玉米漿處理液對提高厚層通風制曲質量工藝的探討

祖彬,李鴻瑞,李峰,王曉燕

(1.齊齊哈爾大學 輕工與紡織學院，黑龍江 齊齊哈爾 161000；2.齊齊哈爾大學 生命科學與農林學院，黑龍江 齊齊哈爾 161000；3.齊齊哈爾正弘德食品有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000；4.齊齊哈爾大學 食品與生物工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

1 玉米漿處理液的生產

1.1 玉米漿生產工藝

1.1.1 浸泡

玉米籽粒經過篩分凈化，除去鐵、砂石及玉米芯后，一般采用浸泡時間短，可溶性物質溶出多的連續逆流浸漬工藝，而不溶性蛋白則在后續生產中被分離出來成為玉米黃粉。玉米籽粒從儲庫中輸送到浸泡罐中，首先要用除鐵器除去在玉米籽粒中的鐵質，鐵質在浸泡過程中進入到浸泡水中會造成浸泡液中灰分過大，最后濃縮的玉米漿顏色深，不利于厚層通風制曲中米曲霉的生長繁殖，還會抑制對醬油風味起到促進作用的魯氏酵母和醬醪結合酵母的生長代謝。其次是在濕法輸送玉米籽粒時在除砂上料罐中對玉米進行洗滌，利用玉米籽粒與砂石的不同沉降系數，利用旋流除砂器使密度大的砂石沉積到除砂上料罐的底部，起到了去除砂石的作用。砂石在中和工序時會使連接管路堵塞，在玉米漿處理液生產時容易在板框過濾過程中破壞濾布纖維，形成孔洞，過濾時濾液在孔洞處形成短路現象，使玉米漿處理液渾濁，在厚層通風制曲時會造成玉米漿處理液濃度不均勻，影響成曲質量。

玉米籽粒浸泡的目的是破壞玉米蛋白質網狀結構的二硫鍵及致密的外皮結構，使玉米籽粒變軟，蛋白質、淀粉質吸水膨脹，淀粉與非淀粉物質分開，大部分可溶性物質進入到浸泡液中，產生玉米浸泡水。使用老的浸泡液酸度高，浸泡時間短，玉米籽粒中的水溶性物質進入浸泡水中的速度快，所以，浸泡水是含有水溶性氮、水溶性小分子糖及灰分的多種營養物質的集合體，這就是玉米浸泡水在厚層通風制曲中作為營養液的原因。

玉米浸泡水酸度大的原因：一是在浸泡過程中添加濃度為0.15%～0.30%的亞硫酸對玉米進行浸泡。采用亞硫酸浸泡的目的：防止玉米籽粒在浸泡過程中腐敗；破壞玉米的組織結構，使玉米籽粒膨脹，易于浸出淀粉及可溶性玉米蛋白；有利于乳酸菌的繁殖與代謝。二是玉米籽粒的乳酸菌作用。乳酸菌主要是加入原玉米浸泡液中帶入的，還有吸附在玉米籽粒表面的乳酸菌及在浸泡車間環境中進入到浸泡罐中。乳酸菌作用使玉米籽粒中的糖分變成乳酸，酸度可以抑制大部分中堿性細菌的繁殖與代謝，提高淀粉的產率及生產的安全性，如果浸泡時間長，過度發酵，使部分能提取的淀粉質變成了乳酸，淀粉產率下降。乳酸含量越高，微生物分解的氮素越多，玉米浸泡水中的水溶性氮也高。浸泡水中氮素含量與玉米籽粒中水溶性氮及浸泡過程中乳酸發酵的程度相關聯，一般情況下浸泡水的pH為4.2左右。

影響浸泡水質量的因素有溫度、加水量、時間等。溫度高，水分進入到玉米籽粒快，玉米軟化、膨脹速度快。溫度高還可以抑制部分低溫型細菌繁殖，保證乳酸發酵的安全性。浸泡溫度低、浸泡時間長，不利于生產周期縮短，增加生產成本。玉米籽粒浸泡溫度保持在48～53 ℃為宜。浸泡時采用間接加熱方式，物料品溫受熱均勻，蛋白質變性程度小，浸泡液中可溶性物質含量高；直接用蒸汽加熱，蛋白質變性程度大，可溶性物質進入浸泡液中少，造成局部物料品溫過高，殺死部分浸泡液中的乳酸菌，使玉米籽粒中的淀粉和蛋白分離困難。生產過程中如果采用經過高溫干燥的玉米粒籽，部分蛋白質產生變性，水溶性氮含量下降，浸泡液中氮素少。浸泡時料水比一般為1∶1.2(以質量計)。加水量大，浸泡液中營養物質總量多，但濃度低，在生產玉米漿時，能耗多不利于企業的節能減排工作。浸泡時間短，浸泡液中水溶性營養物少，為乳酸發酵提供的碳源、氮源及微量元素不足，乳酸發酵緩慢，不利于玉米籽粒中淀粉及蛋白的提取。玉米籽粒的浸泡時間為50 h左右。因此，玉米浸泡水的營養物質含量略有差異，在厚層通風制曲時，要根據試驗結果精確計算添加量，否則厚層通風成曲的質量達不到工藝指標，影響原料利用率及產品質量。

1.1.2 倒罐

罐內玉米籽粒不動，通過動力泵使水循環流動，利用二次尾氣加熱使溫度保持在80 ℃左右，從二效蒸發器進料，四效蒸發器出料。玉米浸泡水經逆流浸泡倒罐產生一淋水。

1.1.3 濃縮

一淋水再經五效蒸發濃縮至固形物含量40%左右，由泵體輸送至儲存罐，即為玉米漿(密度1.18～1.20)。玉米漿濃度可以根據市場需求進行濃縮，調整固形物含量。

1 t玉米產0.7 t玉米浸泡水，玉米浸泡水與玉米漿的濃縮比為3∶1～4∶1。

1.2 玉米漿處理液的生產

1.2.1 玉米漿營養豐富

玉米漿是玉米浸泡水的濃縮物。在玉米中含有4%左右的可溶性物質，經過浸泡工序，有2%左右的可溶性物質如蛋白質、小分子糖分、維生素、礦物質等會進入浸泡水中[1]，浸泡水經過多效蒸發濃縮得到高酸度、高營養、高濃度、高礦物質的玉米漿。

玉米漿中水溶性蛋白質含量高，特別是小分子的蛋白質水解物氨基酸態氮≥1.0 g/dL(以氮計)，可以給醬油生產中米曲霉等微生物培養提供氮源。

1.2.2 玉米漿處理液工藝要點

淀粉廠生產的玉米漿不能直接作為微生物的氮源，這也是多年玉米漿在發酵工程中應用受限的原因。

玉米漿在浸泡過程中產生高達10 g/dL(以乙酸計)有機酸，pH為3.0～3.5，米曲霉生長最適宜的pH為6.0～7.0，所以玉米漿必須要進行中和，才能在醬油米曲霉生長過程中作為氮源。玉米籽粒在浸泡中產生的乳酸鹽對米曲霉有抑制作用，在玉米漿中和工序中要采取復合中和劑，既能快速中和玉米漿中的酸，又能除去大部分有抑菌作用的乳酸鹽。為了提高中和反應的速度，反應釜內品溫應該控制在85～95 ℃，同時還要科學地加入中和劑，先加入反應速度快的中和劑，然后加入反應速度慢的中和劑，這樣可以縮短反應時間。當玉米漿的pH為6.2～6.5時即可停止加入中和劑。反應后的物料中含有大量的乳酸鹽和顆粒料，呈渾濁狀態，溫度在80 ℃左右時要立即進行板框壓濾，當物料低于30 ℃時黏度急速上升，壓濾時間會延長，所以應該選擇耐高溫的板框進行壓濾。

板框壓濾液后玉米漿處理液中含有大量可溶性營養物質，如小分子的氨基酸、淀粉分解產物小分子糖及耐熱性的微生物，極易發生產氣、產酸、腐敗等二次發酵現象，在生產過程中為了保證原料的安全性，玉米漿處理液添加營養鹽后，要經過高于90 ℃滅酶30 min，即可得到用于厚層通風制曲的玉米漿處理液。玉米漿處理液的濃度大，有較好的防腐特性，一般情況下在低于20 ℃的條件下儲存即可。

2 厚層通風制曲

厚層通風制曲是醬油生產常用的培養微生物的方式，為了提高制曲酶活力的多元性，采用了分別由齊齊哈爾大學提供的QU3601-5米曲霉種曲和上海迪發釀造生物制品有限公司提供的米曲霉曲精，加入量為每1000 kg原料加入2 kg種曲、200 g曲精。

2.1 玉米漿處理液加入要均勻

玉米漿處理液要在潤水時加入。經過多次試驗，當玉米漿處理液加入量為2%時效果最好，小于最佳添加量時效果不明顯，大于最佳添加量會抑制米曲霉的繁殖。NK罐潤水時要使用定量加水罐，將玉米漿處理液和水混合均勻，防止局部物料營養不均衡，每次加水工序完成后，要及時清洗加水罐，防止高營養的玉米漿處理液發生腐敗現象，產生異味。

為了使潤水均勻，玉米漿處理液快速進入曲料內部，在生產中對于大顆粒的脫脂大豆如豆餅要進行粉碎，否則會出現大顆粒豆餅潤水不均，大顆粒內部水分少，米曲霉生長不茂盛的現象。小顆粒物料會過度潤水，水分大，玉米漿處理液含量高，原料蒸煮后，黏度大，通風不暢，容易使厭氧性的產酸細菌快速繁殖，使成曲酸度高，酶活力下降，生產的成品酸度大，風味差。

蛋白質物料吸水速度慢，淀粉質物料潤水速度快，正常情況下，蛋白質物料要先潤水，淀粉質物料后潤水，使物料水分含量均勻一致。在冬季寒冷季節，也可以采用蛋白質物料入罐后，通入蒸汽進行預蒸煮，俗稱“干蒸”，使蛋白質物料組織膨脹，品溫提高，使蛋白質物料和淀粉質物料的潤水速度趨于一致，防止潤水不均及“干麩團”現象。

2.2 厚層通風制曲時應該注意事項

加入玉米漿處理液可以使米曲霉孢子快速吸收營養，縮短孢子的發芽時間。不添加玉米漿處理液的物料，米曲霉要吸收曲料分解后的營養物質才能發芽繁殖。玉米漿處理液中含有大量小分子的氨基酸、短鏈糖類及其他營養物質，使米曲霉孢子迅速吸收，縮短了米曲霉發芽時間，同時米曲霉生長優勢得到了加強，也抑制了雜菌的侵入。

潤水時要把玉米漿處理液均勻地混入曲料中，曲料蒸煮后，蛋白質適度變性，淀粉充分糊化，殺死了物料中一切微生物。加入玉米漿處理液的曲料在蒸煮時要采取高溫短時間的工藝。如果曲料蒸煮后在NK罐內滯留時間長，俗稱“留鍋”，曲料中淀粉質在高溫作用下產生的短鏈小分子糖與玉米漿處理液中的氨基酸發生美拉德反應，使曲料的顏色加深，降低了玉米漿促長液的氮源作用，產生的顏色物質類黑素對厚層通風制曲中米曲霉的繁殖與代謝有抑制作用，所以在蒸煮時不宜采用“留鍋”方法。

曲料經NK罐高壓蒸煮后，要采用水力噴射器、絞龍、風機等降溫方式，使熟料快速冷卻，防止大豆蛋白質過度變性，熟料蛋白質消化率要大于85%，水分為46%左右。當物料冷卻后，品溫達到35 ℃時加入定量由齊齊哈爾大學提供的QU3601-5米曲霉種曲和上海迪發釀造生物制品有限公司提供的米曲霉曲精，進入厚層通風曲池進行擴大培養。

入池時曲料疏松度要均勻。米曲霉是好養性微生物，當曲料中加入玉米漿處理液后，很快被米曲霉吸收利用。米曲霉孢子吸水后體積膨脹，玉米漿處理液進入細胞內，水溶性營養物質被利用，米曲霉的孢子由于吸收了玉米漿處理液，發芽時間由8～10 h縮短為6～8 h。加入玉米漿處理液后，發芽時間縮短，曲料升溫快，通風時間比原工藝提前，菌絲生長旺盛，在間隙通風的條件下，適當增加新鮮風的通風比例，滿足米曲霉對氧氣的需求。當曲料疏松度不均勻時，曲料溫差加大，局部高溫會使曲料中米曲霉的繁殖受到抑制，酶的積累量少，嚴重時會形成局部“燒曲”現象。曲料前期“燒曲”使菌絲長勢不好，菌絲少，嚴重時物料呈現熟料本色，后期“燒曲”曲料呈現黑色，無黃綠色米曲霉孢子，酶活力下降。如果污染了腐敗性細菌，曲料有明顯的氨味。

加入玉米漿處理液后，米曲霉的生長速度加快，菌絲多，菌絲長，品溫上升快，要及時通風降溫通氧，通風阻力較大時要進行第一次翻曲，調節曲料的品溫、水分，疏松物料，降低風壓損失。翻曲最好使用翻曲機，手工翻曲速度要快，打碎大塊曲料，消除曲料裂縫。當曲料表面長滿白色菌絲，曲池四周與曲料明顯出現裂縫時進行第二次翻曲。第二次翻曲后，曲料再出現裂縫要進行鏟曲。

自接種后經過28～36 h培養，米曲霉進入孢子形成期，曲料有黃色分生孢子生成，孢子也逐漸成熟，呼吸熱和代謝熱減少，品溫開始下降，曲料呈現嫩黃色時，即為成曲。厚層通風制曲培養時間長，產生大量孢子，會降低原料的利用率，釀制的成品有明顯的苦味[2]。

加入玉米漿處理液的蛋白酶酶活力為每克曲(干基)960 U；未加入玉米漿處理液的蛋白酶酶活力為每克曲(干基)854 U；酶活力提高12%。加入玉米漿處理液成曲細菌數為42億/g曲，未加入玉米漿處理液成曲細菌數為48億/g曲，細菌數降低8.7%。

厚層通風制曲品溫變化曲線圖見圖1，厚層通風制曲酶活力變化曲線圖見圖2。

圖1 厚層通風制曲品溫變化曲線圖Fig.1 The temperature variation curves of koji making through thick-layer ventilative cultivation

圖2 厚層通風制曲酶活力變化曲線圖Fig.2 The enzyme activity variation curves of koji making through thick-layer ventilative cultivation

3 結論

玉米漿處理液含有大量的小分子氨基酸、短鏈淀粉水解物及其他營養物質，在醬油厚層通風制曲曲料中加入，可以縮短成曲的培養時間，減少雜菌的污染，提高成曲的酶活力。玉米漿處理液的利用為其他微生物培養提供了新的氮源，可以緩解玉米加工廠玉米漿利用及環境保護的難題，提高了企業的經濟效益和社會效益。