搅拌设备在食品发酵过程中的应用

引言

食品发酵是人类利用微生物转化原料、生产美味健康食品的古老技艺，亦是现代食品工业的重要组成部分。在这一复杂的生物化学反应过程中， 提供稳 的生长环境是实现高效、高品质生产的核心挑战。搅拌设备作为应对这 术 传质、传热和悬浮等基本功能，深刻影响着发酵过程的每一个环节。从传统 菌培养、高价值酶制剂生产，搅拌技术的应用广度与深度不断拓展。因此，深入探 设备在食品发酵中的重要性及其具体应用，对于推动食品发酵工业的技术进步与产业升级具有重要的理论价值和现实意义。

一、食品发酵过程中应用搅拌设备的重要性

搅拌在食品发酵过程中远非简单的混合操作，它是一个关系到生化反应进程、微生物代谢流向及最终产品得率与质量的物理调控过程。其重要性主要体现在以下几个方面：

首先，搅拌是实现高效传质传热的根本保证。发酵是微生物的代谢过程，其生长与产物的合成需要持续不断地消耗营养物质和氧气，并同时释 氧化碳、酒精等）。如果缺乏有效的搅拌，发酵液中将形成浓度梯度和温度梯度 微生物细胞周围，会导致细胞“饥饿”或缺氧，代谢活动受到抑制； 抑制，热量积聚则会导致局部过热，使菌体失活或酶变性。搅拌 递过程，消除了梯度，确保了整个发酵体系处于一个均一、稳定的理化环境 微生物代谢的高效性和一致性[1]。

其次，搅拌确保了体系的均一性，是产品质量稳定的基石。许多食品发酵原料成分复杂，含有固形物（如大豆、谷物）、胶体物质等，在静置条件下极易发生分层、沉淀或结块。搅拌通过机械作用使固形物保持悬浮状态，使菌体、底物、热量、pH 值调节剂等在整个发酵罐内分布均匀。这种均一性至关重要，它意味着每一个微生物细胞所处的环境条件几乎相同，其代谢反应也趋于同步，从而保证了不同批次之间、甚至同一批次不同位置的发酵产品都能保持高度一致的成分、风味和品质，满足了工业化大规模生产对产品标准化的严苛要求。

再次，搅拌对微生物的代谢过程具有直接的调控作用。搅拌强度（通常以转速或单位体积功耗表示）直接影响发酵液中的溶氧水平（DO 值）和剪切力环境。对于好氧发酵（如酱油酿造、谷氨酸发酵），充足的氧气是菌体生长和产物合成的必要条件，通过调整搅拌转速与通气量的配合，可以精确控制溶氧浓度，从而引导微生物的代谢途径向期望的方向进行。例如，在某些发酵过程中，过高或过低的溶氧会导致不同代谢产物的积累。同时，搅拌产生的流体剪切力也是一把“双刃剑”：适度的剪切力可以防止菌丝体过度缠绕成团，增大传质面积；但过高的剪切力则会对娇嫩的微生物细胞造成机械损伤，影响其活性。因此，精准控制搅拌强度是发酵工艺优化的核心内容之一。

最后，搅拌有助于维持无菌环境，防止杂菌污染。现代纯种发酵要求整个过程必须在无菌条件下进行。良好的搅拌可以避免发酵液中出现死角或滞流区，这些区域由于缺乏流体交换，容易成为杂菌滋生的温床。通过搅拌使发酵液始终处于流动状态，并与通入的无菌空气充分接触，可以有效地抑制厌氧杂菌的生长，降低污染风险，保障发酵过程的纯种进行。

二、搅拌设备在食品发酵中的具体应用方法

（一）机械搅拌式发酵罐的应用

这是最常见、应用最广泛的发酵设备，特别是在高粘度、高密度或对溶氧要求极高的发酵过程中占据主导地位。其核心部件包括罐体、搅拌器、挡板、空气分布器和传动装置。例如：酸奶发酵属于高粘度物料的兼性厌氧发酵。在此过程中，搅拌的作用至关重要且分阶段体现。发酵前期 需要温和的搅拌（通常采用锚式、框式或涡轮式搅拌器）促进菌种（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌）的均匀分布和生长，同时确保传热均匀，使乳浆温度恒定在40-45℃。发酵结束后，搅拌的作用变为“破乳”，即通过缓慢的机械剪切力将凝乳胶体打破，形成光滑、粘稠的半流体状最终产品，然后方可进行冷却、灌装[2]。搅拌的转速和时间控制直接影响酸奶的粘稠度、口感和质地，过度搅拌会导致乳清析出（脱水收缩），搅拌不足则会有凝块，口感粗糙。又如：传统的酱油酿造采用高盐稀态发酵，物料含固量高、粘度大。现代大型酿造厂普遍采用机械搅拌发酵罐。通常使用大直径的桨式或涡轮式搅拌器，以较低的转速运行。其目的主要不是为了提供高溶氧（此过程多为厌氧或微好氧），而是为了防止酱醪沉淀分层，使盐分、酶、微生物和原料充分接触，确保发酵反应的均匀性和彻底性，同时也有利于热量的散发和风味物质的前体转化。定期的搅拌是保证酱油色泽、香气和氨基酸态氮含量的关键工艺步骤。

（二）气升式发酵罐的应用

这种设备无需机械搅拌器，依靠通入的空气在罐内造成的密度差来驱动液体循环流动，实现混合与传质。例如：在啤酒发酵的后期（后酵和双乙酰还原阶段），需要轻微搅拌以促进酵母对双乙酰等不良风味物质的还原。气升式循环因其剪切力极小，不会对酵母细胞造成损伤，同时能温和地使酵母、酒液和析出的二氧化碳均匀混合，非常适合这一工艺环节，有助于缩短酒龄，改善啤酒风味。又如：

在单细胞蛋白、食用酵母及某些对剪切力敏感的细胞培养中的应用：气升式发酵罐结构简单、能耗低、内部无机械结构易清洗灭菌、剪切力温和，非常适合培养那些对剪切力敏感的真菌菌丝体或娇嫩的动植物细胞。它在提供必要溶氧和混合的同时，能最大限度地保护细胞完整性，提高生物量得率。

（三）其他搅拌混合设备的应用

除了上述设备之外，静态混合器和自吸式搅拌罐也属于搅拌设备。静态混合器主要是在连续发酵或物料在线混合调配上应用广泛。例如，在连续化生产过程中，用于将酸碱液与发酵液快速均匀混合以精确调控 pH 值；或将营养补料与主发酵液瞬时混合，实现流加发酵的精准控制。某些特殊设计的搅拌器（如自吸式涡轮）可在旋转时自行吸入罐顶空气，无需空压机提供压缩空气，降低了设备投资和能耗，在一些中小规模、对无菌要求相对较低的厌氧或微好氧发酵（如果酒发酵）中有所应用[3]。随着智能制造的发展，搅拌设备的应用已不再局限于单纯的机械操作，而是与先进的传感技术（pH、DO、浊度传感器）和自动控制系统（PLC、DCS）深度融合，形成了智能化的搅拌发酵平台。系统能够根据在线采集的数据实时自动调节搅拌转速、通气量等参数，实现发酵过程的精准优化与控制，标志着搅拌设备的应用进入了智能化、数字化的新阶段。

结语

搅拌设备作为食品发酵工业的“心脏”，其重要性贯穿于从反应动力学基础到工业化放大生产的全过程。它不仅通过强化传质传热和保证体系均一性为微生物创造了最优的生长与代谢环境，更通过精准的强度调控直接影响着产品的最终产量、品质与风味特色。随着食品发酵产品朝着多元化、功能化和高端化方向发展，对搅拌设备也提出了更高要求，未来的研发将更侧重于智能化精准控制、低剪切力与高传质效率的协同优化、节能降耗以及适应极端粘度物料的专用搅拌器设计。深入理解并创新应用搅拌技术，将继续是推动食品发酵产业技术进步与可持续发展的强大动力。

参考文献

[1]盖帅,王玉申,李洪坤,等. 混合与搅拌技术在精细化工中的混合均匀性研究 [J]. 广州化工, 2025, 53 (10):28-30.

[2]刘嘉良. 可多重折叠食品搅拌机设计 [J]. 日用电器, 2025, (02): 68-71+76.

[3]张莹莹,刘腾,程可欣,等. 食品风味物质前处理及分析方法研究进展 [J]. 食品安全质量检测学报, 2023, 14(14): 125-135.