基于GC-MS分析不同釀造周期醬油產(chǎn)品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

譚戈 肖亮琴 吳昌正 劉翔 蕭妍薇 何文彬 侯莎 郭麗瓊 林俊芳

摘要：為研究不同釀造周期醬油產(chǎn)品對醬油揮發(fā)性風(fēng)味的影響，文章在對成曲pH和中性蛋白酶酶活力指標測定的基礎(chǔ)上，通過氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對3組不同釀造周期的醬油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行鑒定并分析。結(jié)果表明，成曲的pH為6.78±0.04，中性蛋白酶酶活力為（2 102.77±60.30） U/g，制曲效果良好；3組醬油樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類較為接近，JY1（90 d）、JY2（180 d）和JY3（270 d）揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類分別為55，53，50種；3組醬油的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對含量隨著釀造周期的增加發(fā)生了一定轉(zhuǎn)變，尤其是在釀造270 d的醬油樣品（JY3），其醇類風(fēng)味物質(zhì)明顯減少，而酯類和酚類風(fēng)味物質(zhì)明顯增多；對3組醬油樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)數(shù)據(jù)進行主成分分析，聚類分析效果良好。該研究為醬油企業(yè)對釀造醬油的生產(chǎn)周期調(diào)整及醬油產(chǎn)品的后期調(diào)配提供了新的思路和技術(shù)方法借鑒。

關(guān)鍵詞：氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)；不同釀造周期；醬油；揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)；主成分分析

中圖分類號：TS264.21? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1000-9973（2023）04-0161-05

Abstract： To study the effect of soy sauce products with different brewing periods on the volatile flavor of soy sauce， in this paper， based on the determination of indexes of pH and neutral protease activity of finished koji， the volatile flavor compounds of three groups of soy sauce with different brewing periods are identified and analyzed by GC-MS. The results show that the pH of finished koji is 6.78±0.04， the enzyme activity of neutral protease is （2 102.77±60.30） U/g， and the koji-making effect is good; the volatile flavor compound types of the three groups of soy sauce samples are similar， the types of volatile flavor compounds in JY1 （90 d）， JY2 （180 d） and JY3 （270 d） are 55， 53， 50 respectively; the relative content of volatile flavor compounds of the three groups of soy sauce changes to a certain extend with the increase of brewing periods， especially in the soy sauce sample brewed for 270 d （JY3），? the alcoholic flavor compounds of the sample significantly decrease， while the ester and phenolic flavor compounds significantly increase. The data of volatile flavor compounds of the?three groups of soy sauce samples are analyzed by principal component analysis， and the results of clustering analysis are good. The research has provided new ideas and technical methods for soy sauce enterprises to adjust the production period of brewed soy sauce and the late deployment of soy sauce products.

Key words： gas chromatography-mass spectrometry； different brewing periods； soy sauce； volatile flavor compounds； principal component analysis

醬油，作為一款傳統(tǒng)調(diào)味品，歷史悠久，深受中國、日本和韓國等亞洲國家消費者的歡迎[1-4]。醬油的生產(chǎn)主要以大豆和小麥為原料，經(jīng)過微生物菌群及其分泌的酶系作用，再經(jīng)一系列新陳代謝反應(yīng)，形成風(fēng)味獨特，色、香、味俱全的調(diào)味品[5-9]。釀造醬油呈味機制十分復(fù)雜，并不像鹽和糖等只有單純的咸和甜這兩種風(fēng)味，而是微咸而鮮、微甜而醇。優(yōu)質(zhì)醬油是以鮮味為主，兼有甜、酸、咸和苦味的調(diào)味品[10]。

氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）是一種常規(guī)的代謝組學(xué)研究工具，廣泛應(yīng)用于食品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的鑒定與分析[11-15]。主成分分析（principal component analysis，PCA）是一種無監(jiān)督的多元變量統(tǒng)計分析手段，是在多元統(tǒng)計學(xué)分析手段中應(yīng)用廣泛的工具[16-19]。PCA可用于對不同加工方式、不同產(chǎn)地、不同發(fā)酵周期等的樣品進行有效、快速區(qū)分[20-23]。

當前，醬油業(yè)界關(guān)于醬油釀造周期并沒有形成統(tǒng)一通用標準，一般的醬油產(chǎn)品釀造周期均在3個月以上。不同釀造周期的醬油，對醬油產(chǎn)品品質(zhì)和風(fēng)味有著重要的影響[24]。本文在確保醬油制曲結(jié)果較為理想的情況下（以成曲pH和中性蛋白酶活力作為評價指標），通過測定不同釀造周期（90，180，270 d）的醬油原油產(chǎn)品的揮發(fā)性風(fēng)味來分析釀造時間對醬油揮發(fā)性風(fēng)味的影響，為醬油企業(yè)對釀造醬油的生產(chǎn)周期方案調(diào)整及醬油產(chǎn)品的后期技術(shù)調(diào)配提供了思路和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 主要材料

黃豆：購于哈爾濱谷禾商貿(mào)有限公司；米曲霉3.042：購于濟寧玉園生物科技有限公司；面粉：購于柘城縣馬培中農(nóng)產(chǎn)品加工經(jīng)營部。

1.2 主要試劑

福林酚試劑、L-酪氨酸：北京索萊寶科技有限公司；三氯乙酸：廣州齊湘生物科技有限公司；氫氧化鈉、鹽酸、無水碳酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉：廣州化學(xué)試劑廠；酪蛋白：Sigma公司。

1.3 主要儀器和設(shè)備

PB-10酸度計 賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；SPH-2000生化培養(yǎng)箱 廣州市深華生物技術(shù)有限公司；UV-4802S紫外可見分光光度計 尤尼柯（上海）儀器有限公司；50/30 μm CAR/PDMS/DVB萃取頭 美國Supelco公司；TG-Wax MS毛細管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）、TSQ 8000 Evo氣質(zhì)聯(lián)用儀 賽默飛世爾科技（中國）有限公司。

1.4 方法

1.4.1 醬油釀造工藝

醬油的制曲工藝和發(fā)酵工藝參考譚戈等[8]的技術(shù)路線，3個試驗組發(fā)酵周期分別為90 d（JY1）、180 d（JY2）和270 d（JY3）。

1.4.2 成曲pH和中性蛋白酶酶活力的測定

參考Feng等[25]的方法和標準中福林法[26]分別對成曲的pH和中性蛋白酶酶活力指標進行測定。

1.4.3 GC-MS揮發(fā)性風(fēng)味成分的測定

參考譚戈等[8]的揮發(fā)性風(fēng)味程序方法對不同釀造周期的醬油樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行鑒定。

2 結(jié)果與分析

2.1 成曲pH和中性蛋白酶酶活力測定結(jié)果與分析

在整個醬油制曲過程中，由于制曲是在空氣自由流通的開放式環(huán)境下進行的，部分環(huán)境中的“雜菌”得以生長繁殖，如枯草芽孢桿菌、毛霉等。當制曲過程中的發(fā)酵時間、溫度和通氣量等環(huán)境條件較適合米曲霉生長時，即米曲霉菌群的生長繁殖等活動在制曲體系中占絕對優(yōu)勢時，成曲的pH通常接近中性（6.8～7.2）[10]。本實驗測得成曲的pH為6.78±0.04，說明制曲效果良好，為后期醬油的釀造提供了基礎(chǔ)條件。

成曲酶活力的高低影響醬油質(zhì)量，此外，醬油企業(yè)可將酶活力作為評價制曲效果的一個重要參考指標[27-28]。在醬油實際釀造過程中，微生物菌群所分泌的蛋白酶以中性蛋白酶為主，而堿性和酸性蛋白酶較少。這些蛋白酶的催化作用加快了醬油原料中蛋白質(zhì)的分解，生成甘氨酸、天冬氨酸和谷氨酸等呈味氨基酸。這些呈味氨基酸對醬油香氣發(fā)揮著重要作用，大大豐富了醬油風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量。本次測得成曲中性蛋白酶酶活力為（2 102.77±60.30） U/g，制曲結(jié)果較理想，進一步保證了后期釀造醬油的品質(zhì)。

2.2? 3組醬油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)測定結(jié)果與分析

醬油香氣主要由揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成，其種類成分較為復(fù)雜，是衡量醬油品質(zhì)的重要指標之一[29-31]。由表1和圖1可知，在JY1醬油樣品中，醬油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類有55種，其中化合物種類排序前三的為酯類、醇類和醛類，對應(yīng)的風(fēng)味化合物種類數(shù)分別為21，13，7種，而風(fēng)味物質(zhì)的相對含量占比排序前三的為醇類（67.63±4.87）%、酯類（16.70±1.88）%和酚類（5.48±0.42）%；在JY2中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類有53種，其中化合物種類排序前三的為酯類、醇類和醛類，種類數(shù)分別為22，13，6種，而風(fēng)味物質(zhì)的相對含量占比排序前三的為醇類（66.67±4.92）%、酯類（16.21±2.14）%和醛類（5.59±0.75）%；在JY3中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類有50種，其中化合物種類排序前三的為酯類、醇類和醛類，對應(yīng)的風(fēng)味化合物種類數(shù)分別為22，15，4種，而風(fēng)味物質(zhì)的相對含量占比排序前三的為醇類（46.53±2.85）%、酯類（28.99±2.14）%和酚類（20.57±0.59）%。

由上述數(shù)據(jù)可知，3組不同釀造周期的醬油樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類較為接近，其中JY1、JY2和JY3的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類數(shù)目分別為55，53，50種，均為50種左右。隨著醬油釀造時間的延長，醬油樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類出現(xiàn)一定的下降趨勢。同時隨著醬油釀造周期的延長，其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量也在發(fā)生改變，尤其釀造270 d的醬油樣品（JY3）的醇類風(fēng)味物質(zhì)相對含量減少明顯，酯類和酚類風(fēng)味物質(zhì)相對含量增加明顯，這可能是由于隨著發(fā)酵周期的增加，一部分醇類轉(zhuǎn)化為酯類等風(fēng)味物質(zhì)，一部分醇類物質(zhì)隨著釀造時間的延長而揮發(fā)；而酚類風(fēng)味物質(zhì)的增加機理需要后期進一步來探討研究。總體而言，隨著發(fā)酵周期的延長，3組醬油樣品中揮發(fā)性風(fēng)味成分的種類和相對含量都發(fā)生了一定的轉(zhuǎn)變，一系列風(fēng)味物質(zhì)的相互作用使得醬油的風(fēng)味更為豐富。

2.3 3組不同釀造周期的醬油PCA結(jié)果與分析

對不同釀造周期的3組醬油進行PCA主成分分析（JY1樣品對應(yīng)序號1，2和3；JY2樣品對應(yīng)序號4，5和6；JY3樣品對應(yīng)序號7，8和9），結(jié)果見圖2。在95%的置信區(qū)間，主成分因子PC1和PC2分別解釋了總方差的67.7%和24.5%，兩者貢獻率之和為92.2%，即PC1和PC2代表了數(shù)據(jù)92.2%的差異性。綜上所述，3組不同釀造周期的醬油樣品數(shù)據(jù)分離度好，具有明顯區(qū)域分布特征，樣品間平行性好，呈現(xiàn)出明顯同類別聚類趨勢，可對這3組不同釀造周期的醬油樣品進行快速區(qū)分鑒定。

3 結(jié)論

本文通過測定成曲pH和中性蛋白酶指標，在醬油制曲成功的基礎(chǔ)上，圍繞著不同釀造周期（90，180，270 d）的醬油原油產(chǎn)品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)來分析釀造時間對醬油揮發(fā)性風(fēng)味的影響。基于GC-MS對不同釀造周期（90，180，270 d）的3組醬油樣品進行揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的鑒定和分析，結(jié)果表明3組不同釀造周期的醬油樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類較為接近，JY1（90 d）、JY2（180 d）和JY3（270 d）揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類分別為55，53，50種，均為50種左右。不同釀造周期的醬油樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類有所差異，隨著醬油釀造時間的延長，出現(xiàn)一定的下降趨勢。此外，這3組醬油的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對含量和種類都發(fā)生了一定的轉(zhuǎn)變，尤其是釀造270 d的醬油樣品（JY3組），其醇類風(fēng)味物質(zhì)相對含量明顯減少，而酯類和酚類風(fēng)味物質(zhì)相對含量明顯增多?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，可為醬油企業(yè)對釀造醬油的生產(chǎn)周期調(diào)整及醬油產(chǎn)品的后期調(diào)配提供新思路和技術(shù)指導(dǎo)。

參考文獻：

[1]譚戈，徐晴元，郭麗瓊，等.釀造醬油微生物多樣性及風(fēng)味物質(zhì)研究進展[J].中國調(diào)味品，2021，46（6）：160-163，179.

[2]GAO X L， CUI C， ZHAO H F， et al. Changes in volatile aroma compounds of traditional Chinese-type soy sauce during moromi fermentation and heat treatment[J].Food Science and Biotechnology，2010，19（4）：889-898.

[3]HOANG N X， FERNG S， TING C H， et al. Optimizing the initial moromi fermentation conditions to improve the quality of soy sauce[J].LWT-Food Science and Technology，2016，74：242-250.

[4]LIN W M， SONG J J， HU W F， et al. Relationship between extracellular cellulase，pectinase and xylanase activity of isolated Aspergillus oryzae strains grown on koji and the umami-tasting amino acid content of soy sauce[J].Food Biotechnology，2016，30（4）：278-291.

[5]ZHAO X X， LIU Y H， SHU L， et al. Study on metabolites of Bacillus producing soy sauce-like aroma in Jiang-flavor Chinese spirits[J].Food Science and Nutrition，2019，8（1）：97-103.

[6]鄒謀勇，朱新貴，劉丹，等.產(chǎn)2-苯乙醇酵母的鑒定及其在醬油發(fā)酵中的應(yīng)用[J].食品科學(xué)，2019，40（6）：217-222.

[7]CUI C， ZHAO M M， LI D， et al. Biochemical changes of traditional Chinese-type soy sauce produced in four seasons during processing[J].CyTA-Journal of Food，2014，12（2）：166-175.

[8]譚戈，朱新貴，李學(xué)偉，等.強化魯氏接合酵母對醬油品質(zhì)的影響[J].食品工業(yè)科技，2022，43（13）：86-93.

[9]ZHAO G Z， DING L L， YAO Y P， et al. Extracellular proteome analysis and flavor formation during soy sauce fermentation[J].Frontiers in Microbiology，2018，9：1872.

[10]李幼筠.醬油生產(chǎn)實用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015：127，180.

[11]CHENG H， CHEN J L， LI X， et al. Differentiation of the volatile profiles of Chinese bayberry cultivars during storage by HS-SPME-GC/MS combined with principal component analysis[J].Postharvest Biology and Technology，2015，100：59-72.

[12]RUIZ-MATUTE A I， SORIA A C， MARTNEZ-CASTRO I， et al. A new methodology based on GC-MS to detect honey adulteration with commercial syrups[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2007，55（18）：7264-7269.

[13]周斌，楊坤.分散液液微萃取/氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)聯(lián)用快速測定醬油中糠醛類物質(zhì)[J].中國調(diào)味品，2021，46（7）：152-156.

[14]LEE J Y， KIM W S， LEE Y Y， et al. Solid-phase microextraction Arrow for the volatile organic compounds in soy sauce[J].Journal of Separation Science，2019，42（18）：2942-2948.

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

[16]石彥國，單彤彤，曾劍華，等.基于主成分分析和偏最小二乘法的蒸煮大豆食味品質(zhì)評價[J].中國食品學(xué)報，2019，19（10）：265-277.

[17]WEI Q Z， LIU G X， ZHANG C L， et al. Identification of characteristic volatile compounds and prediction of fermentation degree of pomelo wine using partial least squares regression[J].LWT-Food Science and Technology，2022，154：122830.

[18]ZHANG D Q， YE Y J， WANG L Y， et al. Nutrition and sensory evaluation of solid-state fermented brown rice based on cluster and principal component analysis[J].Foods，2022，11（11）：1560.

[19]伍婧，王遠亮，李珂，等.基于主成分分析的不同醒發(fā)條件下掛面的特征質(zhì)構(gòu)[J].食品科學(xué)，2016，37（21）：119-123.

[20]鄺格靈，李樹，寧甜甜，等.基于GC-MS指紋圖譜和多元統(tǒng)計學(xué)區(qū)分四川保寧醋和山西老陳醋的揮發(fā)性差異代謝產(chǎn)物[J].食品科學(xué)，2020，41（16）：227-232.

[21]尹洪旭，楊艷芹，姚月鳳，等.基于氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)與多元統(tǒng)計分析對不同栗香特征綠茶判別分析[J].食品科學(xué)，2019，40（4）：192-198.

[22]陳小愛，蔡惠鈿，劉靜宜，等.基于電子鼻、GC-MS和GC-IMS技術(shù)分析老香黃發(fā)酵期間的揮發(fā)性成分變化[J].食品工業(yè)科技，2021，42（12）：70-80.

[23]蔣孟如，劉昌樹，王賽.醬油的感官特性及其提升技術(shù)研究進展[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2019，45（9）：295-300.

[24]ZHU L， HE S Y， LU Y， et al. Metabolomics mechanism of traditional soy sauce associated with fermentation time[J].Food Science and Human Wellness，2022，11（2）：297-304.

[25]FENG Y Z， CHEN Z Y， LIU N， et al. Changes in fatty acid composition and lipid profile during koji fermentation and their relationships with soy sauce flavour[J].Food Chemistry，2014，158：438-444.

[26]國家標準化管理委員會，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.蛋白酶制劑：GB/T 23527－2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[27]羅雯，郭建，樊君，等.醬油釀造中復(fù)合米曲霉發(fā)酵制曲研究[J].中國調(diào)味品，2022，47（4）：164-166.

[28]李雪玲，顏喆，胡文鋒.醬油釀造優(yōu)良米曲霉菌株的高效選育[J].中國調(diào)味品，2021，46（8）：20-23.

[29]王棟，馮杰，張麗敏，等.耐鹽米曲霉CICIM F0899在醬油釀造過程中的應(yīng)用[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2012，38（5）：1-6.

[30]LIANG R， HUANG J， WU X M， et al. Characterizing the metabolites and the microbial communities of the soy sauce mash affected by temperature and hydrostatic pressure[J].Food Research International，2019，123：801-808.

[31]LIN M L， LIU X S， XU Q Q， et al. Aroma-active components of yeast extract pastes with a basic and characteristic meaty flavour[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2014，94（5）：882-889.