种曲局部偏湿原因分析与解决方案

刘建华，赖柳宝

广东厨邦食品有限公司（阳江 529500）

1 问题描述

1.1 种曲机简介

种曲机外形为罐体状，内部为菌种培养室，菌种培养室内从远离机门一侧依次设置有风机、集风装置、种曲小车1#（内侧）、种曲小车2#、种曲小车3#、种曲小车4#（外侧），且种曲小车内设置有若干层平铺菌种培养基的曲盘，上述设备/装置依次相邻紧挨设置，如此，在菌种培养室内形成两大空间：一是种曲小车与集风装置内部连通的空间形成的培养内空间，二是种曲小车、集风装置的外壁与种曲机内壁之间的空间形成的培养外空间。种曲机中部两侧设置有加湿喷头，机门中部设置有接种口，具体见图1和图2。同时，种曲机还设置有蒸汽灭菌、通氧、夹套控温、排气等配套装置（图中未示出）。

图1 种曲机结构示意图

图2 种曲机截面图

种曲机的运行原理：将装有菌种培养基的种曲小车如图1所示状态依次放入菌种培养室，进行高压蒸汽灭菌、冷却后，通过接种口吹入三角瓶菌种对培养基接种，进入控温控湿培养。培养过程中，通过风机运行将培养内空间的气体吸出，同时将培养外空间的新鲜气体由种曲小车4#靠机门一侧的开口处吸入并向种曲小车1#流动，从而形成强制的循环气流，进而将加湿喷头喷出的水雾带入种曲小车内，为菌种的生长提供水分，实现控温控湿、补氧等。

1.2 种曲局部偏湿问题描述

种曲机生产种曲时，存在种曲局部偏湿不能使用的问题，主要体现为曲盘内种曲上表面呈浅黄绿色/稍偏深褐色、有少量孢子/基本无孢子，且底部被水浸透呈湿麸皮的深褐色、无菌种繁殖（图3），用手捏变为偏黑色并有水滴滴落的状态。目前，出现种曲局部偏湿的位置有较强的规律性，集中出现在种曲小车4#外侧约2/5曲盘宽与两台种曲小车之间交接处曲盘角落的位置（图4红色虚线框对应位置），其中种曲小车4#外侧位置的偏湿种曲量约占每台种曲机生产量的10%，曲盘角落位置的偏湿种曲量约占每台种曲机生产量的5%。

图3 局部偏湿种曲的感官状态

图4 种曲局部偏湿位置俯视图

2 原因分析

整个种曲培养过程的水分主要来源于两个方面：一是培养基制备时，加入的水；二是培养过程加湿喷头喷出的水雾带来的水分。其中种曲小车1#~4#装有的培养基的初始水分均是相同且均匀的，结合偏湿规律性出现在特定位置的现象，可以确定培养基初始水分不是导致种曲局部偏湿的原因；进一步结合现场调查，验证加湿喷头稳定性，分析讨论种曲机培养过程的加湿原理，确定了出现种曲局部偏湿的原因是由培养过程加湿喷头喷出的水雾不稳定造成的。

在种曲机空机时，手动开启加湿喷头，多次间隔一定时间用手掌心在距加湿喷头约40~60 cm处放置20~30 s，感受观察加湿喷头喷出水雾的状态效果，发现水雾存在不稳定的现象，主要表现为有时可以感受到潮湿无冲击感且手掌心无明显的水迹/水珠（表明雾化效果好），有时感受到打在手掌心的水雾有微弱的水珠冲击感且手掌心有一定的水迹/水珠（表明雾化效果差）。根据1.1小节种曲机简介可知，水雾喷出后会进入培养外空间并随着培养外空间的新鲜气体向机门一侧流动，再由种曲小车4#开口处流入培养内空间并依次经过种曲小车4#、种曲小车3#、种曲小车2#、种曲小车1#，从而对种曲小车内的菌种补湿。当雾化效果好时，水雾则可正常流过整个种曲小车，一部分被培养基正常吸收，未被培养基正常吸收的部分正常流出；当雾化效果差时，水雾中会有一定量的小水珠，其中完全雾化的部分则可正常流过整个种曲小车，而小水珠在由种曲小车4#开口处进入培养内空间时会优先触碰到种曲小车4#靠近机门一侧的车框、曲盘、培养基，从而被截留下来，截留下来的小水珠则全部集中流至入口处曲盘上的培养基，从而导致种曲小车4#外侧约2/5曲盘宽的种曲偏湿不能使用的问题发生。种曲小车为不锈钢硬质材料制作而成，两台种曲小车之间虽为紧挨放置，但不可避免地会出现不能完全贴紧而有缝隙的情况。部分水雾会从两台种曲小车之间的缝隙进入种曲小车，同理当雾化效果差时，水雾中的小水珠会优先触碰到交接处种曲小车的外侧壁、曲盘、培养基而被截留下来，截留下来的小水珠则流至曲盘角落上的培养基，从而导致两台种曲小车之间交接处曲盘角落的种曲偏湿不能使用的问题发生。种曲小车外侧为无孔不锈钢板，所以即使水雾中有小水珠，其他部位的种曲也不会出现上述同类的偏湿问题。综上所述，才出现了如图4所示的规律性的种曲局部偏湿的问题。

3 解决方案研究试验

3.1 材料与方法

3.1.1 菌种和材料

米曲霉三角瓶菌种（由广东厨邦食品有限公司技术中心）；麸皮（东莞穗丰粮食集团有限公司）。

建筑立面设计的飘窗是指嵌入墙体，一般呈矩形形状或梯形形状向室外空间的部分凸起，具体可单独设计一面也可连续设计三面均为玻璃窗的窗体。普通窗台和飘窗相比具有以下尺寸差异：普通窗台一般高度不低于900mm，飘窗台面距地400mm且飘窗窗台伸出600-800mm[1]。

3.1.2 主要仪器与设备

IKA RH磁力搅拌器（广州绿百草科学仪器有限公司）；25×16血球计数板（上海求精生化试剂仪器有限公司）；E100显微镜（南京江南永新光学有限公司）；LRH生化培养箱（上海一恒科学仪器有限公司）；200 kg种曲机（北京方德精密化工设备有限公司）；用于种曲培养的挡水结构（自制设备）[3]、孢子和原料的分隔装置（自制设备[4]，广东厨邦食品有限公司）。

3.1.3 数据测定方法

3.1.3.1 水分测定

参照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的测定》[5]。

3.1.3.2 孢子数的测定

参照SB/T 10315—1999《孢子数测定法》[6]。

3.2 试验方法

3.2.1 种曲小车4#外侧种曲偏湿问题解决方案的验证试验

根据原因分析可知，种曲小车4#外侧种曲偏湿的原因是水雾中的小水珠在由种曲小车4#开口处进入培养内空间时触碰到种曲小车4#外侧车框、曲盘、培养基而被截留下来，致使其全部集中流至入口处曲盘上的培养基，进而致使该部分种曲偏湿。结合上述原因分析，解决思路为通过增加用于种曲培养的挡水结构（核心为一张能够覆盖种曲小车的0.250 mm不锈钢纱网），在水雾进入种曲小车前对水雾进行过滤，以达到将水雾中小水珠截留下来并允许水雾中完全雾化的部分能够正常进入种曲小车为菌种的生长提供必要的水分，从而解决种曲局部偏湿问题且不影响种曲质量。因此，设定试验以验证在种曲培养时，加装用于种曲培养的挡水结构对解决种曲小车4#外侧种曲偏湿问题的可行性，具体试验方案详见表1，未说明的种曲培养工艺参数按照常规工艺执行即可。

表1 解决种曲小车4#外侧种曲偏湿问题的试验方案

3.2.2 加装孢子和原料分隔装置的试验

试验主要是针对3.2.1小节种曲小车4#外侧种曲偏湿问题解决方案的验证试验出现的成熟种曲存在局部呈白色、成熟度不够的问题进行试验，验证加装孢子和原料分隔装置对解决该问题的有效性，具体试验方案详见表2，未说明的种曲培养工艺参数按照常规工艺执行即可。

表2 加装孢子和原料分隔装置的试验方案

3.2.3 种曲小车交接处角落种曲偏湿问题解决方案的验证试验

根据原因分析可知，种曲小车交接处角落种曲偏湿的原因是部分水雾会从两台种曲小车之间的缝隙进入种曲小车，水雾中的小水珠会触碰到交接处种曲小车的外侧壁、曲盘、培养基而被截留下来，致使其全部集中流至曲盘角落上的培养基，进而致使该部分种曲偏湿。结合上述原因分析，解决思路为密封两台种曲小车之间的缝隙以避免水雾从两台种曲小车之间的缝隙进入种曲小车，进而解决该问题。因此，设定试验在上述试验的优选方案下，验证不同密封方案的有效性，从而确定出种曲小车交接处角落种曲偏湿问题的解决方案，具体试验方案详见表3，未说明的种曲培养工艺参数按照常规工艺执行即可。

表3 解决种曲小车交接处角落种曲偏湿问题的试验方案

4 结果与分析

4.1 种曲小车4#外侧种曲偏湿问题解决方案验证试验结果

按照试验方案，在种曲小车4#靠近机门一侧开口处加装用于种曲培养的挡水结构进行种曲培养而获得试验种曲，以不加装用于种曲培养的挡水结构、使用原种曲机进行种曲培养而获得对照种曲，对比考察加装用于种曲培养的挡水结构对解决种曲小车4#外侧种曲偏湿问题的可行性，其试验结果见表4。

表4 加装用于种曲培养的挡水结构对种曲质量的影响

由表4对照种曲与试验种曲的质量对比结果可知，采用此次试验方案培养所得的种曲小车4#外侧约2/5曲盘宽处的试验种曲的核心指标干基孢子数为110.36亿个/g，明显高于对照方案培养所得的种曲小车4#外侧约2/5曲盘宽处的对照种曲的干基孢子数41.25亿个/g，同时略高于试验种曲与对照种曲其他正常部位曲盘处种曲的干基孢子数，试验种曲对应种曲小车4#外侧约2/5曲盘宽处种曲的水分为37.5%，高于试验种曲与对照种曲其他正常部位曲盘处种曲，但其水分处于可正常使用的水分范围且远远低于对照种曲对应种曲小车4#外侧约2/5曲盘宽处种曲的水分69.4%。试验种曲感官整体呈黄绿色、孢子多、上下均匀，未出现如对照种曲对应种曲小车4#外侧约2/5曲盘宽处种曲严重偏湿不能使用的问题，整体质量优良。结果表明，此次试验提供的加装用于种曲培养的挡水结构的方案培养所得的试验种曲质量明显优于对照方案，该方案对解决种曲小车4#外侧种曲偏湿问题是可行的，能够彻底解决此类种曲局部偏湿的问题。

试验种曲出现了局部有种曲呈白色未成熟状的问题，由于该问题是加装用于种曲培养的挡水结构后出现的且对照方案未出现该情况，故重点对使用后的用于种曲培养的挡水结构进行了现场调查，并分析了试验种曲出现局部呈白色未成熟状与加装用于种曲培养的挡水结构的关联性。调查分析发现，使用后的用于种曲培养的挡水结构存在局部纱网有麸皮残留并将该部分纱网堵塞的现象，且出现局部呈白色未成熟状种曲所在的位置基本处于堵塞纱网的正后方。因而，试验种曲出现局部呈白色未成熟状是用于种曲培养的挡水结构的局部纱网被麸皮堵塞造成的，进一步分析发现堵塞纱网的麸皮来源于种曲机接种用的三角瓶菌种。种曲机接种的方式为使用压缩空气将三角瓶菌种通过种曲机的接种口吹入种曲机内部进行接种，接种口正对用于种曲培养的挡水结构的纱网。接种时，三角瓶菌种被压缩空气直接吹入，三角瓶菌种中的孢子和培养基中残留的麸皮原料均会被吹向纱网，孢子体积小可正常进入纱网对种曲培养基进行接种，而培养基中残留的较大片状的麸皮则会被纱网拦截并部分粘附在纱网上致使局部纱网堵塞，从而导致培养过程堵塞部分纱网正后方对应位置的气流不畅而不利于菌种生长，进而造成上述试验种曲出现局部呈白色未成熟状的问题发生。

4.2 加装孢子和原料分隔装置试验结果

此次试验针对4.1小节种曲小车4#外侧种曲偏湿问题解决方案验证试验结果中种曲出现局部呈白色未成熟状的问题，结合其发生原因的分析，制定了在4.1小节试验方案的基础上加装孢子和原料分隔装置进行种曲培养的试验方案，培养获得试验种曲，以4.1小节的试验方案进行种曲培养而获得对照种曲，对比考察加装孢子和原料分隔装置对解决该问题的有效性，其试验结果见表5。

表5 加装孢子和原料分隔装置对种曲质量的影响

由表5可知，试验种曲与对照种曲的干基孢子数均能达到100亿个/g以上，处于较高水平。试验种曲感官方面整体呈黄绿色、孢子多、上下均匀，仅角落种曲存在偏湿不能使用的情况，未出现如对照种曲局部呈白色未成熟状的问题。结果表明，此次试验提供的加装孢子和原料分隔装置对该问题的解决是有效的，其主要原因是：加装的孢子和原料分隔装置的主体结构为锥台/锥体状，将其如3.2.2小节中试验方案所示覆盖安装于接种口机门内侧，锥台/锥体顶部对准接种口并保持一定距离，且锥台/锥体底部延其约上半圆周长设置有挡片，因此，当进行接种时，三角瓶菌种被压缩空气从接种口直接吹入后，会先与该装置碰撞，此时由于孢子体积小、易飞扬，会随着种曲机的循环气流通过纱网进入种曲小车完成接种，而三角瓶菌种培养基中残留的麸皮面积和质量较大，会被该装置阻挡截留，会沿着锥台/锥体的锥面斜向四周流动，其中向上半周流动的麸皮由于被锥台/锥体底部延其约上半圆周长设置的挡片阻挡而向下掉落，最终麸皮集中掉落至机门内下壁，从而避免了麸皮原料被直接吹向纱网而被纱网拦截并部分粘附在纱网上致使局部纱网堵塞问题的发生，进而避免了此次试验对照方案局部种曲呈白色未成熟状问题的发生。

4.3 种曲小车交接处角落种曲偏湿问题解决方案验证试验结果

按照试验方案，分别采用在种曲小车1#~3#靠近机门一侧车框的两侧与顶部周圈粘贴硅胶垫（方案1）与安装角铁（方案2）两种密封方案进行种曲培养，分别获得试验种曲1、试验种曲2，以原培养方案培养而获得对照种曲，对比考察两种试验方案对种曲小车角落种曲偏湿问题的改善效果，从而确定出优选方案，其试验结果见表6。

表6 不同密封方案对种曲小车角落种曲质量的影响

由表6两种密封方案培养所得的试验种曲1、试验种曲2与对照种曲的种曲小车角落种曲质量对比结果可知，采用此次试验方案1培养所得的试验种曲1的种曲小车角落种曲仍会出现偏湿的问题（图5），但偏湿量有所减少，改善效果不理想，分析认为：虽然增加了软质硅胶垫，但种曲小车在种曲机内为紧贴摆放并无外力使其压紧，而硅胶垫往往需要外力压紧才会有比较好的密封效果，且亦存在种曲小车摆放时未完全对齐导致密封不严的可能。同时，在试验过程中发现，硅胶垫经历多次种曲培养过程120~130 ℃，20~30 min的高温灭菌后，其质地亦会发生变化，如老化变硬等，进而会降低密封效果。采用此次试验方案2培养所得的试验种曲2的种曲小车角落种曲未出现偏湿的问题，改善效果优良，分析认为：此方案通过在种曲小车1#~3#靠近机门一侧车框的两侧与顶部周圈安装角铁，在种曲小车紧贴放置时，角铁能够依次倒扣于种曲小车2#~4#上，起到遮盖两台种曲小车之间缝隙的作用，此情况下角铁与被倒扣的种曲小车外侧壁仍会有小缝隙，但此时水雾要从该缝隙进入种曲小车的流向只能为从种曲机机门一侧向风机一侧流动才能进入种曲小车，而该流向与种曲机的强制气流流向相反，故水雾难以从该缝隙进入种曲小车，从而能够避免水雾从两台种曲小车之间的缝隙进入种曲小车，进而有效解决了种曲小车交接处角落种曲偏湿的问题。因此，解决种曲小车交接处角落种曲偏湿问题的方案优选试验方案2，即在种曲小车1#~3#靠近机门一侧车框的两侧与顶部周圈安装角铁（安装状态为当种曲小车紧贴放置时，角铁能够依次倒扣于种曲小车2#~4#上）。

图5 试验种曲1

5 结论

结合具体的种曲局部偏湿案例，开展了现场调查分析，明确种曲局部偏湿的原因是由培养过程加湿喷头喷出的水雾不稳定造成的，并进一步分析偏湿形成的过程，从而明确改善思路。针对不同位置的种曲偏湿问题，结合改善思路设定水雾过滤、阻断水雾进入途径的解决方案并进行试验验证，结果表明，采用在种曲小车4#靠近机门一侧开口处加装用于种曲培养的挡水结构（即水雾过滤）与加装孢子和原料分隔装置的方案进行种曲培养，培养所得种曲的干基孢子数可达到100亿个/g以上，整体感官方呈黄绿色、孢子多、上下均匀，未出现种曲小车4#外侧约2/5曲盘宽处种曲严重偏湿不能使用的问题且不会引发新的质量问题，能够彻底杜绝种曲小车4#外侧种曲偏湿不能使用的问题发生；采用在种曲小车1#~3#靠近机门一侧车框的两侧与顶部周圈安装角铁（即阻断水雾进入途径）的方案进行种曲培养，培养所得种曲未出现种曲小车角落种曲偏湿不能使用的问题，改善效果优良。

综上所述，综合采用试验方案可以彻底解决系列种曲局部偏湿的问题，且试验方案培养所得的种曲品质也得到明显提升，同时能够节约麸皮原料约15%，单机种曲产能提升15%，并节约了铲除偏湿部分不能使用种曲花费的人工成本等，从而提高产能与效率、降低单位能耗而大大节约企业的生产成本，对企业种曲的生产与品质保障有重大的指导意义。