新型设备与生产工艺的设计离不开豆瓣发酵的基础理论技术，绝大多数的传统发酵食品采用固态发酵技术生产，如醋、酒、郫县豆瓣等，随着人们对固态发酵技术的深入研究，国内外对其在食品工业中的应用也逐渐增多，为实现固态发酵技术的多元化发展，满足现代化生产需求，更多新型的工业化固态发酵反应器被开发出来，并且投入生产，这对郫县豆瓣固态发酵反应器的设计具有重要的借鉴意义。在对郫县豆瓣后发酵工艺改进的探索中，恒温成为工艺设计和选择的首选控温方式。
西华大学食品与生物工程学院的谢思、赵晓燕和丁文武*等人设计并建立郫县豆瓣的罐式发酵生产系统，并进行半封闭式恒温后熟发酵实验，同时与传统自然后熟发酵进行对比分析，以期为郫县豆瓣的现代化生产工艺设计和改进提供借鉴和理论参考。
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豆瓣发酵过程中温度随时间的变化
从图2可以看出，恒温发酵模式下，发酵容器内温度没有发生变化，说明发酵系统在发酵过程中性能稳定，能够满足郫县豆瓣半封闭发酵的初步实验；而自然发酵最高温度和最低温度均随时间在不断起伏变化并逐渐降低，且自然发酵日出面和日落面能达到的最高温度均大于正照面，最低温度均小于正照面，即端面的最高温度均高于中心温度，而最低温度则低于中心温度，说明缸体边缘的温度变化更为剧烈，而中心温度相对稳定，这也为自然发酵工艺提供了温度的多样性，从而为微生物和酶的多样性及其作用的发挥提供了有利条件，进而增加了郫县豆瓣中营养物质和风味物质的丰富性，最终成为自然发酵的优势。在自然发酵过程中，温度在空间和时间上都为非稳态复杂分布，因而温度对郫县豆瓣自然发酵过程的影响极为复杂，将在后续研究中对此问题进一步深入讨论。
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豆瓣发酵过程中水分的变化
结果显示，2 种发酵豆瓣中的水分都随着时间延长而逐渐降低，主要是由于随着发酵时间的延长，发酵基质中的水分不断向外界挥发所致，同时微生物利用发酵基质中的游离水进行生命活动也是导致豆瓣中水分不断下降的可能原因之一；比较2 种工艺的水分变化可知，自然与恒温发酵实验结束时水分质量分数分别为48.80%、60.21%，自然发酵水分更容易散失，产品含量更低；发酵过程中，恒温发酵的水分变化速率相对不变，而自然发酵则是先快后慢，发酵过程中，自然发酵前期温度较高，局部温度可达到50.0 ℃，而后期局部温度最低只有6.0 ℃，而且后期温度与水分的降低，抑制了微生物的生命活动，降低了水分的利用速率，因而造成了自然发酵水分变化的复杂性。
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豆瓣发酵过程中总酸随时间的变化
结果显示，在整个发酵过程中自然与恒温发酵总酸质量分数最高分别为1.15%、0.86%，均满足产品标准。2 种工艺条件下，发酵开始时总酸质量分数为0.64%，之后自然发酵的豆瓣酱醅总酸质量分数快速上升到第24天的1.02%，上升幅度为59.38%；恒温发酵的豆瓣酱醅总酸质量分数上升到第30天的0.83%，上升幅度为29.69%，2 种工艺上升幅度均较大，为总酸质量分数快速增长的阶段。
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豆瓣发酵过程中氨基酸态氮随时间的变化
结果显示，2 种发酵模式下，发酵开始时氨基酸态氮质量分数为0.14%，发酵结束时自然发酵氨基酸态氮质量分数为0.27%，上升幅度92.86%，恒温发酵为0.20%，上升幅度42.86%，自然发酵上升幅度约为恒温发酵的2 倍，增长速率更快，这与总酸情况类似，可能和自然发酵温度有关，并且水分差异也是影响上升幅度的因素之一。通过对比分析，氨基酸态氮在2 种发酵模式下的变化趋势并不相同，且微生物可能是促进氨基酸态氮生成的一个不可忽略的因素，而自然发酵温度 的时空多维分布则是造成微生物变化的重要因素。
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豆瓣发酵过程中还原糖随时间的变化
由图6可知，发酵开始时还原糖质量分数为2.16%，自然发酵条件下，到36 d还原糖质量分数上升至最大值3.42%，为初始含量的1.58 倍，随后开始下降，直至发酵结束还原糖质量分数下降到2.81%，为最大值的82.16%；恒温发酵条件下，到36 d还原糖质量分数上升至最大值2.36%，为初始值的1.09 倍，随后开始下降，直至发酵结束还原糖质量分数下降到2.12%，为最大值的89.83%。由以上数据可知发酵初期2 种模式下的还原糖质量分数都呈上升趋势
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豆瓣发酵过程中色价的变化
结果显示，2 种发酵模式下，豆瓣色价都随时间延长逐渐下降，这是因为辣椒红色素在存放过程中，极易受到温度、光照以及油脂中的水分和金属离子等的作用，从而发生复杂的化学反应被破坏，导致色价损失。2 种工艺相比，自然发酵下色价下降更快，实验结束时，自然与恒温发酵色价分别为0.784、1.025，两者差异较大，由前面分析可知，自然发酵模式下温度、水分变化量均较大，相比于恒温发酵半封闭式的发酵罐受到的光照也更强烈，从而导致色价损失较多。由于颜色的变化是能直接反映豆瓣品质的一项重要指标，色价越高，颜色越油润有光泽，产品质量越好，因此保护色价是郫县豆瓣的一个重要研究方向，通过对比2 种后熟发酵工艺可知，恒温发酵更有利于保持郫县豆瓣的色价。
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豆瓣发酵过程中游离氨基酸随时间的变化
结果显示，在2 种发酵工艺下，17 种氨基酸含量均在发酵结束时达到最大值，说明氨基酸的生成是一个累积增多的过程；自然发酵过程中氨基酸总量 呈先快速上升后趋于平缓趋势，恒温发酵过程中氨基酸总量呈不断缓慢上升趋势，到发酵结束时自然发酵下每种氨基酸含量的最大值均高于恒温发酵，其中最高含量的谷氨酸在自然与恒温发酵中分别为3.304、2.539 mg/g，最低含量的胱氨酸分别为0.014、0.006 mg/g。在2 种工艺发酵过程中，4 类氨基酸之间的比例都基本保持不变，并且都是苦味氨基酸所占比例最高，依次降低分别为鲜味、甜味和无味，同时自然与恒温发酵工艺间4 类氨基酸所占比例也基本相同，并没有被温度等其他因素影响而产生差异，推测这是由于蚕豆蛋白中各种氨基酸含量决定的。
结 论
本研究设计了一套郫县豆瓣半封闭发酵系统，并利用该系统进行为期90 d的郫县豆瓣后熟恒温发酵实验，由实验结果可知半封闭式系统的温度保持40 ℃不变，发酵系统在发酵过程中性能稳定，能够满足郫县豆瓣罐式发酵的初步实验。
发酵实验结束时自然与恒温发酵总酸质量分数分别为1.13%与0.78%，氨基酸态氮质量分数分别为0.27%与0.20%，还原糖质量分数分别为2.81%与2.12%，游离氨基酸含量分别为19.68 mg/g与16.11 mg/g，水分质量分数分别为48.80%与60.21%，色价分别为0.784与1.025。结果表明，自然发酵模式下的总酸、氨基态氮、还原糖和游离氨基酸的最终含量均比恒温发酵高，水分质量分数和色价均比恒温发酵低，自然发酵下各种物理和生化反应进行的更加剧烈，而温度的时空多维分布和水分质量分数的变化则有可能是造成其差异的主要原因。
通过对比分析可知，自然发酵和恒温发酵都可以正常发酵，发酵产品也都符合国家相关产品质量标准，2 种工艺也各有优势，然而自然发酵的指标多数优于恒温发酵，究其原因为自然发酵虽然发酵手段原始，但这种落后的发酵工艺也为发酵过程提供了温度、水分、溶氧等复杂多样的工艺条件，进而为产品质量的提高提供了更大的可能性，因此，在本实验基础上分析自然发酵的影响因素，对进一步改进恒温发酵工艺具有非常重要的意义，这也是今后即将进行的一个重要工作。
