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(nèi)部為菌種培養(yǎng)室，菌種培養(yǎng)室內(nèi)從遠離機門一側(cè)依次設(shè)置有風(fēng)機、集風(fēng)裝置、種曲小車1#（內(nèi)側(cè)）、種曲小車2#、種曲小車3#、種曲小車4#（外側(cè)），且種曲小車內(nèi)設(shè)置有若干層平鋪菌種培養(yǎng)基的曲盤，上述設(shè)備/裝置依次相鄰緊挨設(shè)置，如此，在菌種培養(yǎng)室內(nèi)形成兩大空間：一是種曲小車與集風(fēng)裝置內(nèi)部連通的空間形成的培養(yǎng)內(nèi)空間，二是種曲小車、集風(fēng)裝置的外壁與種曲機內(nèi)壁之間的空間形成的培養(yǎng)外空間。種曲機中部兩側(cè)設(shè)置有加濕噴頭，機門中部設(shè)置有接種口，具體見圖1和圖2。同時，種曲機還設(shè)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(jié)構(gòu)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(yǎng)基的種曲小車如圖1所示狀態(tài)依次放入菌種培養(yǎng)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(yǎng)基接種，進入控溫控濕培養(yǎng)。培養(yǎng)過程中，通過風(fēng)機運行將培養(yǎng)內(nèi)空間的氣體吸出，同時將培養(yǎng)外空間的新鮮氣體由種曲小車4#靠機門一側(cè)的開口處吸入并向種曲小車1#流動，從而形成強制的循環(huán)氣流，進而將加濕噴頭噴出的水霧帶入種曲小車內(nèi)，為菌種的生長提供水分，實現(xiàn)控溫控濕、補氧等。

1.2 種曲局部偏濕問題描述

種曲機生產(chǎn)種曲時，存在種曲局部偏濕不能使用的問題，主要體現(xiàn)為曲盤內(nèi)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?yōu)槠谏⒂兴蔚温涞臓顟B(tài)。目前，出現(xiàn)種曲局部偏濕的位置有較強的規(guī)律性，集中出現(xiàn)在種曲小車4#外側(cè)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?qū)?yīng)位置），其中種曲小車4#外側(cè)位置的偏濕種曲量約占每臺種曲機生產(chǎn)量的10%，曲盤角落位置的偏濕種曲量約占每臺種曲機生產(chǎn)量的5%。

圖3 局部偏濕種曲的感官狀態(tài)

圖4 種曲局部偏濕位置俯視圖

2 原因分析

整個種曲培養(yǎng)過程的水分主要來源于兩個方面：一是培養(yǎng)基制備時，加入的水；二是培養(yǎng)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(yǎng)基的初始水分均是相同且均勻的，結(jié)合偏濕規(guī)律性出現(xiàn)在特定位置的現(xiàn)象，可以確定培養(yǎng)基初始水分不是導(dǎo)致種曲局部偏濕的原因；進一步結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，驗證加濕噴頭穩(wěn)定性，分析討論種曲機培養(yǎng)過程的加濕原理，確定了出現(xiàn)種曲局部偏濕的原因是由培養(yǎng)過程加濕噴頭噴出的水霧不穩(wěn)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(tài)效果，發(fā)現(xiàn)水霧存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)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(jù)1.1小節(jié)種曲機簡介可知，水霧噴出后會進入培養(yǎng)外空間并隨著培養(yǎng)外空間的新鮮氣體向機門一側(cè)流動，再由種曲小車4#開口處流入培養(yǎng)內(nèi)空間并依次經(jīng)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(nèi)的菌種補濕。當(dāng)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(yǎng)基正常吸收，未被培養(yǎng)基正常吸收的部分正常流出；當(dāng)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(yǎng)內(nèi)空間時會優(yōu)先觸碰到種曲小車4#靠近機門一側(cè)的車框、曲盤、培養(yǎng)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(yǎng)基，從而導(dǎo)致種曲小車4#外側(cè)約2/5曲盤寬的種曲偏濕不能使用的問題發(fā)生。種曲小車為不銹鋼硬質(zhì)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(xiàn)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(dāng)霧化效果差時，水霧中的小水珠會優(yōu)先觸碰到交接處種曲小車的外側(cè)壁、曲盤、培養(yǎng)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(yǎng)基，從而導(dǎo)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(fā)生。種曲小車外側(cè)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(xiàn)上述同類的偏濕問題。綜上所述，才出現(xiàn)了如圖4所示的規(guī)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(shù)中心）；麩皮（東莞穗豐糧食集團有限公司）。

建筑立面設(shè)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(shè)計一面也可連續(xù)設(shè)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(shè)備

IKA RH磁力攪拌器（廣州綠百草科學(xué)儀器有限公司）；25×16血球計數(shù)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(xué)有限公司）；LRH生化培養(yǎng)箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；200 kg種曲機（北京方德精密化工設(shè)備有限公司）；用于種曲培養(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)（自制設(shè)備）[3]、孢子和原料的分隔裝置（自制設(shè)備[4]，廣東廚邦食品有限公司）。

3.1.3 數(shù)據(jù)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(shù)的測定

參照SB/T 10315—1999《孢子數(shù)測定法》[6]。

3.2 試驗方法

3.2.1 種曲小車4#外側(cè)種曲偏濕問題解決方案的驗證試驗

根據(jù)原因分析可知，種曲小車4#外側(cè)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(yǎng)內(nèi)空間時觸碰到種曲小車4#外側(cè)車框、曲盤、培養(yǎng)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(yǎng)基，進而致使該部分種曲偏濕。結(jié)合上述原因分析，解決思路為通過增加用于種曲培養(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)（核心為一張能夠覆蓋種曲小車的0.250 mm不銹鋼紗網(wǎng)），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(zhì)量。因此，設(shè)定試驗以驗證在種曲培養(yǎng)時，加裝用于種曲培養(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)對解決種曲小車4#外側(cè)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(yǎng)工藝參數(shù)按照常規(guī)工藝執(zhí)行即可。

表1 解決種曲小車4#外側(cè)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(jié)種曲小車4#外側(cè)種曲偏濕問題解決方案的驗證試驗出現(xiàn)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(yǎng)工藝參數(shù)按照常規(guī)工藝執(zhí)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(jù)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(cè)壁、曲盤、培養(yǎng)基而被截留下來，致使其全部集中流至曲盤角落上的培養(yǎng)基，進而致使該部分種曲偏濕。結(jié)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(shè)定試驗在上述試驗的優(yōu)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(yǎng)工藝參數(shù)按照常規(guī)工藝執(zhí)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(jié)果與分析

4.1 種曲小車4#外側(cè)種曲偏濕問題解決方案驗證試驗結(jié)果

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

表4 加裝用于種曲培養(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)對種曲質(zhì)量的影響

由表4對照種曲與試驗種曲的質(zhì)量對比結(jié)果可知，采用此次試驗方案培養(yǎng)所得的種曲小車4#外側(cè)約2/5曲盤寬處的試驗種曲的核心指標(biāo)干基孢子數(shù)為110.36億個/g，明顯高于對照方案培養(yǎng)所得的種曲小車4#外側(cè)約2/5曲盤寬處的對照種曲的干基孢子數(shù)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(shù)，試驗種曲對應(yīng)種曲小車4#外側(cè)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(yīng)種曲小車4#外側(cè)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(xiàn)如對照種曲對應(yīng)種曲小車4#外側(cè)約2/5曲盤寬處種曲嚴(yán)重偏濕不能使用的問題，整體質(zhì)量優(yōu)良。結(jié)果表明，此次試驗提供的加裝用于種曲培養(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)的方案培養(yǎng)所得的試驗種曲質(zhì)量明顯優(yōu)于對照方案，該方案對解決種曲小車4#外側(cè)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(xiàn)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(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)后出現(xiàn)的且對照方案未出現(xiàn)該情況，故重點對使用后的用于種曲培養(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)進行了現(xiàn)場調(diào)查，并分析了試驗種曲出現(xiàn)局部呈白色未成熟狀與加裝用于種曲培養(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性。調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，使用后的用于種曲培養(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)存在局部紗網(wǎng)有麩皮殘留并將該部分紗網(wǎng)堵塞的現(xiàn)象，且出現(xiàn)局部呈白色未成熟狀種曲所在的位置基本處于堵塞紗網(wǎng)的正后方。因而，試驗種曲出現(xiàn)局部呈白色未成熟狀是用于種曲培養(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)的局部紗網(wǎng)被麩皮堵塞造成的，進一步分析發(fā)現(xiàn)堵塞紗網(wǎng)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(nèi)部進行接種，接種口正對用于種曲培養(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)的紗網(wǎng)。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(yǎng)基中殘留的麩皮原料均會被吹向紗網(wǎng)，孢子體積小可正常進入紗網(wǎng)對種曲培養(yǎng)基進行接種，而培養(yǎng)基中殘留的較大片狀的麩皮則會被紗網(wǎng)攔截并部分粘附在紗網(wǎng)上致使局部紗網(wǎng)堵塞，從而導(dǎo)致培養(yǎng)過程堵塞部分紗網(wǎng)正后方對應(yīng)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(xiàn)局部呈白色未成熟狀的問題發(fā)生。

4.2 加裝孢子和原料分隔裝置試驗結(jié)果

此次試驗針對4.1小節(jié)種曲小車4#外側(cè)種曲偏濕問題解決方案驗證試驗結(jié)果中種曲出現(xiàn)局部呈白色未成熟狀的問題，結(jié)合其發(fā)生原因的分析，制定了在4.1小節(jié)試驗方案的基礎(chǔ)上加裝孢子和原料分隔裝置進行種曲培養(yǎng)的試驗方案，培養(yǎng)獲得試驗種曲，以4.1小節(jié)的試驗方案進行種曲培養(yǎng)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(jié)果見表5。

表5 加裝孢子和原料分隔裝置對種曲質(zhì)量的影響

由表5可知，試驗種曲與對照種曲的干基孢子數(shù)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(xiàn)如對照種曲局部呈白色未成熟狀的問題。結(jié)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(jié)構(gòu)為錐臺/錐體狀，將其如3.2.2小節(jié)中試驗方案所示覆蓋安裝于接種口機門內(nèi)側(cè)，錐臺/錐體頂部對準(zhǔn)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(shè)置有擋片，因此，當(dāng)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(huán)氣流通過紗網(wǎng)進入種曲小車完成接種，而三角瓶菌種培養(yǎng)基中殘留的麩皮面積和質(zhì)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(shè)置的擋片阻擋而向下掉落，最終麩皮集中掉落至機門內(nèi)下壁，從而避免了麩皮原料被直接吹向紗網(wǎng)而被紗網(wǎng)攔截并部分粘附在紗網(wǎng)上致使局部紗網(wǎng)堵塞問題的發(fā)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(fā)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(jié)果

按照試驗方案，分別采用在種曲小車1#~3#靠近機門一側(cè)車框的兩側(cè)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(yǎng)，分別獲得試驗種曲1、試驗種曲2，以原培養(yǎng)方案培養(yǎng)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(yōu)選方案，其試驗結(jié)果見表6。

表6 不同密封方案對種曲小車角落種曲質(zhì)量的影響

由表6兩種密封方案培養(yǎng)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(zhì)量對比結(jié)果可知，采用此次試驗方案1培養(yǎng)所得的試驗種曲1的種曲小車角落種曲仍會出現(xiàn)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(zhì)硅膠墊，但種曲小車在種曲機內(nèi)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(dǎo)致密封不嚴(yán)的可能。同時，在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，硅膠墊經(jīng)歷多次種曲培養(yǎng)過程120~130 ℃，20~30 min的高溫滅菌后，其質(zhì)地亦會發(fā)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(yǎng)所得的試驗種曲2的種曲小車角落種曲未出現(xiàn)偏濕的問題，改善效果優(yōu)良，分析認為：此方案通過在種曲小車1#~3#靠近機門一側(cè)車框的兩側(cè)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(cè)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(cè)向風(fēng)機一側(cè)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(yōu)選試驗方案2，即在種曲小車1#~3#靠近機門一側(cè)車框的兩側(cè)與頂部周圈安裝角鐵（安裝狀態(tài)為當(dāng)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(jié)論

結(jié)合具體的種曲局部偏濕案例，開展了現(xiàn)場調(diào)查分析，明確種曲局部偏濕的原因是由培養(yǎng)過程加濕噴頭噴出的水霧不穩(wěn)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(jié)合改善思路設(shè)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(jié)果表明，采用在種曲小車4#靠近機門一側(cè)開口處加裝用于種曲培養(yǎng)的擋水結(jié)構(gòu)（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(yǎng)，培養(yǎng)所得種曲的干基孢子數(shù)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(xiàn)種曲小車4#外側(cè)約2/5曲盤寬處種曲嚴(yán)重偏濕不能使用的問題且不會引發(fā)新的質(zhì)量問題，能夠徹底杜絕種曲小車4#外側(cè)種曲偏濕不能使用的問題發(fā)生；采用在種曲小車1#~3#靠近機門一側(cè)車框的兩側(cè)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(yǎng)，培養(yǎng)所得種曲未出現(xiàn)種曲小車角落種曲偏濕不能使用的問題，改善效果優(yōu)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(yǎng)所得的種曲品質(zhì)也得到明顯提升，同時能夠節(jié)約麩皮原料約15%，單機種曲產(chǎn)能提升15%，并節(jié)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(chǎn)能與效率、降低單位能耗而大大節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，對企業(yè)種曲的生產(chǎn)與品質(zhì)保障有重大的指導(dǎo)意義。