食品加工節能管理

                 傳統醬油係由黃豆或黑豆混合小麥,歷經製麴、混合鹽水(醬醪)下缸發酵、以及發酵熟成後的殺菌與調味而成。傳統醬油發酵時間通常很長,在冬天需要6個月以上的時間才能達到標準,主要原因是受限於日常氣候的影響,而為了防腐通常醬醪鹽度保持在18%以上,在此條件下,發酵所需的蛋白質酵素的水解活性受到影響而分解緩慢;此外,天氣是一不確定因素,導致所生產出之醬油品質難以掌握。

                 醬醪自下缸至熟成,各階段均有不同的最適溫度,初期的蛋白質酵素的最適溫度大約在40~50℃,此階段蛋白質經蛋白酶分解成胺基酸;接續的酵母菌能將醣類轉化成醇類,其最適溫度是28~30℃;球擬酵母在25~30℃時能最有效產生芳香酯類,但過量會產生醋酸,造成香味惡化;乳酸菌在30~35℃時能產製醬油香味,但會淡化成品顏色。因此,如能在不同發酵階段進行溫度控制,創造個階段菌種的優勢生長環境,則發酵過程便可不受限於天候,如此能縮短發酵時間並提高品質;惟此需注入額外能源才能維持發酵所需的最適環境,以提供良好的後熟因子與環境,讓形成風味、顏色、香氣的小分子(胺基酸、有機酸、單糖)發展的更好更快,有效地縮短醬油的熟成時間。

                 維持恆定發酵溫度的運作機制是,在白天會有較高的發酵溫度,發酵缸可以用冷水加以降溫;而夜晚溫度降低,則利用熱水予以加熱。台灣的主要醬油產區位在中南部,其日照豐富,可以利用太陽能發電或太陽熱能進行熱水與冷水的製備,並在最有效率的時段進行冷熱水的製備,將之儲存「儲能」,等到有需要時再進行熱交換循環。熱水的製備可採用熱泵,在正午時段有最高的效率,且所產生的冷氣可用於辦公室冷房;而深夜進行冷水製備的效率最高。完全採用「綠能」有天候不穩定的特性,因此可將市電做為備用電源。

                 採用自動控制技術來進行精準的溫度調節;而預測控制技術則用來進行冷熱水循環時機與時間長度的控制,同時也用來預估何時製備冷熱水與所需消耗的能量。預測控制可以讓系統有效率地利用能源進行溫度控制、有效率地進行能量轉換以致被冷熱水,在「節能減碳」的前提下創造適合不同發酵階段有益菌的優勢生長環境。

                 醬油發展於3000年前的周朝,在500年前由日本人加以改進,此古老的民生食品在加入「綠能」、「儲能」、「節能」的新元素後,可以提升其衛生、安全、品質、以及口感,讓科技為古物加值。

作者介紹

國立嘉義大學 丁慶華 教授
研究方向在著重於太陽熱能應用、食品工程、生醫工程、水力發電等研究。