納濾技術在減鹽醬油生產(chǎn)中的應用研究

孫啟星 苗春雷 朱婭媛 朱新貴

摘要：為了降低釀造醬油含鹽量，滿足減鹽醬油市場需求，文章利用納濾技術對醬油進行脫鹽處理，分析了壓力、稀釋水量對醬油納濾脫鹽效果的影響，確定最佳納濾工藝：當壓力為2.2 MPa，稀釋水量為40%時，醬油脫鹽率為30.3%，氨基酸態(tài)氮損失率為12.5%，醬油鹽分降低至13.09 g/dL。對納濾前后醬油中游離氨基酸含量和風味物質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，游離氨基酸和風味物質(zhì)均有損失，其中總游離氨基酸損失約5%，甘氨酸損失最大，為11.11%；醬油風味物質(zhì)中乙醇濃度變化最大，降低了50.44%，其他醬油關鍵香氣成分苯乙醇、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚和HEMF等變化較小。直接感官鑒評表明，脫鹽前后醬油的口感和香氣無變化。此外，納濾副產(chǎn)物被二次發(fā)酵利用，實現(xiàn)了綠色生產(chǎn)。該研究結果為醬油納濾脫鹽技術提供了理論依據(jù)。

關鍵詞：納濾；壓力；稀釋水量；減鹽醬油；游離氨基酸；風味物質(zhì)

中圖分類號：TS264.21? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1000-9973（2023）04-0156-05

Abstract： In order to reduce the salt content of fermented soy sauce and meet the market demand for low-salt soy sauce， nanofiltration technology is used to desalinate soy sauce.The effects of pressure and dilution water amount on the nanofiltration desalination effect of soy sauce are analyzed and the optimal nanofiltration technology is determined.When the pressure is 2.2 MPa and the dilution water amount is 40%， the soy sauce desalination rate and the amino acid nitrogen loss rate are 30.3% and 12.5% respectively， and the soy sauce salt content? is reduced to 13.09 g/dL.Through the analysis of free amino acid content and flavor substances of soy sauce before and after nanofiltration， it is found that both free amino acids and flavor substances are lost. The total free amino acid loss is about 5% and the loss of glycine is the largest of 11.11%.The concentration of ethanol in soy sauce flavor substances changes the most， decreasing by 50.44%， while the other key aroma components such as phenylethyl alcohol， 4-vinylguaiacol and HEMF in soy sauce change little.The direct sensory evaluation shows that the taste and aroma of soy sauce don't change before and after desalination. In addition， the by-products of nanofiltration are fermented and utilized for the second time， which has realized green production. The research results have provided a theoretical basis for the nanofiltration desalination technology of soy sauce.

Key words： nanofiltration; pressure; dilution water amount; low-salt soy sauce; free amino acid; flavor substances

醬油是家庭必備調(diào)味品之一，主要以大豆或豆粕作為蛋白原材料，小麥或面粉作為淀粉原材料，通過微生物制曲、發(fā)酵釀造而成的具備特殊色、香、味、體的調(diào)味品。醬油釀造周期長，并且以開放式的天然釀造為主，為防止發(fā)酵過程中微生物污染，發(fā)酵鹽分需控制在16%以上，含鹽量較高?，F(xiàn)代醫(yī)學研究表明，長期食用高鈉食品易導致高血壓、腎臟疾病等，對人體健康不利[1]。目前我國18歲以上居民平均食鹽攝入量為10.5 g/d，而世界衛(wèi)生組織建議成人食鹽攝入量為5 g/d，我國居民食鹽攝入量較高[2]。人體中80%以上的鹽來自于各種加工食品，并且《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》提出：到2030年，全國人均每日食鹽攝入量降低20%，因此食品工業(yè)減鹽勢在必行[3]。

本文全面分析了納濾技術在醬油減鹽上應用的可行性，以氨基酸態(tài)氮損失率和脫鹽率為參考指標，分析操作壓力和稀釋水量對醬油納濾脫鹽的影響；在此基礎上進一步分析納濾技術對醬油游離氨基酸含量、風味物質(zhì)和感官的影響，并對納濾工藝副產(chǎn)物進行再利用，全面論證納濾技術在減鹽醬油生產(chǎn)中應用的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

醬油樣品：由李錦記（新會）食品有限公司提供。

氯化鈉、谷氨酸鈉、氫氧化鈉、硝酸銀、氧化鎂：均為分析純，廣州化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

AL204分析天平、FE28臺式pH計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；Kjeltec KT200福斯全自動定氮儀 福斯分析儀器公司；HWS-26恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司；冰箱 海爾集團；電位滴定儀 瑞士萬通中國有限公司；納濾機 紹興海納膜技術有限公司；DK1812納濾膜 美國GE公司；氨基酸自動分析儀 德國Sykam公司；7820A-5977B氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用分析系統(tǒng)、DB-WA×U2色譜柱（30 cm×0.32 mm， 0.25 μm） 美國安捷倫公司；5732-U固相微萃取小柱（50/30 μm，DVB/CAR/PDMS） 美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

實驗所用醬油樣品過0.45 μm微濾膜進行過濾預處理，透過液用于納濾實驗研究。

1.3.2 實驗方法

向預處理后的醬油原液中添加不同比例的稀釋水，然后在一定壓力條件下通過納濾膜，當透過液體積等于稀釋水體積時，停止納濾，所得截留液即為減鹽醬油。納濾膜截留分子量為200 Da，操作溫度為25～30 ℃，流量為10 L/min。

1.3.3 計算公式

氨基酸態(tài)氮損失率計算公式：

α=Ct×VtCt×Vt+Cj×Vj×100%。

式中：Cj和Ct分別為截留液和透過液醬油的氨基酸態(tài)氮濃度，g/dL；Vj和Vt分別為截留液和透過液醬油的體積，L。

脫鹽率計算公式：

β=Tt×VtTt×Vt+Tj×Vj×100%。

式中：Tj和Tt分別為截留液和透過液醬油的鹽分濃度，g/dL；Vj和Vt分別為截留液和透過液醬油的體積，L。

1.3.4 分析檢測

氨基酸態(tài)氮和總酸含量的測定：按照GB 5009.235－2016中酸度計法測定[4]。

食鹽含量的測定：按照GB 5009.44－2016中電位滴定法測定[5]。

游離氨基酸含量的檢測：參考《實用食物營養(yǎng)成分分析手冊》2002年第一版第三章第一節(jié)中游離氨基酸檢測方法[6]。

風味物質(zhì)的測定：萃取條件：取2 mL樣品于4 mL樣品瓶中，采用固相微萃取小柱頂空萃取30 min，溫度40 ℃，解吸時間5 min。氣相色譜條件：載氣為氦氣，流速為1.0 mL/min，吹掃流量15 mL/min，吹掃5 min；色譜柱升溫程序：40 ℃，保持1 min，以8 ℃/min升溫到220 ℃，保持5 min；再以4 ℃/min升溫到250 ℃，保持2 min。質(zhì)譜采用電子電離方式，電離能量為70 eV，檢測器電壓為857 V，掃描范圍為質(zhì)荷比（m/z）20～350，掃描速度為2.00 scans/s，進樣口溫度為250 ℃，離子源溫度為230 ℃；采用SIM模式，對樣品的總離子色譜圖進行定性分析[7]。

1.3.5 感官鑒評方法

將截留液鹽分濃度調(diào)整至與醬油原液相同，選有豐富經(jīng)驗的10名評定人員在25 ℃的感官室進行感官鑒評，分別對酸味、甜味、苦味、鮮味、咸味和香氣進行打分，0分為極弱，5分為極強，結果用雷達圖表示。

2 結果與分析

2.1 壓力對納濾脫鹽工藝的影響

納濾是在反滲透基礎上發(fā)展的新型分離技術，以壓力作為驅(qū)動力，壓力條件直接影響納濾脫鹽效果。納濾分離需要的跨膜壓差一般為0.5～3.0 MPa，不同壓力條件下醬油納濾工藝參數(shù)見圖1。

由圖1可知，隨著操作壓力的升高，氨基酸態(tài)氮損失率快速下降，當操作壓力>2.2 MPa時，氨基酸態(tài)氮損失率下降緩慢。操作壓力對脫鹽率幾乎無影響，這是因為納濾膜對氯化鈉截留率較低，且其擴散系數(shù)較大，因此脫鹽率幾乎不受操作壓力影響，這與彭文博等[8]的研究結果一致。綜合考慮氨基酸態(tài)氮損失率和操作壓力能耗，最適操作壓力為2.2 MPa。

2.2 稀釋水量對納濾脫鹽工藝的影響

納濾在脫鹽的過程中會去除一部分水，具有濃縮作用，而醬油具有較多的可溶性固形物，直接進行納濾操作，其納濾通量較低并且能耗高，因此可預先在醬油中加入不同體積的稀釋水，通過納濾操作去除等體積的稀釋水以達到合適的脫鹽效果，并且處理前后醬油體積無變化。不同稀釋水量下的醬油處理效果見圖2。

由圖2可知，氨基酸態(tài)氮損失率和脫鹽率與稀釋水量呈正相關關系，這與羅建泉等[9]的研究結果一致。當稀釋水量為40%時，醬油脫鹽率為30.3%，氨基酸態(tài)氮損失率為12.5%，醬油截留液鹽分為13.09 g/dL，達到減鹽醬油的要求。雖然繼續(xù)增大稀釋水量，脫鹽率會進一步降低，但是其氨基酸態(tài)氮損失率增大，并且體積增加，生產(chǎn)時間和能耗增大，額外增加生產(chǎn)成本。因此在醬油鹽分滿足需求的情況下，盡量降低稀釋水量。

此外，溫度和pH值對納濾過程也有重要影響，如pH值影響料液的物化性質(zhì)和納濾膜的表面電荷等[10]，溫度對納濾膜的污染程度和物質(zhì)截留率有影響[11-12]。然而，調(diào)節(jié)pH需要額外添加酸堿調(diào)節(jié)劑，不符合綠色食品生產(chǎn)要求；溫度過高影響產(chǎn)品的風味和口感，溫度過低降低納濾效率，因此本研究中醬油納濾不調(diào)節(jié)pH值，溫度保持在25～30 ℃，以保持產(chǎn)品的風味和口感。

2.3 納濾對醬油中游離氨基酸含量和成分的影響

由表1可知，醬油納濾前后各游離氨基酸含量均有一定損失，總游離氨基酸損失約5%，損失率較低；張建友等[13]采用電滲析技術對大豆醬油脫鹽，當脫鹽率為81.6%時，總氨基酸損失率約為21.4%。在游離氨基酸中甘氨酸損失率最大，為11.11%，其次為谷氨酸、組氨酸、蛋氨酸和苯丙氨酸，約為8%，其他氨基酸損失率較小。由于甘氨酸分子量較低，并且是親水性氨基酸，納濾膜透過率較好，所以其損失率較高，張軍濤的研究也表明，游離氨基酸中甘氨酸損失最多，其損失率約為50%。納濾前后各游離氨基酸占總氨基酸的百分比差異較小，其中鮮味氨基酸天冬氨酸和谷氨酸占總氨基酸比例約為13%，在天然釀造醬油中，谷氨酸占總氨基酸比例小于25%[14-15]；甜味氨基酸絲氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、脯氨酸和甘氨酸占總氨基酸比例約為33%，這些氨基酸為醬油提供了鮮甜的滋味。

2.4 納濾對醬油風味物質(zhì)的影響

在上述工藝條件下進行醬油納濾脫鹽，利用頂空固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術對納濾前后的醬油風味物質(zhì)進行分析，結果見表2。

由表2可知，該方法檢測出醬油中風味物質(zhì)30種，其中醇類8種，醛類3種，酸類6種，酚類3種，酯類3種，吡嗪類2種，呋喃類3種，其他2種。納濾后風味物質(zhì)均有一定程度的降低，其中具有酒香味的乙醇濃度變化最大，降低50.44%，這是由于乙醇具有較好的揮發(fā)性，在納濾過程中揮發(fā)較多，且其分子量較小，易被過濾至透過液中；相對應地，揮發(fā)性較好、分子量較低的乙酸也降低27.93%。其他醇類，如具有蘑菇香氣的1-辛烯-3-醇、具有玫瑰香氣的苯乙醇以及具有肉湯氣味的3-甲硫基丙醇含量變化較小，它們是醬油香氣的重要組成成分[16-17]。苯甲醛具有苦杏仁、堅果香氣，苯乙醛具有蜂蜜香，對醬油甜香具有貢獻，降低約15%；2種醛類主要由發(fā)酵過程中的氨基酸降解產(chǎn)生，其含量與蛋白質(zhì)降解和游離氨基酸組成有關[18-19]。酸類中除乙酸以外，3-甲基丁酸和2-甲基丙酸具有奶酪香[20]，其含量變化不大。4-乙烯基愈創(chuàng)木酚、4-乙基苯酚具有典型的木香、煙熏香味，是主要的醬香味香氣成分，并且其氣味閾值較低[21]，濃度降低對風味幾乎無影響。醬油中酯類化合物主要由有機酸和醇通過酯化反應產(chǎn)生，多以乙酯的形式存在，如乙酸乙酯、苯甲酸乙酯，賦予醬油甜香和果香，在納濾后其含量變化也相對較小。吡嗪類化合物只檢測出2種物質(zhì)，其中2-甲基吡嗪減少19.47%，該化合物具有焙烤香，是烘焙類食品的特征香氣[22]。HEMF（醬油酮）具有較好的焦糖香，對于醬油醬香味具有重要作用[23]，其含量變化為4.87%。醬油中風味物質(zhì)的降低，除易揮發(fā)性物質(zhì)的揮發(fā)之外，透過液中含有部分風味物質(zhì)，并且在納濾過程中納濾膜會吸附一些風味物質(zhì)。產(chǎn)品的風味除受各種風味物質(zhì)濃度的影響外，還與風味物質(zhì)的氣味閾值有關。

2.5 納濾前后醬油感官鑒評及透過液處理方案

除檢測理化指標和微生物指標之外，感官鑒評是最直接和有效的判斷食品品質(zhì)的一種重要手段。納濾前后各樣品的理化指標見表3。將截留液（納濾后醬油）鹽分濃度調(diào)整至與醬油原液一致，進行口感和香氣感官鑒評，結果見圖3。

由圖3可知，納濾后醬油的苦味和咸味稍有減弱，這可能是因為一些苦味氨基酸或其他物質(zhì)被過濾至透過液中；甜味增加，鮮味基本不變，納濾前后醬油的綜合口感類似，無顯著差異。在香氣感官鑒評上，也無顯著性差異，即納濾技術對脫鹽醬油的口感和香氣無影響。另外，減鹽醬油由于鹽分較低，其綜合口感弱于未脫鹽醬油，尤其是鮮味；為了使減鹽醬油保持較好的口感，可以額外添加酵母抽提物等物質(zhì)，提高鮮味、綜合口感和風味物質(zhì)等。目前，已開發(fā)出匹配減鹽醬油使用的酵母抽提物，能夠有效提升醬油中的游離氨基酸、小分子肽和揮發(fā)性芳香成分，實現(xiàn)醬油減鹽不減味[24]。

由圖4可知，透過液為納濾過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，如直接排放處理，處理成本較高并且污染環(huán)境；透過液口感咸味重，有苦澀味，香氣較差，色澤較淺，并且其氨基酸態(tài)氮含量僅為0.23 g/dL，不能用于開發(fā)其他醬油。由于透過液含有一定的氨基酸態(tài)氮，并且鹽分較高，為14.06 g/dL，色澤較淺，因此可將其代替部分鹽水進行醬油發(fā)酵，不僅能增加發(fā)酵醬油的氨基酸態(tài)氮，對其口感和風味均有一定的提升作用，而且實現(xiàn)了納濾脫鹽技術的綠色生產(chǎn)。

3 結論

本文研究了納濾技術在醬油脫鹽中的應用，優(yōu)化工藝條件，確定最佳納濾脫鹽參數(shù)：壓力2.2 MPa，稀釋水量40%，在此條件下醬油脫鹽率為30.3%，氨基酸態(tài)氮損失率為12.5%，醬油鹽分降低至13.09 g/dL。通過增加稀釋水量或延長納濾時間可進一步降低醬油鹽分，但是其氨基酸態(tài)氮損失率也會變大，因此在滿足減鹽醬油的需求時，盡可能降低氨基酸態(tài)氮損失率。對納濾前后醬油中游離氨基酸含量和風味物質(zhì)進行分析發(fā)現(xiàn)，游離氨基酸和風味物質(zhì)含量均有損失?？傆坞x氨基酸損失約5%，其中甘氨酸損失率最大，為11.11%，主要是因為甘氨酸分子量較低，并且是親水性氨基酸，納濾膜透過率較好，其他游離氨基酸損失率基本類似。納濾后醬油中風味物質(zhì)乙醇濃度變化最大，降低50.44%，其次為乙酸，降低27.93%，這可能是由于它們具有較好的揮發(fā)性，在納濾過程中揮發(fā)較多以及分子量較低、透過率較大。醬油中的其他關鍵香氣成分如苯乙醇、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚和HEMF等變化較小，對醬油主體香氣影響較小。醬油直接感官鑒評表明，脫鹽前后醬油的鮮味無減弱，綜合口感和香氣無變化。納濾后的透過液色澤較淺，氨基酸態(tài)氮含量低，鹽分高，口感和香氣較差，對其進行二次發(fā)酵利用，有利于提升發(fā)酵醬油的氨基酸態(tài)氮含量和風味，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]馬玉梅.低鹽醬油在日本的研究利用狀況[J].中國調(diào)味品，1997（10）：11-12.

[2]中國營養(yǎng)學會.中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2000：125-127.

[3]中國疾病預防控制中心營養(yǎng)與健康所，中國營養(yǎng)學會.中國食品工業(yè)減鹽指南[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2019：37-40.

[4]國家衛(wèi)生和計劃生育委員會.食品安全國家標準 食品中氨基酸態(tài)氮的測定：GB 5009.235－2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[5]國家衛(wèi)生和計劃生育委員會.食品安全國家標準 食品中氯化物的測定：GB 5009.44－2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[6]楊月欣.實用食物營養(yǎng)成分分析手冊[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2002：168-172.

[7]李學偉，陳強，朱新貴.添加生香酵母改善醬油風味的研究[J].中國釀造，2014，33（3）：121-124.

[8]彭文博，章小同，李新慧.醬油脫鹽新工藝的研究[J].中國調(diào)味品，2020，45（2）：129-132.

[9]羅建泉，杭曉風，陳向榮，等.納濾技術在醬油脫鹽中的應用[J].膜科學與技術，2009，29（4）：85-90.

[10]BALLET G T， HAFIANE A， DHAHBI M. Influence of operating conditions on the retention of phosphate in water by nanofiltration[J].Journal of Membrane Science，2006，290（1）：164-172.

[11]GOULAS A K， KAPASAKALIDIS P G， SINCLAIR H R， et al. Purification of oligosaccharides by nanofiltration[J].Journal of Membrane Science，2002，209（1）：321-335.

[12]MA¨NTTA¨RI M， PEKURI T， NYSTRO¨M M. NF270， a new membrane having promising characteristics and being suitable for treatment of dilute effluents from the paper industry[J].Journal of Membrane Science，2003，242（1）：107-116.

[13]張建友，王芳，丁玉庭.大豆醬油電滲析脫鹽工藝參數(shù)對其脫鹽率及品質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2016，32（17）：287-293.

[14]葛冬梅，宗雯雯，韓寶平.AccQ.Tag法測定醬油中游離氨基酸組成[J].中國調(diào)味品，2009，34（1）：103-117.

[15]梁寒峭，陳建國，劉偉，等.釀造醬油中特征氨基酸含量檢測及對氨基酸態(tài)氮貢獻的分析[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2018，44（4）：198-203.

[16]李楊，李明達，劉軍，等.醬油釀造過程中風味物質(zhì)的形成與鑒定[J].食品工業(yè)科技，2019，40（4）：251-256.

[17]鄒謀勇，朱新貴，孫啟星，等.一株產(chǎn)2-苯乙醇酵母的鑒定及其在醬油釀造中的應用[J].中國釀造，2020，39（5）：173-178.

[18]武俊瑞，顧采東，田甜，等.豆醬自然發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)和氨基酸的變化規(guī)律[J].食品科學，2017，38（8）：139-144.

[19]LEE S M， SEO B C， KIM Y S. Volatile compounds in fermented and acid-hydrolyzed soy sauces[J].Journal of Food Science，2006，71（3）：146-156.

[20]FENG Y Z， SU G W， ZHAO H F， et al. Characterisation of aroma profiles of commercial soy sauce by odour activity value and omission test[J].Food Chemistry，2015，167：220-228.

[21]CROS S， IGNOT B L， RAZAFINTSALAMA C， et al. Electrodialysis desalination and reverse osmosis concentration of an industrial mussel cooking juice： process impact on pollution reduction and on aroma quality[J].Journal of Food Science，2004，69（6）：435-442.

[22]BAKE H H， KIM H J. Solid phase microextraction-gas chromatography-olfactometry of soy sauce based on sample dilution analysis[J].Food Science and Biotechnolgy，2004，13（1）：90-95.

[23]康文麗，陳亮，周尚庭.高鹽稀態(tài)釀造醬油中香氣活性成分在滅菌前后的變化[J].食品科學，2019，40（18）：253-258.

[24]李沛，李庫，任達洪，等.酵母抽提物協(xié)助醬油減鹽后對其風味物質(zhì)的影響研究[J].中國釀造，2019，34（12）：92-96.