玉米浆处理液对提高厚层通风制曲质量工艺的探讨

祖彬,李鸿瑞,李峰,王晓燕

(1.齐齐哈尔大学 轻工与纺织学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000；2.齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000；3.齐齐哈尔正弘德食品有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000；4.齐齐哈尔大学 食品与生物工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

1 玉米浆处理液的生产

1.1 玉米浆生产工艺

1.1.1 浸泡

玉米籽粒经过筛分净化，除去铁、砂石及玉米芯后，一般采用浸泡时间短，可溶性物质溶出多的连续逆流浸渍工艺，而不溶性蛋白则在后续生产中被分离出来成为玉米黄粉。玉米籽粒从储库中输送到浸泡罐中，首先要用除铁器除去在玉米籽粒中的铁质，铁质在浸泡过程中进入到浸泡水中会造成浸泡液中灰分过大，最后浓缩的玉米浆颜色深，不利于厚层通风制曲中米曲霉的生长繁殖，还会抑制对酱油风味起到促进作用的鲁氏酵母和酱醪结合酵母的生长代谢。其次是在湿法输送玉米籽粒时在除砂上料罐中对玉米进行洗涤，利用玉米籽粒与砂石的不同沉降系数，利用旋流除砂器使密度大的砂石沉积到除砂上料罐的底部，起到了去除砂石的作用。砂石在中和工序时会使连接管路堵塞，在玉米浆处理液生产时容易在板框过滤过程中破坏滤布纤维，形成孔洞，过滤时滤液在孔洞处形成短路现象，使玉米浆处理液浑浊，在厚层通风制曲时会造成玉米浆处理液浓度不均匀，影响成曲质量。

玉米籽粒浸泡的目的是破坏玉米蛋白质网状结构的二硫键及致密的外皮结构，使玉米籽粒变软，蛋白质、淀粉质吸水膨胀，淀粉与非淀粉物质分开，大部分可溶性物质进入到浸泡液中，产生玉米浸泡水。使用老的浸泡液酸度高，浸泡时间短，玉米籽粒中的水溶性物质进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种营养物质的集合体，这就是玉米浸泡水在厚层通风制曲中作为营养液的原因。

玉米浸泡水酸度大的原因：一是在浸泡过程中添加浓度为0.15%～0.30%的亚硫酸对玉米进行浸泡。采用亚硫酸浸泡的目的：防止玉米籽粒在浸泡过程中腐败；破坏玉米的组织结构，使玉米籽粒膨胀，易于浸出淀粉及可溶性玉米蛋白；有利于乳酸菌的繁殖与代谢。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带入的，还有吸附在玉米籽粒表面的乳酸菌及在浸泡车间环境中进入到浸泡罐中。乳酸菌作用使玉米籽粒中的糖分变成乳酸，酸度可以抑制大部分中碱性细菌的繁殖与代谢，提高淀粉的产率及生产的安全性，如果浸泡时间长，过度发酵，使部分能提取的淀粉质变成了乳酸，淀粉产率下降。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。浸泡水中氮素含量与玉米籽粒中水溶性氮及浸泡过程中乳酸发酵的程度相关联，一般情况下浸泡水的pH为4.2左右。

影响浸泡水质量的因素有温度、加水量、时间等。温度高，水分进入到玉米籽粒快，玉米软化、膨胀速度快。温度高还可以抑制部分低温型细菌繁殖，保证乳酸发酵的安全性。浸泡温度低、浸泡时间长，不利于生产周期缩短，增加生产成本。玉米籽粒浸泡温度保持在48～53 ℃为宜。浸泡时采用间接加热方式，物料品温受热均匀，蛋白质变性程度小，浸泡液中可溶性物质含量高；直接用蒸汽加热，蛋白质变性程度大，可溶性物质进入浸泡液中少，造成局部物料品温过高，杀死部分浸泡液中的乳酸菌，使玉米籽粒中的淀粉和蛋白分离困难。生产过程中如果采用经过高温干燥的玉米粒籽，部分蛋白质产生变性，水溶性氮含量下降，浸泡液中氮素少。浸泡时料水比一般为1∶1.2(以质量计)。加水量大，浸泡液中营养物质总量多，但浓度低，在生产玉米浆时，能耗多不利于企业的节能减排工作。浸泡时间短，浸泡液中水溶性营养物少，为乳酸发酵提供的碳源、氮源及微量元素不足，乳酸发酵缓慢，不利于玉米籽粒中淀粉及蛋白的提取。玉米籽粒的浸泡时间为50 h左右。因此，玉米浸泡水的营养物质含量略有差异，在厚层通风制曲时，要根据试验结果精确计算添加量，否则厚层通风成曲的质量达不到工艺指标，影响原料利用率及产品质量。

1.1.2 倒罐

罐内玉米籽粒不动，通过动力泵使水循环流动，利用二次尾气加热使温度保持在80 ℃左右，从二效蒸发器进料，四效蒸发器出料。玉米浸泡水经逆流浸泡倒罐产生一淋水。

1.1.3 浓缩

一淋水再经五效蒸发浓缩至固形物含量40%左右，由泵体输送至储存罐，即为玉米浆(密度1.18～1.20)。玉米浆浓度可以根据市场需求进行浓缩，调整固形物含量。

1 t玉米产0.7 t玉米浸泡水，玉米浸泡水与玉米浆的浓缩比为3∶1～4∶1。

1.2 玉米浆处理液的生产

1.2.1 玉米浆营养丰富

玉米浆是玉米浸泡水的浓缩物。在玉米中含有4%左右的可溶性物质，经过浸泡工序，有2%左右的可溶性物质如蛋白质、小分子糖分、维生素、矿物质等会进入浸泡水中[1]，浸泡水经过多效蒸发浓缩得到高酸度、高营养、高浓度、高矿物质的玉米浆。

玉米浆中水溶性蛋白质含量高，特别是小分子的蛋白质水解物氨基酸态氮≥1.0 g/dL(以氮计)，可以给酱油生产中米曲霉等微生物培养提供氮源。

1.2.2 玉米浆处理液工艺要点

淀粉厂生产的玉米浆不能直接作为微生物的氮源，这也是多年玉米浆在发酵工程中应用受限的原因。

玉米浆在浸泡过程中产生高达10 g/dL(以乙酸计)有机酸，pH为3.0～3.5，米曲霉生长最适宜的pH为6.0～7.0，所以玉米浆必须要进行中和，才能在酱油米曲霉生长过程中作为氮源。玉米籽粒在浸泡中产生的乳酸盐对米曲霉有抑制作用，在玉米浆中和工序中要采取复合中和剂，既能快速中和玉米浆中的酸，又能除去大部分有抑菌作用的乳酸盐。为了提高中和反应的速度，反应釜内品温应该控制在85～95 ℃，同时还要科学地加入中和剂，先加入反应速度快的中和剂，然后加入反应速度慢的中和剂，这样可以缩短反应时间。当玉米浆的pH为6.2～6.5时即可停止加入中和剂。反应后的物料中含有大量的乳酸盐和颗粒料，呈浑浊状态，温度在80 ℃左右时要立即进行板框压滤，当物料低于30 ℃时黏度急速上升，压滤时间会延长，所以应该选择耐高温的板框进行压滤。

板框压滤液后玉米浆处理液中含有大量可溶性营养物质，如小分子的氨基酸、淀粉分解产物小分子糖及耐热性的微生物，极易发生产气、产酸、腐败等二次发酵现象，在生产过程中为了保证原料的安全性，玉米浆处理液添加营养盐后，要经过高于90 ℃灭酶30 min，即可得到用于厚层通风制曲的玉米浆处理液。玉米浆处理液的浓度大，有较好的防腐特性，一般情况下在低于20 ℃的条件下储存即可。

2 厚层通风制曲

厚层通风制曲是酱油生产常用的培养微生物的方式，为了提高制曲酶活力的多元性，采用了分别由齐齐哈尔大学提供的QU3601-5米曲霉种曲和上海迪发酿造生物制品有限公司提供的米曲霉曲精，加入量为每1000 kg原料加入2 kg种曲、200 g曲精。

2.1 玉米浆处理液加入要均匀

玉米浆处理液要在润水时加入。经过多次试验，当玉米浆处理液加入量为2%时效果最好，小于最佳添加量时效果不明显，大于最佳添加量会抑制米曲霉的繁殖。NK罐润水时要使用定量加水罐，将玉米浆处理液和水混合均匀，防止局部物料营养不均衡，每次加水工序完成后，要及时清洗加水罐，防止高营养的玉米浆处理液发生腐败现象，产生异味。

为了使润水均匀，玉米浆处理液快速进入曲料内部，在生产中对于大颗粒的脱脂大豆如豆饼要进行粉碎，否则会出现大颗粒豆饼润水不均，大颗粒内部水分少，米曲霉生长不茂盛的现象。小颗粒物料会过度润水，水分大，玉米浆处理液含量高，原料蒸煮后，黏度大，通风不畅，容易使厌氧性的产酸细菌快速繁殖，使成曲酸度高，酶活力下降，生产的成品酸度大，风味差。

蛋白质物料吸水速度慢，淀粉质物料润水速度快，正常情况下，蛋白质物料要先润水，淀粉质物料后润水，使物料水分含量均匀一致。在冬季寒冷季节，也可以采用蛋白质物料入罐后，通入蒸汽进行预蒸煮，俗称“干蒸”，使蛋白质物料组织膨胀，品温提高，使蛋白质物料和淀粉质物料的润水速度趋于一致，防止润水不均及“干麸团”现象。

2.2 厚层通风制曲时应该注意事项

加入玉米浆处理液可以使米曲霉孢子快速吸收营养，缩短孢子的发芽时间。不添加玉米浆处理液的物料，米曲霉要吸收曲料分解后的营养物质才能发芽繁殖。玉米浆处理液中含有大量小分子的氨基酸、短链糖类及其他营养物质，使米曲霉孢子迅速吸收，缩短了米曲霉发芽时间，同时米曲霉生长优势得到了加强，也抑制了杂菌的侵入。

润水时要把玉米浆处理液均匀地混入曲料中，曲料蒸煮后，蛋白质适度变性，淀粉充分糊化，杀死了物料中一切微生物。加入玉米浆处理液的曲料在蒸煮时要采取高温短时间的工艺。如果曲料蒸煮后在NK罐内滞留时间长，俗称“留锅”，曲料中淀粉质在高温作用下产生的短链小分子糖与玉米浆处理液中的氨基酸发生美拉德反应，使曲料的颜色加深，降低了玉米浆促长液的氮源作用，产生的颜色物质类黑素对厚层通风制曲中米曲霉的繁殖与代谢有抑制作用，所以在蒸煮时不宜采用“留锅”方法。

曲料经NK罐高压蒸煮后，要采用水力喷射器、绞龙、风机等降温方式，使熟料快速冷却，防止大豆蛋白质过度变性，熟料蛋白质消化率要大于85%，水分为46%左右。当物料冷却后，品温达到35 ℃时加入定量由齐齐哈尔大学提供的QU3601-5米曲霉种曲和上海迪发酿造生物制品有限公司提供的米曲霉曲精，进入厚层通风曲池进行扩大培养。

入池时曲料疏松度要均匀。米曲霉是好养性微生物，当曲料中加入玉米浆处理液后，很快被米曲霉吸收利用。米曲霉孢子吸水后体积膨胀，玉米浆处理液进入细胞内，水溶性营养物质被利用，米曲霉的孢子由于吸收了玉米浆处理液，发芽时间由8～10 h缩短为6～8 h。加入玉米浆处理液后，发芽时间缩短，曲料升温快，通风时间比原工艺提前，菌丝生长旺盛，在间隙通风的条件下，适当增加新鲜风的通风比例，满足米曲霉对氧气的需求。当曲料疏松度不均匀时，曲料温差加大，局部高温会使曲料中米曲霉的繁殖受到抑制，酶的积累量少，严重时会形成局部“烧曲”现象。曲料前期“烧曲”使菌丝长势不好，菌丝少，严重时物料呈现熟料本色，后期“烧曲”曲料呈现黑色，无黄绿色米曲霉孢子，酶活力下降。如果污染了腐败性细菌，曲料有明显的氨味。

加入玉米浆处理液后，米曲霉的生长速度加快，菌丝多，菌丝长，品温上升快，要及时通风降温通氧，通风阻力较大时要进行第一次翻曲，调节曲料的品温、水分，疏松物料，降低风压损失。翻曲最好使用翻曲机，手工翻曲速度要快，打碎大块曲料，消除曲料裂缝。当曲料表面长满白色菌丝，曲池四周与曲料明显出现裂缝时进行第二次翻曲。第二次翻曲后，曲料再出现裂缝要进行铲曲。

自接种后经过28～36 h培养，米曲霉进入孢子形成期，曲料有黄色分生孢子生成，孢子也逐渐成熟，呼吸热和代谢热减少，品温开始下降，曲料呈现嫩黄色时，即为成曲。厚层通风制曲培养时间长，产生大量孢子，会降低原料的利用率，酿制的成品有明显的苦味[2]。

加入玉米浆处理液的蛋白酶酶活力为每克曲(干基)960 U；未加入玉米浆处理液的蛋白酶酶活力为每克曲(干基)854 U；酶活力提高12%。加入玉米浆处理液成曲细菌数为42亿/g曲，未加入玉米浆处理液成曲细菌数为48亿/g曲，细菌数降低8.7%。

厚层通风制曲品温变化曲线图见图1，厚层通风制曲酶活力变化曲线图见图2。

图1 厚层通风制曲品温变化曲线图Fig.1 The temperature variation curves of koji making through thick-layer ventilative cultivation

图2 厚层通风制曲酶活力变化曲线图Fig.2 The enzyme activity variation curves of koji making through thick-layer ventilative cultivation

3 结论

玉米浆处理液含有大量的小分子氨基酸、短链淀粉水解物及其他营养物质，在酱油厚层通风制曲曲料中加入，可以缩短成曲的培养时间，减少杂菌的污染，提高成曲的酶活力。玉米浆处理液的利用为其他微生物培养提供了新的氮源，可以缓解玉米加工厂玉米浆利用及环境保护的难题，提高了企业的经济效益和社会效益。