兩種發(fā)酵工藝制備的牡丹籽醬油理化特性研究

張明君,李迎秋

(齊魯工業(yè)大學(山東省科學院) 食品科學與工程學院,濟南 250353)

牡丹籽粕是牡丹籽經(jīng)壓榨取油后產(chǎn)生的副產(chǎn)物,一般被當作飼料和肥料使用,附加值很低[1]。研究表明,牡丹籽粕中的營養(yǎng)物質豐富,其蛋白質含量可達20%～30%[2],必需氨基酸含量高達39.62%,是一種優(yōu)質的植物蛋白原料[3]。牡丹籽粕還富含碳水化合物,淀粉含量為30.08%[4],多糖含量在20%以上[5]。除此之外,牡丹籽粕的礦物質元素和維生素含量也較豐富,其鈣、磷、鐵、鋅、錳含量均高于黃豆粕,VA、VE、VB1、VB2、VB6以及膽堿含量與黃豆粕相當[6]。這些研究結果證明牡丹籽粕是一種理想的植物資源,有較高的開發(fā)價值。隨著牡丹籽油市場認可度越來越高,其產(chǎn)量逐年增長,隨之而來的是牡丹籽粕的大量產(chǎn)生,如不合理利用便會造成資源浪費[7]。因此,高效循環(huán)利用牡丹籽粕資源成為研究人員關注的焦點話題。

醬油是一種中國傳統(tǒng)調味品,具有濃郁的香味以及獨特的鮮味,在豐富滋味的同時也可以賦予食物理想的色澤。傳統(tǒng)醬油一般以黃豆或者豆粕作為蛋白原料進行發(fā)酵,而我國大豆資源主要依賴進口。在2021年,我國大豆進口量高達1.003 3億噸,而且大豆價格不斷上漲[8],導致以黃豆為主要原料生產(chǎn)的醬油成本增加。因此,以蛋白質與氨基酸含量豐富的牡丹籽粕替代黃豆生產(chǎn)醬油,在降低醬油生產(chǎn)成本的同時減少牡丹籽粕資源的浪費,具有重大的研究意義。趙貴紅等[9]和胡伊等[10]對牡丹籽醬油的制備進行了探究,但僅研究了低鹽固態(tài)牡丹籽醬油的相關特性,沒有進行高鹽稀態(tài)牡丹籽醬油的相關研究。

基于此,本研究擬以低鹽固態(tài)和高鹽稀態(tài)兩種發(fā)酵工藝進行牡丹籽醬油的制備,并探究其品質特征,以期為制備高質量的牡丹籽醬油提供數(shù)據(jù)支撐及參考。

1 材料和方法

1.1 材料

牡丹籽粕(粗蛋白含量約28%)、豆粕(粗蛋白含量約38%)、麥麩:購自山東省菏澤市華瑞科技發(fā)展有限公司;米曲霉孢子粉:購自山東省濟寧市玉園生物科技有限公司;食用鹽、面粉:購自山東省濟南市當?shù)爻?其他常規(guī)試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設備

K9860型凱氏定氮儀 海能未來技術集團股份有限公司;PB-10型pH計 德國賽多利斯科技有限公司;DHG-9240A型電熱鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司;BMJ-250型恒溫培養(yǎng)箱、YXQ-LS-50SⅡ型立式壓力蒸汽滅菌器 上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司;UV-9000型紫外分光光度計 上海元析儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 醬油樣品制備

制曲:按照牡丹籽粕(g)∶豆粕(g)∶麥麩(g)∶面粉(g)∶水(mL)為4∶2∶3∶1∶4的比例充分混合。將混合后的曲料在120 ℃下蒸料20 min,冷卻至30 ℃左右備用。向曲料中接種0.06%曲料(質量比)的米曲霉孢子粉,然后在32 ℃條件下通風培養(yǎng)48 h,期間每12 h翻一次曲,待曲料表面布滿綠色的菌絲即為制曲完成。制備黃豆醬油曲時,將牡丹籽粕更換為豆粕,其余步驟同上。

低鹽固態(tài)牡丹籽醬油(S1)的制備:將牡丹籽醬油曲和濃度為11%的鹽水按照1∶1.3(質量和體積比)的比例混合均勻,在45 ℃的條件下發(fā)酵20 d,期間每48 h補水并攪拌一次,保持醬醪水分恒定。發(fā)酵完成后,向醬醪中加入醬油曲質量70%的濃度為11%的鹽水并混勻,經(jīng)過濾后得到低鹽固態(tài)牡丹籽醬油。

高鹽稀態(tài)牡丹籽醬油(S2)的制備:將牡丹籽醬油曲和濃度為18%的鹽水按照1∶2(質量和體積比)的比例混合均勻,在30 ℃的條件下發(fā)酵120 d,每周補水并攪拌一次。發(fā)酵完畢后過濾醬醪,得到高鹽稀態(tài)牡丹籽醬油。

低鹽固態(tài)黃豆醬油(S3)和高鹽稀態(tài)黃豆醬油(S4)的制備:使用黃豆醬油曲發(fā)酵,發(fā)酵步驟和條件與牡丹籽醬油相同。

1.3.2 總氮含量測定

取1 mL醬油樣品加入消化管內,加入10 mL濃硫酸、0.2 g硫酸銅和3 g硫酸鉀,置于消化爐中,在420 ℃下消化2.5 h。待消化管冷卻至室溫后,采用自動凱氏定氮儀進行檢測。

1.3.3 氨基酸態(tài)氮和可溶性無鹽固形物含量測定

醬油樣品的氨基酸態(tài)氮和可溶性無鹽固形物含量按照GB 18186—2000《釀造醬油》[11]中的方法進行測定。

1.3.4 還原糖含量測定

樣品的還原糖含量通過DNS法測定[12]。將1 mL稀釋20倍的樣品與1 mL DNS試劑混合,并在100 ℃下水浴5 min。用冷水將其快速冷卻至25 ℃后,將所得混合物與5 mL蒸餾水混合,在540 nm處測定其吸光度。使用一系列葡萄糖標準水溶液(0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 g/dL)制作標準曲線。

1.3.5 總可滴定酸含量測定

醬油樣品的總可滴定酸含量以酸堿滴定法進行測定。將1 mL的醬油樣品用蒸餾水稀釋80倍后,用0.05 mol/L的氫氧化鈉滴定至pH 9.6。樣品中的可滴定酸含量(以乳酸計),并通過公式(1)計算:

總可滴定酸含量(g/dL)=c×V×0.090×f×100。

(1)

式中:c為氫氧化鈉濃度(mol/L);V為氫氧化鈉消耗量(mL);0.090為乳酸轉換為總可滴定酸的系數(shù);f為稀釋倍數(shù);100為單位轉換系數(shù)。

1.3.6 色澤測定

根據(jù)李玉斌等[13]的方法測定樣品的黃色指數(shù)、紅色指數(shù)和色深物質含量。將稀釋10倍的樣品用0.45 μm的濾膜過濾,在425,460,510,610 nm處測量其吸光度(A425、A460、A510、A610)。用公式(2)、公式(3)和公式(4)計算樣品的黃色指數(shù)、紅色指數(shù)和色深物質含量:

(2)

(3)

色深物質含量=A425×K。

(4)

式中:K為樣品稀釋倍數(shù)。

1.3.7 感官品評

選擇8名經(jīng)過訓練的感官分析評價員(4名女性和4名男性,年齡在20～40歲),通過周朝暉[14]的方法對醬油樣品的感官特征進行評估,并參考GB 18186—2000中的“5.2”對香氣、體態(tài)以及口感進行描述[11]。評價員在(23±2) ℃的感官評價室內對樣品進行評價,并對樣品的味道和香氣強度進行從0(極弱)到9(極強)的評分。

1.3.8 統(tǒng)計方法

每個實驗進行3次平行,并計算其平均值和標準差。使用Excel 2013和SPSS 13.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析和處理,P<0.05表示樣本間存在顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 總氮含量和氨基酸態(tài)氮含量分析

總氮是溶解在醬油中的含氮化合物的總稱,一般包括可溶性蛋白質、多肽以及游離氨基酸。醬油中的氨基酸主要來自原料中蛋白質的水解,是重要的呈味物質和營養(yǎng)物質,其含量以氨基酸態(tài)氮含量表示[15]。總氮和氨基酸態(tài)氮是評價醬油等級的主要質量指標,其含量越高,醬油的品質和風味越好[16]。醬油樣品的總氮和氨基酸態(tài)氮含量見圖1。

圖1 醬油樣品的總氮和氨基酸態(tài)氮含量Fig.1 Content of total nitrogen and amino acid nitrogen of soy sauce samples

由圖1可知,S1和S2的總氮和氨基酸態(tài)氮含量達到了中國國家醬油標準中一級醬油的標準[11],表明牡丹籽醬油總體質量較好。在工藝相同的條件下,S1和S2的總氮(1.454 2,1.484 5 g/dL)和氨基酸態(tài)氮(0.731 9,0.772 4 g/dL)含量分別略低于S3(總氮1.540 5 g/dL,氨基酸態(tài)氮0.808 4 g/dL)和S4(總氮1.596 2 g/dL,氨基酸態(tài)氮0.846 2 g/dL),這是由于黃豆豆粕中粗蛋白質含量更高,可溶出的蛋白質更多,在蛋白酶等酶的作用下也可以酶解出更多的多肽和氨基酸。此外,S2的總氮和氨基酸態(tài)氮含量高于S1,S4的總氮和氨基酸仿氮含量高于S3,說明高鹽稀態(tài)發(fā)酵方式制備的醬油具有更好的質量特征。這可能是因為高鹽稀態(tài)工藝的發(fā)酵周期長,可以使醬醪中的蛋白酶有充足的時間對蛋白質原料進行較徹底的酶解,增加醬油中水溶性蛋白、多肽和氨基酸的含量,從而提高總氮和氨基酸態(tài)氮含量[17]。雖然低鹽固態(tài)發(fā)酵中較高的發(fā)酵溫度可以促進蛋白酶酶活的提高,加快蛋白質原料的水解,但也會加速蛋白酶失活,造成蛋白酶作用時間縮短[18]。此外,高溫也不利于米曲霉的生長和繁殖,進而導致產(chǎn)酶量減少[19]。李瑩等[17]對41種市售醬油的基本成分進行了分析,發(fā)現(xiàn)高鹽稀態(tài)醬油總氮和氨基酸態(tài)氮含量的均值(1.329,0.822 g/dL)均高于低鹽固態(tài)醬油(1.069,0.489 g/dL),與本研究結果一致。

2.2 可溶性無鹽固形物含量分析

醬油中的可溶性無鹽固形物是指醬油中除鹽和水之外的主要營養(yǎng)物質,包括水溶性蛋白質、多肽、多糖、糊精、色素和有機酸等,其含量對醬油的風味和質量有顯著影響[20]。樣品的可溶性無鹽固形物含量見圖2。

圖2 醬油樣品的可溶性無鹽固形物含量Fig.2 Soluble salt-free solid content of soy sauce samples

在發(fā)酵工藝相同的情況下,S1和S3的可溶性無鹽固形物含量(18.52,18.87 g/dL)相近,S2和S4(20.96,21.28 g/dL)相近,說明以牡丹籽粕代替黃豆粕釀造醬油對醬油產(chǎn)品的可溶性無鹽固形物含量無明顯影響。而在發(fā)酵原料相同的情況下,S2的可溶性無鹽固形物含量顯著高于S1,S4的可溶性無鹽固形物含量高于S3,這說明高鹽稀態(tài)發(fā)酵方式比低鹽固態(tài)發(fā)酵方式更有利于積累可溶性無鹽固形物。這可能是因為高鹽稀態(tài)工藝的發(fā)酵周期較長,醬醪原料中的蛋白質、淀粉等原料水解得更加徹底,制得的醬油中可溶性多肽、氨基酸、多糖等物質含量更高。在上述4種醬油中,S1和S3的可溶性無鹽固形物含量達到了一級醬油的要求,而S2與S4達到了特級醬油的要求,說明4種醬油的可溶性固形物含量較高。

2.3 還原糖含量分析

還原糖是醬油中重要的甜味物質,對醬油風味和色澤的形成起到積極的作用[21]。醬油樣品的還原糖含量見圖3。

圖3 醬油樣品的還原糖含量Fig.3 Reducing sugar content of soy sauce samples

由圖3可知,在發(fā)酵原料相同的條件下,S1的還原糖含量(3.147 3 g/dL)低于S2(3.443 9 g/dL),S3(3.199 4 g/dL)低于S4(3.448 6 g/dL)。這可能是因為低鹽固態(tài)發(fā)酵具有較高的發(fā)酵溫度,會促進美拉德反應和焦糖化反應,從而消耗更多的還原糖[22]。在發(fā)酵工藝相同的條件下,S1與S3、S2與S4的還原糖含量相近。郭壯等[23]對33種市售生抽醬油的質量特性進行了評價,結果顯示其還原糖含量的平均值為2.800 g/dL,小于S1和S2,這表明本研究制備的牡丹籽醬油在還原糖含量上具有一定優(yōu)勢。

2.4 總可滴定酸含量分析

醬油中的總可滴定酸主要是乳酸菌等微生物產(chǎn)生的有機酸,包括乳酸、乙酸、琥珀酸和檸檬酸等。這些有機酸在為醬油提供酸味的同時還可以中和醬油的咸味,使醬油的口感變得溫潤綿密、豐滿協(xié)調[24]。醬油樣品的總可滴定酸含量見圖4。

圖4 醬油樣品的總可滴定酸含量Fig.4 Total titratable acid content of soy sauce samples

在發(fā)酵工藝相同的情況下,S1的總可滴定酸含量(1.338 5 g/dL)與S3(1.340 7 g/dL)差別不大,S2(1.267 9 g/dL)略低于S4(1.309 0 g/dL)。這表明以牡丹籽粕替代黃豆粕釀造醬油對醬油產(chǎn)品的總可滴定酸含量無顯著影響,這是因為醬油中的酸類物質大多由淀粉原料酶解產(chǎn)生,而原料中的淀粉主要來自于麩皮與面粉,受蛋白原料的影響較小。在發(fā)酵原料相同的條件下,S1的總可滴定酸含量顯著高于S2,S3的總可滴定酸含量顯著高于S4。這可能是因為低鹽固態(tài)工藝發(fā)酵溫度較高,使得乳酸菌的活性較高,產(chǎn)酸能力更強,使得低鹽固態(tài)醬油中的總可滴定酸含量更高,酸味更強。于寒松等[25]對市售25種生抽醬油的品質進行了評價,測得樣品的總可滴定酸平均值為1.41 g/dL,略高于本研究結果。

2.5 色澤分析

醬油樣品的色深物質含量、黃色指數(shù)和紅色指數(shù)見表1。

表1 醬油樣品的色深物質含量、紅色指數(shù)和黃色指數(shù)(n=3)Table 1 Dark substance content, redness index and yellowness index of soy sauce samples (n=3)

在發(fā)酵原料相同的條件下,S1的色深物質相對含量高于S2,S3的色深物質相對含量高于S4,這表明低鹽固態(tài)發(fā)酵的醬油色深物質含量更高,顏色更深。這是因為低鹽固態(tài)發(fā)酵的發(fā)酵溫度更高,醬醪中發(fā)生的美拉德反應和焦糖化反應更加活躍,產(chǎn)生的類黑素、焦糖色素等物質更多[26]。在工藝相同的條件下,S1的色深物質含量低于S3,S2的色深物質含量低于S4,意味著牡丹籽醬油顏色略淺于黃豆醬油。

紅色指數(shù)反映醬油主要顏色的強度,紅色指數(shù)越高,醬油越紅潤明亮[27]。黃色指數(shù)是另外一個評價醬油色澤的重要指標,黃色指數(shù)越高,醬油黃色調越明顯,炒出菜的顏色越金黃不發(fā)烏[28]。S1的紅色指數(shù)和黃色指數(shù)低于S2,S3的紅色指數(shù)和黃色指數(shù)低于S4,表明高鹽稀態(tài)醬油的紅色和黃色色調比低鹽稀態(tài)醬油更深,色澤更加飽滿。而在發(fā)酵工藝相同的條件下,S1的紅色指數(shù)和黃色指數(shù)略高于S3,S2略高于S4,說明牡丹籽醬油的黃色和紅色更深,色澤更好。

2.6 感官品評結果分析

醬油的感官特性是影響消費者接受度的重要因素之一,在較大程度上決定了醬油產(chǎn)品的市場競爭力。醬油的感官特性主要體現(xiàn)在“色、香、味、態(tài)”方面,即色澤、香氣、味道、體態(tài)。各醬油樣品的色澤特點已在上文詳細分析,本節(jié)只討論樣品的香氣、味道和體態(tài)特點。醬油樣品的感官指標分析結果見表2和圖5。

表2 醬油樣品的感官指標分析結果(n=3)Table 2 Analysis results of sensory indexes of soy sauce samples (n=3)

圖5 醬油樣品的感官指標分析結果Fig.5 Analysis results of sensory indexes of soy sauce samples

在味道方面,S2、S4的鮮味、甜味和咸味得分均高于S1和S3,而酸味得分較低,這說明相較于低鹽固態(tài)醬油,高鹽稀態(tài)醬油味道更加鮮甜,咸味更明顯,而酸味更淡。這是因為高鹽稀態(tài)醬油中氨基酸、多肽、還原糖、鹽等物質含量較高,而可滴定酸等物質含量較少。在兩種高鹽稀態(tài)醬油中,S2的鮮味得分略低于S4,而甜味得分略高。

在香氣方面,S2和S4的評分均高于S1和S3,意味著高鹽稀態(tài)醬油的香氣更好,接受度更高;而在發(fā)酵工藝相同的情況下,S1和S2的香氣得分均低于S3和S4,這說明以牡丹籽粕為主要蛋白原料發(fā)酵醬油可能會對醬油產(chǎn)品的香氣產(chǎn)生一些負面影響。

在體態(tài)方面,4種醬油均較澄澈透明,無明顯不溶性雜質。

3 結論

本研究通過高鹽稀態(tài)工藝和低鹽固態(tài)工藝制備了兩種牡丹籽醬油,測定了其基礎理化特性并與黃豆醬油進行了比較。結果表明,兩種牡丹籽醬油的總氮和氨基酸態(tài)氮含量雖略低于同工藝發(fā)酵的黃豆醬油,但均達到國家一級醬油標準,表明兩種牡丹籽醬油質量過關。除此之外,兩種牡丹籽醬油的可溶性無鹽固形物、還原糖和總可滴定酸含量與同工藝發(fā)酵的黃豆醬油相近。牡丹籽醬油的顏色比黃豆醬油淺,但紅色和黃色指數(shù)更高,色澤更飽滿?？傮w來說,以牡丹籽替代黃豆作為主要蛋白原料來制備高質量醬油是可行的。在兩種牡丹籽醬油中,高鹽稀態(tài)牡丹籽醬油由于發(fā)酵時間長、發(fā)酵溫度低,醬醪中各種原料酶解較徹底,總氮、氨基酸態(tài)氮、可溶性無鹽固形物、還原糖含量均高于低鹽固態(tài)牡丹籽醬油,味道更加鮮甜,氣味更加濃郁,展現(xiàn)出更好的產(chǎn)品特征。但低鹽固態(tài)牡丹籽醬油發(fā)酵周期較短,生產(chǎn)工藝簡單,生產(chǎn)成本較低,因此企業(yè)可以根據(jù)產(chǎn)品定位以及市場需求確定生產(chǎn)工藝。本研究初步探究了兩種工藝制備的牡丹籽醬油的質量特征,為牡丹籽粕的高效利用以及高質量的牡丹籽醬油的開發(fā)提供了數(shù)據(jù)支撐以及科學依據(jù)。