甜瓣子發(fā)酵品質(zhì)的研究現(xiàn)狀

徐培，范文教，孫俊秀，蔡雪梅，李艷梅

(1.固態(tài)發(fā)酵資源利用四川省重點實驗室，四川 宜賓 644007；2.四川旅游學院，成都 610100)

1 郫縣豆瓣的主要發(fā)酵階段

郫縣豆瓣是川菜中最常見的一種調(diào)味料，被譽為“川菜之魂”。郫縣豆瓣的主要原料是蠶豆和辣椒，蠶豆不僅富含淀粉，還含有大量蛋白質(zhì)及多種微量元素。郫縣豆瓣由前期發(fā)酵獲得的甜瓣子、辣椒醅按3∶7的比例混合發(fā)酵制成，故其發(fā)酵過程主要分為前發(fā)酵和后發(fā)酵兩個階段。

后發(fā)酵階段是郫縣豆瓣風味積累的主要階段，當前研究主要集中在混合發(fā)酵的特征風味物質(zhì)、發(fā)酵微生物、工藝及模式優(yōu)化以及風險控制等方面，但對郫縣豆瓣前發(fā)酵階段的研究相對較少。有多位研究者認為，甜瓣子發(fā)酵階段能產(chǎn)生大量發(fā)酵底物，郫縣豆瓣發(fā)酵過程中大部分氨基酸及葡萄糖等發(fā)酵底物來自蠶豆醅，是控制發(fā)酵周期的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是郫縣豆瓣發(fā)酵的關(guān)鍵階段，本文分析近幾年的研究內(nèi)容，綜述了豆瓣甜瓣子發(fā)酵階段的研究現(xiàn)狀。

2 甜瓣子發(fā)酵階段

前發(fā)酵階段主要分為甜瓣子的發(fā)酵(包括蠶豆制曲階段)及辣椒醅的預處理兩個步驟。

2.1 蠶豆制曲階段

制曲主要指軟化脫殼后的蠶豆與小麥粉及種曲進行混合發(fā)酵的過程。蠶豆的預處理方法有傳統(tǒng)的長時浸泡后常壓蒸煮以及改良的短時高溫潤水后高壓蒸煮。此外，還能擠壓熟化蠶豆，可大幅提升蛋白酶的活性及淀粉的降解率。

制曲階段微生物能分泌多種酶類，將蠶豆中的淀粉和蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)分解為糖類、氨基酸和有機酸，并產(chǎn)生多種可揮發(fā)性風味物質(zhì)。目前，制曲的研究主要集中在曲種的選擇及工藝的改良上。研究者們針對單一菌種及多菌種混合制曲等進行了研究，發(fā)現(xiàn)酵母菌、乳酸菌、霉菌等多種發(fā)酵微生物均有利于發(fā)酵過程的進行。混合制曲能增強酶活性，提升氨基酸態(tài)氮及還原糖含量，有效縮短發(fā)酵時間，還能有效提升產(chǎn)品發(fā)酵品質(zhì)并減少生產(chǎn)成本。但是，針對不同發(fā)酵風味目標及條件，制曲的最佳菌種及配比的研究尚不深入，這可作為今后郫縣豆瓣發(fā)酵的一個重要研究方向。

2.2 甜瓣子熟化階段

制曲后的蠶豆瓣與一定比例的鹽水混合發(fā)酵，其中的淀粉被微生物糖化，使得豆瓣的甜味和黏稠度增加，故發(fā)酵成熟的蠶豆瓣也稱為甜瓣子。甜瓣子發(fā)酵的最新研究主要為發(fā)酵工藝及模式、成熟度判斷、發(fā)酵微生物、含鹽量影響等。傳統(tǒng)發(fā)酵程度主要依靠經(jīng)驗進行判斷，工業(yè)生產(chǎn)則主要通過氨基酸態(tài)氮、總酸等理化指標進行判斷，但不同發(fā)酵條件會引導發(fā)酵過程發(fā)生變化，故對不同工藝條件的甜瓣子發(fā)酵程度的判定應建立相關(guān)數(shù)據(jù)模型來進行輔助識別。

3 甜瓣子發(fā)酵理化指標

現(xiàn)行的郫縣豆瓣質(zhì)量標準GB/T 20560—2006中僅有對郫縣豆瓣產(chǎn)品的水分、氨基酸態(tài)氮、總酸等理化指標的規(guī)定，并無針對甜瓣子的相關(guān)標準。徐偉偉等指出，甜豆瓣發(fā)酵成熟的關(guān)鍵指標是氨基酸態(tài)氮、總酸及發(fā)酵液的pH值。

3.1 鹽度

鹽度與氨基酸態(tài)氮、總酸和酶活性等發(fā)酵指標呈負相關(guān)。Yang等也發(fā)現(xiàn)，低鹽度有利于氨基酸態(tài)氮、氨基酸及可揮發(fā)性風味物質(zhì)形成，但卻容易致使總酸、生物胺濃度及條件致病菌數(shù)量升高，產(chǎn)生不良風味物質(zhì)，降低豆瓣發(fā)酵品質(zhì)。

但是，不同研究中的甜瓣子發(fā)酵鹽度及成熟時間存在較大差異，如Yang等提到制曲后的甜瓣子需在高鹽環(huán)境(NaCl>13%)室溫下發(fā)酵8個月以上；Zhang等提出米曲霉制曲后的瓣子需與10%～12%的鹽水混合發(fā)酵2～3個月，這與傳統(tǒng)蠶豆發(fā)酵需2～3個月的經(jīng)驗一致，也與Li等提出甜瓣子需在10%～12%鹽分中厭氧發(fā)酵2個月的內(nèi)容相似。而張小鳳等及李峰等均認為12%的鹽度發(fā)酵的甜瓣子感官品質(zhì)最佳，但成熟時間卻分別為3～6個月及25 d，這與李雄波等經(jīng)過57 d發(fā)酵后的發(fā)現(xiàn)一致，鹽度過高或過低均會導致感官品質(zhì)下降。也有研究設定甜瓣子發(fā)酵初期的鹽濃度約為16%或者18%～20%。發(fā)酵鹽度的區(qū)別可能與不同的發(fā)酵工藝條件以及接種的發(fā)酵菌種不同等因素有關(guān)。

3.2 氨基酸態(tài)氮

甜瓣子發(fā)酵階段，主要為蛋白質(zhì)代謝階段，多肽降解及氨基酸積累主要出現(xiàn)在甜瓣子發(fā)酵階段的后期。氨基酸態(tài)氮或自由氨基酸是豆類發(fā)酵品的重要品質(zhì)指標之一。甜瓣子中的主要含氮化合物為丙氨酸、谷氨酸、高絲氨酸、甘氨酸、焦谷氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸、賴氨酸和苯丙氨酸，有些氨基酸可轉(zhuǎn)化成風味化合物。豆瓣中各類香氣成分都與氨基酸的代謝密切相關(guān)，故添加外源氨基酸可使風味加強或更加豐富。

氨基酸態(tài)氮的含量可以作為郫縣豆瓣發(fā)酵成熟的指標，Li等發(fā)現(xiàn)甜瓣子中大部分氨基酸的濃度在第7～42天保持不變，從第42天迅速上升，在第49天再次下降，這與Zhang等以及鮑奕達等提出的甜瓣子需在45 ℃恒溫發(fā)酵2個月的時間相近。林洪斌等用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)研究甜瓣子發(fā)酵階段蛋白質(zhì)的組成及降解規(guī)律，指出甜瓣子發(fā)酵需要90 d以上才能達到成熟，擁有醇厚酯香。

對于甜瓣子發(fā)酵成熟度的判斷標準尚不統(tǒng)一，且氨基酸及生物胺都能提升氨基酸態(tài)氮的濃度?？梢?，僅憑氨基酸態(tài)氮的含量來判斷甜瓣子發(fā)酵的程度不夠準確。

3.3 pH值及總酸

Li等研究發(fā)現(xiàn)，pH值和色澤可作為甜瓣子的質(zhì)量控制指標，根據(jù)其變化情況可將發(fā)酵過程分為3個階段：0～14 d，pH值從第0天的6.5左右迅速下降到第14天的4.5左右，顏色及pH值變化明顯；14～42 d，顏色仍然變化，但pH值相對穩(wěn)定；42 d后，顏色及pH值均相對穩(wěn)定，時間規(guī)律與前人發(fā)現(xiàn)的氨基酸態(tài)氮變化趨勢相似。張小鳳等發(fā)現(xiàn)，甜瓣子的總酸含量在40 d左右快速增加，隨后增速逐漸放緩，與pH值的變化規(guī)律呈明顯負相關(guān)。

4 主要發(fā)酵微生物

功能性微生物能通過降解原料中的大分子物質(zhì)來促進醅的成熟并提供獨特的風味，豆瓣醬風味受到發(fā)酵體系中微生物體系的極大影響。對發(fā)酵品質(zhì)影響較大的微生物主要是霉菌、乳酸菌、酵母菌等，如鏈霉菌和乳酸桿菌與總酸、氨基酸態(tài)氮、谷氨酸濃度及酶活性具有極強的正相關(guān)。為了測出各發(fā)酵階段的所有微生物，可使用高通量測序技術(shù)。但功能微生物與風味物質(zhì)之間的關(guān)系仍有待進一步的研究。

4.1 霉菌

傳統(tǒng)甜瓣子發(fā)酵由米曲霉主導，有研究者對比了幾種不同米曲霉與傳統(tǒng)曲種滬釀3.042的發(fā)酵性能，找到了更優(yōu)發(fā)酵菌種，以期改善專用生產(chǎn)菌株缺乏的局面。米曲霉的蛋白酶種類及活性可直接決定氨基酸態(tài)氮的含量，影響豆瓣醬的品質(zhì)。篩選蛋白酶高產(chǎn)的霉菌菌株，提高氨基酸態(tài)氮和揮發(fā)性風味物質(zhì)是很多研究者正在進行的研究。李雄波等研究發(fā)現(xiàn)甜瓣子中霉菌總數(shù)隨著發(fā)酵的進行不斷下降,且鹽度越低,霉菌總數(shù)下降速度越快。鄧維琴等認為未來可將高產(chǎn)蛋白酶的霉菌和其他產(chǎn)香的酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌等復合使用，開發(fā)針對不同風味的復合發(fā)酵菌劑，進一步提高豆瓣品質(zhì)。

4.2 乳酸菌

乳酸菌的數(shù)量在甜瓣子發(fā)酵不同階段均呈下降趨勢，在辣椒醅階段呈先增加后減少的趨勢，其在整個豆瓣發(fā)酵過程中均占很大比例，其與甜瓣子發(fā)酵中還原糖以及有機酸的量緊密相關(guān)。可通過篩選生長速度快、產(chǎn)酸能力強的高效乳酸菌來提高有機酸含量，強化發(fā)酵風味，同時縮短發(fā)酵周期。乳酸菌能合成乳酸及乙酸，降低醅的pH值，它與酵母菌的混合發(fā)酵已經(jīng)應用于多種食品，其在韓國及日本的傳統(tǒng)發(fā)酵豆制品中也是優(yōu)勢菌群。植物乳桿菌是植物類發(fā)酵食品在制曲階段的優(yōu)勢菌群，能分解糖類并合成氨基酸、核苷酸和脂肪酸等物質(zhì)。

目前，尚無專用乳酸菌或菌劑來強化甜瓣子發(fā)酵。李雄波等研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌只在低鹽甜瓣子(6%和9%)的發(fā)酵初期被檢出。乳酸菌易受到鹽度的影響，對專用菌種的篩選和培養(yǎng)需綜合考慮發(fā)酵環(huán)境。

4.3 酵母菌

酵母菌是傳統(tǒng)發(fā)酵調(diào)味品中重要的功能菌，可產(chǎn)生醇類、酯類、酚類、醛類及呋喃類等多種揮發(fā)性風味成分，發(fā)酵體系中酵母菌數(shù)量呈先增加后減少的趨勢。胡廷等發(fā)現(xiàn)一種強化發(fā)酵的酵母菌，可使甜瓣子發(fā)酵產(chǎn)生更加豐富的風味。范智義等對郫縣豆瓣中的生香酵母進行了篩選，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)香魯氏接合酵母BP02與傳統(tǒng)郫縣豆瓣醬醅發(fā)酵條件一致，可作為改善郫縣豆瓣風味和品質(zhì)的一種強增香菌種。有研究者將篩選出的一種產(chǎn)香酵母菌株用于純種發(fā)酵豆豉，發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性成分雖較少，但能產(chǎn)生高產(chǎn)酯類物質(zhì)，賦予豆豉更濃郁的醬香和愉悅的風味，提升品質(zhì)。

4.4 微生物作用

風味物質(zhì)的形成與微生物的代謝活動緊密相關(guān)，微生物產(chǎn)生的酶類可分解大分子物質(zhì)，產(chǎn)生具有一定風味的小分子物質(zhì)。如：米曲霉可分解碳水化合物及脂肪，產(chǎn)生有機酸和脂肪酸；酵母和細菌可分解碳源物質(zhì)(還原糖)，產(chǎn)生醇類和有機酸，并合成酯類。微生物菌群與發(fā)酵情況的關(guān)聯(lián)見表1。

表1 微生物菌群與發(fā)酵情況的關(guān)聯(lián)

續(xù) 表

此外，，，，，，，屬等細菌以及，屬等酵母菌菌群與風味物質(zhì)高度相關(guān)，且與pH值呈正相關(guān)，與還原糖、氨基酸態(tài)氮、可溶性氮含量呈負相關(guān)，與鹽分含量相關(guān)性不大。

目前，對甜瓣子發(fā)酵階段微生物的組成與對應風味物質(zhì)產(chǎn)生的規(guī)律以及發(fā)酵體系的理化指標與微生物群落的關(guān)聯(lián)性等方面的認識尚不深入，這可能是未來研究的一個重要方向。

5 可揮發(fā)性風味成分

對豆瓣風味的研究多集中在不同階段的風味成分上，酯類化合物是豆瓣的主要香氣成分，但多數(shù)不易揮發(fā)，需加熱來輔助香味的產(chǎn)生，故在烹制時豆瓣需先進行炒制。甜瓣子的發(fā)酵產(chǎn)物主要是醇類、醛類、酮類及甲基類物質(zhì)，其與醇香、酸香、果香和醬香關(guān)聯(lián)性較強。張玉玉等發(fā)現(xiàn)，成熟甜瓣子中相對含量最高的是醇類44.61%、酯類41.50%、醛類 4.39%，占 90.50%，這與彭杰等的發(fā)現(xiàn)略有不同，可能是不同發(fā)酵條件引起了微生物菌群的變化。還有研究者認為少數(shù)低級脂肪酸、醇類和酚類以及醛類、酮類等對豆瓣呈香具有主要貢獻。醇類、醛類、酮類及酯類等能夠為郫縣豆瓣提供多種令人愉悅的香氣，酯類還能掩蓋游離脂肪酸的不良氣味。酸類、烷烴類物質(zhì)對豆瓣風味的貢獻不大，烯烴類主要體現(xiàn)在辣椒風味中，具有一定貢獻。

Lu等發(fā)現(xiàn)，接種曲霉發(fā)酵4個月的成熟甜瓣子中含有18種主要成分：3-甲基丁醛、己酸乙酯、異戊酸乙酯、3-甲硫基丙醛、苯乙醛、2-甲基丁醛、異丁酸乙酯、2-甲基-1-丁醇、壬醛、芳樟醇、愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚、1-辛烯-3-醇、3-甲基-1-丁醇、癸酸乙酯、苯乙醇、苯甲酸乙酯、苯乙酸乙酯，只比郫縣豆瓣成品少了4-乙基苯酚、4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮(HDMF)、4-羥基-2(5)-乙基-5(2)-甲基-3(2H)-呋喃酮(HEMF)和(E)-2-壬烯醛4種成分。

Lin等通過檢測發(fā)現(xiàn)，郫縣豆瓣的關(guān)鍵風味物質(zhì)(OAV>1)按數(shù)值大小排序為：3-甲基丁醛、苯乙醛、3-甲硫基丙醛、乙?；量?、2-甲基丁醛、4-乙基愈創(chuàng)木酚、3-甲基-1-丁醇、2-乙基苯酚、苯乙醇、甲基丁酸乙酯、糠醛、四甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪。其中，3-甲基丁醛和苯乙醛的香味最明顯，分別具有麥芽以及蜂蜜的香氣，這兩個成分主要形成于豆類發(fā)酵階段的自由氨基酸。苯乙醇、1-辛烯-3醇、苯乙醛、異丁醛、蘋果酸與糠醛等風味物質(zhì)也主要來源于甜瓣子，甜瓣子發(fā)酵階段的主要成分可能是豆瓣最終香氣的主要貢獻者。不同廠家、工藝條件或發(fā)酵菌種所產(chǎn)生的郫縣豆瓣風味差異明顯，這些區(qū)別也與Yang等的發(fā)現(xiàn)一致。

6 風味檢測方法

作為調(diào)味品，郫縣豆瓣的風味是重要的品質(zhì)特征，研究者通過各種方法來測定不同階段的呈香物質(zhì)。楊國華等綜述了常見的檢測豆瓣風味的方法，包括氣相色譜法(GC)、液相色譜法(LC)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)/液質(zhì)聯(lián)用(LC-MS)、氣相色譜-吸嗅法(GC-O)、電子鼻檢測(O)等技術(shù)。近年來，還有一些新的檢測方法已經(jīng)應用于食品領域，后續(xù)也可作為檢驗豆瓣風味的新方法，如氣相色譜-離子遷移譜法(HS-GC-IMS)已用于分析果蔬等的揮發(fā)性成分；全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜(GC×GC-TOF-MS)已用于原料的風味研究，它適合復雜基質(zhì)的全組分分析。茍美玲等使用超高效液相-飛行時間質(zhì)譜(UPLC-TOF-MS)來測定郫縣豆瓣中的亞精胺。此外，有高效液相色譜法(HPLC)、30+氨基酸自動分析儀等方法檢測郫縣豆瓣的有機酸含量、氨基酸含量，以及HPLC-MS來探索發(fā)酵產(chǎn)物等。有用氣相色譜-氣味測定-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-O-MS)的方法，通過氣味活性值(OAVs)和香氣提取物稀釋分析(AEDA)3種不同的方法計算出主要氣味成分。還有同時采用GC×GC-TOF-MS、Thermal TDU-GC-MS、HS-SPME-GC-MS等多種方法檢測豆瓣風味，發(fā)現(xiàn)癸酸乙酯、2,6-二甲基吡嗪、乙酸乙酯、乙酸異戊酯等成分可以被前兩種方法很好地識別，卻很難被HS-SPME-GC-MS識別?？梢姡L味檢測方法的不同對風味研究的分析結(jié)論有重要影響。

7 總結(jié)

甜瓣子發(fā)酵情況對豆瓣發(fā)酵品質(zhì)有較大影響，近幾年的研究也逐漸深入。本文通過分析甜瓣子發(fā)酵階段的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)甜瓣子發(fā)酵體系的鹽度稍有差異，但基本都保持在12%以上；氨基酸態(tài)氮是甜瓣子成熟程度的重要指標，但發(fā)酵條件的影響較大，僅憑其含量來判斷發(fā)酵程度并不夠準確；總酸與發(fā)酵液的pH值具有明顯負相關(guān)，僅能從側(cè)面反映發(fā)酵情況。霉菌、乳酸菌和酵母菌等是甜瓣子甚至郫縣豆瓣發(fā)酵過程中的主要優(yōu)勢菌群，它們對豆瓣風味和品質(zhì)的影響極大。若能采用更準確的檢測方法，深入地研究微生物與風味物質(zhì)及理化指標之間的關(guān)系，則可根據(jù)不同工藝條件及品質(zhì)要求配制適宜的混合發(fā)酵菌種，提升產(chǎn)品的品質(zhì)及風味，縮短生產(chǎn)時間。