傳統豆醬儲存過程中品質變化及其防腐體系的抑菌效果

黃小青,朱建鴻

(海天(高明)調味食品股份有限公司,廣東佛山 528511)

傳統豆醬是以黃豆和小麥粉為原料,通過微生物發酵形成的醬香味濃厚、風味獨特的佐餐調味品,深受廣大消費者的喜愛[1]。然而,在儲存過程中,傳統豆醬容易出現色澤變暗、口感變酸等問題。此外,傳統豆醬中豐富的營養物質容易滋生微生物,嚴重影響產品的口感和品質,甚至還會產生食品安全問題。研究表明,食品在貨架期儲存過程中色澤變化主要與酶促反應、非酶促反應以及色素的降解有關。非酶促褐變是食品加工、儲藏過程中一種普遍存在的現象,其中,美拉德反應是眾多非酶促反應中最主要的反應之一[2]。美拉德反應主要是氨基化合物(氨基酸和蛋白質)和還原糖類通過一系列復雜的化學反應最終生成棕色或者黑色的大分子物質類黑精的褐變反應。

近年來,微生物挑戰試驗作為一種測試和評價產品防腐體系性能的有效手段,逐漸被國內外相關的企業接受和推廣[3]。微生物挑戰試驗通過模擬產品在生產和實際使用過程中受到微生物污染,考察產品防腐體系的抑菌效果,從而保證貨架期內產品微生物指標的安全性[4]。微生物挑戰試驗主要分為混合菌種接種法和單菌種接種法,通過在待測樣品中接種一種或多種微生物,放置微生物于最適宜的條件下培養,觀察待測樣品不同時間內微生物菌落總數,評估待測產品防腐體系的抑菌效果[5]。陸凌霞等[6]利用該方法防腐劑對化妝品貨架期防腐能力的影響。同時該方法也用于驗證滅菌方法的性能[7]。目前對于傳統豆醬的研究主要集中在從原材料到產品的發酵階段的理化指標,風味的變化及微生物群落結果和安全性分析[8-9]。而對于傳統豆醬貨架理化指標,非酶褐變及其自身的防腐體系能力的研究鮮有報道。

為了更好地評估在貨架期內傳統豆醬品質變化以及產品防腐體系的抑菌效果,采用恒溫加速法探究在不同儲存條件下傳統豆醬的色澤(褐變指數、色率、紅色指數)、總酸、氨基酸態氮、還原糖、感官評分等變化情況。采用不同的單一菌種,探究密封和敞口條件下傳統豆醬的防腐體系對不同微生物的抑菌效果,以期為如何有效地控制傳統豆醬貨架期穩定性提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

傳統豆醬(由黃豆,小麥粉,味精,白糖等混合發酵而成) 廣州沃爾瑪超市;產膜酵母、米曲霉菌和耐鹽性乳酸菌 廣州菌種保藏與應用重點實驗室;麥芽汁培養基、虎紅(孟加拉)培養基、5%鹽乳酸細菌肉湯培養基 廣東環凱微生物科技有限公司;α-淀粉酶(1000 IU/g) 諾維信(中國)生物技術公司;氫氧化鈉、甲醛、鹽酸、硫酸銅、亞甲基藍、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀、酒石酸鉀鈉、葡萄糖、95%乙醇 上海國藥集團有限公司，分析純。

798MPTTitrion型全自動電位滴定儀 瑞士萬通中國有限公司;SHP-250型生化恒溫培養箱 廣東環凱微生物科技有限公司;紫外可見分光光度計 賽默飛世爾科技(中國)有限公司;ZDX-35BI型座式自動電熱壓力蒸汽滅菌鍋 上海申安醫療器械廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同溫度條件下傳統豆醬儲存過程中理化指標的測定 將豆醬樣品(500 g瓶裝,出廠時間為兩個月)分別置于25、38和50 ℃條件下儲存28 d,每7d取樣進行理化指標檢測(3個平行樣)。

1.2.1.1 褐變指數、色率及紅色指數測定 稱將傳統豆醬樣品50 g,加入α-淀粉酶溶液(最終濃度為20 U/mL)后于60 ℃條件下水解2 h。精確稱取1.00 g水解樣品,定容至100 mL,經定性濾紙過濾后,參照Ajandouz等[11]方法,以蒸餾水做空白,取濾液于420、610、510 nm波長處測定吸光度。以420 nm處的吸光值代表豆醬褐變程度。根據下面的公式分別計算豆醬的色率和紅色指數[12]。

1.2.1.2 總酸測定 參照GB/T 5009.39-2008的方法,精確稱取5.00 g研磨后的樣品,定容至100 mL,吸取20 mL混合液于200 mL燒杯中,加60 mL水,使用全自動電位滴定儀測定樣品總酸的含量。

1.2.1.3 氨基酸態氮測定 參照GB/T 5009.235-2016的方法,采用全自動電位滴定儀測定樣品氨基酸態氮的含量。

1.2.1.4 還原糖測定 稱取約100 g左右的傳統豆醬于搗碎機中,充分搗碎研磨。精確取5.00 g研磨后的樣品,加入50 mL去離子水,然后緩慢加入5 mL乙酸鋅溶液和5 mL亞鐵氰化鉀溶液,定容至250 mL,參照GB/T 5009.7-2008食品中還原糖的測定方法中的直接滴定法,測定樣品還原糖的含量。

1.2.1.5 感官特性評定 感官特性評定由10名具有多年經驗的訓練的感官評定人員組成的評價小組對傳統豆醬進行感官評定。主要從色澤、香氣、體態、口感四個方面對傳統豆醬進行打分,每一項為10分,其權重分別為色澤0.2、香氣0.25、體態0.25、口感0.3[13]。以平均分作為產品指標的評分。分數越高,產品的品質越好。感官評定標準見表1。

表1 傳統豆醬的感官標準Table 1 Sensory standards for traditional soy sauce

1.2.2 微生物挑戰測試 隨機抽取從市場上購買的2罐傳統豆醬,經無菌操作將豆醬分裝到60個滅菌玻璃罐中(每瓶100 g),將三種不同的菌(產膜酵母、米曲霉菌、耐鹽性乳酸菌)用生理鹽水逐步梯度稀釋,分別接入1 mL的菌懸液,對照組接入等體積的無菌生理鹽水(最終菌液濃度:106CFU/g)[14]。將接入產膜酵母、米曲霉菌和耐鹽性乳酸菌的傳統豆醬成品(密封和敞口各一批)分別在28、30和37 ℃的恒溫培養箱培養,分別于0、7、14、21和28 d對樣品取樣,參照GB 4789.2-2016食品微生物菌落總數測定方法測定每個樣品對應的菌落總數。

1.3 數據處理

數據用平均值±標準偏差表示,每個樣品重復操作三次,采用Origin 8.5作圖。

2 結果與分析

2.1 儲存溫度對傳統豆醬褐變指數的影響

如圖1可知,在25、38和50 ℃溫度下儲藏28 d后發現,傳統豆醬的OD420值分別為0.435、0.478和0.526,表明隨著溫度的升高,美拉德褐變反應速率加快,傳統豆醬的褐變不斷加劇。此外,傳統豆醬色澤會隨著儲藏時間的延長而發生明顯的變化,傳統豆醬0 d的褐變指數是0.426,在25、38和50 ℃下儲存28 d褐變指數分別增加了2.1%、12.2%和23.5%。這與Arrhenius方程或Eyring的過渡狀態理論的結果是一致的，即隨著溫度的升高,有效碰撞的絕對次數以及單位時間內碰撞次數增加,反應速率加快[15]。

圖1 儲存溫度對傳統豆醬褐變指數的影響Fig.1 Effects of different storage temperatures on the browning index of traditional soybean paste

2.2 儲存溫度對傳統豆醬色率的影響

色率表示顏色深淺的指標,色澤的深淺用色率強度來表示[16]。如圖2可知,傳統豆醬的色率隨著儲存時間的增加而不斷地提高。儲存期內不同溫度下傳統豆醬的色率隨著溫度的升高而增加。傳統豆醬0 d的色率是921,28 d后,25 ℃儲存的傳統豆醬的色率僅為0 d的1.14倍,而38和50 ℃儲存的傳統豆醬的色率為0 d的1.36和1.76倍。這和陳龍等[17]報道的番茄醬儲藏期間隨著溫度和時間的增加色澤加深的結果是一致的。由此可見,儲存溫度對傳統豆醬的色率有明顯的有影響,所以低溫或常溫儲存有利于延長豆醬的保質期。

圖2 儲存溫度對傳統豆醬色率的影響Fig.2 Effects of different storage temperatures on the colour intensity of traditional soybean paste

2.3 儲存溫度對傳統豆醬紅色指數的影響

紅色指數是傳統豆醬色調兩種表征方法之一,反映傳統豆醬主要顏色的強弱。紅色指數越大,紅色色調越深[18]。不同儲存溫度下傳統豆醬紅色指數的變化趨勢如圖3所示,隨著儲存時間的延長,傳統豆醬紅色指數不斷地降低。同時,儲存期內不同溫度下傳統豆醬的紅色指數隨著溫度的升高而降低。傳統豆醬第0 d的紅色指數是3.69,儲存28 d后,25 ℃儲存的傳統豆醬紅色指數僅降低了1.9%,而38和50 ℃儲存的傳統豆醬的紅色指數分別降低了5.7%和12.5%。紅色指數變化的規律和陳敏等[19]報道的結果是一致的。然而孫佳賀等[20]報道白湯醬油在儲存前期紅色指數不斷地增加,而后趨于穩定,可能是白湯醬油前期儲存的時間較短,顏色較淺,儲存后期隨著色率的進一步加深,紅色指數會不斷地升高。

圖3 儲存溫度對傳統豆醬紅色指數的影響Fig.3 Effects of different storage temperatures on red index of traditional soybean paste

2.4 儲存溫度對傳統豆醬總酸的影響

不同儲存溫度條件(25、38、50 ℃)下,隨著儲存時間的延長,傳統豆醬總酸含量的變化情況如圖4所示。隨著儲存時間的延長,傳統豆醬總酸含量逐步升高。傳統豆醬總酸含量的初始值是1.27 g/100 g,在25、38和50 ℃的條件下儲存28 d,總酸含量分別升高0.03、0.06和0.18 g/100 g。在三種不同的儲存溫度條件下,50 ℃的條件下總酸含量升高最快,38 ℃次之,25 ℃變化相對較慢。在儲存期內,傳統豆醬總酸含量的升高可能和美拉德反應有關。美拉德反應中還原糖可以和羰氨反應的中間產物分解為糖醛酸等酸性物質,此外,美拉德反應可以消耗堿性氨基酸基團,使得傳統豆醬中的總酸含量升高[21]。

圖4 儲存溫度對傳統豆醬總酸的影響Fig.4 Effects of different storage temperatures on total acidity of traditional soybean paste

2.5 儲存溫度對傳統豆醬氨基酸態氮的影響

氨基酸態氮的含量可用于表征在整個生物發酵過程傳統豆醬中蛋白質的水解程度,反映傳統豆醬發酵成熟度及其品質變化。此外,氨基酸與鹽相互作用的產物是傳統豆醬的主要呈鮮物質,對傳統豆醬的風味起到非常重要的作用[22]。不同儲存溫度條件(25、38、50 ℃)下,隨著儲存時間的延長,傳統豆醬氨基酸態氮含量的變化情況如圖5所示。傳統豆醬氨基酸態氮含量初始值是0.44 g/100 g,38和50 ℃儲存28 d含量分別下降了4.54%和11.36%,而25 ℃儲存28 d氨基酸態氮含量基本沒有變化含量。由于傳統豆醬儲存過程中,美拉德反應不斷地消耗氨基酸,從而導致氨基酸態氮含量不斷降低,而當儲存溫度較低時,美拉德反應程度相應較低,氨基酸的消耗量也會隨之降低,其氨基酸態氮含量變化不大,可能與傳統豆醬仍然有部分氨基酸不斷地生成和溶出有關[20]。

圖5 儲存溫度對發酵醬氨基酸態氮的影響Fig.5 Effects of different storage temperatures on amino acid nitrogen in traditional soybean paste

2.6 儲存溫度對傳統豆醬還原糖的影響

傳統豆醬中還原糖主要來源于淀粉原料的降解,其含量的變化可以在一定程度下反映制曲過程中微生物的生長狀況。在傳統豆醬儲存過程中,還原糖還會參與美拉德反應。不同儲存溫度下傳統豆醬還原糖的變化情況如圖6所示。傳統豆醬在38和50 ℃條件下儲存28 d后,其還原糖分別升高了0.3和0.9 g/100 g,這與鄧麗[23]報道在貨架期內醬的還原糖含量升高的結果一致,但與孫佳賀等[20]白湯醬油在儲存過程中還原糖含量不斷下降的結果相反。這可能是由于傳統豆醬貨架期儲存過程中大量的白砂糖轉化為還原糖,雖然還原糖與氨基酸的美拉德反應會消耗一部分還原糖,但是還原糖的產生速率大于消耗速率,導致貨架期內還原糖的含量呈現上升的趨勢[23]。

圖6 儲存溫度對發酵醬還原糖的影響Fig.6 Effects of different storage temperatures on reducing sugar in traditional bean paste

2.7 儲存溫度對傳統豆醬感官品質的影響

感官品質是食品品質非常重要的指標。采用表1所述的感官評定方法對產品的色澤、香氣、體態、口感進行評估,初步考察不同的儲存溫度條件下傳統豆醬感官品質的變化情況,結果如表2所示。

表2 不同儲存溫度對傳統豆醬感官品質的影響Table 2 Effects of different storage temperatures on sensory quality of traditional soybean paste

隨著儲存時間的延長,傳統豆醬的色澤不斷地加深,顏色發暗,醬體上表面還會出現氧化變黑現象。儲存期內不同溫度下傳統豆醬的色澤還會隨著溫度的升高不斷地加深,50 ℃條件下傳統豆醬的色澤最深,38 ℃次之,25 ℃色澤變化較慢。不同儲存溫度條件下的傳統豆醬的香氣隨著儲存溫度的升高,香氣會顯得稍濃郁,但沒有太明顯的差異,這可能和儲存溫度的升高加快美拉德反應的速率,產生更多的香氣物質有關。研究表明傳統豆醬的香氣成分及其復雜,主要包括醇類、醛類、酯類、呋喃類、吡嗪類等化合物,形成傳統豆醬特有的醬香和酯香[24]。不同儲存溫度條件下的傳統豆醬的體態之間差異很小,感官特性得分均分布在8～10分。隨著儲存時間的延長,傳統豆醬的口感略帶酸澀味,可能和傳統豆醬貨架期內美拉德反應生成的糖醛酸等物質有關[21]。不同儲存溫度條件(25、38、50 ℃)下的傳統豆醬的口感隨著溫度的升高,口感酸澀味越明顯。在25、38和50 ℃溫度下儲存28 d后傳統豆醬的感官特性得分分別下降了4.4%,15.6%和25.6%。

2.8 傳統豆醬密封條件微生物挑戰測試

為了評估貨架期內傳統豆醬防腐體系的抑菌效果,在無菌條件下,分別向等量的傳統豆醬中接入產膜酵母、米曲霉菌和耐鹽性乳酸菌菌懸液,密封放置,觀察不同時期傳統豆醬微生物菌落總數變化情況,結果如表3所示。

表3 傳統豆醬密封條件微生物菌落總數Table 3 Total number of microbial colonies in sealed preserved traditional soybean paste

由表3可知,與添加無菌水的傳統豆醬對照組相比,添加產膜酵母、米曲霉菌和耐鹽性乳酸菌傳統豆醬第0 d的菌落總數均達到104CFU/g;接菌后第7 d,添加產膜酵母和耐鹽性乳酸菌的傳統豆醬微生物菌落總數小于102CFU/g,而添加米曲霉菌的傳統豆醬微生物菌落總數為2.1×104CFU/g;接菌后的第14 d添加產膜酵母和耐鹽性乳酸菌海鮮醬的微生物菌落總數小于10 CFU/g,而添加米曲霉菌的海鮮醬的微生物菌落總數為3.6×103CFU/g。由此可知,密封保存狀態下傳統豆醬防腐體系對抑制產膜酵母和耐鹽性乳酸菌微增殖能力較強,對抑制米曲霉菌增殖能力稍差。

隨著培養儲存時間延長,菌落總數逐漸降低,儲存時間達到第28 d時,添加產膜酵母、米曲霉菌和耐鹽性乳酸菌的傳統豆醬對應的微生物菌落總數均小于10 CFU/g,低于國家菌落總數標準限值[25]。該結果表明,密封保存條件下,傳統豆醬的防腐體系可以有效地抑制產膜酵母、米曲霉菌以及耐鹽性乳酸菌微生物的生長。

2.9 傳統豆醬敞口條件微生物菌落總數

為了進一步評估貨架期內傳統豆醬防腐體系的抑菌效果,在無菌條件下,分別向等質量的傳統豆醬中接入產膜酵母、米曲霉和耐鹽性乳酸菌菌懸液,敞口放置,觀察不同時期傳統豆醬微生物菌落總數變化情況,結果如表4所示。

表4 傳統豆醬敞口條件微生物菌落總數Table 4 Total number of microbial colonies in open state of traditional soybean paste

由表4可知,與添加無菌水傳統豆醬的對照組相比,添加產膜酵母、米曲霉菌和耐鹽性乳酸菌傳統豆醬第0 d的微生物菌落總數均達到104CFU/g,隨著培養貯藏時間延長,菌落總數逐漸降低。敞口放置第28 d時,僅添加無菌水和耐鹽性乳酸菌的傳統豆醬對應的耐鹽性乳酸菌微生物菌落總數小于10 CFU/g,其它組微生物菌落總數均大于10 CFU/g,尤其是添加米曲霉菌的傳統豆醬微生物菌落總數接近8×102CFU/g,該結果表明敞口環境下傳統豆醬防腐體系可以有效抑制耐鹽性乳酸菌的生長,對產膜酵母、米曲霉菌和耐鹽性乳酸菌微生物的生長也有一定的抑制效果,但是不能完全有效抑制產膜酵母和米曲霉菌的生長。產膜酵母和米曲霉菌均屬于真菌微生物,適宜在自然環境下生長繁殖,難以通過現有的傳統豆醬防腐體系進行有效抑制。因此,敞口放置的傳統豆醬容易受到雜菌的污染,不能確保貨架期內微生物的安全。

3 結論

本研究結果表明隨著儲存時間延長以及儲存溫度升高,傳統豆醬色澤褐變程度加劇,總酸和還原糖含量呈現升高的趨勢,氨基酸態氮以及感官特性評分均呈現下降的趨勢。密封保存條件下,傳統豆醬的防腐體系可以有效地抑制產膜酵母、米曲霉菌以及耐鹽性乳酸菌微生物的生長,有效地確保貨架期內傳統豆醬防腐體系的抑菌效果。敞口保存條件下,傳統豆醬中的防腐體系可以一定程度地抑制產膜酵母、米曲霉菌和耐鹽性乳酸菌的生長,但是容易受到雜菌的污染,難以通過現有的傳統豆醬防腐體系進行有效抑制,不能確保貨架期內產品微生物的安全。