1.本发明涉及食品酿造技术领域，特别是涉及一种制曲装置。
背景技术：2.光生物调节作用(photobiomodulation)是近年来真菌研究的其中一个热点。大部分真菌有至少两种光感受体蛋白，有的甚至有三种。 2019年yu等学者发表于naturereviewsmicrobiology的综述表明，光对真菌的基因表达、孢子的形成、主要代谢通道、次级代谢产物以及水解酶等方面均有调控作用。涉及的光受体蛋白按光波长划分，主要有三大类。分别是能感知蓝光的含黄素生色团的受体蛋白、能感知红光的光敏色素蛋白，以及能感知绿光的视蛋白受体。这些受体蛋白接受光照刺激后，通过产生构象变化，将光信号转化为电化学信号，并进一步传递到下游的信号级联通道。这些信号经过信号级联通道的传递，最终会到达至细胞核内，对基因的表达进行调控。由于酱油、豆酱和白酒食品酿造行业的需求，针对关键菌种(如米曲霉、黑曲霉、酵母菌、芽孢杆菌等)的光生物响应研究已经有一定的进展。例如，米曲霉作为酱油和豆酱发酵的核心菌种，早在05年时首次被公开其基因组序列，并在07年首次发现其光响应现象，白光会抑制米曲霉rib40 在制曲过程中的产孢数量。09年，ojima等学者发现6w/m2的光照强度对米曲霉孢子的萌发有明显的抑制作用。12年，李学伟等人对研究了不同光质对发酵酱油的影响。2021年最新的研究表明，米曲霉的生长、发育和无性繁殖均会受到不同波长和光强的光刺激的影响，米曲霉对光波长有选择性。这些研究结果暗示着，米曲霉很有可能具有光受体和相应的光调节机制。而且，光照对米曲霉调控的技术，在生物酶制剂行业和食品酿造行业具有潜在的应用价值。除此之外，其他菌种已有一定的研究结果。黑曲霉已被发现其极性生长具有白光向光性，这一点与米曲霉相反。酵母菌在脉冲光照射下，其蛋白质浓度结构会发生变化。而且，酿酒酵母的生长会受被强红光激光轻微抑制。
3.在酱油、豆酱和白酒酿造行业中，第一个关键环节为制曲(koji)，而后才是长期的发酵(fermentation)环节。常规的制曲步骤为(以酱油曲为例)：对足够浸水了的大豆等原料进行高温蒸煮，以使大豆适当变性。然后加入面粉或麸皮等原料，并混合均匀，使后续加入的制曲菌种(如米曲霉、黑曲霉等)有足够的氮源和碳源。接着加入菌种或种曲并混合均匀，然后控制培养环境在一定温度和高湿度范围内，使菌株在粗放的原料上生长、发育、繁殖并产生大量的次级代谢产物。这些次级代谢产物以水解酶为主，例如蛋白酶、淀粉酶等。在培养过程中，菌株将在原料表面生长并形成白色菌落。菌株会持续分泌胞外水解酶，以对原料进行水解，以获得生长所需的营养。菌株生长约2～3 天后，此时的菌株已度过对数生长期到达生长稳定期，原料的表面会已被黄绿色的成熟菌落覆盖，说明酱油曲已经成熟，可用于下一步的发酵环节。在这一环节中，菌种分泌的大量的酶，对原料进行的初级水解作用，不仅为后续发酵时其他菌种的加入塑造了一个微生物生存环境，而且水解得到的产物将在发酵环节中，作为前体物质供给其他菌(如酵母菌等)利用进行二次反应，以形成酱油独特风味物质和香气化合物。因此，酱油曲的品质将直接影响到最终发酵得到酱油的品质。
4.而曲的品质主要通过调节温度、湿度、和挑选富产酶的菌种三个方面来维持曲的品质。能产丰富水解酶的菌种是制成品质优良曲的出发点。过湿或者过干均不利于菌种的生长，温度必须在菌种最适温度范围内，ph同理。目前的制曲工艺，制曲的全过程均在暗室进行，并没将光照作为调节的手段。基于上述多个菌种的光生物调节作用的理论基础，利用光照对米曲霉、黑曲霉、酵母菌、芽孢杆菌等菌种的调控，从而实现对酱油曲、豆酱曲和白酒曲的品质的调控，提升曲的品质，是可行的。
5.综上所述，为调控应用于酱油、豆酱、白酒领域制曲的菌株，诱导其产生次级代谢产物，提升曲的品质，本发明提供一种制曲装置。基于真菌的光生物调节作用，并利用群脉冲技术，设置特定光波长、特定强度、特定频率的光，并对曲中的菌株进行光照，刺激菌株的生长、发育、代谢作用，诱导其高产水解酶，使原料快速水解，缩短制曲时间，提升曲的品质。此外，在混合菌种制曲工艺中，可根据人为需要，抑制某一菌种的生长，使原本的多菌种菌落平衡被打破，促进其他弱势菌株的次级代谢产物的分泌，达到人为调控曲的品质的目的。
技术实现要素：6.本发明的目的是克服了现有技术的问题，提供了一种制曲装置。
7.为了达到上述目的，本发明采用以下方案：
8.一种制曲装置，包括箱体，箱体内设有：
9.曲盘，曲盘设有通风孔和可供光照模块光线射入的开口；
10.控制模块，控制模块设于箱体一侧，控制模块连接有光照模块、温湿度气体模块和通风模块；
11.光照模块，光照模块包括光源和驱动模块，光源可产生多种峰值波长的光线，驱动模块与控制模块连接，光照模块通过光照曲盘内的菌种调控菌种的生长、发育、繁殖、代谢以及诱导菌种分泌特定代谢产物，还可用以切换混合菌种制曲中的优势菌种；
12.温湿度气体模块，温湿度气体模块包括气体导管、温湿度传感器、水槽以及设于水槽内的加热管，水槽一侧设有进水管，加热管可通过加热水槽内的水提高箱体内的温度和湿度从而向曲盘中的菌种提供合适的培养温度和湿度，气体导管可将外部氧气或二氧化碳导入箱体内部。用以导入外部氧气至箱体的内部，使曲盘内的菌种获得充足的氧气。若对于厌氧菌，可将氧气替换成二氧化碳。
13.通风模块，通风模块可通过通风口使曲盘各处的温度和湿度保持一致，当箱体内温度高于设定阈值时控制模块可通过通风模块对箱体内部降温。
14.进一步的，光源由峰值波长在380-1000nm内的多种led芯片组成。
15.进一步的，光源包括峰值波长为475nm、520nm、630nm以及660nm 的led芯片。
16.进一步的，控制模块可通过驱动模块对每种led芯片进行独立恒流驱动和pwm调光，pwm调光幅值设置范围为1～5v，频率设置范围为 20hz～20khz，占空比设置范围为0～100％；输出的pwm信号的幅值范围为1～5v，pwm频率范围为20hz～20khz，占空比范围为0～100％；光功率范围为1～30mw/cm2。
17.进一步的，控制模块可设置的参数包括光波长、光照时间、光量子通量密度或辐照度、光波形、工作频率、偏置电压、占空比、温度、相对湿度和进气速度。
18.进一步的，曲盘侧壁由透光材质制成。曲盘内的菌种不仅能接收从上往下的来自
光照模块的光线，侧面也能接收光线。
19.进一步的，曲盘侧壁设有拉手。
20.进一步的，光照模块和曲盘之间设有透明隔板。
21.进一步的，水槽与曲盘之间设有挡板。
22.一种制曲方法，包括以下步骤：
23.s1先用清水浸泡黄豆，使黄豆吸水膨胀；
24.s2进行20分钟的121℃的高温蒸煮，同时灭菌；
25.s3按6：4(w/w)的比例加入面粉，混合均匀，冷却；
26.s4按0.1％(w/w)接入米曲霉和黑曲霉菌种；
27.s5混合均匀后，放入上文所述的制曲装置中；
28.s6将制曲装置设置温度30℃，湿度90％rh，氧气流速设置为慢档，使箱体6内部的氧气与空气的含氧量相当；
29.s7黑暗条件下培养孵育24h，然后对曲盘的原料和菌种进行翻动，使结块的曲松散；
30.s7此时，由于温度和湿度为米曲霉的最适条件，所以米曲霉成为曲中的优势菌落，产生大量的水解酶对原料进行水解，同时米曲霉大量的生长发育，黑曲霉次之；
31.s8将制曲装置设置以下参数：选择475nm的光源，强度为 60umol/m2s1，光波形为稳态光，对菌种进行24h的持续光照，使黑曲霉成为优势菌落，人为控制产生更多的糖化酶；
32.s9第48h时，黑曲霉和米曲霉均到达生长稳定期，此时为避免优势菌落的黑曲霉产生黄曲霉毒素，将制曲装置的光源切换至630nm和475nm波长的光源，抑制黄曲霉毒素的分泌；
33.s10第72h时，酱油大曲成熟。
34.与现有的技术相比，本发明具有如下优点：一、该制曲装置可通过光照模块设置特定光波长、特定强度、特定频率的光，并对曲中的菌株进行光照，刺激菌株的生长、发育、代谢作用，诱导其高产水解酶，使原料快速水解，缩短制曲时间，提升曲的品质。二、对制曲的菌种进行光生物调节，根据人为目的的需要，诱导菌种产生次级代谢产物(如特定的酶)，进一步提高曲的品质。三、可改变混合菌种制曲的优势菌落分布。四、光照模块与制曲的菌种是非接触式的，安全可靠。
附图说明
35.下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
36.图1是本发明的一种制曲装置的整体结构示意图。
37.图2是本发明的一种制曲装置中光照模块的结构示意图。
38.图3是本发明的一种制曲装置中曲盘的结构示意图。
39.图4是本发明的一种制曲方法中蓝光抑制米曲霉生长的折线统计图。
40.图5是本发明的一种制曲方法中糖化酶相对活性结果图。
具体实施方式
41.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作优选详细描述。以下实施例
用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
42.如图1所示，一种制曲装置，包括箱体6，箱体6用以形成封闭空间。以金属材质为主，能隔绝外部空气杂菌污染内部环境。底部设有万向轮。箱体6内设有：
43.曲盘3，如图3所示，曲盘3设有通风孔11和可供光照模块1光线射入的开口；曲盘3的外形为长方体。在另一实施例中，曲盘3的形状也可为圆桶状。曲盘3朝上的面为开口，开口方向朝向光照模块1。曲盘3朝向用户一面有把手10。用户通过拉把手10时，曲盘3可沿箱体6内部的滑轨向箱体6内外方向移动。曲盘3其余面均做有多个通风孔11，用以使曲盘3中的原料和菌种接触到来自温湿度气体模块4 方向的湿气和氧气，在本实施例中，通风孔为条形通风孔。曲盘3四周面优选透光的材质，曲盘3内的菌种不仅能接收从上往下的来自光照模块1的光线，侧面也能接收光线。
44.控制模块2，控制模块2设于箱体6一侧，控制模块2连接有光照模块1、温湿度气体模块4和通风模块5；控制模块2为一镶嵌在箱体 6朝向用户一侧的面上的用户操作界面，用以向光照模块1、温湿度气体模块4和通风模块5输出信号。所述用户操作界面，可设置的参数有：光波长、光照时间、光量子通量密度或辐照度、光波形、工作频率、偏置电压、占空比、温度、相对湿度，以及进气速度。用户在操作界面设备上述参数后，控制模块2输出相应的信号至光照模块1、温湿度气体模块4和通风模块5。
45.光照模块1，如图2所示，光照模块1包括光源和驱动模块8，光源可产生多种峰值波长的光线，驱动模块8与控制模块2连接，光照模块1通过光照曲盘3内的菌种调控菌种的生长、发育、繁殖、代谢以及诱导菌种分泌特定代谢产物，还可用以切换混合菌种制曲中的优势菌种；
46.温湿度气体模块4，如图1所示，温湿度气体模块4包括气体导管12、温湿度传感器、水槽以及设于水槽内的加热管，水槽一侧设有进水管，加热管可通过加热水槽内的水提高箱体6内的温度和湿度从而向曲盘3中的菌种提供合适的培养温度和湿度，气体导管12可将外部氧气或二氧化碳导入箱体6内部。用以导入外部氧气至箱体6的内部，使曲盘3内的菌种获得充足的氧气。若对于厌氧菌，可将氧气替换成二氧化碳。
47.通风模块5，通风模块5可通过通风口使曲盘3各处的温度和湿度保持一致，当箱体6内温度高于设定阈值时控制模块2可通过通风模块5对箱体6内部降温。
48.如图1所示，该制曲装置由光照模块1、控制模块2、曲盘3、温湿度气体模块4、通风模块5，以及箱体6组成。光照模块1用以光照曲盘3内的菌种，用以调控菌种的生长、发育、繁殖和代谢，诱导菌种分泌特定代谢产物，还用以切换混合菌种制曲时的优势菌种。控制模块2用以控制光照模块1、温湿度气体模块4和通风模块5。曲盘3 用以放置制曲的原料和菌种。温湿度气体模块4用以给曲盘3的菌种提供恒定的温度、恒定的湿度以及足够的氧气环境。通风模块5用以使箱体6内的温度和湿度均匀分布。箱体6用以形成封闭空间。本发明装置用于酱油、豆酱、白酒领域的制曲，光照调控菌种的生长、发育、代谢，和繁殖作用，以达到提升曲的品质。菌种优选米曲霉、黑曲霉和酵母菌。菌种也可以选米根霉菌、卷枝毛霉菌。
49.优选的，光源由峰值波长在380-1000nm内的多种led芯片7组成。在另一实施例中光源可由其他能产生远红光的发光体组成。
50.优选的，光源包括峰值波长为475nm、520nm、630nm以及660nm 的led芯片7。优选的，控制模块2可通过驱动模块8对每种led芯片 7进行独立恒流驱动和pwm调光，pwm调光幅
值设置范围为1～5v，频率设置范围为20hz～20khz，占空比设置范围为0～100％；输出的pwm信号的幅值范围为1～5v，pwm频率范围为20hz～20khz，占空比范围为0～100％；光功率范围为1～30mw/cm2。
51.优选的，控制模块2可设置的参数包括光波长、光照时间、光量子通量密度或辐照度、光波形、工作频率、偏置电压、占空比、温度、相对湿度和进气速度。
52.优选的，曲盘3侧壁由透光材质制成。曲盘3内的菌种不仅能接收从上往下的来自光照模块1的光线，侧面也能接收光线。
53.优选的，曲盘3侧壁设有拉手。
54.优选的，光照模块1和曲盘3之间设有透明隔板9。
55.优选的，水槽与曲盘3之间设有挡板。
56.以米曲霉和黑曲霉的混合菌种制曲为例。先用清水浸泡黄豆，使黄豆吸水膨胀。然后进行20分钟的121℃的高温蒸煮，同时灭菌。然后按6：4(w/w)的比例加入面粉，混合均匀。等黄豆冷却后，按0.1％(w/w) 接入米曲霉和黑曲霉菌种。混合均匀后，放入曲盘3中。设置温度30℃，湿度90％rh，氧气流速设置为慢档，使箱体6内部的氧气与空气的含氧量相当。先在黑暗条件下培养孵育24h，然后对曲盘3的原料和菌种进行翻动，使结块的曲松散，因为米曲霉和黑曲霉都是好氧菌，翻动有利于菌种获得充足的氧气。此时，由于温度和湿度为米曲霉的最适条件，所以米曲霉成为曲中的优势菌落，产生大量的水解酶对原料进行水解。同时米曲霉大量的生长发育，黑曲霉则次之。然后为使黑曲霉成为优势菌落，人为控制产生更多的糖化酶，可设置以下参数：选择 475nm的光源，强度为60umol/m2s1，光波形为稳态光，对菌种进行24h 的持续光照。如图4所示，期间由于蓝光会抑制米曲霉的生长，而黑曲霉的生长具有白光向光性，所以米曲霉菌落的生长减缓，而黑曲霉菌丝呈指数级快速生长。黑曲霉逐渐成为优势菌落，分泌大量的糖化酶。到第48h时，黑曲霉和米曲霉均到达生长稳定期，此时为避免优势菌落的黑曲霉产生黄曲霉毒素，将光源切换至630nm和475nm波长的光源，抑制黄曲霉毒素的分泌。直到第72h时，酱油大曲成熟，相对于黑暗条件制的曲，经本装置光照获得的酱油曲拥有更多水解酶及酶促产物，如更高的蛋白酶活性和糖化酶，达到人为控制曲的品质的目的。在第48h和第72h时，选取黑暗组并进行归一化处理，结果如图5所示。在第48h时，蓝光对黑曲霉生长和产糖化酶活力的促进作用已经有所体现。到第72h时，混合菌种光照组的曲的糖化酶活性比黑暗组高出18％。
57.一种制曲方法，包括以下步骤：
58.s1先用清水浸泡黄豆，使黄豆吸水膨胀；
59.s2进行20分钟的121℃的高温蒸煮，同时灭菌；
60.s3按6：4(w/w)的比例加入面粉，混合均匀，冷却；
61.s4按0.1％(w/w)接入米曲霉和黑曲霉菌种；
62.s5混合均匀后，放入上文所述的制曲装置中；
63.s6将制曲装置设置温度30℃，湿度90％rh，氧气流速设置为慢档，使箱体66内部的氧气与空气的含氧量相当；
64.s7黑暗条件下培养孵育24h，然后对曲盘3的原料和菌种进行翻动，使结块的曲松散；
65.s7此时，由于温度和湿度为米曲霉的最适条件，所以米曲霉成为曲中的优势菌落，
产生大量的水解酶对原料进行水解，同时米曲霉大量的生长发育，黑曲霉次之；
66.s8将制曲装置设置以下参数：选择475nm的光源，强度为 60umol/m2s1，光波形为稳态光，对菌种进行24h的持续光照，使黑曲霉成为优势菌落，人为控制产生更多的糖化酶；
67.s9第48h时，黑曲霉和米曲霉均到达生长稳定期，此时为避免优势菌落的黑曲霉产生黄曲霉毒素，将制曲装置的光源切换至630nm和 475nm波长的光源，抑制黄曲霉毒素的分泌；
68.s10第72h时，酱油大曲成熟。
69.与现有的技术相比，本发明具有如下优点：一、该制曲装置可通过光照模块1设置特定光波长、特定强度、特定频率的光，并对曲中的菌株进行光照，刺激菌株的生长、发育、代谢作用，诱导其高产水解酶，使原料快速水解，缩短制曲时间，提升曲的品质。二、对制曲的菌种进行光生物调节，根据人为目的的需要，诱导菌种产生次级代谢产物(如特定的酶)，进一步提高曲的品质。三、可改变混合菌种制曲的优势菌落分布。四、光照模块1与制曲的菌种是非接触式的，安全可靠。
70.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。
技术特征：1.一种制曲装置，包括箱体，其特征在于，所述箱体内设有：曲盘，所述曲盘设有通风孔和可供光照模块光线射入的开口；控制模块，所述控制模块设于所述箱体一侧，所述控制模块连接有光照模块、温湿度气体模块和通风模块；光照模块，所述光照模块包括光源和驱动模块，所述光源可产生多种峰值波长的光线，所述驱动模块与所述控制模块连接，所述光照模块通过光照所述曲盘内的菌种调控菌种的生长、发育、繁殖、代谢以及诱导菌种分泌特定代谢产物，还可用以切换混合菌种制曲中的优势菌种；温湿度气体模块，所述温湿度气体模块包括气体导管、温湿度传感器、水槽以及设于所述水槽内的加热管，所述水槽一侧设有进水管，所述加热管可通过加热所述水槽内的水提高所述箱体内的温度和湿度从而向所述曲盘中的菌种提供合适的培养温度和湿度，所述气体导管可将外部氧气或二氧化碳导入所述箱体内部；通风模块，所述通风模块可通过通风口使曲盘各处的温度和湿度保持一致，当所述箱体内温度高于设定阈值时所述控制模块可通过所述通风模块对所述箱体内部降温。2.根据权利要求1所述的一种制曲装置，其特征在于，所述光源由峰值波长在380-1000nm内的多种led芯片组成。3.根据权利要求2所述的一种制曲装置，其特征在于，所述光源包括峰值波长为475nm、520nm、630nm以及660nm的led芯片。4.根据权利要求2或3所述的一种制曲装置，其特征在于，所述控制模块可通过所述驱动模块对每种所述led芯片进行独立恒流驱动和pwm调光，所述pwm调光幅值设置范围为1～5v，频率设置范围为20hz～20khz，占空比设置范围为0～100％；输出的pwm信号的幅值范围为1～5v，pwm频率范围为20hz～20khz，占空比范围为0～100％；光功率范围为1～30mw/cm2。5.根据权利要求1所述的一种制曲装置，其特征在于，所述控制模块可设置的参数包括光波长、光照时间、光量子通量密度或辐照度、光波形、工作频率、偏置电压、占空比、温度、相对湿度和进气速度。6.根据权利要求1所述的一种制曲装置，其特征在于，所述曲盘侧壁由透光材质制成。7.根据权利要求1或6所述的一种制曲装置，其特征在于，所述曲盘侧壁设有拉手。8.根据权利要求1所述的一种制曲装置，其特征在于，所述光照模块和所述曲盘之间设有透明隔板。9.根据权利要求1所述的一种制曲装置，其特征在于，所述水槽与所述曲盘之间设有挡板。
技术总结本发明公开了一种制曲装置，包括箱体，箱体内设有曲盘，曲盘设有通风孔和可供光照模块光线射入的开口；控制模块设于箱体一侧，控制模块连接有光照模块、温湿度气体模块和通风模块；光照模块包括光源和驱动模块；温湿度气体模块包括气体导管、温湿度传感器、水槽以及设于水槽内的加热管，水槽一侧设有进水管。通风模块可通过通风口使曲盘各处的温度和湿度保持一致。与现有的技术相比，本发明具有如下优点：对曲中的菌株进行光照，刺激菌株的生长、发育、代谢作用，诱导其高产水解酶，使原料快速水解，缩短制曲时间，提升曲的品质。根据人为目的的需要，诱导菌种产生次级代谢产物。可改变混合菌种制曲的优势菌落分布。合菌种制曲的优势菌落分布。合菌种制曲的优势菌落分布。
技术研发人员：刘木清 林上飞
受保护的技术使用者：中山旦邦光电科技有限公司
技术研发日：2021.10.12
技术公布日：2022/7/5
