關于醬油快速發酵的探討

雷錦成，常煦*

（安琪酵母股份有限公司釀造與生物能源事業部，釀造與生物能源研究所，湖北宜昌443003）

關于醬油快速發酵的探討

雷錦成，常煦*

（安琪酵母股份有限公司釀造與生物能源事業部，釀造與生物能源研究所，湖北宜昌443003）

從醬油發酵的本質出發，結合現階段國內醬油工廠實際生產情況，對醬油快速發酵方法進行了深入探討。從蛋白質、淀粉類物質快速水解和通過對酵母等產香微生物的發酵調控使香氣物質快速生成這兩個方面進行了分別論述，并就相關發酵工藝改進進行了細致討論，為縮短釀造高品質醬油的發酵工藝提供了改進思路。

醬油；快速發酵；酵母；生產；產香

醬油在我國已有兩千多年的歷史，如今醬油不但是中國乃至東南亞國家人民不可缺少的調味品，而且隨著飲食文化不斷傳播和融合，也越來越多的走上歐美家庭的餐桌，成為一種國際化的調味佳品。

中國最傳統的醬油釀造是利用天氣氣溫的自然變化規律進行，一般按照“春曲、夏醬、秋油”的生產時序，充分利用適宜的養分、溫度、濕度等條件，結合自然界各種微生物的生命規律進行釀制，最終得到醬油佳品[1-2]。通過中國傳統方法所釀制的醬油，誠然為上品之作，然而漫長的釀造時間、低下的出油率以及釀造失敗的潛在風險是傳統醬油無法回避的客觀缺陷。因此，在中國漫長的醬油釀造歷史中，人們不斷改進醬油釀造生產工藝，以達到快速、穩定生產醬油的目的。“低鹽固態醬油發酵工藝”是在新中國建立早期的特殊時期為了解決當時廣大人民群眾能吃到醬油的問題而開發建立的一種醬油快速發酵工藝。然而對于醬油發酵時間與醬油品質的關系“時短則差、時長則優”，仍然是醬油釀造過程一個主旋律。隨著人們生活水平的提高，要求吃優良風味、高品質醬油的人越來越多[3-4]。為了滿足這個龐大的市場需求，通過尋求一些工藝改進和工藝參數控制改進，快速釀造出高品質醬油就成為很多醬油企業的生產目標，中國許多高校和科研院所也在其中做了很多的工作，并取得一些卓有成效的成果。

本文以醬油快速發酵釀造高品質醬油這個整體思路，從“蛋白質、淀粉類物質快速水解”和“醬油快速增香”兩個方面進行探討。

1 醬油蛋白質、淀粉類物質快速水解

全氮、氨氮是國標GB 18186—2000《釀造醬油》中規定判定醬油等級好壞的關鍵指標。因此，快速將醬醪中的全氮、氨氮提升的到一個較高水平是完成醬油快速發酵的一個前提條件。

醬油蛋白質、淀粉類物質的水解主要依靠的是在制曲過程中曲霉類細菌分泌的一些蛋白酶類、淀粉酶和糖化酶等酶物質，經過這些一系列的酶的生物酶解過程實現的[5]。除了進行正常的曲霉培養外，通過工藝參數控制以達到酶的高效性和持久性是實現蛋白類、淀粉類物質快速分解的最有效和最直接的途徑[6]。眾多科研機構和與醬油類相關的企業在這方面都做了很多研究，而且“低鹽固態”醬油發酵工藝就是通過工藝參數控制達到蛋白類、淀粉類物質快速水解的最直接體現[7]。下面就關于影響快速水解醬醪中的蛋白類、淀粉類物質的因素及其控制條件進行一個整體總結性探討。

1.1 發酵pH的影響

以現在醬油工廠廣泛使用的米曲霉3.042為例，于超[8]對米曲霉3.042的酶系做了分析，結果如表1所示。

表1 滬釀3.042米曲霉固體曲酶系Table 1 Enzyme system of solid koji withAspergillus oryzae3.024 U/mL

從表1可知，在米曲霉3.042分泌的蛋白酶系中，中性蛋白酶和堿性蛋白酶占蛋白酶系的90%以上，酸性蛋白酶所占比例很小，因此在發酵前期控制中，合適的pH值是保證蛋白酶活的一種有效措施，李秀婷等[9]對米曲霉酶系的影響條件也進行了細致討論，其中對pH值對米曲霉系的影響分析與于超相同。一般情況下，在前期醬醪的pH值隨發酵延長而慢慢降低，在后期的pH值已經不適合蛋白酶系保持高效的酶活，因此在前發酵期，通過檢測pH值并通過NaOH等物質人工控制pH值而達到蛋白類物質快速分解是比較好的方法。

1.2 溫度的控制

溫度對蛋白質類快速水解的影響是非常明顯的，“低鹽固態”以及后期衍生出來的淋澆醬油發酵工藝中，比較明顯的特點就是在（部分）發酵過程中有一個比較高發酵溫度的過程。

在米曲霉所分泌的酶系中，蛋白酶的最佳酶活溫度在40～45℃，而淀粉酶的最佳酶活溫度更高，在50～55℃。童永增[10]對早先對發酵溫度與最終蛋白分解的關系進行較系統的對比，結果如表2所示。

表2 發酵溫度對蛋白質水解的影響Table 2 Effects of fermentation temperature on protein hydrolysis

從表2的結果可以看到，在蛋白酶最佳酶活溫度范圍內，蛋白質水解情況最好。

從現實生產情況看，醬油發酵中蛋白質的快速水解還與原料破碎、水分等諸多因素相關，一些工廠甚至通過嘗試外源添加蛋白酶、淀粉糖化酶來達到蛋白質類、淀粉類物質的水解[11]。但總體來說，pH值的良好控制以及前期溫度參數的良好調控均可快速達到蛋白水解的目的，該方法已經在很多區域得到了實際應用效果。陶文沂等[12]在發酵溫度與酶活性及醬油風味（主要是氨基酸風味）的研究中，最終得到了前高溫、后低溫的發酵工藝在對鮮味氨基酸增加、苦味氨基酸減少都得到了很好的效果。

2 醬油快速增香

通過對工藝參數控制等方法，達到蛋白質類、淀粉類物質的快速水解，目前在很多醬油工廠中都得到了很好的應用。然而，高品質醬油不但要求其全氮、氨氮等物質達到一定的含量，醬油中濃郁的香氣也是評判醬油質量的非常重要的指標。良好的濃郁的香氣的醬油不但可以增加食材的口感，更是可以給食者帶來一種絕佳的享受[13-14]。

對于快速的增加醬油的香氣，國內外眾多學者也做了不少工作，但就國內現況而言，醬油的香氣還是與醬油釀造時間密切相關，所謂“時短則差、時長則優”在這里主要說的就是在醬油釀造過程中，釀造時間短，則香氣、香味不足；釀造時間長，則香氣芬芳濃郁。所以在蛋白質類、淀粉質類物質快速分解的基礎上，使醬油快速增香，達到長時間釀造醬油的效果，才是醬油快速發酵工藝的真正目的所在。

醬油的香氣總體上說來源是多方面的，原料種類、配合比例、原料處理方法、制曲、發酵過程控制、微生物等都與醬油香氣有關。從細微上說，醬油香氣是由于曲霉、酵母菌、細菌等的微妙生理作用相互協調的效果，不僅是物理的和化學的，而且是一種復雜生物化學的綜合作用的結果。醬油工廠往往通過經過長時間的發酵，占據了大量的生產設備和流動資金，為的就是增加醬油的香和味[15]。

2.1 適宜的香氣產生發酵條件

國內醬油工藝的發展與中國近現代歷史發展有比較直接的關系，在新中國建立初期的一段時期，當時為了滿足國內人民群眾食用醬油的需要，國家開發并推廣了“低鹽固態”醬油發酵工藝，該醬油工藝可以在非常短的時間內釀出醬油，但其高溫特性使這種工藝所釀的醬油在香氣表現上不佳，隨著經濟發展和國內生活水品的提高。越來越多的工廠通過工藝改進，來解決醬油香氣不足的缺陷，“固稀淋澆”醬油工藝應運而生，為了在香氣產生方面提供一定的條件。在20世紀末期，隨著國內需求的進一步提升，以日式醬油工藝為基礎的高鹽稀工藝進入中國，高鹽稀態工藝在釀造條件下更適合微生物的生長，目前國內的高檔醬油基本上都是通過高鹽稀態工藝長時間釀造得到的[16-17]。

醬油釀造的本質是以多菌種混合發酵為基礎的，通過物理、化學、生化等共同作用結果的綜合產物。為了達到多菌種混合發酵的目的，首先就是要創造適合微生物生長作用的環境。醬油發酵工藝歷程大致經歷了“低鹽固”、“固稀澆淋”、“高鹽稀”三個階段，其中固稀工藝和高鹽稀工藝是具備多菌種發酵條件的，避開“高鹽稀”工藝不談，目前我國絕大多數企業還是采用“固稀澆淋”工藝，該工藝發酵時間比高稀短，出油快而且在品質上要優于“低鹽固”工藝。然而，在很多固稀工藝中，由于受到幾十年來整體發酵思路的影響，很多工廠在發酵過程中還是采用比較高的溫度進行控制發酵，因此，雖然可以使一些耐熱型微生物進行繁殖作用，但更多的常規香氣產生微生物（主要以酵母、乳酸菌為主），都無法進行相應的菌體繁殖，導致最終的產品品質提升有限。因此，以“固稀澆淋”工藝為例，在保證蛋白分解的條件下，控制pH值、溫度等相關參數，達到適合微生物代謝的條件對提高最終醬油品質有一定的幫助[18]。

李幼筠等[19]詳細的論述了我國發酵調味品與釀造微生物的關系，其依據中國現有醬油發酵工藝的現狀對“低鹽固態發酵移位淋油”“低鹽固態發酵原池淋油”“前固后稀淋澆發酵原池淋油”3種工藝進行了比較和探討，其認為在3種工藝中，第3種工藝最為科學合理，前期可以在短時間內，充分利用固態基質熱傳遞耐受性強的特點，實現短期蛋白、淀粉酶解、呈味、增色；中期使用澆淋方式不但可以調節品溫、輸入氧氣、排除有害氣體，以利于微生物生長，而且在澆淋過程中可以適時補充食鹽，外源添加生香微生物，以利于香氣快速、穩定生成。整個過程方便管理，產品品質整體達到提升。

2.2 外源添加生香微生物快速生香

關于醬油用微生物，國內外的學者機構已經做了很多研究，WAH TT等[20-21]對醬油用微生物的作用過程和影響因素做了詳細的論述。日本是目前公認的醬油生產工藝水平和醬油產品品質最高的國家，也是對產香微生物研究較早而且較深入的國家[22-23]。

與微生物相關的兩類香氣主要來源：一是通過微生物本身發酵得到的一類香型物質；二是以前一類物質為前體，通過復雜化學或者生化作用合成的其他香類物質。

在醬油漫長的后期發酵過程中，全氮、氨氮等很多指標都趨于平衡，后續的這個過程主要是微生物生長繁殖代謝產生香型物質的過程，是醬油產香的主要階段。在一般醬油釀造過程中，尤其在產香過程如，如果不進行外源性產香微生物添加，這個過程都會是緩慢而且不確定的，這是由于環境因素對生物生長的不確定性造成的。而外源性添加微生物首先在生物量上可以直接達到一個較高水平，使其在短時間范圍內開始產香生物過程。目前以日式醬油為代表的醬油釀造工藝普遍添加2種微生物，耐鹽型乳酸菌和耐鹽型酵母菌。乳酸菌主要用于前期產酸及醬油pH值優化，對優化醬油口感有輔助作用[24]。而關于外源添加微生物產香，最具代表性的就是耐鹽酵母菌的添加。

耐鹽性酵母是在整個醬油釀造中對于香氣貢獻最大而且最突出的一類微生物，國內外對于耐鹽性酵母對于醬油釀造香氣的貢獻做了大量的研究和報道。日式高鹽稀態工藝中主要就是以精確的發酵參數控制以及外源性產香微生物添加，來最終發酵獲得優質醬油的。趙謀明等[25]在有關耐鹽性酵母對醬油香氣的產生中，明確了醬油酵母在諸多香氣物質如乙醇、苯乙醇、3-甲基丁醇等的貢獻。魯緋等[26-27]非常系統的闡述了耐鹽酵母菌對發酵醬油風味作用及其應用，并對耐鹽性酵母的產香物質進行了比較詳細的介紹。JANSEN M等[28]對影響魯氏酵母生長已經發酵的因素作了詳細的討論。

添加外源生香微生物對于其他香型合成也具有非常明顯的促進作用。其原理以添加耐鹽性酵母為例，耐鹽性酵母不但本身經過生物作用合成了大量的香氣物質，而且這些香氣物質也會成為其他香型物質合成的前體，根據勒夏特列原理，前體反應物增多，則加速反應進行，因此其他香型物質的產生速率也會隨之加快。如在醬油釀造過程中加入耐鹽性酵母后，醬醪中的乙醇含量在短時間內有比較高的提升，而乙醇正是很多香型物質（包括非生物酶反應和生物酶反應）的合成前體，乙醇含量的提高可以促進這些反應進行，從而達到香型物質的整體提升。目前在醬油釀造過程中已被公認的通過添加魯氏酵母和球擬酵母可以有效的提高醬油品質。

除了在快速提高香氣上面有明確的貢獻以外，外源性添加生香微生物在改善口感、穩定生產等諸多方面都有比較大的貢獻。如現在在許多工廠外源性添加耐鹽酵母，一是在醬油產香方面具有很好的效果；二是酵母菌在生命活動中產生的甘油等物質可以改善醬油口感；三是優勢微生物現象可以很大程度上避免醬油長時間釀造中的染菌危險。因此，外源添加產香微生物是實現醬油快速發酵的一個非常好的方法[29]。

2.3 針對低鹽固態工藝增香

對于某些醬油廠，其已經有低鹽固態工藝車間，對產品品質有提升需求而又無法進行大范圍設備改造的可以使用此方法。

李琴等[30]在這方面做了一些探索，通過在低鹽固態發酵工藝生產的二油、三油中外源添加魯氏酵母和球擬酵母，通過對二油和三油進行二次發酵對二油和三油中的香型物質進行提升，之后將二油、三油的二次發酵油與頭油進行配兌，已達到提升產品品質的作用。通過這種方法可以在一定程度上提升醬油的品質。

3 結語

醬油是中國飲食文化的結晶，無論從過去、現在還是未來，醬油都會伴隨一代代人繼續隨著中國的歷史繼續走下去，作為現代的“民以食為天”，通過合理的工藝改進，充分利用醬油釀造微生物快速釀造出高品質的醬油，讓人民群眾獲得高質量的飲食體驗，是義不容辭的義務和責任。

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Discussion of soy sauce fast-fermentation

LEI Jincheng,CHANG Xu*
(Institution of Brewing&Bioenergy Research,Division of Brewing&Bioenergy Business,Angel Yeast Co.,Ltd.,Yichang 443003,China)

Based on the essence of soy sauce fermentation,combining with the actual production conditions in China,the method of soy sauce fast-fermentation was discussed.The aspects of fast-hydrolysis of proteins and starch material,fast-generation of flavor and aroma were separately discussed, and some related fermentation process was carefully discussed.The method provided some improved ideas to shorten fermentation process of high quality soy sauce.

soy sauce;fast-fermentation;yeast;production;aroma generation

TS264.21

A

0254-5071（2014）03-0117-04

10.3969/j.issn.0254-5071.2014.03.028

2013-12-21

安琪酵母股份有限公司內部項目（2013）

雷錦成（1978-），男，高級工程師，本科，主要從事釀造微生物研究及相關產品開發工作。

*通訊作者：常煦（1985-），男，工程師，碩士研究生，主要從事釀造微生物研究及相關產品開發工作。