釀造型榨菜醬油生產(chǎn)線及成套設(shè)備研制

李楊，陳書(shū)來(lái)，粟兵，趙明，翟春榮

(泰山恒信有限公司，山東 泰安 271000)

榨菜加工有上百年的歷史，始于涪陵，現(xiàn)已在全國(guó)范圍內(nèi)形成三大產(chǎn)區(qū)：重慶涪陵產(chǎn)區(qū)、浙江余姚產(chǎn)區(qū)、湖南常德產(chǎn)區(qū)[1]。榨菜在3次腌制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的腌制液。腌制液具有成分復(fù)雜、鹽度高、有機(jī)物濃度高、毒性大、處理難度大的特點(diǎn)[2]，尤其是有機(jī)物含量高和鹽度高，COD高達(dá)10 g/L甚至更高，一腌水鹽含量通常在5%以上，二腌水在12%左右，三腌水甚至高達(dá)20%[3]。三峽庫(kù)區(qū)涪陵段兩個(gè)毗鄰集水域匯出口徑流水質(zhì)的最新監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，榨菜季貢獻(xiàn)了全年鹽基離子排放量的1/2左右[4]。因此，將富含營(yíng)養(yǎng)的榨菜腌制液進(jìn)行深加工，變廢為寶，具有非常可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

釀造型榨菜醬油釀造工藝是將濃縮的榨菜汁添加到醬油釀造的原料體系中，一同經(jīng)歷發(fā)酵、淋油、沉淀、調(diào)配、滅菌等環(huán)節(jié)，使榨菜的香氣自然地融入到醬油的風(fēng)味體系中，與“榨菜醬油”工藝不同[5]?！罢ゲ酸u油”則是以榨菜腌制液為原料，加入少量花椒、姜、八角、甘草等輔料，直接經(jīng)過(guò)熬制濃縮而成的?！罢ゲ酸u油”工藝與配制醬油的生產(chǎn)工藝接近，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不制曲、不經(jīng)過(guò)專門(mén)發(fā)酵。相比之下，釀造型榨菜醬油不僅具有榨菜獨(dú)有的清香口味[6]，而且香味更加柔和、自然。實(shí)驗(yàn)證明釀造醬油中的酸類(lèi)、醇類(lèi)、酚類(lèi)更豐富[7]，公眾認(rèn)可度更高。

1 榨菜汁釀造醬油生產(chǎn)工藝

1.1 整體工藝[8]

結(jié)合釀造型榨菜醬油的生產(chǎn)特點(diǎn)，采用了前固后稀的高鹽稀態(tài)發(fā)酵工藝。首先采用雙效真空濃縮技術(shù)對(duì)榨菜腌制液進(jìn)行負(fù)壓濃縮，然后將適當(dāng)濃度與溫度的濃縮腌制液與培養(yǎng)好的曲混合，保溫水浴發(fā)酵并進(jìn)行原池澆淋，最后淋油經(jīng)過(guò)沉淀、過(guò)濾、調(diào)配、滅菌、儲(chǔ)存、灌裝一系列的工藝過(guò)程得到產(chǎn)品。整個(gè)工藝采用了真空濃縮、物料風(fēng)送、恒溫恒濕制曲、真空吸曲、水浴保溫發(fā)酵、原池澆淋、垂直葉片硅藻土過(guò)濾、瞬時(shí)高溫滅菌、CIP原位清洗等先進(jìn)的釀造技術(shù)和相應(yīng)的配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了恒溫制曲、快速發(fā)酵、自動(dòng)過(guò)濾、自動(dòng)調(diào)配、自動(dòng)滅菌、自動(dòng)清洗功能。整體工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 整體工藝流程圖Fig.1 Overall process flow chart

1.2 蒸發(fā)濃縮單元工藝流程

蒸發(fā)濃縮單元工藝流程圖見(jiàn)圖2。榨菜經(jīng)過(guò)腌制后得到大量的含鹽汁液先匯集到指定榨窖池中，經(jīng)初步過(guò)濾，由窖池抽液泵輸送到榨菜汁暫存罐中暫存?zhèn)溆谩捍婀藓蟠?lián)雙聯(lián)過(guò)濾器，雙聯(lián)過(guò)濾器過(guò)濾后的榨菜汁被輸送到雙效降膜蒸發(fā)器中進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。濃縮后的榨菜汁鹽濃度控制在16%～18%，濃縮液儲(chǔ)存到濃縮中轉(zhuǎn)罐中備用，使用前溫度控制在40 ℃左右。

圖2 蒸發(fā)濃縮單元工藝流程圖Fig.2 The process flow chart of concentration unit注：1為榨菜腌液沉降窖池，2 為窖池抽液泵，3 為榨菜汁暫存罐，4 為原汁泵，5 為雙聯(lián)過(guò)濾器，6 為雙效降膜蒸發(fā)器，7 為15 m3濃縮液中轉(zhuǎn)罐，8 為濃縮液中轉(zhuǎn)泵，9 為板式換熱器。

1.3 制曲發(fā)酵單元工藝流程

制曲發(fā)酵單元工藝流程圖見(jiàn)圖3。豆粕、炒麥、麩皮原料通過(guò)斗提機(jī)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)蒸煮鍋中。蒸煮鍋蒸完的熟料冷卻到32～37 ℃進(jìn)行接種，接種后正壓風(fēng)送到不銹鋼曲床。采用米曲霉和醬油曲酶復(fù)合比為1∶4的復(fù)合制曲工藝[9]。制曲溫度控制在32～35 ℃，制曲時(shí)間為48 h，制曲完成后真空吸曲至醬油發(fā)酵池[10]。每發(fā)酵池投入原料2 t，濃縮榨菜腌制液4 t。醬油發(fā)酵周期為42 d。發(fā)酵前期每天澆淋一次，發(fā)酵后期2～3 d澆淋一次。第10～11 d加入混合增香酵母菌[11]。發(fā)酵結(jié)束后采用“三套循環(huán)淋油法”進(jìn)行淋油，淋油罐內(nèi)的淋油液溫度控制在80 ℃左右。

圖3 制曲發(fā)酵單元工藝流程圖Fig.3 The process flow chart of koji-making and fermentation unit注：1為原料斗提機(jī)，2為1 m3熱水罐，3為 3 m3旋轉(zhuǎn)蒸煮鍋，4為風(fēng)冷機(jī)，5為接種混合機(jī)，6為風(fēng)送系統(tǒng)，7為曲池，8為布料機(jī)，9為翻曲機(jī)，10為曲室風(fēng)機(jī)，11為5 m3鹽水罐，12為鹽水泵，13為0.8 m3真空罐，14為旋渦風(fēng)機(jī)，15為送料泵，16為水浴保溫發(fā)酵池，17為澆淋泵，18為出油泵，19為5 m3淋油罐，20為淋油泵。

1.4 沉淀過(guò)濾單元工藝流程

沉淀過(guò)濾單元工藝流程圖見(jiàn)圖4。過(guò)濾后的醬油在沉淀罐中進(jìn)行沉淀，沉淀罐配置壓縮空氣進(jìn)管及環(huán)形攪拌器，用于沉淀前將打入的不同批次的醬油混合均勻。生醬油沉淀8 d后用醬油專用過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行過(guò)濾澄清。專用過(guò)濾設(shè)備采用垂直葉片硅藻土過(guò)濾機(jī)。過(guò)濾前先在過(guò)濾機(jī)的混合罐中完成醬油與硅藻土的混合，然后通過(guò)內(nèi)部循環(huán)在過(guò)濾機(jī)的垂直葉片上形成均勻的濾餅層后過(guò)濾。進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾時(shí)，可通過(guò)觀察孔觀察醬油澄清情況，取樣觀察或檢測(cè)，合格后輸送到下一單元。

圖4 沉淀過(guò)濾單元工藝流程圖Fig.4 The process flow chart of precipitation and filtration unit注：1為25 m3沉淀罐，2 為沉淀液泵，3為垂直葉片式硅藻土過(guò)濾機(jī)。

1.5 調(diào)配滅菌單元工藝流程

調(diào)配滅菌單元工藝流程圖見(jiàn)圖5。調(diào)配時(shí)根據(jù)生產(chǎn)品種的不同可添加香料熬制濃縮液、食品添加劑等，同時(shí)可以把不同批次質(zhì)量有差異的醬油適當(dāng)調(diào)配。醬油的滅菌方式包括：98 ℃下保溫20 min，快速冷卻至45 ℃保溫24 h的原位滅菌方式和135 ℃、5 min的高溫瞬時(shí)滅菌[12]。原位滅菌后的醬油在無(wú)菌成品罐中靜置儲(chǔ)存。灌裝前，醬油經(jīng)高溫瞬時(shí)滅菌和管道過(guò)濾器過(guò)濾后，60 ℃熱灌裝得到成品。

圖5 調(diào)配滅菌單元工藝流程圖Fig.5 The process flow chart of deployment sterilization unit注：1為化糖鍋，2為糖液泵，3為5 m3調(diào)配罐/調(diào)配滅菌罐，4為調(diào)配液泵，5為板式換熱器，6為5 m3調(diào)配中轉(zhuǎn)罐，7為調(diào)配中轉(zhuǎn)泵，8為高溫瞬時(shí)滅菌機(jī)，9為15 m3成品罐，10為成品泵，11為管道過(guò)濾器，12為2 m3灌裝高位罐。

2 釀造設(shè)備

釀造設(shè)備根據(jù)工藝和產(chǎn)能進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造[13]。常壓設(shè)備設(shè)備《鋼制焊接常壓容器》進(jìn)行制造和檢驗(yàn)。壓力容器按照《壓力容器》和《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和驗(yàn)收[14-16]。

常壓設(shè)備物料管道采用快裝卡箍連接，蒸汽、壓縮空氣等壓力管道和設(shè)備采用相應(yīng)壓力等級(jí)的板式平焊法蘭連接[17]。與醬油、腌制液接觸的不銹鋼采用316 L材質(zhì)且表面光潔度Ra≤0.8 μm，不與醬油、腌制液接觸的不銹鋼采用304材質(zhì)。設(shè)備焊接采用手工氬弧焊，所有焊縫不允許有咬邊，焊縫錯(cuò)邊量不超過(guò)0.40 mm。容器內(nèi)焊縫磨平拋光后酸洗鈍化，外焊縫酸洗鈍化。容器內(nèi)外均不允許有超過(guò)0.10 mm的機(jī)械損傷。設(shè)備結(jié)構(gòu)無(wú)衛(wèi)生死角，安全美觀。

2.1 真空濃縮單元設(shè)備

2.1.1 榨菜汁暫存罐

容積5 m3，罐體直徑1.5 m，罐筒節(jié)高3 m，錐頂錐底，板厚3 mm，1臺(tái)。配置玻璃管液位計(jì)、呼吸口、清洗球、進(jìn)料口、出料口、人孔各1件，支腿4件。

2.1.2 雙聯(lián)過(guò)濾器

流量15 m3/h，濾網(wǎng)180 μm，用于窖池榨菜原汁的過(guò)濾，1組。

2.1.3 雙效降膜蒸發(fā)器

雙效低溫負(fù)壓蒸發(fā)濃縮，1組。工作壓力-0.08 MPa，溫度50～70 ℃，蒸發(fā)量2500 L/h，配套熱壓泵、水力噴射真空泵、物料泵、冷凝水泵，用于將榨菜腌制液濃縮至生產(chǎn)所需的鹽濃度。

2.1.4 濃縮液中轉(zhuǎn)罐

容積15 m3，罐體直徑2 m，罐筒節(jié)高4.5 m，錐頂錐底，板厚4 mm，1臺(tái)。配置玻璃管液位計(jì)、呼吸口、清洗球、進(jìn)料口、出料口、雙金屬溫度計(jì)、人孔各1件，支腿4件。

2.1.5 濃縮液換熱器

板式換熱器，換熱面積10 m2，流量5 m3/h，濃縮液加熱用，1組。

2.2 制曲和發(fā)酵單元

2.2.1 原料斗提機(jī)

單向斗式提升機(jī)，高度7 m，6 t/h，1組。用于將原料從料坑提升至旋轉(zhuǎn)蒸煮鍋中。

2.2.2 熱水罐

容積1 m3，罐體直徑1.3 m，罐筒節(jié)高1.5 m，上平蓋，錐底，1臺(tái)。進(jìn)料口、出料口、雙金屬溫度計(jì)各1件，支腿4件。罐內(nèi)盤(pán)管蒸汽加熱，換熱面積3 m2。用于蒸煮鍋內(nèi)的豆粕潤(rùn)水。

2.2.3 旋轉(zhuǎn)蒸煮鍋

容積3.5 m3，直徑1.8 m，Ⅰ類(lèi)壓力容器，1臺(tái)。工作壓力0.2 MPa，設(shè)計(jì)壓力0.22 MPa，轉(zhuǎn)速0.5 r/min，旋轉(zhuǎn)電機(jī)功率2.2 kW。蒸煮鍋對(duì)稱的兩端設(shè)兩個(gè)進(jìn)/出料口(人孔)，配套壓力表、安全閥、蒸汽調(diào)節(jié)閥、蒸汽截止閥組件，支架選用18#槽鋼支座，出料口距地面1.2 m。

2.2.4 風(fēng)冷機(jī)

長(zhǎng)度6 m，網(wǎng)帶寬度0.85 m，1組。設(shè)備含配套排風(fēng)管1組，直徑0.5 m，通向室外。配置排風(fēng)機(jī)3臺(tái)：2臺(tái)2.2 kW離心風(fēng)機(jī)，1臺(tái)1.1 kW軸流風(fēng)機(jī)。配置物料打散裝置1組，電機(jī)功率0.55 kW。

2.2.5 接種混合機(jī)

包括接種斗、接種絞龍和混合絞龍，1組。接種絞龍、混合絞龍電機(jī)功率分別為0.55 ，3 kW，接種斗容積350 L。

2.2.6 風(fēng)送系統(tǒng)

系統(tǒng)配置正壓風(fēng)機(jī)、關(guān)風(fēng)器、消音器及輸送軟管，1組。風(fēng)機(jī)型號(hào)為KWSR三葉羅茨風(fēng)機(jī)125型，流量9 m3/h，功率11 kW。輸送軟管為食品級(jí)軟管，內(nèi)襯鋼圈，管道直徑108 mm。

2.2.7 曲池

曲池規(guī)格為6 m×2 m×0.75 m(長(zhǎng)×寬×高)，2架。池沿為軌道方管，用于翻曲機(jī)和布料機(jī)的行走。池沿下方450 mm處設(shè)置活動(dòng)篦板，篦板開(kāi)為1.5 mm×10 mm的長(zhǎng)條孔，篦板開(kāi)孔率30%。曲池底部坡度5%，坡向曲池進(jìn)風(fēng)口。

2.2.8 布料機(jī)與翻曲機(jī)

分別用于進(jìn)出料時(shí)和培養(yǎng)過(guò)程中，含移動(dòng)推車(chē)，1組，由兩曲池共用。布料機(jī)配置直徑0.5 m的沙克龍和直徑0.3 m的平料絞龍。布料機(jī)配置2組攪拌，用于攤平或收攏物料。翻曲機(jī)配置6組攪拌，進(jìn)行上下翻曲。

2.2.9 曲室風(fēng)機(jī)

風(fēng)機(jī)機(jī)組為曲的生長(zhǎng)提供了適宜的溫度、濕度和氧氣。風(fēng)機(jī)型號(hào)為4-72-6，功率為7.5 kW，變頻調(diào)速。風(fēng)管內(nèi)含加溫?fù)Q熱器、加濕噴霧裝置，并配置自動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。

2.2.10 鹽水儲(chǔ)存罐

容積5 m3，罐體直徑1.5 m，罐體高度3 m，錐頂錐底，板材厚度3 mm，1臺(tái)。配置玻璃管液位計(jì)、呼吸口、清洗球、進(jìn)料口、出料口、人孔各1件，支腿4件。

2.2.11 真空吸曲系統(tǒng)

系統(tǒng)吸料能力為5 t/h，包含真空罐、旋渦風(fēng)機(jī)和吸曲軟管。真空罐0.8 m3，直徑0.8 m，筒節(jié)高1 m，上橢圓封頭，下錐錐頂角60°，設(shè)計(jì)壓力-0.6 MPa；旋渦風(fēng)機(jī)功率20 kW，風(fēng)量1110 m3/h。

2.2.12 水浴保溫發(fā)酵池

長(zhǎng)方體窖池，全容積12 m3，有效容積9 m3(指沖孔篩網(wǎng)至池面的容積)，14臺(tái)。發(fā)酵池內(nèi)池尺寸3 m×2 m×2 m(長(zhǎng)×寬×深)，水浴夾層80 mm，外部巖棉保溫50 mm。底板向出料方向傾斜2°，底板向上200 mm位置配置沖孔篩網(wǎng)(1.5 mm×10 mm長(zhǎng)條孔，開(kāi)孔率30%)。

2.2.13 淋油液罐

容積5 m3，罐體直徑1.5 m，罐筒節(jié)高3 m，錐頂錐底，1臺(tái)。加熱方式為內(nèi)盤(pán)管加熱，換熱面積4 m2，由常溫加熱到80 ℃。設(shè)備配置玻璃管液位計(jì)、呼吸口、清洗球、進(jìn)料口、備用口、出料口、人孔各1件，支腿4件。

2.3 沉淀過(guò)濾單元

2.3.1 沉淀罐

容積25 m3，罐體直徑2.5 m，罐筒節(jié)高5 m，錐頂，斜平底，8臺(tái)。罐底空氣攪拌，用于將先后輸送到罐里的醬油混勻。配置玻璃管液位計(jì)、呼吸器、清洗球、出料口、人孔、排污口、進(jìn)料口、備用口各1件，支腿4件。

2.3.2 硅藻土過(guò)濾機(jī)

垂直葉片式醬油專用過(guò)濾器，過(guò)濾面積10 m2，配套硅藻土混合罐，過(guò)濾泵，1組。

2.4 調(diào)配滅菌單元

2.4.1 溶糖鍋

壓力容器，半球可傾式夾層鍋，容積500 L，1臺(tái)。配套3 kW刮壁式攪拌，轉(zhuǎn)速36 r/min。夾套中通蒸汽對(duì)鍋體加熱。

2.4.2 調(diào)配罐/調(diào)配滅菌罐

容積5 m3，上下橢圓封頭，筒體直徑1.5 m，罐筒節(jié)高3 m，2臺(tái)。罐內(nèi)常壓，物料溫度98 ℃，外盤(pán)管蒸汽加熱，換熱面積4 m2，蒸汽工作壓力0.3～0.4 MPa。漿式攪拌電機(jī)功率3 kW，轉(zhuǎn)速60 r/min，巖棉保溫層80 mm厚，外包1.5 mm保溫皮。罐壁出料口、頂部入料口、自來(lái)水進(jìn)口、備用口、清洗球、快開(kāi)人孔、呼吸器、雙金屬溫度計(jì)、取樣閥、玻璃管液位計(jì)各1件，Pt100(0～120 ℃)溫度傳感器2件，支腿4件。

2.4.3 成品換熱器

板式換熱器，換熱面積10 m2，流量10 t/h，用于包裝前冷卻，將殺菌后的物料溫度冷卻至45 ℃左右。

2.4.4 調(diào)配中轉(zhuǎn)罐

容積5 m3，筒體直徑1.5 m，罐筒節(jié)高3 m，錐頂錐底，1臺(tái)。配置玻璃管液位計(jì)、呼吸口、清洗球、進(jìn)料口、出料口、人孔各1件，支腿4件。

2.4.5 高溫瞬時(shí)滅菌機(jī)

設(shè)備處理量為3～5 t/h，1組。主要部分包括物料管道、蒸汽加熱套管和降溫套管，物料管道設(shè)計(jì)壓力0.5 MPa，工作壓力0.4 MPa，管內(nèi)流通的是醬油。前段蒸汽套管內(nèi)通0.45 MPa蒸汽，使醬油在135 ℃維持5 min，后段降溫套管內(nèi)通冷卻水使醬油進(jìn)行快速降溫。設(shè)備配置鋼珠自清洗系統(tǒng)，防止醬油加熱后在物料盤(pán)管內(nèi)壁上結(jié)垢影響換熱。所配離心泵流量10 m3/h，揚(yáng)程30 m。

2.4.6 成品罐

容積15 m3，罐體直徑2 m，罐筒節(jié)高4.5 m，錐頂錐底，板厚4 mm，4臺(tái)。配備無(wú)菌呼吸器、玻璃管液位計(jì)、清洗球、進(jìn)料口、出料口、人孔各1件，支腿4件。此設(shè)備能實(shí)現(xiàn)成品醬油較長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)菌儲(chǔ)存。

2.4.7 灌裝高位罐

容積2 m3，罐體直徑1.1 m，罐筒節(jié)高2 m，錐頂錐底，板厚3 mm，1臺(tái)。配置液位傳感器、無(wú)菌呼吸器、清洗球、進(jìn)料口、出料口、人孔各1件，支腿3件。用于向灌裝機(jī)提供連續(xù)的、壓力穩(wěn)定的成品醬油。

3 釀造型榨菜醬油的感官特性、理化指標(biāo)及產(chǎn)量

3.1 感官特性與理化指標(biāo)

釀造型榨菜醬油生產(chǎn)線安裝完成后對(duì)產(chǎn)品的感官特性和理化指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。分別取3個(gè)不同成品罐中的3個(gè)成品醬油試樣進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果取三者平均值，見(jiàn)表1和表2。

表1 釀造型榨菜醬油的感官特征Table 1 The sensory characteristics of fermented mustard tuber soy sauce

表2 釀造型榨菜醬油的理化指標(biāo)Table 2 The physical and chemical index of fermented mustard tuber soy sauce

3.2 產(chǎn)量

生產(chǎn)線發(fā)酵周期為42 d，出品率為1∶3。一年按照10個(gè)月300 d工作日計(jì)算，全年可生產(chǎn)7.2個(gè)批次，可年產(chǎn)醬油：2 t(每池投入的原料)×14(發(fā)酵池?cái)?shù)量)×3(出品率)×7.2(批次)=604.8 t，年消耗榨菜腌制液：4 t(每池濃縮液為原料的2倍)×14(發(fā)酵池?cái)?shù)量)×2.5(濃縮倍數(shù))×7.2(批次)=1008 t。

4 結(jié)論

產(chǎn)品醬油顏色為紅褐色，醬香較濃，有榨菜清香味，無(wú)不良?xì)馕?，鮮咸適口。醬油中可溶性無(wú)鹽固形物≥18 g/dL，全氮(以氨計(jì))≥1.4 g/dL，氨基酸態(tài)氮(以氨計(jì))≥0.7 g/dL，銨鹽含量不超過(guò)氨基酸態(tài)氮的30%。產(chǎn)品的感官特征和理化指標(biāo)符合低鹽固態(tài)發(fā)酵醬油一級(jí)釀造醬油的要求[18]。設(shè)備先進(jìn)合理，銜接有序，滿足生產(chǎn)要求，年產(chǎn)量≥600 t，年利用榨菜腌制液≥1000 t。