豆醬發(fā)酵過(guò)程升溫及通氣對(duì)其風(fēng)味形成的影響

摘要：傳統(tǒng)豆醬發(fā)酵周期長(zhǎng)，不利于生產(chǎn)和成本的管控，因此文章旨在通過(guò)優(yōu)化工藝縮短發(fā)酵周期。將不同溫度（40 ℃和50 ℃）、是否通氧的樣品與自然發(fā)酵的樣品進(jìn)行對(duì)比，監(jiān)控發(fā)酵過(guò)程中理化指標(biāo)的變化趨勢(shì)，并分析了揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量和感官差異。結(jié)果表明，在發(fā)酵周期相同的情況下，升溫可加快氨基酸態(tài)氮和還原糖的消耗且有利于總酸的生成，而通氧會(huì)使得這一結(jié)果更加明顯。此外，升溫和通氧有利于醛類、酮類、吡嗪類、酸類和呋喃類化合物的生成，但是醇類和酯類物質(zhì)在通氧條件下會(huì)受到抑制。通過(guò)升溫和通氧也可提升產(chǎn)品的口感、色澤和氣味，該研究結(jié)果為優(yōu)化傳統(tǒng)豆醬的工藝提供了一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：豆醬；升溫；通氧；理化指標(biāo)；揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

中圖分類號(hào)：TS264.24 """""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A """"文章編號(hào)：1000-9973（2024）09-0096-05

Effects of Heating and Ventilation During Fermentation of

Soybean Paste on Its Flavor Formation

WANG Ya-qi， TONG Xing*

（Foshan Haitian （Gaoming） Flavoring and Food Co.， Ltd.， Foshan 528000， China）

Abstract： Traditional soybean paste has a long fermentation period， which is not conducive to production and cost control. Therefore， the aim of this paper is to shorten the fermentation period by optimizing the process. Samples at different temperatures （40 ℃ and 50 ℃）， samples with or without oxygen ventilation are compared with naturally fermented samples， the change trend of physicochemical indexes during the fermentation is monitored， and the content of volatile flavor substances and sensory differences are analyzed. The results show that under the same fermentation period， heating could accelerate the consumption of amino acid nitrogen and reducing sugar， and is conducive to the formation of total acids， and oxygen ventilation would make this result more obvious. In addition， heating and oxygen ventilation are conducive to the formation of aldehydes， ketones， pyrazines， acids and furans， but alcohols and esters are inhibited under oxygen ventilation conditions. The taste， color and flavor of the product can also be improved by heating and oxygen ventilation. The research results have provided a certain theoretical basis for optimizing the process of traditional soybean paste.

Key words： soybean paste; heating; oxygen ventilation; physicochemical indexes; volatile flavor substances

收稿日期：2024-03-29

基金項(xiàng)目：廣東省調(diào)味食品生物發(fā)酵先進(jìn)技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（佛山市海天（高明）調(diào)味食品有限公司）開放基金（2017B030302002）

作者簡(jiǎn)介：王亞琦（1990—），男，碩士，研究方向：豆醬生物發(fā)酵與工藝技術(shù)。

*通信作者：童星（1982—），男，正高級(jí)工程師，博士，研究方向：食品生物發(fā)酵。

傳統(tǒng)發(fā)酵的豆醬是一種以大豆為原料、在特定溫度和條件下發(fā)酵而成的調(diào)味品，它不僅可以調(diào)味，而且由于其獨(dú)特的色、香、味及豐富的營(yíng)養(yǎng)，深受亞洲地區(qū)消費(fèi)者的青睞[1]。風(fēng)味是衡量豆醬品質(zhì)的重要指標(biāo)，而香氣是影響豆醬風(fēng)味的主要因素之一[2]。豆醬的香氣差異主要是由于揮發(fā)性風(fēng)味化合物的組成不同，其中醛類、酯類、含硫化合物、呋喃類、酮類、酚類和含氮雜環(huán)類化合物被認(rèn)為是發(fā)酵豆醬中的主要揮發(fā)性成分[3]。隨著檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，在豆醬中已經(jīng)鑒定出100多種風(fēng)味物質(zhì)[4-6]，這些風(fēng)味物質(zhì)共同賦予了豆醬獨(dú)特的香氣。

有研究[7-8]發(fā)現(xiàn)不同溫度對(duì)高鹽稀態(tài)醬油的揮發(fā)性化合物含量和風(fēng)味感官均有明顯影響，低溫有利于豆醬生成烷烴類化合物，主要與發(fā)酵不充分導(dǎo)致降解成烷烴類風(fēng)味前體物質(zhì)有關(guān)，而高溫有利于酯類物質(zhì)的形成[3]。隨著發(fā)酵溫度的升高，豆醬中呋喃類物質(zhì)也逐漸增多，而醇類和酚類在高溫下作為美拉德反應(yīng)和氧化反應(yīng)的前體物質(zhì)被消耗[9]。由此可知，溫度會(huì)影響豆醬風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量。此外，有研究[10-12]表明由于氧氣濃度的差異，發(fā)酵容器中不同深度的發(fā)酵白酒和醬油的香氣存在明顯差異，與氧氣充分接觸的表層樣品香氣明顯更加濃郁，可能是由于氧氣可以促進(jìn)美拉德反應(yīng)從而有利于揮發(fā)性化合物的形成。

傳統(tǒng)豆醬主要通過(guò)微生物自然發(fā)酵，一般需要6～12個(gè)月，雖然其香氣濃郁，但是發(fā)酵周期較長(zhǎng)、過(guò)程不好管控和生產(chǎn)成本較高在很大程度上阻礙了豆醬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[13-14]。因此，本研究基于這種現(xiàn)狀，探究豆醬后熟階段溫度和氧氣對(duì)豆醬香氣物質(zhì)的影響，旨在通過(guò)工藝優(yōu)化縮短豆醬的發(fā)酵周期，對(duì)促進(jìn)傳統(tǒng)豆醬現(xiàn)代化具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 材料

曲料和鹽水：佛山市海天（高明）調(diào)味食品有限公司。

1.2 試劑

甲醛（AR）：廣州化學(xué)試劑廠；0.05 mol/L NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液：深圳市博林達(dá)科技有限公司；2-辛醇（標(biāo)準(zhǔn)品）：北京索萊寶科技有限公司；鹽酸、硫酸銅、亞甲藍(lán)、酒石酸鉀鈉、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀（均為分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.3 主要儀器與設(shè)備

DKZ-1電熱恒溫振蕩水槽 上海一恒科技有限公司；905自動(dòng)電位滴定儀 瑞士萬(wàn)通中國(guó)有限公司；7890B-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)安捷倫科技公司。

1.4 方法

1.4.1 醬醪的制備與發(fā)酵

將成曲與鹽水按一定比例混合，落黃后得到體系12%鹽分（質(zhì)量比）的醬醪樣品。將醬醪樣品于50 kg小型發(fā)酵罐中進(jìn)行自然發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程中每5 d通氣攪拌一次。落黃當(dāng)日為發(fā)酵第0天，待醬醪發(fā)酵至第50天時(shí)，分別設(shè)置繼續(xù)自然發(fā)酵的對(duì)照樣，40 ℃通氣/不通氣、50 ℃通氣/不通氣的試驗(yàn)組繼續(xù)發(fā)酵，其中試驗(yàn)組通入壓縮空氣頻率為2 h/d，通氣量為180 m3/h。試驗(yàn)組持續(xù)發(fā)酵至第100天，對(duì)照組自然發(fā)酵至第300天；發(fā)酵過(guò)程中定期抽樣進(jìn)行感官和理化指標(biāo)的測(cè)定。

1.4.2 理化指標(biāo)的測(cè)定

將抽取的各發(fā)酵階段豆醬樣品磨制均勻，進(jìn)行理化指標(biāo)的測(cè)定?？偹岷康臏y(cè)定：參照GB 12456—2021中的自動(dòng)電位滴定法；氨基酸態(tài)氮含量的測(cè)定；參照GB 5009.235—2016中的甲醛滴定法；還原糖含量的測(cè)定：參照GB 5009.7—2016中的直接滴定法。

1.4.3 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定

揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量的測(cè)定參照Liu等[15]的方法并稍作修改。

樣品處理：向2.5 g黃豆醬樣品中添加雙蒸水，按照1∶1的比例稀釋，添加25 μL濃度為3.30 μg/mL的 2-辛醇溶液（內(nèi)標(biāo)物），并于20 mL頂空瓶中添加氯化鈉調(diào)節(jié)溶液離子強(qiáng)度至25%，于80 ℃水浴平衡15 min后，用75 μm CAR/PDMS萃取頭頂空萃取40 min，結(jié)束后將萃取頭插入GC-MS進(jìn)行解吸。

GC-MS條件：分別使用HP-INNOWax熔融石英毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）和DB-5MS熔融石英毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）。載氣為氦氣，流速為0.8 mL/min。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）在無(wú)分裂注射模式下進(jìn)行。進(jìn)樣量為1 μL，初始溫度設(shè)置為40 ℃，持續(xù)4 min，隨后以20 ℃/min的速度升至160 ℃，最后以6 ℃/min的速度升至220 ℃，分流比為10∶1。質(zhì)譜條件：電子能量為70 eV，離子源溫度為230 ℃，傳輸溫度為250 ℃，質(zhì)量掃描范圍（m/z）為35～500 amu，全掃描模式。

1.4.4 感官評(píng)價(jià)

通過(guò)定量描述分析法-數(shù)字分析法對(duì)豆醬樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)。將1.4.1中的醬醪樣品經(jīng)巴氏滅菌后，挑選20位感官鑒評(píng)人員對(duì)醬醪的色澤、氣味、口感、體態(tài)按照豆醬感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分（見表1），最終取各項(xiàng)指標(biāo)的平均值。鑒評(píng)人員按照ISO 4121—2003、ASTM MNL 13和DIN 10964進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn)，感官評(píng)價(jià)在符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的感官實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。

1.4.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用軟件Origin 2021進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)處理并繪制折線圖和柱狀圖；將揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，通過(guò)軟件R-Studio繪制熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 理化指標(biāo)

2.1.1 氨基酸態(tài)氮含量變化

傳統(tǒng)豆醬發(fā)酵過(guò)程中，前期原料中的蛋白質(zhì)、淀粉通過(guò)米曲霉產(chǎn)生的酶系進(jìn)行分解，隨后分解產(chǎn)物在乳酸菌、酵母菌等微生物的作用下或以美拉德反應(yīng)為主的化學(xué)反應(yīng)的作用下，進(jìn)一步賦予豆醬獨(dú)特的色澤、氣味、口感，兩個(gè)過(guò)程通常并非截然分開。

由圖1可知，豆醬發(fā)酵至一定時(shí)期后氨基酸態(tài)氮含量開始呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，自然發(fā)酵組由0.83 g/100 g逐漸降低至0.70 g/100 g，說(shuō)明發(fā)酵已進(jìn)行至以分解產(chǎn)物的生物化學(xué)反應(yīng)為主的階段。此時(shí)提高醪溫后繼續(xù)發(fā)酵，豆醬氨基酸態(tài)氮含量消耗速率隨著溫度的升高而逐漸增加，并在氧氣的作用下進(jìn)一步加快，說(shuō)明在發(fā)酵過(guò)程中適當(dāng)提升溫度和通氧有助于美拉德反應(yīng)的進(jìn)行。以50 ℃結(jié)合通氧工藝?yán)^續(xù)發(fā)酵至100 d的豆醬為例，其氨基酸態(tài)氮含量與傳統(tǒng)模式下發(fā)酵250 d的豆醬水平一致（0.72 g/100 g）。

2.1.2 還原糖含量變化

由圖2可知，與圖1中的氨基酸態(tài)氮含量變化結(jié)果相似，豆醬發(fā)酵至一定時(shí)期后還原糖含量呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，自然發(fā)酵組由9.5 g/100 g逐漸降低至6.8 g/100 g。發(fā)酵豆醬體系中的還原糖不僅是美拉德反應(yīng)的重要反應(yīng)物，而且是后期微生物的主要碳源。同樣地，還原糖含量消耗速率隨著溫度的升高而逐漸增加，而相同溫度下通氧后的還原糖消耗速率也會(huì)增加，使發(fā)酵加速達(dá)到傳統(tǒng)模式下的長(zhǎng)周期豆醬水平。

2.1.3 總酸含量變化

由圖3可知，傳統(tǒng)發(fā)酵模式下豆醬的總酸含量呈持續(xù)上升的趨勢(shì)。相較于對(duì)照組，提高發(fā)酵溫度促進(jìn)了酸類物質(zhì)的形成，低鹽固態(tài)發(fā)酵工藝的醬油體系中也有相似的結(jié)論，劉蕊[16]認(rèn)為這與醬醪中的耐高溫產(chǎn)酸微生物代謝，將糖類與游離氨基酸轉(zhuǎn)化為酸類相關(guān)。而在此過(guò)程中進(jìn)一步通入氧氣，總酸含量進(jìn)一步提升，與氧氣促進(jìn)醇類、酮類物質(zhì)向酸類物質(zhì)氧化轉(zhuǎn)變有關(guān)。

2.2 風(fēng)味物質(zhì)分析

2.2.1 豆醬揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成定量分析

由圖4中a可知，傳統(tǒng)發(fā)酵工藝的長(zhǎng)周期自然發(fā)酵300 d醬醪中共檢測(cè)出143種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，主要包括15種醇類、3種酚類、27種醛類、28種酮類、14種酸類、36種酯類、7種吡嗪類、13種呋喃類。相較之下，試驗(yàn)組酯類的豐富度有所降低。結(jié)合揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量（見圖4中b）的數(shù)據(jù)分析，自然發(fā)酵300 d、自然發(fā)酵100 d醬醪揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總含量分別為48.43，32.19 mg/kg，對(duì)比之下，4組發(fā)酵100 d的試驗(yàn)醬醪揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總含量均高于自然發(fā)酵100 d水平。從不同揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量變化來(lái)看，提升溫度有利于醛類、吡嗪類、呋喃類、酸類物質(zhì)的生成，此時(shí)適度通氧，酸類、吡嗪類物質(zhì)含量進(jìn)一步增加；而酯類物質(zhì)含量在提升溫度，特別是通氧后呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，這可能與部分不飽和酯類氧化相關(guān)，此外，醬醪中存在產(chǎn)酯酵母，其活性在40，50 ℃的發(fā)酵環(huán)境中亦受到抑制。

2.2.2 豆醬揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)聚類分析

醛類物質(zhì)是豆醬中的主要揮發(fā)性化合物，其含量最高。醛類、酮類和吡嗪類化合物為主要的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物[15]，該三類物質(zhì)在試驗(yàn)組中的含量高于自然發(fā)酵100 d的醬醪樣品，且在50 ℃通氧條件下該類物質(zhì)的含量最高。其中，2-甲基丁醛是麥芽香的重要來(lái)源[17]，苯乙醛是花香的主要貢獻(xiàn)物質(zhì)，其在試驗(yàn)組中的含量均高于自然發(fā)酵100 d的醬醪樣品。吡嗪類、吡咯類物質(zhì)如2，6-二甲基吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪和2-乙?；量┦菆?jiān)果香、焙烤香的主要來(lái)源[18]，試驗(yàn)組中均檢出且相比于發(fā)酵100 d的對(duì)照樣含量更高，這說(shuō)明升溫或通氧有利于美拉德反應(yīng)的進(jìn)行，這與上述氨基酸態(tài)氮和還原糖消耗速度的結(jié)果相符。

升溫發(fā)酵100 d的酸類物質(zhì)含量與自然發(fā)酵300 d的總酸結(jié)果基本一致，升溫可提高酸類物質(zhì)的含量，在相同溫度下通氧有利于該類物質(zhì)的生成。以乙酸為主的酸類物質(zhì)能使發(fā)酵環(huán)境的pH值下降，為酵母菌的生長(zhǎng)提供酸性環(huán)境。乙醇作為重要的醇香類物質(zhì)，在相同溫度無(wú)氧條件下的含量高于有氧條件下，這可能與酵母菌在有氧條件下生成二氧化碳和水，而進(jìn)行無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物為乙醇和二氧化碳有關(guān)。同時(shí)，酸類物質(zhì)可與醇類物質(zhì)發(fā)生酯化反應(yīng)形成酯類化合物，乙酯類物質(zhì)是重要的花果香化合物，如乙酸乙酯和異丁酸乙酯，尤其是異丁酸乙酯的特征蘋果香味可賦予豆醬濃郁而柔和的風(fēng)味，在相同溫度無(wú)氧條件下的含量高于有氧條件下，而溫度對(duì)其影響不大。

呋喃類物質(zhì)可賦予產(chǎn)品焦糖香氣，其在試驗(yàn)組中的含量均高于自然發(fā)酵100 d的醬醪樣品，糠醛作為重要的焦糖物質(zhì)，其在自然發(fā)酵100 d的條件下含量最低，而50 ℃通氧條件下含量最高。

2.3 感官評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步確認(rèn)不同工藝對(duì)豆醬品質(zhì)的影響，從豆醬的體態(tài)、色澤、氣味和口感進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果見圖6。

由圖6可知，在體態(tài)方面，自然發(fā)酵300 d的樣品體態(tài)最稠且有分層和白點(diǎn)，而其他樣品的體態(tài)相近，這可能是由于長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵使得樣品水分揮發(fā)嚴(yán)重；在色澤方面，50 ℃通氧發(fā)酵100 d的樣品評(píng)分最高，其色澤紅潤(rùn)，而自然發(fā)酵300 d的樣品評(píng)分最低，其顏色發(fā)暗，無(wú)光澤；在氣味方面，自然發(fā)酵300 d的樣品評(píng)分最高，其醬香和豉香濃郁，其次是50 ℃通氧發(fā)酵100 d的樣品，其氣味稍微平淡，這可能是長(zhǎng)時(shí)間自然發(fā)酵過(guò)程中有較多微生物參與氣味的生成與反應(yīng)，產(chǎn)生較多酯類等醬香物質(zhì)，而高溫通氧有利于美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的生成；在口感方面，40 ℃發(fā)酵樣品最佳，其苦澀味最弱，其次是50 ℃發(fā)酵樣品，而自然發(fā)酵300 d的樣品有明顯的苦澀味。整體而言，適當(dāng)提升發(fā)酵溫度和通氧對(duì)產(chǎn)品的口感、色澤和氣味均有較大提升作用。

3 結(jié)論

本文通過(guò)研究發(fā)酵溫度和氧氣對(duì)豆醬品質(zhì)的影響，分析了不同條件下發(fā)酵豆醬氨基酸態(tài)氮、還原糖和總酸含量的變化趨勢(shì)，并分析了其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量和感官差異。結(jié)果表明，提升溫度可加快氨基酸態(tài)氮和還原糖的消耗，有利于總酸的生成，而通氧會(huì)使這一變化更加明顯，說(shuō)明適當(dāng)?shù)厣郎睾屯ㄑ跤欣诿览路磻?yīng)的進(jìn)行。升溫和通氧有利于醛類、酮類、吡嗪類、酸類和呋喃類化合物的生成，但是醇類和酯類物質(zhì)在通氧條件下會(huì)受到抑制。在感官方面，適當(dāng)提升溫度和通氧有利于提升產(chǎn)品的口感、色澤和氣味。本研究雖然探究了不同溫度和是否通氧的豆醬品質(zhì)差異，但是其對(duì)滋味物質(zhì)形成的影響和機(jī)理尚不清楚，后續(xù)可對(duì)其進(jìn)行更深入的探究分析，以進(jìn)一步優(yōu)化傳統(tǒng)豆醬的發(fā)酵工藝。

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