺;研究了反应器发酵食醋过程中总酸、乙醇、还原糖、pH等理化指标,有机酸和主要香气物质的变化规律,以及醋酸发酵阶段细菌菌落结构组成和演替规律,从微生物生长和代谢两个角度对使用反应器发酵食醋进行分析评价。主要试验结果如下:
  1.设计了反应器的动力与传动系统,通氧降温系统、淋醋熏醅系统,使反应器具备接种、发酵、淋醋、熏醋、调控等功能要求,实现从原料投放到食醋产出整个流程在反应器内进行;设计了挡板装置,将搅拌与升降温功能合二为一,降低反应器转速,提高搅拌效率;结合反应器特点,开发了间歇式淋醋工艺。确定了反应器发酵食醋的温度和含氧量控制条件:第1d~3d(酒精发酵),不通风,温度控制为28℃~32℃;第4d~20d(醋酸发酵),每天通风2次,每次10min,温度控制为30℃~34℃。
  2.研究了食醋发酵过程中理化指标、有机酸和香气成分的变化。结果表明,发酵结束时醋液中总酸达到7.35g/100mL,其中乳酸和醋酸为主要成分,占总有机酸含量96.63%,乳酸含量为2.48g/100mL,醋酸含量为4.33g/100mL;共检测出香气成分18种酯类化合物、8种醇类化合物、8种羰基类及杂环类化合物,乙酸乙酯、乳酸乙酯为主要香气物质。
  3.研究了醋酸发酵阶段细菌菌落结构组成和演替规律。研究结果表明,醋酸发酵分为三个阶段:发酵前期(1d~3d),发酵中期(4d~7d),发酵后期(8d~16d);检测出≧1%的有6个属,分别是乳杆菌属(Lactobacillus)、醋酸杆菌属(Acetobacter)、蓝细菌属(Cyanobacteria)、小球菌属(Pediococcus)、魏斯氏菌属(Weissella)。结果表明,使用反应器发酵食醋的醋醅中的细菌的属的数量明显降低,乳酸菌占比上升。
  本文设计出了转鼓式食醋固态发酵反应器,并对使用反应器发酵食醋过程进行分析和评价,为提高食醋机械化、集约化生产提高可行思路和方向。
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