五種大豆醬中揮發(fā)性成分及微生物多樣性研究

姜雯雯　曾威　陳曉燕　馬丹丹　榮小娟

摘要：大豆醬是我國傳統(tǒng)的調(diào)味醬，通過微生物發(fā)酵制成，富含多種功能性成分。大豆醬目前主要的加工工藝為傳統(tǒng)加工工藝和現(xiàn)代加工工藝，傳統(tǒng)加工工藝在自然條件下進行，環(huán)境不穩(wěn)定，菌種也來源于自然環(huán)境，生產(chǎn)出來的大豆醬品質(zhì)不穩(wěn)定。工業(yè)醬具有標準的生產(chǎn)流程和穩(wěn)定的菌株，大豆醬的品質(zhì)也相對穩(wěn)定；但工業(yè)醬生產(chǎn)相比于一些發(fā)達國家還相對落后，我們既不能放棄傳統(tǒng)大豆醬生產(chǎn)，又要發(fā)展現(xiàn)代工業(yè)醬。該研究基于此，對傳統(tǒng)和現(xiàn)代大豆醬的物理性質(zhì)、香氣成分和微生物群落進行分析研究，旨在為大豆醬的規(guī)?；a(chǎn)提供一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：大豆醬；宏基因；微生物多樣性；香氣成分

中圖分類號：TS264.24文獻標志碼：A 文章編號：1000-9973（2023）06-0184-05

Abstract： Soybean paste is traditional seasoning paste in China， it is made by microbial fermentation and is rich in multiple functional components. At present， the main processing technology of soybean paste is traditional processing technology and modern processing technology.The traditional processing technology is caried out in natural conditions， which is unstable. The bacteria also come from the natural environment， so the quality of the produced soybean paste is unstable. Industrial soybean paste has standard production process and stable strains， so the quality of soybean paste is relatively stable， but the production of industrial soybean paste is still relatively backward compared to some developed countries. We cannot abandon the production of traditional soybean paste， and have to develop modern industrial soybean paste. Based on this， the physical properties， aroma components and microbial communities of traditional and modern soybean paste are analyzed and studied in this study， aiming to provide a certain theoretical basis for the scale production of soybean paste.

Key words： soybean paste; metagenes; microbial diversity; aroma components

收稿日期：2022-12-06

基金項目：江西省衛(wèi)生健康委科技計劃項目（20204112）；江西省教育廳科技項目（GJJ202016，GJJ180971）；江西科技學(xué)院校級自然科學(xué)項目（ZR2113）

作者簡介：姜雯雯（1990—），女，江蘇鹽城人，講師，碩士，研究方向：生物學(xué)。

大豆醬在我國歷史悠久，是發(fā)酵型調(diào)味食品[1-2]，其色澤鮮艷、味道醇厚、咸甜適中，可以用于各種食品調(diào)味[3]。大豆醬的主要生產(chǎn)原料為大豆、面粉和鹽，是通過蒸煮和發(fā)酵制成傳統(tǒng)的調(diào)味品[4-5]。我國目前醬的品種主要有豆醬、面醬和復(fù)合醬，在自然條件下發(fā)酵的農(nóng)家醬和經(jīng)過傳統(tǒng)工藝發(fā)酵的工業(yè)醬[6]。傳統(tǒng)醬采用傳統(tǒng)加工工藝進行加工，由于其發(fā)酵處于開放式的環(huán)境中，傳統(tǒng)醬的品質(zhì)容易受環(huán)境影響[7]；工業(yè)醬發(fā)酵采用的工藝相對成熟，用人工接種方式在可控條件下進行發(fā)酵[8]。

大豆醬中的微生物群落能夠提高人體對大豆醬中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，也能通過代謝作用產(chǎn)生多種功能性物質(zhì)，比如大豆醬中的大豆黃酮、酚類和維生素等成分[9-10]。研究人員發(fā)現(xiàn)，大豆醬中功能性成分具有降血壓、膽固醇和胰島素等功能，不僅能夠調(diào)節(jié)飲食平衡，而且具有預(yù)防疾病等多種功效，深受消費者喜愛[11-12]。

我國的工業(yè)醬發(fā)展已經(jīng)具有一定規(guī)模，但是相比于日本和韓國，還存在很多不足，目前尚不能擺脫傳統(tǒng)加工工藝，又不得不完善傳統(tǒng)加工工藝[13]。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們的生活水平不斷提高，生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備不斷完善，中國的傳統(tǒng)大豆醬也逐漸走向國際化[14]。

大豆醬中富含多種多樣的微生物類群，這些微生物類群能夠改變大豆醬的風(fēng)味，在大豆醬發(fā)酵過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，同時由于生產(chǎn)環(huán)境和原料的問題，一些不良的菌株也易帶入到大豆醬中，從而造成大豆醬存在一定的安全隱患[15]。本研究基于此，采用宏基因技術(shù)對大豆醬中的微生物群落進行分析，此外，對大豆醬中的香氣成分進行分析，旨在為大豆醬的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

5種大豆醬均來源于市場，A和D均是工業(yè)醬，B、C和E均是傳統(tǒng)醬。無水乙醇、磷酸二氫鉀、DNA試劑盒、硫酸鎂、氫氧化鈉、氯化鈉和PDA培養(yǎng)基。

1.2 試驗儀器

電子天平、高壓滅菌鍋、干燥箱、超凈工作臺、顯微鏡、離心機、恒溫搖床。

1.3 試驗方法

1.3.1 pH測定

用pH計對大豆醬的pH進行測定。

1.3.2 還原糖測定

還原糖的測定采用高錳酸鉀滴定法。

1.3.3 含鹽量測定

食品中含鹽量的測定使用硝酸銀測定法。

1.3.4 大豆醬中微生物鑒定

1.3.4.1 大豆醬中DNA提取

使用真菌和細菌試劑盒對大豆醬中的DNA進行提取，DNA提取方法根據(jù)試劑盒方法進行操作。

1.3.4.2 PCR擴增

對大豆醬中的16S rDNA和18S rDNA進行擴增，采用引物V3/V4和ITS1/ITS4，PCR擴增之后，將PCR產(chǎn)物送至測序公司進行測序。

1.3.5 不同種類大豆醬編號

為了試驗操作方便，將5種待測大豆醬分別編號為A、B、C、D和E，具體見表1。

2 結(jié)果和討論

2.1 5種大豆醬的基本理化性質(zhì)分析

2.1.1 還原糖含量的差異

還原糖是大豆醬中微生物生長的主要能量來源，一定濃度的還原糖能夠增加大豆醬的香味和鮮味，改善大豆醬的風(fēng)味，從而影響大豆醬的顏色和品質(zhì)。先前的研究結(jié)果表明，采用傳統(tǒng)工藝發(fā)酵的大豆醬在發(fā)酵后期還原糖的含量低于工業(yè)醬。由圖1可知，A和D兩種工業(yè)醬中的還原糖含量明顯高于B、C和E 3種傳統(tǒng)工藝發(fā)酵的大豆醬，這是由于傳統(tǒng)工藝制作的大豆醬中發(fā)酵的菌株來源于自然環(huán)境，種源復(fù)雜，而現(xiàn)代工藝加工的大豆醬中的菌株來源單一[16]。

2.1.2 pH值的差異

由圖2可知，不同大豆醬的pH存在明顯的差異，其中B大豆醬的pH值最高，為4.9，D和E兩種大豆醬的pH值最低，為4.4。D和E兩種大豆醬的pH值較低是由于大豆醬中富含耐酸性菌株，產(chǎn)生大量的酸性物質(zhì)，沈弘洋等[17]的研究結(jié)果表明，大豆醬中的酸性物質(zhì)主要是由大豆醬中的乳酸菌和芽孢桿菌產(chǎn)生的。

2.1.3 含鹽量的差異

由圖3可知，E大豆醬中的鹽含量最高，為18 mg/100 g，C大豆醬中的鹽含量最低，為10 mg/100 g，其他3種大豆醬中的鹽含量在10～18 mg/100 g之間。大豆醬中的鹽分作為食品的保鮮劑，不僅能夠抑制環(huán)境中微生物的生長和繁殖，而且能防止食物腐敗；鹽含量過高會影響食品風(fēng)味和人體健康；若鹽含量過低則會導(dǎo)致大豆醬鮮味不足；鹽含量直接影響大豆醬中微生物結(jié)構(gòu)群落和風(fēng)味，所以，大豆醬中合適的鹽含量非常重要[18]。

2.2 5種大豆醬中香氣成分分析

由表2可知，5種大豆醬中主要的香氣成分是醇類和酯類，5種大豆醬中的醇類和酯類含量占總含量的比例大小分別為C（74.41%）>E（72.60%）>D（53.65%）>A（51.32%）>B（40.50%）。一些研究結(jié)果也表明，大豆醬中的醇類和酯類化合物對其風(fēng)味具有較大影響，5種大豆醬中的酯類和醇類含量均超過了40%，大豆醬中的酵母菌由于發(fā)酵后期營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏和環(huán)境的影響，大豆醬中的醇類和酯類在發(fā)酵初期較少。大豆醬A中的醇類含量在5種大豆醬中含量最高，為45.37 ng/g；大豆醬B中的醇類含量在5種大豆醬中含量最低，為16.44 ng/g，這兩種大豆醬中醇類含量相差28.93 ng/g。

大豆醬中的酯類成分較復(fù)雜，在大豆醬發(fā)酵過程中，酯類由各種化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)和物理變化而產(chǎn)生，導(dǎo)致酯類成分不斷地積累，從而使得大豆醬富有醬香和酯香。醛類和酮類物質(zhì)雖然在大豆醬中的含量較少，但是對大豆醬的香氣成分影響較大；酸類成分是由大豆醬中的酯類經(jīng)過水解后產(chǎn)生，A和D兩種工業(yè)醬中的酸類成分含量相比于B、C和E 3種傳統(tǒng)醬含量明顯低很多，這是由于工業(yè)醬發(fā)酵后期，主要的優(yōu)勢菌株為酵母菌，乳酸菌的生長繁殖受到抑制。

2.3 5種大豆醬的感官評分結(jié)果

由表3可知，5種大豆醬的感官評分存在一定程度的差異，工業(yè)大豆醬A和D的感官評分均為80；而B、C和E 3種大豆醬的感官評分分別為86，78，79。工業(yè)大豆醬由于其生產(chǎn)環(huán)境穩(wěn)定，菌種質(zhì)量有保障，所以其感官評分較穩(wěn)定。3種傳統(tǒng)醬的感官評分差異較明顯，雖然大豆醬B的感官評分較高，但是C和E兩種大豆醬的感官評分較低，這是由于農(nóng)家醬的制作環(huán)境不穩(wěn)定，導(dǎo)致其感官評分不穩(wěn)定。

2.4 5種大豆醬中微生物群落的演替

在上海生物測序公司的測序平臺上獲得5種大豆醬序列，結(jié)果見表4和表5。細菌原始序列數(shù)目為25 267～25 713，真菌原始序列數(shù)目為25 136～23 123，過濾優(yōu)化后的細菌序列數(shù)目為23 457～25 673，真菌序列數(shù)目為20 145～23 412；大豆醬B中含有的細菌序列數(shù)目最多，大豆醬A中含有的細菌數(shù)目最少；大豆醬A中含有的真菌序列數(shù)目最多，大豆醬C中含有的真菌序列數(shù)目最少。

采用α-多樣性分析，可以顯示微生物群落的多樣性和豐富度。5種樣品的微生物的ACE指數(shù)、Shannon指數(shù)、OTU、Simpson指數(shù)、Chao1指數(shù)和覆蓋率見表6。

由表6可知，不同大豆醬中的微生物群落和多樣性均存在差異，這主要是由于不同的大豆醬所采用的加工工藝存在差異。大豆醬中微生物多樣性從高到低排序為細菌C>A>B>E>D；真菌E>C>D>A>B。5種大豆醬的覆蓋率均超過了0.9，說明大部分微生物都被測定出來，測序結(jié)果具有較高的可靠性。

通過宏基因技術(shù)對5種大豆醬中的微生物群落進行分析，細菌在門水平上的分布見表7。5種大豆醬中的細菌主要分布在以下6個門，物種的多樣性非常相似，但是物種的含量存在較大差異，A、D和E 3種大豆醬中厚壁菌門含量最高，而B和C 2種大豆醬中的變形菌門含量較高。

5種大豆醬中的真菌分布見表8。5種大豆醬中的真菌主要集中于子囊菌門，其次為擔(dān)子菌門，子囊菌門中含量最高的是大豆醬A和B，子囊菌門的含量分別為95.51%和90.53%，其次為D、C和E 3種大豆醬；擔(dān)子菌門含量最高的大豆醬為C和E；其他菌門的真菌含量較低。

不同的大豆醬中，微生物在屬水平上存在著明顯的差異。在所有大豆醬中一共檢測出38個屬的真菌和41個屬的細菌，下圖顯示的均為序列豐度超過10%的屬名，各種大豆醬中的微生物種類和數(shù)量均存在著明顯差異，見圖4和圖5。

大豆醬A中真菌最豐富的是Aspergillus，大豆醬B中含量最高的是Naumovozyma，C、D和E 3種大豆醬的真菌種類較豐富，同時集中在多個屬，這可能是由于發(fā)酵過程中原料本身含有不同的真菌種類。

3 小結(jié)

通過對比5種大豆醬的理化性質(zhì)、感官評分和微生物群落，發(fā)現(xiàn)5種大豆醬在理化性質(zhì)、感官評分和微生物群落方面存在著明顯差異，各自形成了獨特的風(fēng)味成分。研究結(jié)果表明，工業(yè)發(fā)酵的大豆醬具有較高的穩(wěn)定性，而傳統(tǒng)醬的品質(zhì)上下浮動較大，這與傳統(tǒng)醬的加工方式有著密切關(guān)系。表明需要繼續(xù)對大豆醬中的工業(yè)醬優(yōu)化加工工藝，也需要加強對傳統(tǒng)醬加工流程和品質(zhì)的管控。

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