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醬油種曲四階段培養法及其在圓盤制曲中的應用研究

2023-10-08 07:10閆景勇劉建華阮沖沖李潔珠
現代食品 2023年15期
關鍵詞:制曲大曲圓盤

◎ 閆景勇,劉建華,阮沖沖,李潔珠

(廣東廚邦食品有限公司,廣東 陽江 529500)

醬油原油的釀造過程可分為三大環節,即原料制曲、醬醪發酵及原油分離。原料制曲是醬油釀造工藝的關鍵環節,是米曲霉生長分泌各種酶的過程,是醬醪發酵過程原料分解、物質轉化的基礎。一般來說,米曲霉在制曲過程中經歷孢子吸水發芽期、菌絲生長繁殖期和孢子著生期3 個階段[1]。原料制曲首先要進行種曲培養,即通過上述3 個階段培養68 ~72 h 以實現米曲霉菌種的擴大培養而獲得成熟種曲;接下來是進行大曲培養,即將成熟種曲與小麥粉、蒸煮冷卻后的黃豆混合培養40 ~44 h,低溫制曲工藝中大曲培養初期6 ~8 h 是米曲霉孢子吸水發芽期,此階段米曲霉尚未形成生長優勢來抑制雜菌的侵入,溫度過低或過高均會造成雜菌的污染繁殖[2],進而易產生花曲、酸曲等品質問題。

圓盤通風制曲機是一種自動化、精準化的醬油制曲設備,目前國內多數的大型醬油廠都在使用該設備[3]。在實際生產過程中,空氣由單一入口進入下風室,在下風室形成明顯的高速和低速區,造成氣流組織不均勻[4]。由于高速區占比相對較?。s占1/8 盤面),故而圓盤制曲是以低速區的曲料溫度進行溫度控制,如此就會出現低速區曲料溫度合適時高速區曲料溫度偏低的問題,進而易出現高速區曲料培養前期米曲霉孢子發芽緩慢而易染雜菌造成圓盤局部大曲(6%~12%)酸曲/花曲的品質問題,從而影響產品質量。

本研究通過采用醬油種曲四段培養法,即在常規種曲培養三階段后增加種曲預處理期使成熟種曲的孢子在種曲機內達到發芽的狀態而獲得制曲菌種;再將其接種至原料進行大曲培養,使大曲培養跳過孢子吸水發芽期、直接進入生長繁殖期,培養初期即形成競爭優勢,抑制雜菌的污染繁殖,驗證其對解決圓盤大曲局部酸曲/花曲品質問題的有效性。

1 材料與方法

1.1 菌種與原料

菌種:米曲霉3.042,由廣東美味鮮調味食品有限公司提供。

原料:黃豆、面粉、麩皮,從市場采購,符合國家標準即可;頭油,為廣東廚邦食品有限公司廣式高鹽稀態醬油釀造工藝所產的第一道醬油原油。

1.2 儀器與設備

IKA RH 磁力攪拌器,廣州綠百草科學儀器有限公司;25×16 血球計數板,上海求精生化試劑儀器有限公司;E100 顯微鏡,南京江南永新光學有限公司;LRH 生化培養箱與DHG-9140A 電熱鼓風干燥箱,上海一恒科學儀器有限公司;T6 新銳可見分光光度計,北京普析通用儀器有限責任公司;種曲機,江蘇華暉環??萍加邢薰?;連續蒸煮機與大型圓盤制曲機,北京鍵聯機械設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

麩皮與水混合均勻后裝入曲盤,厚度控制在1.0 ~1.5 cm,于種曲機內進行高溫滅菌、冷卻后,接入三角瓶菌種,開展醬油種曲四階段培養:培養溫度控制在30 ~34 ℃,先通過孢子吸水發芽期、菌絲生長繁殖期、孢子著生期三大階段培養至72 h 以實現菌種的擴大培養而獲得成熟種曲,再通過優化研究適宜條件繼續開展第4 階段(種曲預處理期)培養使成熟種曲的孢子達到發芽狀態而獲得制曲菌種。

黃豆經蒸煮冷卻后,與面粉、制曲菌種充分混勻后進入圓盤制曲機內,厚度一般為40 ~50 cm,控制溫度為32 ~38 ℃,培養6 ~8 h 后進行第一次松曲,控制溫度為30 ~34 ℃,培養15 ~17 h 后進行第二次松曲,控制溫度為26 ~30 ℃,培養32 ~34 h 后獲得成熟大曲。如此不僅可有效解決圓盤局部大曲酸曲/花曲的品質問題,同時可在確保大曲質量的前提下縮短制曲時間,從而提升產品質量且大大降低圓盤制曲的能耗成本。具體的工藝流程見圖1。

圖1 醬油種曲四階段培養法的制曲工藝流程圖

1.3.2 不同加濕量對制曲菌種的影響

第4 階段使用自來水分別按照100 mL·min-1、150 mL·min-1、200 mL·min-1、250 mL·min-1的加濕量進行加濕培養,培養8 h 后出種,以制曲菌種中孢子的發芽率為判定指標,確定合適的加濕量。

1.3.3 不同加濕水對制曲菌種的影響

第4 階段分別使用含0%、5%、10%、15%(V/V)頭油的加濕水以200 mL·min-1的加濕量進行加濕培養,培養8 h 后出種,以制曲菌種中孢子的發芽率為判定指標,確定適宜的加濕水。

1.3.4 不同通風方案對制曲菌種的影響

第4 階段使用含10%(V/V)頭油的加濕水以200 mL·min-1的加濕量進行加濕培養,并設計不同通風方案(見表1)進行通風培養,培養8 h 后出種,以制曲菌種中孢子的發芽率為判定指標,確定適宜的通風方案。

表1 醬油種曲四段培養法中種曲預處理期通風方案試驗組別設計表

1.3.5 不同預處理時長對制曲菌種的影響

第4 階段使用含10%(V/V)頭油的加濕水以200 mL·min-1的加濕量,并采用1.3.4 中試驗方案2 的通風方案進行加濕通風培養,分別培養至8 h、10 h、12 h、14 h 后出種,以制曲菌種中孢子的發芽率為判定指標,確定合適的四階段培養時長。

1.3.6 制曲菌種減時制曲試驗

以成熟大曲的中性蛋白酶活力、感官(重點是有無酸曲/花曲)為判定指標,以酸性蛋白酶活力為參考指標,將黃豆經蒸煮冷卻后,與面粉、制曲菌種充分混勻后,分別于圓盤制曲機培養28 h、30 h、32 h、34 h、36 h 和38 h 取樣檢測大曲理化與微檢指標,并觀察記錄其大曲感官狀態。

1.3.7 各項指標測定方法

(1)制曲菌種孢子發芽率的測定。參照《孢子數測定法》(SB/T 10315—1999)[5]對制曲菌種進行樣品處理、制片、鏡檢,鏡檢時選取計數板四周與中間各一個區域,分別記錄已發芽孢子數目和未發芽孢子數目。制曲菌種孢子發芽率會影響到大曲培養相關試驗結果的準確性,為確保試驗質量,以制曲菌種孢子發芽率≥85%為目標[6]。制曲菌種孢子發芽率計算為

(2)大曲質量指標的測定。中性蛋白酶活力、酸性蛋白酶活力參照《蛋白酶活力測定》(SB/T 10317—1999)[7]。

2 結果與分析

2.1 不同加濕量對制曲菌種的影響

水是米曲霉孢子發芽必不可少的,不同加濕量對制曲菌種孢子發芽的影響見圖2。由圖2 可知,隨著加濕量的增加,制曲菌種孢子發芽率呈上升趨勢,當加濕量達到200 mL·min-1后其孢子發芽率上升不明顯,這可能是米曲霉孢子吸水的速率在200 mL·min-1的加濕量下已達到最大水平,加濕量繼續增加但水分并不能被孢子有效吸收。因而,綜合考慮發芽率與加濕成本,選定四階段培養的加濕量為200 mL·min-1。

圖2 加濕量對制曲菌種孢子發芽率的影響圖

2.2 不同加濕水對制曲菌種的影響

醬油種曲經歷前三階段的培養形成大量孢子,此時原本培養基的營養物質基本消耗殆盡。在醬油種曲四階段培養時,適當補充營養物質有利于米曲霉孢子的再次發芽。本試驗通過在加濕水中混入一定比例的含有大量氨基酸、還原糖等可被直接利用的營養物質頭油進行加濕培養,以促進孢子的發芽,其試驗結果如圖3 所示。

圖3 加濕水中頭油含量對制曲菌種孢子發芽率的影響圖

由圖3 可知,當加濕水中添加5 ~15%頭油時,其對應的制曲菌種孢子發芽率均高于不添加的組別,說明適當補充營養物質確實可促進成熟種曲孢子的再次發芽。其中,添加量在10%與15%時促進效果基本一致,可使制曲菌種孢子發芽率達到約70%,明顯高于添加量為5%的組別,比不添加的組別對應的孢子發芽率約高6.4%。因此,該試驗選用含有10%頭油的自來水作為加濕水。

2.3 不同通風方案對制曲菌種的影響

由圖4 可知,通風方案從對照方案不通風到試驗方案1 ~4 逐步增加通風時長,其對應的制曲菌種孢子發芽率整體呈上升趨勢。從總體來看,采用試驗方案2 ~4 時,制曲菌種孢子發芽率處于較高水平且發芽率水平基本一致,是促進孢子再次發芽較適宜的通風方案。隨著時間的推移,孢子陸續開始發芽,對氧的需求會逐步增加且會逐步產生呼吸熱,適時的通風有利于供氧散熱、避免局部高溫,使整體溫度更加均一而有利于孢子的萌發;但前期孢子僅是吸水膨脹,故而對氧基本無需求,因此試驗方案3、4 雖通風時間更長但其對應的制曲菌種孢子發芽率并未顯著高于試驗方案2。綜上,確定通風方案采用試驗方案2,即醬油種曲四階段培養0 ~4 h 不通風、4 h 以后以4 ~6 m3·h-1進行持續通風的通風方案。

圖4 不同通風方案對制曲菌種孢子發芽率的影響圖

2.4 不同預處理時長對制曲菌種的影響

通過對加濕量、加濕水、通風方案的優化,在醬油種曲四階段培養時間為8 h(低溫制曲工藝中大曲培養孢子發芽的時間)時,最高的制曲菌種孢子發芽率約為80%,尚不能達到≥85%的理想狀態。分析認為,本法直接采用在種曲機內繼續加濕通風培養的方案使孢子發芽,其孢子需從種曲機內的氣流中吸收水分、營養物質,相對于大曲培養時孢子與原料直接接觸而直接汲取水分、營養物質的方式,其吸收的速率要低于后者,故而導致即使已創造較好的培養條件,但其孢子的發芽速度仍相對較慢的問題?;谏鲜龇治?,該試驗通過以2 h 為一個梯度逐步增加四階段的預處理時長,以驗證不同預處理時間對制曲菌種的影響,試驗結果如圖5 所示。

圖5 不同預處理時長對制曲菌種孢子發芽率的影響圖

由圖5 可知,隨著醬油種曲四階段預處理時長的增加,培養所得的制曲菌種孢子發芽率逐漸升高。當預處理時長達到10 h 后,制曲菌種孢子發芽率均超過90%,完全達到≥85%的理想目標。綜合考慮,實際生產有一定波動,建議醬油種曲四階段的預處理時長控制在10 ~12 h 為宜。

2.5 制曲菌種減時制曲試驗

試驗采用上述孢子發芽率超過90%的制曲菌種進行大曲培養,跳過孢子吸水發芽期而直接進入生長繁殖期,培養初期即形成競爭優勢,抑制雜菌的污染繁殖,有利于大曲品質的提升,具體試驗結果詳見表2。

表2 制曲菌種減時制曲試驗結果匯總表

由表2 不同制曲時間大曲的質量指標與感官對比結果可知,采用本試驗的制曲菌種進行圓盤大曲的培養,其培養所得大曲均無酸曲/花曲,可以有效解決圓盤局部大曲存在酸曲/花曲的品質問題。隨著制曲時間的延長,其中性蛋白酶活力與酸性蛋白酶活力整體呈現上升趨勢,中性蛋白酶活力在制曲時間為38 h時最高、酸性蛋白酶活力在制曲時間為36 h 時最高。在制曲時間為36 ~38 h 時蛋白酶活力最高,對應大曲整體呈黃綠色、孢子多,但就生產而言,孢子數過多可能影響工人操作,同時也不便于后期清潔[8];制曲時間為32 ~34 h 時中性蛋白酶活力均超過1 500 U·g-1、酸性蛋白酶活力均超過300 U·g-1,蛋白酶活力水平整體處于優良水平且大曲孢子適中/不多,不會影響工人操作與后期清潔。同時,相對于常規圓盤大曲培養周期40 ~44 h 可縮短8 ~10 h,從而提升了產品質量且大大降低了原料制曲的能耗成本,本試驗醬油種曲四階段培養法及其圓盤制曲的生產工藝具有常規圓盤大曲生產工藝不可比擬的品質與成本優勢。因此,采用本試驗的制曲菌種制曲的時間優選為32 ~34 h。

3 結論

通過采用本試驗的醬油種曲四段培養法,即在常規種曲培養三階段后增加種曲預處理期使成熟種曲的孢子在種曲機內達到發芽的狀態而獲得制曲菌種,再使用制曲菌種進行圓盤制曲,與現有圓盤制曲工藝對比,得到以下結論。

(1)采用本試驗優化后的醬油種曲四階段培養法,即在常規種曲培養三階段結束(72 h)后,第4階段使用10%(V/V)頭油的加濕水以200 mL·min-1的加濕量,并采用0 ~4 h 不通風、4 h 后以4 ~6 m3·h-1持續通風的工藝進行加濕通風培養,培養10 ~12 h后出曲而獲得制曲菌種,該方法可使制曲菌種孢子的發芽率超過90%,達到≥85%的理想目標。

(2)使用本試驗的制曲菌種進行圓盤制曲,大曲培養過程可跳過孢子吸水發芽期而直接進入生長繁殖期,培養初期即形成競爭優勢,有利于抑制雜菌的污染繁殖,其培養所得大曲均無酸曲/花曲,可有效解決現有圓盤制曲工藝中局部大曲存在酸曲/花曲的品質問題。

(3)使用本試驗的制曲菌種進行圓盤制曲,可在確保大曲品質的前提下,使其制曲時間相對于常規圓盤制曲工藝縮短8 ~10 h,從而大大降低了原料制曲的能耗成本。

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