原料熟化工藝對油莎豆醬品質及風味影響

史海慧，孫洪蕊，范杰英，孟悅，楊志強，南喜平，劉香英，康立寧*

(1.吉林省農業科學院農產品加工研究所，長春 130033；2.吉林農業大學食品科學與工程學院，長春 130118)

油莎豆是一種莎草科多年生草本植物，主要分布在熱帶和地中海地區，其耐鹽堿、耐干旱的能力較強[1]。油莎豆具有較高的營養價值，含有大量的油脂、淀粉、蛋白質、糖類、礦物質、維生素E等營養成分[2]。此外，油莎豆中還含有豐富的類黃酮、甾醇、酚酸等生物活性物質，具有疏肝、通氣、健脾等功效[3]。近年來，油莎豆作為優質高產的油料作物，因其具有良好的生長性能和豐富的營養價值，越來越受到人們的重視。目前，國內外關于油莎豆產品的研究主要集中在油莎豆豆奶、油莎豆飲料、油莎豆酒、油莎豆面條等營養健康食品的開發方面[4]，而關于油莎豆發酵調味品的研究十分罕見。

豆醬作為我國傳統的發酵調味品之一，主要利用富含蛋白質和淀粉的原料，以霉菌、酵母菌等微生物為發酵菌種，經過預處理、制曲、發酵等工藝釀造而成。原料預處理是豆醬制曲產酶的關鍵工藝，影響各類酶系的后期發酵，高質量發酵有利于將原料中的營養成分降解成可消化的氨基酸、肽類等小分子物質，從而賦予豆醬特有的風味[5]。

目前，大多數學者主要研究熟化工藝對黃豆醬、蠶豆醬品質的影響，關于熟化工藝對油莎豆醬品質的研究鮮有報道。基于此，本研究采用常壓蒸煮工藝、高壓蒸煮工藝、擠壓膨化工藝3種不同熟化方式制備油莎豆醬，研究不同熟化工藝對油莎豆醬品質及風味特性的影響，以期為開發營養健康的油莎豆產品提供新路徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

油莎豆：購自河北省定州市；食鹽、面粉：購自沃爾瑪超市；米曲霉：購自濟寧玉園生物科技有限公司；甲醛、氫氧化鈉、硫酸銅：購自北京鼎國生物技術有限責任公司；酒石酸鉀鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、亞鐵氰化鉀：購自上海源葉生物科技有限公司；乙酸鋅、冰乙酸等其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

SLG-30型雙螺桿擠壓膨化機 山東賽百諾機械有限公司；DHG-9240A型電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；3K15型高速離心機 美國Sigma公司；HH-6A型數顯恒溫磁力攪拌水浴鍋 常州榮華儀器制造有限公司；LDZM-60KCS-Ⅱ型立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫療器械廠；JC-150B型恒溫恒濕培養箱 青島瑞明儀器設備有限公司；HJ-6型多頭磁力加熱攪拌器 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；ST3100型pH計 美國OHAUS公司；D-7PC型紫外可見分光光度計 南京菲勒儀器有限公司；CS-820N型分光色差儀 深圳市三測精密量儀有限公司；1260 Infinity型高效液相色譜儀、7890N-5975C型氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 油莎豆醬釀造工藝流程

油莎豆→預處理→混合→接菌→制曲→加鹽水→發酵→成品→檢測。

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 原料預處理

常壓蒸煮工藝：取一定量油莎豆，用水在室溫下浸泡12 h后，將浸泡后的油莎豆放入鍋中，蒸煮1.5 h，出鍋并冷卻至室溫[6]。

高壓蒸煮工藝：取一定量油莎豆，用水在室溫下浸泡12 h后，將油莎豆放入立式壓力蒸汽滅菌鍋中，調整壓力(1.1 bar)在121 ℃下蒸煮40 min，排氣出鍋[7]。

擠壓膨化工藝：取一定量油莎豆，粉碎并過篩(35目)。在螺桿轉速為100～120 r/min、機筒末區溫度為115～130 ℃、物料水分含量為13%～16%的條件下，經雙螺桿擠壓機處理，得到油莎豆擠壓膨化物[8]。

1.3.2.2 制曲

待常壓蒸煮物料、高壓蒸煮物料、擠壓膨化物料冷卻到室溫后，分別標記為M1、M2、M3，菌種0.5%(按物料重量計算)和面粉30%(按物料重量計算)充分拌勻，將其與物料充分混合，置于30～35 ℃培養箱中，制曲時間為48 h，每隔12 h翻曲一次，產生淡綠色孢子說明制曲完成[9]。

1.3.2.3 發酵

采用低鹽固態發酵方式進行發酵，調整鹽水濃度為16%，鹽水和物料的質量比約為1∶1，將鹽水拌入曲料中，用濕紗布封口后置于恒溫恒濕培養箱中，控制培養箱溫度為40～45 ℃，30 d后醬醅成熟，發酵結束。

1.3.3 氨基酸態氮及總酸含量的測定

氨基酸態氮含量、總酸含量參照國標GB 5009.235—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸態氮的測定》進行測定。

1.3.4 還原糖含量的測定

還原糖含量參照國標GB 5009.7—2016《食品安全國家標準 食品中還原糖的測定》進行測定。

1.3.5 游離氨基酸含量的測定

游離氨基酸含量參照國標GB/T 30987—2020《植物中游離氨基酸的測定》進行測定。

1.3.6 有機酸含量的測定

有機酸含量參照國標GB 5009.157—2016《食品安全國家標準 食品中有機酸的測定》進行測定。

1.3.7 色澤的測定

將豆醬平鋪在玻璃器皿中，使用CS-820N型手持色差儀測定L*、a*、b*值(L*值為亮度，a*值為紅度，b*值為黃度)。

1.3.8 感官評分

隨機選擇10名感官評鑒人員組成評定小組, 對油莎豆醬進行風味、色澤、口感、組織形態4個方面的感官評價。評定結果為評分中舍去最高分與最低分的平均值。油莎豆醬感官評價標準見表1。

表1 油莎豆醬感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria of Cyperus esculentus paste

1.3.9 揮發性化合物的測定

1.3.9.1 樣品前處理

先將固相微萃取纖維頭(SPME，75 μm，二乙烯基苯/碳氧烷/聚二甲基硅氧烷)在進樣口250 ℃老化至無雜峰，準確稱取6 g樣品于頂空瓶中，封管后，于130 ℃烘箱中平衡30 min，再將纖維頭插入瓶中，吸附30 min后拔出，在250 ℃的進樣口解吸2 min后進行分析。

1.3.9.2 GC-MS分析

GC條件：HP-5MS毛細管色譜柱(30 m×250 μm，0.25 μm，美國安捷倫公司)；載氣：氦氣；不分流方式進樣，流速1 mL/min；進樣口溫度250 ℃；升溫程序：初始溫度50 ℃，保持15 min，以5 ℃/min升至180 ℃，保持8 min，以50 ℃/min升至230 ℃，保持2 min，以50 ℃/min升至280 ℃，保持5 min[10]。

1.3.10 數據分析

運用Origin軟件進行繪圖分析，通過Statistic軟件進行數據統計及顯著性分析,P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 原料熟化工藝對油莎豆醬品質的影響

2.1.1 原料熟化工藝對油莎豆醬氨基酸態氮含量的影響

圖1 油莎豆醬氨基酸態氮含量的變化Fig.1 Changes of amino acid nitrogen content in Cyperus esculentus paste

氨基酸態氮主要來源于米曲霉分泌的蛋白酶將蛋白質水解成多肽、氨基酸等小分子風味物質，是評價豆醬風味品質最具有代表性的指標之一。由圖1可知，M1、M2、M3的氨基酸態氮含量均隨著發酵時間的增加而增加，呈緩慢的上升趨勢。在發酵30 d時，M1、M2、M3的氨基酸態氮含量均達到最大值，分別為0.33，0.38，0.34 g/100 g。M1、M2、M3的氨基酸態氮含量均達到國標GB 2718—2014《食品安全國家標準 釀造醬》中對其含量的要求，其中M2的氨基酸態氮含量最高。這可能是由于油莎豆經高壓蒸煮后蛋白質變性更加完全，蛋白質被米曲霉分泌的酶高效分解成呈味物質[11]。

2.1.2 原料熟化工藝對油莎豆醬總酸含量的影響

圖2 油莎豆醬總酸含量的變化Fig.2 Changes of total acid content in Cyperus esculentus paste

總酸主要指醬醅中有機酸的含量，包括乳酸、醋酸、脂肪酸等酸性物質。在發酵期間，總酸能夠參與美拉德反應和酯化反應，是豆醬色澤和風味形成的重要影響因子。由圖2可知， 隨著發酵時間的增加，M1、M2、M3的總酸含量均呈現升高的趨勢，在發酵30 d時總酸含量達到最大，分別為1.04，1.24，1.17 g/100 g，其中M2即高壓蒸煮物料制作的醬醅總酸含量最高。主要是因為高壓蒸煮更有利于物料成分溶出，破壞內部結構，米曲霉產生的豐富酶系與原料充分反應，使酸性物質得到大量的積累[12]。

2.1.3 原料熟化工藝對油莎豆醬還原糖含量的影響

圖3 油莎豆醬還原糖含量的變化Fig.3 Changes of reducing sugar content in Cyperus esculentus paste

在發酵過程中，米曲霉產生的淀粉酶、糖化酶等酶類能夠將物料中的淀粉、大分子糖類分解成還原糖，還原糖含量的高低對醬醅甜味有重要影響。由圖3可知，M1和M2的還原糖含量隨著發酵時間的增加呈相對平穩的狀態。與M1、M2相比，M3的還原糖含量較低，在15 d后，隨著發酵時間的增加呈緩慢上升的趨勢。在發酵30 d時，M1、M2、M3的還原糖含量均達到最大值，分別為12.84，12.90，10.74 g/100 g。M3即擠壓膨化物料制作的醬醅的還原糖含量較低，可能是擠壓過程中，水分添加量較少，水和淀粉未能充分接觸，導致糊化程度較低，還原糖含量較少[13]。M1和M2蒸煮物料制作的醬醅的還原糖含量較高，主要是由于在蒸煮過程中，物料浸沒在水中進行熟化，能夠達到充分糊化。

2.1.4 原料熟化工藝對油莎豆醬色澤的影響

表2 油莎豆醬色差值的變化Table 2 Changes of color difference value of Cyperus esculentus paste

由表2可知，隨著發酵時間的增加，M1、M2、M3的L*值均呈下降的趨勢，說明醬醅的顏色由亮變暗，由淺變深。M1、M2、M3的a*值逐漸增加且b*值持續下降，表示醬醅的顏色正在由發酵初期的乳黃色轉變為紅褐色，這主要是因為發酵后期產生的還原糖和氨基酸發生聚合，產生較多的黑色素，使豆醬的顏色逐漸變深。在發酵時間為30 d時，與M1和M3相比，M2即高壓蒸煮工藝的a*值最大，說明高壓蒸煮工藝對豆醬的色澤影響較大，這可能是由于高壓蒸煮加快了非酶促褐變的反應速率，以致豆醬的顏色最深。

2.1.5 原料熟化工藝對油莎豆醬感官評分的影響

感官評分是從豆醬的風味、色澤、口感和組織形態4個方面進行評價。發酵30 d時不同熟化方式條件下油莎豆醬的感官評分見圖4。

圖4 油莎豆醬感官評分雷達圖Fig.4 Radar chart of sensory score of Cyperus esculentus paste

由圖4可知，不同熟化工藝下的豆醬在風味、色澤、口感等方面均有不同程度的差異，其中，M2的綜合評分最高，為83.33分，M1和M3的綜合評分分別為71.66分和79.33分。此外，M2即高壓蒸煮工藝對豆醬的風味、色澤、口感影響較大，M3即擠壓膨化工藝對豆醬的組織形態影響較大。

2.2 原料熟化工藝對油莎豆醬風味的影響

2.2.1 原料熟化工藝對油莎豆醬游離氨基酸含量的影響

游離氨基酸是豆醬中主要的呈味物質，各類氨基酸相互影響形成獨特風味的豆醬。游離氨基酸的種類及含量與豆醬的滋味密切相關，它本身具有鮮、甜、苦、芳香等味道，其中，鮮味氨基酸有谷氨酸、天冬氨酸；甜味氨基酸有絲氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸；芳香味氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸[14]。

發酵30 d時不同熟化方式條件下油莎豆醬游離氨基酸的含量見表3。

表3 油莎豆醬的游離氨基酸含量分析Table 3 Analysis of free amino acid content in Cyperus esculentus paste

由表3可知，M3即擠壓膨化工藝釀造的豆醬的游離氨基酸總量遠高于M1和M2，這可能是由于擠壓膨化能夠提高蛋白質的利用率，使原料中的蛋白質得到充分分解，從而形成大量的氨基酸等小分子物質。李燕、孫言等在制備蠶豆醬和白湯醬油過程中對原料進行擠壓預處理時也發現類似現象。在呈味氨基酸中，M3的天冬氨酸、絲氨酸、甘氨酸含量與M1和M2的氨基酸含量雖然相差不大，但M3的谷氨酸、脯氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸含量明顯高于M1和M2，這進一步說明擠壓膨化工藝能夠顯著提高呈味氨基酸的含量，并賦予豆醬香甜的風味。

2.2.2 原料熟化工藝對油莎豆醬有機酸含量的影響

豆醬中有機酸主要來源于豆醬釀造過程中發酵菌株產生的各類酸性物質。有機酸的種類及含量影響豆醬的品質，其中，琥珀酸具有酸味和鮮味的呈味特點，它對豆醬風味物質的表達有重要作用[15]。

發酵30 d時不同熟化方式條件下油莎豆醬有機酸的含量見表4。

表4 油莎豆醬的有機酸含量分析Table 4 Analysis of organic acid content in Cyperus esculentus paste mg/mL

續 表

由表4可知，在3種不同熟化工藝中，M3的有機酸含量整體上低于M1和M2，這可能是由于在擠壓膨化過程中，機筒持續保持高溫的狀態，使琥珀酸等酸性物質更容易發生降解，導致M3的有機酸含量較低。此外，與M1相比，M2即高壓蒸煮工藝下釀造的豆醬的有機酸總量較高。這可能是由于高壓能使原料中的糖類更易被微生物分解，從而在酶的催化下形成大量的琥珀酸，以致M2的有機酸含量較高。

2.2.3 原料熟化工藝對油莎豆醬揮發性化合物的影響

揮發性化合物種類及含量影響豆醬的風味，是評價豆醬風味的重要指標。發酵30 d時不同熟化方式條件下油莎豆醬揮發性化合物的含量見表5。

表5 油莎豆醬的揮發性化合物分析Table 5 Analysis of volatile compounds in Cyperus esculentus paste

續 表

由表5可知，M1樣品中檢測出28種揮發性化合物，M2樣品中檢測出16種揮發性化合物，M3樣品中檢測出26種揮發性化合物，主要包括醛類、烷烯烴類、雜環類、酮類、酚類、酸類等化合物。由表5可知，3種豆醬中揮發性化合物的相對含量雖存在一定的差異，但各類揮發性化合物的總相對含量比較接近，其中，醛類和酚類化合物的含量均較高，烷烯烴類、酮類、酸類化合物的含量均相對較低。醛類和酚類具有濃郁的花香味和果香味，使豆醬產生令人愉快的氣味，各類揮發性化合物共同作用，賦予豆醬濃厚的醬香風味[16]。總體上看，M1即常壓蒸煮工藝釀造的豆醬的揮發性化合物的種類較多，對豆醬的風味有一定的貢獻。

3 結論

本研究比較了3種不同熟化工藝對油莎豆醬品質及風味的影響。實驗結果表明，熟化工藝對油莎豆醬品質和風味的影響顯著。其中，M2的氨基酸態氮含量、總酸含量、還原糖含量等品質指標優于M1和M3；與M1和M3相比，M2的有機酸含量較高，但游離氨基酸和揮發性化合物的含量相對較低。綜上，M2即高壓蒸煮工藝更有利于提高油莎豆醬的品質和風味，研究結果為油莎豆的利用以及油莎豆醬產品的開發提供了理論依據。