本发明涉及一种纳豆发酵装置及发酵方法，属于微生物发酵工程技术领域。
背景技术：
纳豆是大豆经纳豆菌或枯草芽孢杆菌发酵后得到的富含纳豆激酶、纳豆异黄酮、皂青素、维生素k2等功能因子的保健食品。纳豆作为一种具有两千年历史的传统食品，除了具有风味独特的口感、较低卡路里、较高的蛋白质含量外，还具有多种保健功能：具有降低胆固醇、防治骨质疏松和促凝血、抗致病菌、延缓衰老、防癌抗癌、调整肠功能等多种医疗保健功效。
纳豆中含能强烈溶解血栓的溶解酶素——纳豆激酶，据日本宫崎医科大学须见教授研究发现，纳豆激酶(nattokinase)由275个氨基酸残基组成，分子量在27000左右，无毒、无副作用，是一种丝氨酸蛋白酶。随后，须见教授又将纳豆激酶用于狗的血栓模型试验及健康人群体内研究，证明它除具有显著溶栓作用外，还具有促进静脉内皮细胞产生纤维蛋白溶酶原激活剂能力，从而间接表现其溶栓活性。纳豆激酶来源于食品，无毒副作用，分子量小，易被人体消化吸收，作为一种微生物代谢产物有实现大规模生产的可能性，具有广阔的开发应用前景。
然而，目前市场上所销售的成品纳豆口感较为苦涩，有氨味，粘滞性差，菌丝不丰富，纳豆激酶活性低，进而影响了纳豆的商业化。
技术实现要素：
针对上述现有技术，本发明提供了一种纳豆发酵装置及发酵方法，具有发酵效率高、产量高，生产效率高等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种纳豆发酵装置，包括罐体、搅拌装置和用于放置罐体的支架，其中，所述罐体顶部设有进料口，底部设有出料口，进料口、出料口处均设有盖或/和阀门；所述罐体的形状为瓮形(也可以理解为两端截头的梭形)，即由两个圆台拼接而成的形状(连接处为流线型设计)，其中，位于上部的圆台称为上圆台，位于下部的圆台称为下圆台，上圆台的下底面与下圆台的上底面的直径相同，上圆台的下底面的直径:上圆台的上底面的直径:上圆台的高:下圆台下底面的直径:下圆台的高＝(12～15):(4～6):(8～10):(1.5～2.5):(3～4)；
所述搅拌装置由电机、受电机驱动的搅拌轴和设置在搅拌轴上的桨叶组成，电机设置在罐体上部，搅拌轴与电机连接，搅拌轴竖直位于罐体内，桨叶的叶面倾斜，与水平方向的夹角为20°±5°。
优选的，所述桨叶为螺杆式桨叶(为螺旋上升的形式)，上圆台的下底面的直径:桨叶直径＝(12～15):6；桨叶的最上端至最底端的距离为桨叶的高度，桨叶最上端距罐体顶部的距离:桨叶高度:桨叶直径＝(4.5～5.5):(4.5～5.5):6，优选5:5:6。
优选的，所述上圆台的下底面的直径:上圆台的上底面的直径:上圆台的高:下圆台下底面的直径:下圆台的高:桨叶直径:进料口直径:出料口直径＝13.5:5:9.1:2:3.4:3:2:2。
本发明的纳豆发酵装置，其发酵罐的形状为瓮形，其尺寸比例、桨叶的尺寸比例有着特殊的设计，如此设计的目的是：可以使纳豆发酵的效果最佳，保证发酵过程中水分不过快流失。理由是：以常规的柱状(圆筒状)发酵罐为对比，在相同装料系数(比例)的情况下，柱状发酵罐因其罐体瘦长，物料高度较高，致使物料与空气接触的表面积较小，发酵时不能保证物料的均一发酵(物料上层与空气接触，物料中层、下层与空气距离较远，湿度、通气量、温度等发酵条件无法达到一致，导致菌体生长进度不一)；而瓮形发酵罐中的物料厚度更适中，物料与空气接触的表面积更大，发酵时基本能保证物料的均一发酵(物料上层与空气接触的表面积大，物料下层与空气距离较近，在搅拌情况下完全可以保证所有物料的湿度、通气量、温度等发酵条件基本一致，保证菌体生长进度基本相同)；因此，相较于常规的柱状(圆筒状)发酵罐，瓮形发酵罐可提供最佳的物料厚度，物料与空气接触的表面积最大，湿度与通气量可达最佳效果。
一种利用上述发酵装置制备纳豆的发酵方法，包括以下步骤：
(1)选材：挑选非转基因、颗粒饱满、无虫咬无霉烂的小粒黄豆，清水冲洗至无杂物；
(2)灭菌：将上述挑选的黄豆加入水中，豆水比1：3(质量比)，浸泡12～17h后，沥水，掺入2％蔗糖和2％的nacl(作为纳豆菌的促生长因子)，拌匀后，置于罐体中，装料系数0.6～0.65，121℃、25min，冷却至60℃，备用；
(3)接种：将纳豆菌种子液接种到上述灭菌的黄豆中，接种量2％；
所述纳豆菌种子液，可通过常规方法制备得到，比如：将活化后的菌种接种于液体培养基(培养基组成为：胰蛋白胨10g/l，酵母粉5g/l，nacl10g/l，葡萄糖2g/l)中，37℃、200rpm/min、培养15h～17h；
本发明所用的菌株为从市售纳豆中筛选出的优质菌株，其繁殖速度快，发酵周期短，发酵产物质量高；
(4)发酵：上述接种后，驱动搅拌轴以50rpm/min的转速低速搅拌，使黄豆与纳豆菌种子液充分混合；2min后停止搅拌，37℃发酵11～12h，然后再次以50rpm/min的转速低速搅拌2min(即共进行两次搅拌，发酵前一次，发酵中期一次)，然后再在37℃下发酵12～13h；发酵过程中湿度可自然保持在85％～90％(为发酵所需的最佳湿度)；
(5)后熟：上述发酵后，将纳豆置于4℃中保存24h后熟，后熟后呈现纳豆特有的粘滞感、拉丝性、香气和口味。
本发明采用自主开发的发酵装置进行发酵，发酵罐外形为瓮形，两端窄中部宽，具有特殊的尺寸比例，空间利用率高；发酵罐上部逐渐变窄的收口设计，使得物料体积与空气体积的比例达到最佳(装料系数0.6～0.65)，发酵过程中可以使湿度达到最佳，保证成品的品质；下端逐渐变窄的出口设计，便于纳豆这种黏性产物的出料。黄豆中添加有蔗糖和nacl，能够明显提升纳豆口感及其营养价值，使纳豆菌丝的韧性和粘滞性达到最佳。利用本发明的装置和方法得到的纳豆，品质高，相比现有技术，在色泽、口感、菌丝量、粘滞性、纳豆激酶的活性上都有极大地改善。
附图说明
图1：本发明的发酵装置的结构示意简图。
其中，1、罐体；2、支架；3、进料口；4、出料口；5、电机；6、搅拌轴；7、桨叶。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
一种纳豆发酵装置，包括罐体1、搅拌装置和用于放置罐体1的支架2(支架2固定在地面上)，如图1所示，其中，所述罐体1顶部设有进料口3，底部设有出料口4，进料口3、出料口4处均设有盖和阀门；所述罐体1的形状为瓮形(也可以理解为两端截头的梭形)，即由两个圆台拼接而成的形状(连接处为流线型设计)，其中，位于上部的圆台称为上圆台，位于下部的圆台称为下圆台，上圆台的下底面与下圆台的上底面的直径相同，上圆台的下底面的直径:上圆台的上底面的直径:上圆台的高:下圆台下底面的直径:下圆台的高:桨叶直径:进料口直径:出料口直径＝13.5:5:9.1:2:3.4:3:2:2。
所述搅拌装置由电机5、受电机5驱动的搅拌轴6和设置在搅拌轴6上的桨叶7组成，电机5设置在罐体1上部，搅拌轴6与电机5连接，搅拌轴6竖直位于罐体1内，桨叶7的叶面倾斜，与水平方向的夹角为20°。
所述桨叶7为螺杆式桨叶(为螺旋上升的形式，为现有技术中已有的技术)，上圆台的下底面的直径:桨叶直径＝13.5:6；桨叶的最上端至最底端的距离为桨叶的高度，桨叶最上端距罐体顶部的距离:桨叶高度:桨叶直径＝5:5:6。
本发明的纳豆发酵装置，其发酵罐的形状为瓮形，其尺寸比例、桨叶的尺寸比例有着特殊的设计，如此设计的目的是：可以使纳豆发酵的效果最佳，保证发酵过程中水分不过快流失。以200l柱状发酵罐和200l瓮形发酵罐为例，挑选完整小粒黄豆各65kg，分别置于三倍体积水中浸泡17h后，沥水，各得到湿豆约130kg，同时掺入2％的nacl和2％蔗糖，拌匀后，分别置于200l柱状发酵罐和200l瓮形发酵罐中，121℃、25min灭菌,待冷却至60℃，按2％接种菌液，充分混合搅拌(驱动搅拌轴以50rpm/min的转速低速搅拌，2min后停止搅拌)，37℃发酵12h后，搅拌一次(以50rpm/min的转速低速搅拌2min)，再发酵12h后发酵结束。对比结果如表1所示。
表1两种发酵装置发酵情况对比表
实施例1利用上述发酵装置制备纳豆
(1)选材：选市售非转基因、颗粒饱满、无虫咬无霉烂的小粒黄豆60kg，清水冲洗，直至无杂物。
(2)灭菌：60kg小粒黄豆与180l水，即豆水比例1：3，浸泡17h后，沥水，称得湿豆重为120.13kg；掺入2.4kg蔗糖和2.4kg的nacl，置于发酵罐中，装料系数0.6，121℃、25min，冷却。
(3)纳豆菌种子液制备：将活化后的菌种接种于12个1000ml三角瓶中，每瓶装液量为200ml，37℃、200rpm/min、培养15h。
(4)接种：待煮好的小粒黄豆冷却至60℃时，将总计2.4l的种子液接入豆中。
(5)发酵：50rpm/min低速搅拌，使豆粒与种子液充分混合；2min后停止搅拌，37℃发酵12h，然后再次以50rpm/min的转速低速搅拌2min，然后再在37℃下发酵12h；发酵过程中湿度在85％～90％。
(6)后熟：发酵好的纳豆置于4℃中保存24h后熟。得到纳豆122.17kg，纳豆菌丝丰富，菌丝长度约为75mm，韧性较好不易断，纳豆口感润滑酥软，纳豆香浓重，无氨味苦味，纳豆激酶含量测得为17.51×102iu/g。
上述制备的纳豆，对其进行感官评测(感官结果测定表如表2所示)，结果：本发明所得到的纳豆在感官、拉丝、色泽、氨味、口感四项鉴定标准可达到10分标准，菌丝丰富，粘滞性好，其中拉丝长度可达50mm～80mm，且韧性好不易断，无任何氨味及苦涩味。原材料采用小粒黄豆来取代普通大豆，小粒黄豆营养丰富，蛋白质含量可达44.35％，更利于纳豆黏性物质的产生。
表2纳豆感官结果测定表
实施例2利用上述发酵装置制备纳豆
(1)选材：挑选市售非转基因、颗粒饱满、无虫咬无霉烂的小粒黄豆65kg，清水冲洗，直至无杂物。
(2)灭菌：65kg小粒黄豆与195l水，即豆水比例1：3，浸泡17h后，沥水，称得湿豆重为130.45kg；掺入2.6kg蔗糖和2.6kg的nacl，置于发酵罐中，装料系数0.65，121℃、25min、冷却。
(3)纳豆菌种子液制备：将活化后的菌种接种于13个1000ml三角瓶中，每瓶装液量为200ml，37℃、200rpm/min、培养17h。
(4)接种：待煮好的小粒黄豆冷却至60℃时，将总计2.6l的种子液接入豆中。
(5)发酵：50rpm/min低速搅拌，使豆粒与种子液充分混合；2min后停止搅拌，37℃发酵12h，然后再次以50rpm/min的转速低速搅拌2min，然后再在37℃下发酵12h；发酵过程中湿度在85％～90％。
(6)后熟：发酵好的纳豆置于4℃中保存24h后熟。得到纳豆132.54kg，纳豆菌丝丰富，菌丝长度约为80mm,韧性较好不易断，纳豆口感润滑酥软，纳豆香浓重，无氨味苦味，纳豆激酶含量测得为17.68×102iu/g。