螺旋藻風(fēng)味醬的發(fā)酵工藝研究

摘要：螺旋藻富含蛋白質(zhì)、維生素和人體所需的各種微量元素，具有提高免疫力、抗貧血、預(yù)防高血脂等功效。以螺旋藻、面粉為主要原料進(jìn)行發(fā)酵，使醬具有獨特螺旋藻風(fēng)味的同時提高了其營養(yǎng)價值。為獲得螺旋藻風(fēng)味醬的發(fā)酵工藝，研究不同因素對螺旋藻風(fēng)味醬發(fā)酵的影響，進(jìn)行了單因素實驗，得到最佳條件為料水比1∶1.25、藻面比100∶0、培養(yǎng)溫度35 ℃、接種量0.1%、鹽濃度13%、制曲時間72 h。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行四因素三水平正交實驗設(shè)計，對發(fā)酵工藝進(jìn)行進(jìn)一步研究。以氨基酸態(tài)氮含量作為指標(biāo)，得到最佳工藝條件為料水比1∶1、藻面比90∶10、培養(yǎng)溫度35 ℃、接種量0.05%、鹽濃度13%、制曲時間72 h。進(jìn)行驗證實驗，最佳條件下得到的螺旋藻風(fēng)味醬酯香濃郁，黏稠適度，咸甜適口，氨基酸態(tài)氮含量達(dá)到（1.54±0.03） g/100 g。通過在醬料中加入不同香料炒制，得到多種口味的螺旋藻風(fēng)味醬。

關(guān)鍵詞：螺旋藻；醬油曲精；發(fā)酵工藝；氨基酸態(tài)氮

中圖分類號：TS264.24""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""""" 文章編號：1000-9973（2024）08-0069-05

Study on Fermentation Process of Spirulina Flavor Sauce

XUE Xian-hui， LI Si-yu， GUO Rui， CUI Wen-kai， JI Bei*

（College of Chemical and Biological Engineering， Shandong University of Science

and Technology， Qingdao 266590， China）

Abstract： Spirulina is rich in protein， vitamins and various trace elements needed by the human body， which has the effects such as improving immunity， anti-anemia and preventing hyperlipidemia. Spirulina and flour are used as the main raw materials for fermentation， which gives the sauce a unique Spirulina flavor and improves its nutritional value. In order to obtain the fermentation process of Spirulina flavor sauce， the effects of different factors on Spirulina-flour sauce fermentation are studied， and single factor experiment is carried out.The optimal conditions are determined as follows： the material-water ratio is 1∶1.25， the Spirulina-flour ratio is 100∶0， the cultivation temperature is 35 ℃， the inoculation amount is 0.1%， the salt concentration is 13% and the koji-making time is 72 h. On this basis， the four-factor and three-level orthogonal experiment design is carried out to further study the fermentation process. Taking amino acid nitrogen content as the index， the optimal process conditions are obtained as follows： the material-water ratio is 1∶1， the Spirulina-flour ratio is 90∶10， the cultivation temperature is 35 ℃， the inoculation amount is 0.05%， the salt concentration is 13% and the koji-making time is 72 h. The verification experiment is carried out， the Spirulina" flavor sauce obtained under the optimal conditions has strong ester aroma， moderate viscosity， pleasant saltiness and sweetness， and" the amino acid nitrogen content reaches （1.54±0.03） g/100 g. Through adding different spices into the sauce for stir-frying， Spirulina flavor sauce with a variety of flavors can be obtained.

Key words： Spirulina; soy sauce koji essence; fermentation process; amino acid nitrogen

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.08.013

引文格式：薛憲輝，李思雨，郭睿，等.螺旋藻風(fēng)味醬的發(fā)酵工藝研究.中國調(diào)味品，2024，49（8）：69-73.

XUE X H， LI S Y， GUO R， et al. Study on fermentation process of Spirulina flavor sauce.China Condiment，2024，49（8）：69-73.

收稿日期：2024-01-12

基金項目：四川省高等學(xué)校重點項目（PRKX2020Z05）

作者簡介：薛憲輝（1999—），男，碩士，研究方向：生物化工。

*通信作者：紀(jì)蓓（1977—），女，副教授，博士，研究方向：微生物發(fā)酵。

螺旋藻（Spirulina），也稱節(jié)旋藻，是一種多細(xì)胞真核藻類，因其在顯微鏡下呈螺旋絲狀而得名。螺旋藻富含營養(yǎng)物質(zhì)，其蛋白質(zhì)含量可達(dá)干重的50%～70%，是目前可食用植物中蛋白質(zhì)含量最高的一種。此外，螺旋藻還含有多種不飽和脂肪酸、維生素和人體所需微量元素，具有很高的食用價值，具有提高免疫力、抗腫瘤、預(yù)防高血脂、抗疲勞、抗貧血等保健功效，被廣泛應(yīng)用于保健品、食品、飼料、醫(yī)藥行業(yè)中。

發(fā)酵醬是一種利用微生物發(fā)酵制成的調(diào)味品，在我國已有三千多年的歷史。作為傳統(tǒng)調(diào)味品，具有陳香濃郁、氣純味美的特點。又因其便于儲存、食用方法簡單多樣而受到人們的喜愛，在飲食生活中占據(jù)著重要的地位。發(fā)酵使醬類的賞味期延長，同時微生物產(chǎn)生的蛋白酶和纖維素酶等將原料中的蛋白質(zhì)和植物纖維分解成易于被人體吸收的小分子物質(zhì)。傳統(tǒng)發(fā)酵常用大豆作原料，利用空氣中的微生物自然制曲，再加入鹽水發(fā)酵至成熟。利用藻類作為原料制作發(fā)酵醬具有成本低、營養(yǎng)豐富、附加值高等優(yōu)點。劉燁將海藻經(jīng)高壓蒸煮脫腥后與黃豆按比例混合發(fā)酵，制成的海藻豆瓣醬口感細(xì)膩，具有濃郁的醬香和獨特的海帶風(fēng)味。

本研究以螺旋藻為原料，在加工過程中加入多種微生物進(jìn)行發(fā)酵，使其產(chǎn)生豐富的酶系，生成醇類、酯類及雜環(huán)類化合物等呈香物質(zhì)，使發(fā)酵醬具有獨特的風(fēng)味和更高的營養(yǎng)價值。將螺旋藻加工成一種營養(yǎng)、美味、安全的風(fēng)味醬產(chǎn)品，一方面開拓了螺旋藻的加工方向，另一方面為提高螺旋藻的經(jīng)濟(jì)價值提供了新途徑。

1" 材料和方法

1.1" 材料

醬油曲精（米曲霉）：錦潤生物科技（山東）有限公司；螺旋藻粉（食品級，GB 19643—2016）：鄂爾多斯市新宇力藻業(yè)集團(tuán)有限公司；小麥面粉：山東祥谷石磨面業(yè)有限公司；精制食用鹽：山東岱岳制鹽有限公司。

1.2" 試劑

甲醛：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；95%乙醇：天津市富宇精細(xì)化工有限公司；硼酸：齊魯石化公司研究院試劑廠；甲基紅指示劑：天津博迪化工股份有限公司；溴甲酚綠指示劑：天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；無水乙醚、硫酸鉀、濃硫酸、苯酚：成都市科隆化學(xué)品有限公司；酚酞：天津市鼎盛鑫化工有限公司；氫氧化鈉、鹽酸：天津市凱通化學(xué)試劑有限公司；鄰苯二甲酸氫鉀（優(yōu)級純）、硫酸銅、三氯乙酸：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。其中所有未標(biāo)注試劑均為分析純。

1.3" 主要儀器與設(shè)備

PHS-3C 型酸度計" 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；XFS-280MB型高壓滅菌鍋" 浙江新豐醫(yī)療器械有限公司；SW-CJ-1D型超凈工作臺、L530型離心機(jī)" 蘇州凈化設(shè)備有限公司；HH-B11-260-TBS臺式電熱恒溫培養(yǎng)箱" 上海精密科學(xué)儀器有限公司；V-1200B可見分光光度計" 天津綜科科技有限公司；AR1140型電子分析天平" 奧豪斯儀器（上海）有限公司；SHB-ⅢA型循環(huán)水式多用真空泵" 上海滬析實業(yè)有限公司。

1.4" 方法

1.4.1" 實驗流程圖

螺旋藻風(fēng)味醬發(fā)酵工藝流程見圖1。

1.4.2" 發(fā)酵過程操作要點

1.4.2.1" 混合

將螺旋藻粉與小麥面粉以一定的比例均勻混合，按料水比加入蒸餾水，使原料充分吸收水分，便于滅菌過程中原料熟化，為制醅過程中微生物的生長提供了充足的營養(yǎng)和水分。將藻面比設(shè)置為因素一，料水比設(shè)置為因素二。

1.4.2.2" 滅菌

將混合加水后的原料置于滅菌鍋中，121 ℃下滅菌20 min。

1.4.2.3" 接種

將滅菌后的原料放涼至室溫時，按照一定比例接種曲種，攪拌使其與原料充分均勻地混合，將不同接種量設(shè)置為因素三。

1.4.2.4" 制醅

在一定溫度、通風(fēng)良好的恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，制曲12 h左右原料表面有白色菌落出現(xiàn)，24 h左右部分菌落變黃，將不同制曲時間設(shè)置為因素四。

1.4.2.5" 加鹽

在選定時間將曲塊搗碎，加入鹽水?dāng)嚢杈鶆?，將不同鹽濃度設(shè)置為因素五。

1.4.2.6" 發(fā)酵

將制好的醬醅放入指定溫度的恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，10 d后取出螺旋藻風(fēng)味醬進(jìn)行氨基酸態(tài)氮含量的測定，將不同培養(yǎng)溫度設(shè)置為因素六。

1.4.2.7" 炒制

先在鍋中倒入少許食用植物油，大火燒熱轉(zhuǎn)中火，加入螺旋藻風(fēng)味醬、十三香、蠔油、蔥段、姜末翻炒5 min。麻辣風(fēng)味則額外加入2 g花椒、5 g干辣椒。

1.4.3" 單因素實驗

為探究不同因素對螺旋藻風(fēng)味醬發(fā)酵的影響，設(shè)置因素一藻面比為90∶10，因素二料水比為1∶1，因素三接種量為0.3%，因素四制曲時間為60 h，因素五鹽濃度為13%，因素六培養(yǎng)溫度為35 ℃，培養(yǎng)時間為10 d。在此基礎(chǔ)上研究不同藻面比100∶0、95∶5、90∶10、85∶15、80∶20；不同料水比1∶0.5、1∶0.75、1∶1、1∶1.25、1∶1.5；不同接種量0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%；不同鹽濃度5%、9%、13%、17%、21%；不同制曲時間36，48，60，72，84 h；不同培養(yǎng)溫度25，30，35，40，45 ℃對螺旋藻風(fēng)味醬氨基酸態(tài)氮含量的影響。每個處理重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.4.4" 正交實驗

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選取料水比、藻面比、制曲時間、接種量4個因素進(jìn)行四因素三水平的正交實驗，正交實驗設(shè)計因素水平表見表1。

1.4.5" 螺旋藻粉營養(yǎng)成分的測定

蛋白質(zhì)含量的測定采用GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》中的凱氏定氮法，脂肪含量的測定采用GB/T 5512—2008《糧油檢驗 糧食中粗脂肪含量測定》中的索氏抽提法，碳水化合物含量的測定采用苯酚硫酸法。

1.4.6" 氨基酸態(tài)氮含量的測定

螺旋藻風(fēng)味醬預(yù)處理：取發(fā)酵好的螺旋藻風(fēng)味醬于研缽中，研磨10 min至無肉眼可見的顆粒，稱取5.00 g螺旋藻風(fēng)味醬樣品于小燒杯中，用蒸餾水沖洗并定容至100 mL容量瓶中。將容量瓶中液體移入50 mL離心管中，4 000 r/min離心20 min。取上清液用布氏漏斗過濾備用。氨基酸態(tài)氮含量的測定采用甲醛滴定法。

1.4.7" 感官評定

感官評價小組由8人組成，色澤、氣味、滋味、體態(tài)權(quán)重各占25%，得分為平均值。

螺旋藻風(fēng)味醬感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 螺旋藻主要營養(yǎng)成分

螺旋藻粉的主要成分為蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物，經(jīng)檢測得到螺旋藻粉中的蛋白質(zhì)含量為（44.10±0.31） g/100 g，脂肪含量為（3.70±0.20） g/100 g，碳水化合物含量為（2.35±0.01） g/100 g。李傲辰指出大豆中含有蛋白質(zhì)30%～40%、碳水化合物20%～30%、脂肪16%～22%。本文選用的螺旋藻粉營養(yǎng)成分中蛋白質(zhì)含量高于大豆，同時脂肪和碳水化合物含量較低，符合現(xiàn)代人的飲食習(xí)慣，具有很高的工業(yè)利用價值。

2.2" 單因素實驗結(jié)果

由圖2中a可知，隨著螺旋藻粉含量的增加，發(fā)酵的螺旋藻風(fēng)味醬中氨基酸態(tài)氮含量逐漸升高，當(dāng)培養(yǎng)基全部由螺旋藻粉組成時，氨基酸態(tài)氮含量為0.46 g/100 g，這主要是因為螺旋藻中的蛋白質(zhì)含量較高，螺旋藻風(fēng)味醬中的氨基酸主要來自螺旋藻。但加入適量小麥面粉可以豐富醬中的營養(yǎng)成分，利于醬醅成團(tuán)，所以選擇藻面比90∶10作為最佳條件。

由圖2中b可知，當(dāng)料水比低于1∶1時，氨基酸態(tài)氮含量以極緩慢的速度降低，在料水比為1∶1.25時顯著升高，并達(dá)到峰值。當(dāng)料水比繼續(xù)增加至1∶1.5時，氨基酸態(tài)氮含量再次下降，但其含量仍高于前3組。楊曉婷等研究表明，隨著含水量的增加，豆粕中粗蛋白含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)料水比為1∶1.5時，醬醅的含水量和溶氧量適宜，為微生物生長提供了最適環(huán)境，當(dāng)繼續(xù)增加含水量時，會影響醬醅中的溶氧量，從而抑制微生物生長。

由圖2中c可知，隨著接種量的增加，氨基酸態(tài)氮含量呈先下降后上升的趨勢，但整體差距不大，這是由于制曲時間較短，過多菌體并未產(chǎn)生作用，從而導(dǎo)致氨基酸態(tài)氮含量未出現(xiàn)明顯變化。當(dāng)接種量為0.1%時氨基酸態(tài)氮含量最高，因此在正交實驗設(shè)計中將接種量在0.1%附近設(shè)置梯度進(jìn)行實驗。

由圖2中d可知，在50 h后，制曲時間越長，氨基酸態(tài)氮含量越高，同時可以觀察到米曲霉菌絲隨時間的增加分布更加密集。制曲過程的實質(zhì)是使曲種等有益的微生物分泌螺旋藻風(fēng)味醬生產(chǎn)過程中所需的各類酶，從而促進(jìn)發(fā)酵過程中原料的分解和轉(zhuǎn)化。因此制曲時間越長，微生物產(chǎn)生的酶系越多，對原料的利用率越高，發(fā)酵產(chǎn)物中氨基酸態(tài)氮含量也越高。但在60 h后，氨基酸態(tài)氮含量的增長速率非常緩慢，因此在實際生產(chǎn)中，選擇70 h左右的制曲時間經(jīng)濟(jì)效益最高。

由圖2中e可知，隨著鹽濃度的增加，醬中的氨基酸態(tài)氮含量逐漸降低，這是因為高鹽度對蛋白酶活性有抑制作用。而在實驗中，鹽度過低無法有效抑制雜菌生長，會使蛋白質(zhì)腐敗，產(chǎn)生不良?xì)馕?。因此，選擇13%作為最優(yōu)鹽濃度，使其在不影響氨基酸態(tài)氮含量的同時能有效抑制雜菌的生長。

由圖2中f可知，氨基酸態(tài)氮含量隨著培養(yǎng)溫度的增加呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)溫度達(dá)到35 ℃時氨基酸態(tài)氮含量最高。當(dāng)環(huán)境溫度較低時，微生物生長代謝速率降低，不利于生產(chǎn)發(fā)酵。當(dāng)溫度超過35 ℃時，微生物生長受到抑制，氨基酸態(tài)氮含量降低。

2.3" 正交優(yōu)化

在單因素實驗的基礎(chǔ)上采用四因素三水平正交實驗設(shè)計進(jìn)一步考察料水比1∶1、1∶1.25、1∶1.5，藻面比100∶0、95∶5、90∶10，制曲時間 60，72，84 h，接種量0.05%、0.1%、0.15%對氨基酸態(tài)氮含量的影響，并結(jié)合感官評價得出最佳工藝參數(shù)，螺旋藻風(fēng)味醬的正交實驗結(jié)果與分析見表3。

由表3可知，影響螺旋藻風(fēng)味醬品質(zhì)的因素主次順序為C＞D＞A＞B，即制曲時間＞接種量＞料水比＞藻面比。通過正交實驗表得出各因素的最佳組合為A1B3C2D1，即料水比1∶1、藻面比90∶10、接種量0.05%、鹽濃度13%、制曲時間72 h、培養(yǎng)溫度35 ℃。

2.4" 驗證實驗

在料水比1∶1、藻面比90∶10、接種量0.05%、鹽濃度13%、制曲時間72 h、培養(yǎng)溫度35 ℃的最優(yōu)條件下進(jìn)行3次驗證實驗，同時設(shè)置料水比1∶1.25、藻面比100∶0、接種量0.15%、鹽濃度13%、制曲時間72 h、培養(yǎng)溫度35 ℃發(fā)酵的螺旋菌風(fēng)味醬為對照組。在最優(yōu)條件下制得的螺旋藻風(fēng)味醬色澤鮮亮，醬香、酯香濃郁，無不良?xì)馕叮r味明顯，咸甜適口，黏稠適度，均勻無雜質(zhì)，氨基酸態(tài)氮含量為（1.54±0.03） g/100 g，高于含量為（1.48±0.03） g/100 g的對照組，說明最佳條件下的組合確實能提高螺旋藻風(fēng)味醬的發(fā)酵品質(zhì)。

3" 結(jié)論

螺旋藻富含蛋白質(zhì)和各種微量元素，具有營養(yǎng)和保健價值。醬在我國的歷史悠久，種類繁多，可根據(jù)不同的原料、發(fā)酵菌株、生產(chǎn)工藝演化出不同風(fēng)味的特色醬料。將螺旋藻作為原料進(jìn)行發(fā)酵，可以豐富醬的營養(yǎng)成分，形成獨特的醬香風(fēng)味，提高附加值，從而提高其在市場上的競爭力。

本文研究了影響螺旋藻風(fēng)味醬發(fā)酵的各因素，并在此基礎(chǔ)上對螺旋藻風(fēng)味醬的生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化。由單因素實驗可知，在所選的料水比范圍內(nèi)，氨基酸態(tài)氮含量隨著料水比的降低而升高，最佳料水比為1∶1.25；當(dāng)培養(yǎng)基原料完全由螺旋藻粉組成時，發(fā)酵產(chǎn)品中氨基酸態(tài)氮含量最高；接種量對氨基酸態(tài)氮含量的影響不大，最優(yōu)接種量為0.1%；最適鹽濃度為13%；制曲時間越長，氨基酸態(tài)氮含量越高，最佳制曲時間為72 h；最佳培養(yǎng)溫度為35 ℃。

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選取料水比、藻面比、制曲時間、接種量4個因素進(jìn)行四因素三水平的正交實驗，得到螺旋藻風(fēng)味醬發(fā)酵的最佳工藝條件為料水比1∶1、藻面比90∶10、接種量0.05%、鹽濃度13%、制曲時間72 h、培養(yǎng)溫度35 ℃，在此條件下發(fā)酵的螺旋藻風(fēng)味醬醬香濃郁適口，且氨基酸態(tài)氮含量最高。

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