我國醬油釀造工藝中的現(xiàn)代化技術(shù)研究進展

劉莉，孫勇,2*，王文平*

(1.北京食品科學(xué)研究院，北京 100068；2.中國肉類食品綜合研究中心，北京 100068)

我國醬油釀造工藝中的現(xiàn)代化技術(shù)研究進展

劉莉1，孫勇1,2*，王文平1*

(1.北京食品科學(xué)研究院，北京 100068；2.中國肉類食品綜合研究中心，北京 100068)

醬油在我國飲食文化中具有重要位置，其營養(yǎng)豐富、滋味獨特。我國醬油的釀造工藝在傳統(tǒng)釀造的基礎(chǔ)上，越來越多地利用了現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)。文章從紫外誘變、離子注入、原生質(zhì)體融合等醬油發(fā)酵微生物育種方法和微生物調(diào)控技術(shù)、優(yōu)勢菌干擾技術(shù)、膜分離技術(shù)等現(xiàn)代化發(fā)酵過程進行綜述，旨在為我國醬油現(xiàn)代技術(shù)的推廣及應(yīng)用提供參考。

醬油；釀造工藝；微生物育種；現(xiàn)代化技術(shù)

我國是醬油的發(fā)源地，醬油最初是由豆醬演變而成。在宋朝開始使用“醬油”這個名稱，隨后傳到相鄰各國[1]。而如今，醬油成為了人們?nèi)粘ｏ嬍持胁豢扇鄙俚恼{(diào)味品，在中國的飲食文化中具有舉足輕重的地位，擁有著巨大的消費市場。醬油主要是以大豆(脫脂大豆)、小麥(麩皮)為原材料，利用多微生物體系進行發(fā)酵，形成營養(yǎng)豐富、色香味獨特的液體調(diào)味品。在醬油的釀造過程中，既需要繼承傳統(tǒng)醬油釀造過程中的優(yōu)良傳統(tǒng)，又需要利用現(xiàn)代化技術(shù)對各工藝過程進行優(yōu)化。本文綜述了我國醬油釀造工藝中的現(xiàn)代化技術(shù)的研究進展，旨在為我國傳統(tǒng)調(diào)味品醬油的技術(shù)發(fā)展提供借鑒。

1 醬油發(fā)酵微生物育種的現(xiàn)代化技術(shù)

優(yōu)質(zhì)原材料是釀造高質(zhì)量醬油的保障，菌種則是發(fā)酵的基礎(chǔ)。菌種選育是傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)代化的核心技術(shù)之一。在醬油發(fā)酵微生物育種中，目前采用較多的是誘變育種和雜交育種。誘變育種中采用較多的是紫外誘變、電離輻射、離子注入技術(shù)等，而雜交育種采用較多的是原生質(zhì)體融合技術(shù)。

1.1 紫外誘變育種技術(shù)

紫外誘變是最有效、最常用的物理誘變方法，它的誘變頻率高且不易發(fā)生回復(fù)突變[2]，在醬油的發(fā)酵微生物育種中，采用紫外誘變的研究較多。周其洋[3]采用紫外誘變育種技術(shù)，選用米曲霉1-7.3作為出發(fā)菌株，經(jīng)過初篩、制曲復(fù)篩，獲得綜合酶系優(yōu)良的目標(biāo)菌株，結(jié)果表明：此菌株酸性蛋白酶活力、中性蛋白酶活力比出發(fā)菌株分別提高了230.10%和17.50%，而糖化酶活力與出發(fā)菌株相比有所下降，但仍比傳統(tǒng)生產(chǎn)菌株3.042高出了15.10%。劉達玉等[4]以從醬油廠曲池中分離純化的A3，A6，A18，A23，A27米曲霉菌株為出發(fā)菌株，經(jīng)紫外誘變后，通過初篩、復(fù)篩和遺傳穩(wěn)定性實驗，篩選獲得1株蛋白酶和糖化酶活力高且遺傳穩(wěn)定的變異菌株A3U-12，該菌株的蛋白酶活力為1245.17 U/g及糖化酶活力為831.28 U/g，分別是同培養(yǎng)條件下的滬釀3.042酶活力的1.21倍和1.52倍。程世杰等[5]以廣東地區(qū)高鹽稀態(tài)醬油成曲中優(yōu)良的米曲霉菌株為出發(fā)菌，經(jīng)紫外誘變選育得到了1 株擁有良好遺傳穩(wěn)定性的米曲霉突變菌株，成曲中性蛋白酶、堿性蛋白酶、酸性蛋白酶、纖維素酶酶活力分別為209，159，101，5.3 U/g干基，其中中性蛋白酶活力比出發(fā)菌株提高了108%。舒冬梅等[6]研究采用實驗室保藏菌種蛋白酶活力較高的米曲霉菌株WT415為出發(fā)菌株，對米曲霉WT415采用紫外誘變，結(jié)果表明：40 W紫外燈，35 cm照射，90～110 s時致死率為72.89%～81.32%，此時間為最佳照射時間；經(jīng)紫外照射誘變后，米曲霉XWT4的蛋白酶活提高：酸性蛋白酶活提高14.87%，中性蛋白酶活提高48.85%，堿性蛋白酶活提高21.47%。并且經(jīng)過10代傳代培養(yǎng)，米曲霉XWT4具有穩(wěn)定的遺傳性狀。

1.2 離子注入法誘變育種技術(shù)

離子注入法是20世紀80年代初興起的一項新技術(shù)，最初應(yīng)用于金屬材料的改性，后來逐漸引入到農(nóng)作物育種過程，近年來逐步運用到微生物育種[7]。綦偉[8]采用離子注入法，對米曲霉進行誘變處理，結(jié)果表明：選育菌株較出發(fā)菌株具有更高的糖化酶、蛋白酶以及纖維素酶活力，且選育菌株發(fā)酵性能明顯提高。司曉光[9]以米曲霉3.042 (CGMCC 3.00951)為出發(fā)菌株，采用常壓室溫等離子體誘變系統(tǒng)進行誘變，得到酸性蛋白酶活力較高的突變株B-2 (CGMCC 8199)。杜冰冰[10]采用離子注入誘變育種技術(shù)對米曲霉滬釀3.042進行誘變，以蛋白酶、纖維素酶活力為衡量指標(biāo)，對N+注入后的誘變菌株進行篩選，獲得菌株A100-4，結(jié)果表明：篩選菌株蛋白酶、纖維素酶酶活力較出發(fā)菌株3.042分別提高了30%和40%。

1.3 原生質(zhì)體融合育種技術(shù)

原生質(zhì)體融合技術(shù)在微生物育種中應(yīng)用較廣泛，通過自然或人工的方法，使兩個或者多個不同的細胞融合成一個細胞的過程，一般也稱為體細胞雜交。此方法具有雜交頻率高、受結(jié)合型的限制較小、重組體種類較多、遺傳物質(zhì)的傳遞更為完整、重組體性狀更優(yōu)良、育種效率更高等特點[11]，在發(fā)酵醬油的微生物育種中的應(yīng)用研究較多。 徐德峰[12]研究以A.nigerCICC2377，A.oryzaeHN3042作為出發(fā)菌株，酶解制備原生質(zhì)體，采用基因組重組技術(shù)選育目標(biāo)融合子，并考察其在高鹽稀態(tài)醬油發(fā)酵中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明：部分融合株蛋白酶活力較A.oryzaeHN3042提高了82.19%，且傳代穩(wěn)定，酶系均衡；用于醬油發(fā)酵時，發(fā)酵液的風(fēng)味較A.oryzaeHN3042有所改善。唐潔[13]在實驗過程中，選用了米曲霉菌株AS3.951和米曲霉菌株CICC2339作為原始親本菌株，米曲霉菌株AS3.951生長速度快但蛋白酶活力低，而米曲霉菌株CICC2339生長速度慢但蛋白酶活力高。采用纖維素酶、溶壁酶、蝸牛酶以質(zhì)量比7∶3∶1配成復(fù)合酶對其細胞壁進行酶解制備原生質(zhì)體，選用紫外、微波、超聲波3 種不同的滅活方法進行雙親滅活，并通過所得融合子的性狀選出最適合米曲霉的滅活方法。武金霞等[14]以生長速度快的米曲霉HL和中性蛋白酶活力高的米曲霉L5為親本，進行原生質(zhì)體融合，篩選得到1株融合株R6，融合株比親本株生長速度更快，孢子成熟時間快3 h，中性蛋白酶活力分別比這2株親本菌株提高了25.6%和19.9%，醬醅氨基氮值也比親本菌株提高了8.0%和5.6%。

2 醬油發(fā)酵過程的現(xiàn)代化技術(shù)

2.1 微生物調(diào)控技術(shù)

微生物的發(fā)酵過程是醬油產(chǎn)品釀造的重要環(huán)節(jié)。醬油的獨特風(fēng)味是微生物在發(fā)酵過程中的綜合作用所形成的，米曲霉和醬油曲霉影響原料發(fā)酵成熟的快慢、成品顏色的濃度和味道的鮮美程度，而酵母菌和乳酸菌則影響著醬油的香味[15]。因此，發(fā)酵過程的微生物控制與醬油的質(zhì)量、風(fēng)味、香氣等有著非常密切的聯(lián)系。李繼勝[16]研究在發(fā)酵過程中分別添加0.4%的乳酸鏈球菌、0.7%的醋酸鈉+0.4%的乳酸鏈球菌、0.4%的醋酸+0.4%的乳酸鏈球菌，結(jié)果表明：3種添加方式的氨基態(tài)氮生成量較對照都有所提高，分別提高了24.4%，24.7%，27%。許旖旎[17]研究采用吸附加包埋技術(shù)，將乳酸菌、酵母菌、紅曲霉共同固定，建立混合細胞發(fā)酵固定化體系，利用固定體系中來自于乳酸菌產(chǎn)的酸、酵母菌產(chǎn)的醇以及紅曲霉素產(chǎn)生的色素和酯化酶的綜合作用，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)酵成品中會產(chǎn)生明顯的醬香物質(zhì)，而且醬油的成色也有提高。

2.2 優(yōu)勢菌干擾技術(shù)

在醬油發(fā)酵過程中，微生物對某些含氮物質(zhì)的代謝，容易產(chǎn)生氨基甲酸乙酯(前體物質(zhì))和生物胺這兩類胺(氨)類有害物質(zhì)，導(dǎo)致醬油潛在的不安全性，危害人體健康。乳酸足球菌是造成醬油中氨基甲酸乙酯主要前體物質(zhì)——瓜氨酸積累的主要微生物[18]。楊怡敏[19]以分離自醬油成曲的乳酸足球菌(Pediococcusacidilactici) BBE 1120為研究對象，在(P.acidilactici) BBE 1120培養(yǎng)體系中添加1株可高效轉(zhuǎn)化精氨酸生成鳥氨酸的菌株嗜鹽四聯(lián)球菌(Tetragenococcushalophilus) R23，使得培養(yǎng)基中瓜氨酸的生成量顯著降低，精氨酸到瓜氨酸的轉(zhuǎn)化率也有了明顯下降，(P.acidilactici) BBE 1120不產(chǎn)測定的8種生物胺且(P.acidilactici) BBE 1120能夠在高鹽條件下降解尸胺等8種生物胺。楊希飛[20]研究了嗜鹽四聯(lián)球菌用于改善醬油風(fēng)味和安全性，實驗考察了1株分離自醬醪利用精氨酸且不積累瓜氨酸的嗜鹽四聯(lián)球菌(Tetragenococcushalophilus)R23對降低日式醬油中的氨基甲酸乙酯及其前體和改善醬油風(fēng)味方面的影響，并進行了中試和生產(chǎn)規(guī)模的實驗，實驗結(jié)果良好。

2.3 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是近年來發(fā)展較為迅速的新型分離技術(shù)。其分離過程多在常溫下進行，因而能較好地保持分離物質(zhì)的品質(zhì)，且操作相對簡單，比較容易控制且成本較低[21]。因此，膜分離技術(shù)也越來越多地被應(yīng)用到食品工業(yè)中。在調(diào)味品工業(yè)中，通過膜分離技術(shù)不僅能有效隔絕有害物質(zhì)，還能將功能性物質(zhì)保留下來，因而，越來越多的學(xué)者開始對此技術(shù)進行深入研究。孫曄等[22]針對高鹽稀態(tài)釀造醬油這一復(fù)雜物料體系， 選擇了M3型號卷式有機微濾膜，在全循環(huán)模式下研究了操作條件對膜分離特性的影響，結(jié)果表明：在溫度50 ℃，跨膜壓差1.2 bar， 膜面流速0.3 m/s 的最優(yōu)條件下，膜的穩(wěn)態(tài)通量達27 L/(h·m2)， 醬油濾液基本完全保留了其營養(yǎng)和風(fēng)味組分， 常溫儲存3 個月產(chǎn)品濁度保持在2 NTU以下。尹谷余等[23]研究結(jié)果表明經(jīng)過無機陶瓷膜超濾的醬油，其全氮、氨基酸態(tài)氮、無鹽固形物、還原性糖、色素等的保持率在98%以上，體態(tài)清澈，透光率因色素不同最高能達到70%左右，其菌落總數(shù)小于100 個/mL。

3 結(jié)語

醬油在中國飲食文化中有著悠久的歷史，傳統(tǒng)的釀造環(huán)境有無法模擬、不可替代、獨特的特點，使微生物在此生產(chǎn)環(huán)境中被自然選擇同時也成就了醬油的多種風(fēng)味的形成。但傳統(tǒng)的醬油發(fā)酵過程也存在諸多問題，如發(fā)酵時間較常，發(fā)酵期間人力、物力消耗嚴重，而且對外界的溫度、濕度、空氣中的微生物數(shù)量等有較嚴格的要求，稍微的環(huán)境改變就會對發(fā)酵成品的品質(zhì)造成不可逆轉(zhuǎn)的影響[24]。因此，需要對傳統(tǒng)的釀造技術(shù)加入現(xiàn)代化的科技力量，使其發(fā)酵過程更容易控制，發(fā)酵成品的營養(yǎng)價值更高。隨著釀造技術(shù)的現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用越來越多，我們進一步發(fā)揚光大傳統(tǒng)釀造的優(yōu)勢，同時也利用現(xiàn)代化新技術(shù)規(guī)避發(fā)酵過程中所出現(xiàn)的不足。所以，我國釀造醬油傳統(tǒng)工藝的現(xiàn)代化需要更多的科研工作者去探索和深化。

[1]趙榮光.中國醬油的發(fā)明、工藝演進及其文化歷史流變[J].飲食文化研究,2005(1):15-25.

[2]王福源.現(xiàn)代食品發(fā)酵技術(shù)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2004.

[3]周其洋.醬油生產(chǎn)菌菌種改良及其工藝的研究[D].無錫:江南大學(xué),2009:17-20.

[4]劉達玉,段獻銀,黃丹,等.高鹽稀態(tài)醬油專用米曲霉的紫外誘變選育[J].西南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,35(2):155-159.

[5]程世杰,劉長海,陳穗,等.廣式高鹽稀態(tài)醬油優(yōu)良米曲霉菌株誘變選育[J].中國調(diào)味品,2014,39(10):50-54.

[6]舒冬梅,王德良,宋緒磊,等.紫外誘變篩選高蛋白酶活米曲霉的研究[J].中國調(diào)味品,2016,41(3):81-84.

[7]施巧琴,吳松剛.工業(yè)微生物育種學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

[8]綦偉.離子誘變米曲霉制曲及發(fā)酵工藝的試驗研究[D].天津:天津科技大學(xué),2009.

[9]司曉光.高產(chǎn)酸性蛋白酶的醬油發(fā)酵米曲霉的選育[D].天津:天津科技大學(xué),2014.

[10]杜冰冰.采用離子注入法誘變醬油釀造用米曲霉的研究[D].天津:天津科技大學(xué),2005.

[11]Machida M,Asai K,Sano M,et al.Genome sequencing and analysis ofAspergillusoryzae[J].Nature,2005,438(7071):1157-1161.

[12]徐德峰.高活力酸性蛋白酶曲霉融合子的選育及其在醬油發(fā)酵中的初步應(yīng)用[D].廣州:華南理工大學(xué),2010.

[13]唐潔.利用原生質(zhì)體融合技術(shù)進行米曲霉新菌株的選育[D].成都:西華大學(xué),2007.

[14]武金霞,趙睿,張賀迎.米曲霉種內(nèi)原生質(zhì)體融合選育優(yōu)良菌株[J].中國釀造,2012,31(2):132-136.

[15]肖永瀾.醬油釀造中的微生物[J].中國調(diào)味品,1976(1):49-54.

[16]李繼勝.乳酸鏈球菌及防腐劑對醬油發(fā)酵過程中微生物的控制[D].保定:河北大學(xué),2010.

[17]許旖旎.共固定化混菌發(fā)酵醬油增香技術(shù)研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[18]周景文，堵國成，陳堅.發(fā)酵食品有害氨(胺)類代謝物:形成機制和消除策略[J].中國食品學(xué)報,2011,11(9):18-25.

[19]楊怡敏.乳酸足球菌BBE 1120對醬油中氨類有害物質(zhì)的代謝研究[D].無錫:江南大學(xué),2015.

[20]楊希飛.嗜鹽四聯(lián)球菌用于改善醬油風(fēng)味和安全性的研究[D].無錫:江南大學(xué),2016.

[21]趙黎明.膜分離技術(shù)在食品發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用[M].北京:中國紡織出版社,2011.

[22]孫曄,侯慶云,林華,等.醬油膜澄清過濾工藝及膜污染機理研究[C].北京:中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會第十三屆年會,2016.

[23]尹谷余，劉偉榮.無機陶瓷膜在醬油除雜澄清中的應(yīng)用[J].中國調(diào)味品,2010,35(2):24-26.

[24]李幼筠，周邐.科學(xué)利用微生物推動中國醬油工藝大變革[J].中國釀造,2011(1):1-5.

Research Progress of Modern Technology of Soy Sauce Brewing in China

LIU Li1, SUN Yong1,2*, WANG Wen-ping1*

(1.Beijing Academy of Food Sciences, Beijing 100068, China；2.China MeatResearch Center, Beijing 100068, China)

Soy sauce has important position in Chinese dietary culture. It is rich in nutrition with unique taste. The modern science and technology is increasingly used in Chinese soy sauce brewing process on the basis of traditional brewing process. The fermentation microorganisms breeding methods of soy sauce, such as ultraviolet mutagenesis, ion implantation, protoplast fusion and modern fermentation process, such as microbial control technology, dominant fungi interference technology, membrane separation technology, are reviewed in this paper. It is aimed to offer reference to the modern technology promotion and application for soy sauce in China.

soy sauce;brewing technology;microorganism breeding;modern technology

2017-02-18 *通訊作者

“十三五”國家重點研發(fā)計劃重點專項(2016YFD0400505)

劉莉(1982-)，女，河南周口人，工程師，碩士，研究方向：食品營養(yǎng)與生物技術(shù)； 孫勇(1977-)，男，云南曲靖人，副研究員，博士后，研究方向：食品營養(yǎng)化學(xué)； 王文平(1966-)，女，四川宜賓人，教授，博士，研究方向:食品生物技術(shù)。

TS264.21

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.08.038

1000-9973(2017)08-0172-03