種曲局部偏濕原因分析與解決方案

劉建華，賴柳寶

廣東廚邦食品有限公司（陽江 529500）

1 問題描述

1.1 種曲機簡介

種曲機外形為罐體狀，內部為菌種培養室，菌種培養室內從遠離機門一側依次設置有風機、集風裝置、種曲小車1#（內側）、種曲小車2#、種曲小車3#、種曲小車4#（外側），且種曲小車內設置有若干層平鋪菌種培養基的曲盤，上述設備/裝置依次相鄰緊挨設置，如此，在菌種培養室內形成兩大空間：一是種曲小車與集風裝置內部連通的空間形成的培養內空間，二是種曲小車、集風裝置的外壁與種曲機內壁之間的空間形成的培養外空間。種曲機中部兩側設置有加濕噴頭，機門中部設置有接種口，具體見圖1和圖2。同時，種曲機還設置有蒸汽滅菌、通氧、夾套控溫、排氣等配套裝置（圖中未示出）。

圖1 種曲機結構示意圖

圖2 種曲機截面圖

種曲機的運行原理：將裝有菌種培養基的種曲小車如圖1所示狀態依次放入菌種培養室，進行高壓蒸汽滅菌、冷卻后，通過接種口吹入三角瓶菌種對培養基接種，進入控溫控濕培養。培養過程中，通過風機運行將培養內空間的氣體吸出，同時將培養外空間的新鮮氣體由種曲小車4#靠機門一側的開口處吸入并向種曲小車1#流動，從而形成強制的循環氣流，進而將加濕噴頭噴出的水霧帶入種曲小車內，為菌種的生長提供水分，實現控溫控濕、補氧等。

1.2 種曲局部偏濕問題描述

種曲機生產種曲時，存在種曲局部偏濕不能使用的問題，主要體現為曲盤內種曲上表面呈淺黃綠色/稍偏深褐色、有少量孢子/基本無孢子，且底部被水浸透呈濕麩皮的深褐色、無菌種繁殖（圖3），用手捏變為偏黑色并有水滴滴落的狀態。目前，出現種曲局部偏濕的位置有較強的規律性，集中出現在種曲小車4#外側約2/5曲盤寬與兩臺種曲小車之間交接處曲盤角落的位置（圖4紅色虛線框對應位置），其中種曲小車4#外側位置的偏濕種曲量約占每臺種曲機生產量的10%，曲盤角落位置的偏濕種曲量約占每臺種曲機生產量的5%。

圖3 局部偏濕種曲的感官狀態

圖4 種曲局部偏濕位置俯視圖

2 原因分析

整個種曲培養過程的水分主要來源于兩個方面：一是培養基制備時，加入的水；二是培養過程加濕噴頭噴出的水霧帶來的水分。其中種曲小車1#~4#裝有的培養基的初始水分均是相同且均勻的，結合偏濕規律性出現在特定位置的現象，可以確定培養基初始水分不是導致種曲局部偏濕的原因；進一步結合現場調查，驗證加濕噴頭穩定性，分析討論種曲機培養過程的加濕原理，確定了出現種曲局部偏濕的原因是由培養過程加濕噴頭噴出的水霧不穩定造成的。

在種曲機空機時，手動開啟加濕噴頭，多次間隔一定時間用手掌心在距加濕噴頭約40~60 cm處放置20~30 s，感受觀察加濕噴頭噴出水霧的狀態效果，發現水霧存在不穩定的現象，主要表現為有時可以感受到潮濕無沖擊感且手掌心無明顯的水跡/水珠（表明霧化效果好），有時感受到打在手掌心的水霧有微弱的水珠沖擊感且手掌心有一定的水跡/水珠（表明霧化效果差）。根據1.1小節種曲機簡介可知，水霧噴出后會進入培養外空間并隨著培養外空間的新鮮氣體向機門一側流動，再由種曲小車4#開口處流入培養內空間并依次經過種曲小車4#、種曲小車3#、種曲小車2#、種曲小車1#，從而對種曲小車內的菌種補濕。當霧化效果好時，水霧則可正常流過整個種曲小車，一部分被培養基正常吸收，未被培養基正常吸收的部分正常流出；當霧化效果差時，水霧中會有一定量的小水珠，其中完全霧化的部分則可正常流過整個種曲小車，而小水珠在由種曲小車4#開口處進入培養內空間時會優先觸碰到種曲小車4#靠近機門一側的車框、曲盤、培養基，從而被截留下來，截留下來的小水珠則全部集中流至入口處曲盤上的培養基，從而導致種曲小車4#外側約2/5曲盤寬的種曲偏濕不能使用的問題發生。種曲小車為不銹鋼硬質材料制作而成，兩臺種曲小車之間雖為緊挨放置，但不可避免地會出現不能完全貼緊而有縫隙的情況。部分水霧會從兩臺種曲小車之間的縫隙進入種曲小車，同理當霧化效果差時，水霧中的小水珠會優先觸碰到交接處種曲小車的外側壁、曲盤、培養基而被截留下來，截留下來的小水珠則流至曲盤角落上的培養基，從而導致兩臺種曲小車之間交接處曲盤角落的種曲偏濕不能使用的問題發生。種曲小車外側為無孔不銹鋼板，所以即使水霧中有小水珠，其他部位的種曲也不會出現上述同類的偏濕問題。綜上所述，才出現了如圖4所示的規律性的種曲局部偏濕的問題。

3 解決方案研究試驗

3.1 材料與方法

3.1.1 菌種和材料

米曲霉三角瓶菌種（由廣東廚邦食品有限公司技術中心）；麩皮（東莞穗豐糧食集團有限公司）。

建筑立面設計的飄窗是指嵌入墻體，一般呈矩形形狀或梯形形狀向室外空間的部分凸起，具體可單獨設計一面也可連續設計三面均為玻璃窗的窗體。普通窗臺和飄窗相比具有以下尺寸差異：普通窗臺一般高度不低于900mm，飄窗臺面距地400mm且飄窗窗臺伸出600-800mm[1]。

3.1.2 主要儀器與設備

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（上海一恒科學儀器有限公司）；200 kg種曲機（北京方德精密化工設備有限公司）；用于種曲培養的擋水結構（自制設備）[3]、孢子和原料的分隔裝置（自制設備[4]，廣東廚邦食品有限公司）。

3.1.3 數據測定方法

3.1.3.1 水分測定

參照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的測定》[5]。

3.1.3.2 孢子數的測定

參照SB/T 10315—1999《孢子數測定法》[6]。

3.2 試驗方法

3.2.1 種曲小車4#外側種曲偏濕問題解決方案的驗證試驗

根據原因分析可知，種曲小車4#外側種曲偏濕的原因是水霧中的小水珠在由種曲小車4#開口處進入培養內空間時觸碰到種曲小車4#外側車框、曲盤、培養基而被截留下來，致使其全部集中流至入口處曲盤上的培養基，進而致使該部分種曲偏濕。結合上述原因分析，解決思路為通過增加用于種曲培養的擋水結構（核心為一張能夠覆蓋種曲小車的0.250 mm不銹鋼紗網），在水霧進入種曲小車前對水霧進行過濾，以達到將水霧中小水珠截留下來并允許水霧中完全霧化的部分能夠正常進入種曲小車為菌種的生長提供必要的水分，從而解決種曲局部偏濕問題且不影響種曲質量。因此，設定試驗以驗證在種曲培養時，加裝用于種曲培養的擋水結構對解決種曲小車4#外側種曲偏濕問題的可行性，具體試驗方案詳見表1，未說明的種曲培養工藝參數按照常規工藝執行即可。

表1 解決種曲小車4#外側種曲偏濕問題的試驗方案

3.2.2 加裝孢子和原料分隔裝置的試驗

試驗主要是針對3.2.1小節種曲小車4#外側種曲偏濕問題解決方案的驗證試驗出現的成熟種曲存在局部呈白色、成熟度不夠的問題進行試驗，驗證加裝孢子和原料分隔裝置對解決該問題的有效性，具體試驗方案詳見表2，未說明的種曲培養工藝參數按照常規工藝執行即可。

表2 加裝孢子和原料分隔裝置的試驗方案

3.2.3 種曲小車交接處角落種曲偏濕問題解決方案的驗證試驗

根據原因分析可知，種曲小車交接處角落種曲偏濕的原因是部分水霧會從兩臺種曲小車之間的縫隙進入種曲小車，水霧中的小水珠會觸碰到交接處種曲小車的外側壁、曲盤、培養基而被截留下來，致使其全部集中流至曲盤角落上的培養基，進而致使該部分種曲偏濕。結合上述原因分析，解決思路為密封兩臺種曲小車之間的縫隙以避免水霧從兩臺種曲小車之間的縫隙進入種曲小車，進而解決該問題。因此，設定試驗在上述試驗的優選方案下，驗證不同密封方案的有效性，從而確定出種曲小車交接處角落種曲偏濕問題的解決方案，具體試驗方案詳見表3，未說明的種曲培養工藝參數按照常規工藝執行即可。

表3 解決種曲小車交接處角落種曲偏濕問題的試驗方案

4 結果與分析

4.1 種曲小車4#外側種曲偏濕問題解決方案驗證試驗結果

按照試驗方案，在種曲小車4#靠近機門一側開口處加裝用于種曲培養的擋水結構進行種曲培養而獲得試驗種曲，以不加裝用于種曲培養的擋水結構、使用原種曲機進行種曲培養而獲得對照種曲，對比考察加裝用于種曲培養的擋水結構對解決種曲小車4#外側種曲偏濕問題的可行性，其試驗結果見表4。

表4 加裝用于種曲培養的擋水結構對種曲質量的影響

由表4對照種曲與試驗種曲的質量對比結果可知，采用此次試驗方案培養所得的種曲小車4#外側約2/5曲盤寬處的試驗種曲的核心指標干基孢子數為110.36億個/g，明顯高于對照方案培養所得的種曲小車4#外側約2/5曲盤寬處的對照種曲的干基孢子數41.25億個/g，同時略高于試驗種曲與對照種曲其他正常部位曲盤處種曲的干基孢子數，試驗種曲對應種曲小車4#外側約2/5曲盤寬處種曲的水分為37.5%，高于試驗種曲與對照種曲其他正常部位曲盤處種曲，但其水分處于可正常使用的水分范圍且遠遠低于對照種曲對應種曲小車4#外側約2/5曲盤寬處種曲的水分69.4%。試驗種曲感官整體呈黃綠色、孢子多、上下均勻，未出現如對照種曲對應種曲小車4#外側約2/5曲盤寬處種曲嚴重偏濕不能使用的問題，整體質量優良。結果表明，此次試驗提供的加裝用于種曲培養的擋水結構的方案培養所得的試驗種曲質量明顯優于對照方案，該方案對解決種曲小車4#外側種曲偏濕問題是可行的，能夠徹底解決此類種曲局部偏濕的問題。

試驗種曲出現了局部有種曲呈白色未成熟狀的問題，由于該問題是加裝用于種曲培養的擋水結構后出現的且對照方案未出現該情況，故重點對使用后的用于種曲培養的擋水結構進行了現場調查，并分析了試驗種曲出現局部呈白色未成熟狀與加裝用于種曲培養的擋水結構的關聯性。調查分析發現，使用后的用于種曲培養的擋水結構存在局部紗網有麩皮殘留并將該部分紗網堵塞的現象，且出現局部呈白色未成熟狀種曲所在的位置基本處于堵塞紗網的正后方。因而，試驗種曲出現局部呈白色未成熟狀是用于種曲培養的擋水結構的局部紗網被麩皮堵塞造成的，進一步分析發現堵塞紗網的麩皮來源于種曲機接種用的三角瓶菌種。種曲機接種的方式為使用壓縮空氣將三角瓶菌種通過種曲機的接種口吹入種曲機內部進行接種，接種口正對用于種曲培養的擋水結構的紗網。接種時，三角瓶菌種被壓縮空氣直接吹入，三角瓶菌種中的孢子和培養基中殘留的麩皮原料均會被吹向紗網，孢子體積小可正常進入紗網對種曲培養基進行接種，而培養基中殘留的較大片狀的麩皮則會被紗網攔截并部分粘附在紗網上致使局部紗網堵塞，從而導致培養過程堵塞部分紗網正后方對應位置的氣流不暢而不利于菌種生長，進而造成上述試驗種曲出現局部呈白色未成熟狀的問題發生。

4.2 加裝孢子和原料分隔裝置試驗結果

此次試驗針對4.1小節種曲小車4#外側種曲偏濕問題解決方案驗證試驗結果中種曲出現局部呈白色未成熟狀的問題，結合其發生原因的分析，制定了在4.1小節試驗方案的基礎上加裝孢子和原料分隔裝置進行種曲培養的試驗方案，培養獲得試驗種曲，以4.1小節的試驗方案進行種曲培養而獲得對照種曲，對比考察加裝孢子和原料分隔裝置對解決該問題的有效性，其試驗結果見表5。

表5 加裝孢子和原料分隔裝置對種曲質量的影響

由表5可知，試驗種曲與對照種曲的干基孢子數均能達到100億個/g以上，處于較高水平。試驗種曲感官方面整體呈黃綠色、孢子多、上下均勻，僅角落種曲存在偏濕不能使用的情況，未出現如對照種曲局部呈白色未成熟狀的問題。結果表明，此次試驗提供的加裝孢子和原料分隔裝置對該問題的解決是有效的，其主要原因是：加裝的孢子和原料分隔裝置的主體結構為錐臺/錐體狀，將其如3.2.2小節中試驗方案所示覆蓋安裝于接種口機門內側，錐臺/錐體頂部對準接種口并保持一定距離，且錐臺/錐體底部延其約上半圓周長設置有擋片，因此，當進行接種時，三角瓶菌種被壓縮空氣從接種口直接吹入后，會先與該裝置碰撞，此時由于孢子體積小、易飛揚，會隨著種曲機的循環氣流通過紗網進入種曲小車完成接種，而三角瓶菌種培養基中殘留的麩皮面積和質量較大，會被該裝置阻擋截留，會沿著錐臺/錐體的錐面斜向四周流動，其中向上半周流動的麩皮由于被錐臺/錐體底部延其約上半圓周長設置的擋片阻擋而向下掉落，最終麩皮集中掉落至機門內下壁，從而避免了麩皮原料被直接吹向紗網而被紗網攔截并部分粘附在紗網上致使局部紗網堵塞問題的發生，進而避免了此次試驗對照方案局部種曲呈白色未成熟狀問題的發生。

4.3 種曲小車交接處角落種曲偏濕問題解決方案驗證試驗結果

按照試驗方案，分別采用在種曲小車1#~3#靠近機門一側車框的兩側與頂部周圈粘貼硅膠墊（方案1）與安裝角鐵（方案2）兩種密封方案進行種曲培養，分別獲得試驗種曲1、試驗種曲2，以原培養方案培養而獲得對照種曲，對比考察兩種試驗方案對種曲小車角落種曲偏濕問題的改善效果，從而確定出優選方案，其試驗結果見表6。

表6 不同密封方案對種曲小車角落種曲質量的影響

由表6兩種密封方案培養所得的試驗種曲1、試驗種曲2與對照種曲的種曲小車角落種曲質量對比結果可知，采用此次試驗方案1培養所得的試驗種曲1的種曲小車角落種曲仍會出現偏濕的問題（圖5），但偏濕量有所減少，改善效果不理想，分析認為：雖然增加了軟質硅膠墊，但種曲小車在種曲機內為緊貼擺放并無外力使其壓緊，而硅膠墊往往需要外力壓緊才會有比較好的密封效果，且亦存在種曲小車擺放時未完全對齊導致密封不嚴的可能。同時，在試驗過程中發現，硅膠墊經歷多次種曲培養過程120~130 ℃，20~30 min的高溫滅菌后，其質地亦會發生變化，如老化變硬等，進而會降低密封效果。采用此次試驗方案2培養所得的試驗種曲2的種曲小車角落種曲未出現偏濕的問題，改善效果優良，分析認為：此方案通過在種曲小車1#~3#靠近機門一側車框的兩側與頂部周圈安裝角鐵，在種曲小車緊貼放置時，角鐵能夠依次倒扣于種曲小車2#~4#上，起到遮蓋兩臺種曲小車之間縫隙的作用，此情況下角鐵與被倒扣的種曲小車外側壁仍會有小縫隙，但此時水霧要從該縫隙進入種曲小車的流向只能為從種曲機機門一側向風機一側流動才能進入種曲小車，而該流向與種曲機的強制氣流流向相反，故水霧難以從該縫隙進入種曲小車，從而能夠避免水霧從兩臺種曲小車之間的縫隙進入種曲小車，進而有效解決了種曲小車交接處角落種曲偏濕的問題。因此，解決種曲小車交接處角落種曲偏濕問題的方案優選試驗方案2，即在種曲小車1#~3#靠近機門一側車框的兩側與頂部周圈安裝角鐵（安裝狀態為當種曲小車緊貼放置時，角鐵能夠依次倒扣于種曲小車2#~4#上）。

圖5 試驗種曲1

5 結論

結合具體的種曲局部偏濕案例，開展了現場調查分析，明確種曲局部偏濕的原因是由培養過程加濕噴頭噴出的水霧不穩定造成的，并進一步分析偏濕形成的過程，從而明確改善思路。針對不同位置的種曲偏濕問題，結合改善思路設定水霧過濾、阻斷水霧進入途徑的解決方案并進行試驗驗證，結果表明，采用在種曲小車4#靠近機門一側開口處加裝用于種曲培養的擋水結構（即水霧過濾）與加裝孢子和原料分隔裝置的方案進行種曲培養，培養所得種曲的干基孢子數可達到100億個/g以上，整體感官方呈黃綠色、孢子多、上下均勻，未出現種曲小車4#外側約2/5曲盤寬處種曲嚴重偏濕不能使用的問題且不會引發新的質量問題，能夠徹底杜絕種曲小車4#外側種曲偏濕不能使用的問題發生；采用在種曲小車1#~3#靠近機門一側車框的兩側與頂部周圈安裝角鐵（即阻斷水霧進入途徑）的方案進行種曲培養，培養所得種曲未出現種曲小車角落種曲偏濕不能使用的問題，改善效果優良。

綜上所述，綜合采用試驗方案可以徹底解決系列種曲局部偏濕的問題，且試驗方案培養所得的種曲品質也得到明顯提升，同時能夠節約麩皮原料約15%，單機種曲產能提升15%，并節約了鏟除偏濕部分不能使用種曲花費的人工成本等，從而提高產能與效率、降低單位能耗而大大節約企業的生產成本，對企業種曲的生產與品質保障有重大的指導意義。