傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣后發(fā)酵過程中風(fēng)味成分的差異分析

曾艷,白艷,余進(jìn),王浩宇,趙怡君,張良

(西華大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,四川 成都,610039)

郫縣豆瓣是四川傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品,因其顏色紅褐,味辣香醇,瓣粒酥脆,回味香甜等特點享譽中外[1]。郫縣豆瓣分為傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣,傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣在生產(chǎn)方式,發(fā)酵時長,形態(tài)色澤方面存在明顯的區(qū)別,一般情況下,傳統(tǒng)郫縣豆瓣經(jīng)過3個月以上的翻、曬、露以后釀造成熟,其中,特級豆瓣醬發(fā)酵時間在2年以上,一級豆瓣發(fā)酵時間在9～18個月,二級豆瓣發(fā)酵時間為3個月以上[2]。傳統(tǒng)郫縣豆瓣香味醇厚,形態(tài)黏稠,色澤為紅褐色,在發(fā)酵過程中并未額外添加油脂[3]。而紅油郫縣豆瓣發(fā)酵時間一般在3～6個月,并且在裝罐前加入植物油、調(diào)味品以及防腐劑等物質(zhì),外觀紅潤油亮,水分含量高,形態(tài)較為稀薄。

因紅油郫縣豆瓣發(fā)酵周期短,價格便宜,目前,紅油郫縣豆瓣占據(jù)了大部分市場,且在GB/T 20560—2006《地理標(biāo)志產(chǎn)品 郫縣豆瓣》中,對紅油郫縣豆瓣和傳統(tǒng)郫縣豆瓣的理化指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定,但對于2種豆瓣在風(fēng)味上的差異并未規(guī)定,相關(guān)報道較少。

李治華等[4]通過電子鼻結(jié)合GC-MS研究了傳統(tǒng)郫縣豆瓣和商品郫縣豆瓣揮發(fā)性風(fēng)味成分的差異性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)郫縣豆瓣和商品郫縣豆瓣之間差異成分有35種;張蕾蕾等[3]通過GC-MS檢測了產(chǎn)自郫縣地區(qū)的24種傳統(tǒng)豆瓣醬和30種紅油豆瓣醬,同時還檢測了非郫縣地區(qū)的33種傳統(tǒng)豆瓣醬和18種紅油豆瓣醬的揮發(fā)性成分,但對其風(fēng)味差異外的其他指標(biāo)并沒有研究。

本研究通過對2種郫縣豆瓣不同后發(fā)酵時期氨基酸、有機酸、揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測,并結(jié)合電子舌、電子鼻對其滋味和香氣成分進(jìn)行綜合分析,為探討傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣在風(fēng)味上的差異性提供數(shù)據(jù)支持,同時,對選擇合適的郫縣豆瓣醬提供一定的借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

紅辣椒挑選、清洗、破碎后,加入16%～18%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)的食鹽,入池發(fā)酵形成辣椒醅;蠶豆仁加水浸泡后,加入米曲霉和小麥粉,再加入12%～13%的食鹽,入池發(fā)酵形成甜瓣子;辣椒醅和甜瓣子按7∶3(質(zhì)量比)的比例混合,加入食鹽進(jìn)行后發(fā)酵。

取后發(fā)酵時間為3、6、9、12個月的豆瓣為傳統(tǒng)郫縣豆瓣樣品(編號分別為CT3M、CT6M、CT9M、CT12M,取自四川省某郫縣豆瓣公司)。

后發(fā)酵至成熟,加入植物油、防腐劑(如:山梨酸鉀)、調(diào)味品后進(jìn)行裝罐,取裝罐后3、6、9、12個月的豆瓣為紅油郫縣豆瓣樣品(編號分別為HY3M、HY6M、HY9M、HY12M,取自某品牌紅油豆瓣)。

樣品取樣后儲存于-80 ℃超低溫冰箱。

1.2 試劑與儀器

乙醇(AR)、甲醇(AR)、KH2PO4(AR),成都市科隆化學(xué)品有限公司;鄰二氯苯(GC,>99.8%),上海麥克林生化科技有限公司;氨基酸混標(biāo)(>99%),美國sigma公司;有機酸標(biāo)品(HPLC,>99%),源葉生物科技有限公司。

LC16液相色譜儀、GC-MS2020 NX氣質(zhì)聯(lián)用儀,日本SHIAMDZU公司;L-8900型氨基酸自動分析儀,日本株式會社日立高新技術(shù)科學(xué)那珂事務(wù)所;PEN3電子鼻,德國Airsense公司;SA402B電子舌,日本Insent公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 氨基酸含量檢測

根據(jù)GB 5009.124—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸的測定》進(jìn)行檢測。

1.3.2 有機酸含量檢測

根據(jù)孫文佳[5]的研究方法進(jìn)行測定。

檢測條件:色譜柱Kromasil C18(5 μm, 250 mm×4.6 mm);流動相A為KH2PO4,用H3PO4調(diào)節(jié)pH值為2.8,流動相B為CH3OH;等度洗脫,A∶B=97∶3(體積比);流速0.8 mL/min;檢測波長210 nm;進(jìn)樣量10 μL;柱溫30 ℃。

1.3.3 揮發(fā)性風(fēng)味成分檢測

根據(jù)LIU等[6]的方法稍作修改。

取5.00 g樣品于頂空瓶中,加入10 μL鄰二氯苯-甲醇溶液(100 μg/mL),55 ℃水浴中平衡40 min,隨后頂空萃取40 min,進(jìn)樣口解析1 min。

GC條件:色譜柱采用Agilent HP-5石英毛細(xì)管柱(30 m×0.32 mm,0.25 μm);進(jìn)樣口溫度250 ℃,不分流進(jìn)樣;升溫程序:40 ℃保持2 min,以5 ℃/min升至230 ℃,保持4 min。MS條件:電子電離源,溫度和能量分別為200 ℃和70 eV,采集方式Scan,質(zhì)量掃描范圍m/z40～330。

揮發(fā)性物質(zhì)的定性定量:檢測結(jié)果與NIST20 Library譜庫進(jìn)行比對,選擇正反向配比度均大于750的組分進(jìn)行定性,同時以鄰二氯苯為內(nèi)標(biāo)物對各化合物進(jìn)行定量分析。

1.3.4 電子鼻檢測

根據(jù)王雪梅等[7]的實驗方法略作修改,稱取5.00 g樣品于25 ℃下平衡2 min后進(jìn)行分析,每組測定6次,選取50～53 s的響應(yīng)值進(jìn)行分析。

1.3.5 電子舌檢測

根據(jù)賈洪鋒等[8]的實驗方法稍加修改,取5.00 g樣品于100 mL蒸餾水中超聲30 min,靜置,過濾備用,每組測定6次,取其平均值為測定值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 23.0軟件,對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,Origin 2022進(jìn)行分析作圖,電子鼻線性判別分析(linear discriminant analysis,LDA),WinMuster繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣后發(fā)酵過程中游離氨酸的變化規(guī)律

氨基酸是郫縣豆瓣重要的呈味物質(zhì),能夠賦予產(chǎn)品酸、甜、鮮、咸等多種味道,是評價產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。使用氨基酸自動分析儀對豆瓣醬樣品中的游離氨基酸進(jìn)行測定,并根據(jù)氨基酸呈味特征進(jìn)行分類[9],結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣后發(fā)酵過程中各類氨基酸含量變化Fig.1 Changes in the content of amino acids during the ripening-fermentation of traditional and commercial Pixian Doubanjiang

a-氨基酸;b-呈味物質(zhì)

由圖1和圖2可知,分別從2類豆瓣醬中檢測出相同的17種氨基酸,傳統(tǒng)郫縣豆瓣總游離氨基酸含量(1 764.91～2 147.96 mg/100 g)顯著高于紅油郫縣豆瓣(1 427.86～1 938.66 mg/100 g)。

郫縣豆瓣的風(fēng)味由多種滋味相互協(xié)調(diào)組成,其中鮮味較為突出,隨著發(fā)酵時間的延長,傳統(tǒng)郫縣豆瓣谷氨酸含量顯著高于紅油豆瓣,且變化趨勢相反(CT:482.24～227.31 mg/100 g,HY:164.79～231.25 mg/100 g);天冬氨酸含量則均先增加,最后逐漸穩(wěn)定,兩者區(qū)別不大(CT:139.09～190.15 mg/100 g,HY:122.42～205.23 mg/100 g),這可能是因為甜瓣子在郫縣豆瓣后發(fā)酵期間繼續(xù)發(fā)酵,微生物代謝產(chǎn)生的原因。有研究表明[10],谷氨酸和天冬氨酸可以提供鮮酸味,是郫縣豆瓣鮮味的主要貢獻(xiàn)者,郫縣豆瓣中含鹽量在15%～22%,谷氨酸可以與豆瓣醬中無機鹽形成良好的鮮味物質(zhì),對郫縣豆瓣的滋味有著重要的貢獻(xiàn)作用。

傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣鮮味物質(zhì)含量變化趨勢完全相反,而甜味物質(zhì)和苦味物質(zhì)含量,傳統(tǒng)郫縣豆瓣與紅油郫縣豆瓣也有較大差異,但含量均高于紅油郫縣豆瓣。有研究表明[11],苦味氨基酸雖然呈現(xiàn)苦味,但能增加產(chǎn)品的厚味;甜味氨基酸可豐富口感,同時協(xié)調(diào)產(chǎn)品鮮味。

2.2 傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣后發(fā)酵過程中有機酸的變化規(guī)律

有機酸是發(fā)酵產(chǎn)品中重要的風(fēng)味成分,豆瓣醬豐富滋味的形成與有機酸含量和種類組成有較大的關(guān)系。本研究分別檢測了傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣7種有機酸,其中主要有機酸含量如圖3所示,發(fā)酵各階段平均含量較低的是酒石酸、富馬酸和蘋果酸(<2.00 mg/g)。

由圖3可以得知,郫縣豆瓣的主要有機酸為檸檬酸、琥珀酸、乳酸和草酸,此結(jié)果與本課題組前期的研究結(jié)果[12]基本相同。檸檬酸呈酸澀味,與蘋果酸、酒石酸等共同作用,可以使豆瓣醬滋味更加豐富,在發(fā)酵過程中,傳統(tǒng)郫縣豆瓣檸檬酸含量變化趨勢和紅油郫縣豆瓣均呈上升趨勢,且含量最高達(dá)到了15.57和10.38 mg/g,乳酸、草酸含量則明顯高于紅油郫縣豆瓣(乳酸:2.82～8.45 mg/g,2.30～5.78 mg/g;草酸:2.45～4.82 mg/g,2.20～2.60 mg/g);琥珀酸味感較濃,可增加豆瓣醬的醇厚感,傳統(tǒng)郫縣豆瓣發(fā)酵到6個月時其含量降到最低(3.23 mg/g),隨后逐漸增加,而紅油郫縣豆瓣則緩慢上升后略有下降。

綜合來看,各類有機酸含量積累主要集中在發(fā)酵前9個月,且發(fā)酵到12個月時,傳統(tǒng)郫縣豆瓣有機酸含量均高于紅油郫縣豆瓣。郫縣豆瓣有機酸主要是由自然接種的各種微生物代謝產(chǎn)生,如:鹽單胞菌屬、乳酸菌等[13],而在紅油郫縣豆瓣中,添加的防腐劑可能會對微生物的生長產(chǎn)生抑制作用,故而降低有機酸的含量。

2.3 傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣后發(fā)酵過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化規(guī)律

郫縣豆瓣含有多種揮發(fā)性成分,如:酯類、醇類、醛類、烴類等,不同的郫縣豆瓣在不同發(fā)酵階段,揮發(fā)性化合物含量和種類也呈現(xiàn)出不同的變化。

由圖4可知,傳統(tǒng)郫縣豆瓣揮發(fā)性物質(zhì)的種類和含量隨著發(fā)酵時間的延長逐漸降低,紅油郫縣豆瓣種類和含量則先下降后上升。紅油郫縣豆瓣揮發(fā)性物質(zhì)含量和種類數(shù)量均高于傳統(tǒng)郫縣豆瓣,傳統(tǒng)郫縣豆瓣含量較高的組分為酯類(33.43%～57.35%)、醇類(14.73%～24.71%)和醛類(5.74%～22.80%),紅油郫縣豆瓣為酯類(27.19%～44.32%)、酸類(24.62%～35.61%)和醇類(6.11%～12.09%)。

圖4 傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣后發(fā)酵過程中揮發(fā)性物質(zhì)含量及種類數(shù)變化Fig.4 Changes in the content and number of volatile substances in the ripening-fermentation of traditional and commerical Pixian Doubanjiang

為進(jìn)一步分析傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣揮發(fā)性成分,將不同發(fā)酵時間下相對含量>1%的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果如表1所示。

表1 傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣后發(fā)酵過程中揮發(fā)性物質(zhì)相對含量(>1%)變化Table 1 Changes in the relative content of volatile substances (>1%) during ripening-fermentation of traditional and commercial Pixian Doubanjiang

醇類是構(gòu)成郫縣豆瓣風(fēng)味的重要成分,主要呈現(xiàn)出令人愉快的香味和甜味[14]。乙醇是2種郫縣豆瓣含量最高的醇類,隨著發(fā)酵時間的延長,含量均逐漸降低,這可能是由于豆瓣中含有魯氏接合酵母,其產(chǎn)醇能力優(yōu)于其他酵母[15],前期合成醇類占優(yōu)勢地位,到后期時,乙醇的揮發(fā)以及和酸類物質(zhì)的酯化反應(yīng)導(dǎo)致乙醇含量下降。

同時,苯乙醇作為郫縣豆瓣的特征組分,在傳統(tǒng)郫縣豆瓣中含量比較穩(wěn)定,紅油郫縣豆瓣中則未檢測到,這和李治華等[4]在傳統(tǒng)郫縣豆瓣和商品豆瓣中均檢測出苯乙醇的結(jié)果有所不同。苯乙醇主要由米曲霉在甜瓣子制曲階段代謝產(chǎn)生,在豆瓣后發(fā)酵階段會被氧化成其他物質(zhì)[2],由此推斷紅油郫縣豆瓣苯乙醇被氧化的程度大于傳統(tǒng)郫縣豆瓣。

酯類作為郫縣豆瓣種類最豐富的組分,主要賦予豆瓣醬特殊的酯香,并且能夠掩蓋游離脂肪酸帶來的不愉快的氣味[16-17]。傳統(tǒng)郫縣豆瓣中含量在0.7 mg/g以上,紅油郫縣豆瓣含量則在1.0 mg/g以上。其中,乙酸乙酯作為郫縣豆瓣平均相對含量最高的酯類(CT:6.15%,HY:4.60%),具有類似水果的清香味道,在白酒[18]和醬油[19]均有檢測到。此外,紅油郫縣豆瓣山梨酸甲酯含量明顯高于傳統(tǒng)郫縣豆瓣,這可能是因為紅油郫縣豆瓣中額外添加了食品添加劑山梨酸鉀。

醛類物質(zhì)也是構(gòu)成郫縣豆瓣香氣不可缺少的成分,其香氣濃烈尖銳,是郫縣豆瓣醬香味的主要來源,性質(zhì)比較活潑,容易氧化成醇類物質(zhì)[20]。整體上看,紅油郫縣豆瓣苯甲醛、苯乙醛和糠醛的含量均高于傳統(tǒng)郫縣豆瓣,苯甲醛在郫縣豆瓣中呈現(xiàn)類似醬油的咸香、醬香,與壬醛、糠醛等共同作用可以使郫縣豆瓣的醬香更加豐富,苯乙醛則具有令人愉悅的花香和蜂蜜香。

酸類物質(zhì)在一定程度上可以協(xié)調(diào)豆瓣整體的呈味風(fēng)格,但積累過量會產(chǎn)生令人不愉快的酸性氣味[21],其中,紅油郫縣豆瓣添加山梨酸鉀作為防腐劑使得山梨酸相對含量偏高(>15%),且遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)郫縣豆瓣。但酸類閾值過高,對郫縣豆瓣整體風(fēng)味不會產(chǎn)生太大的影響。

酚類和雜環(huán)類化合物在2種郫縣豆瓣中含量均較低,酚類通常被認(rèn)為是發(fā)酵豆制品重要的香氣成分[22],雜環(huán)類化合物閾值低且香氣強,2-乙酰基吡咯在紅油郫縣豆瓣中的含量高于傳統(tǒng)郫縣豆瓣,呈現(xiàn)出甜香味,且在豆豉中也有相似報道[23]。

2.4 基于電子鼻的不同郫縣豆瓣后發(fā)酵過程中揮發(fā)性風(fēng)味成分變化

由圖5所示,CT3M和CT6M有部分重疊,其余均具有明顯獨立的區(qū)域,這表明郫縣傳統(tǒng)豆瓣發(fā)酵前6個月的樣品揮發(fā)性物質(zhì)成分差異不太明顯,隨著發(fā)酵的進(jìn)行,揮發(fā)性物質(zhì)成分出現(xiàn)顯著性的變化。HY6M、HY9M和HY12M有大部分重疊,且與HY3M距離相隔很大,這表明在發(fā)酵過程中,6個月以后的樣品揮發(fā)性物質(zhì)成分具有很大的相似性,電子鼻不能很好地區(qū)分。并且,HY3M和CT6M有重疊部分,表明添加了植物油香料等成分的紅油郫縣豆瓣在發(fā)酵6個月后的香氣成分和發(fā)酵12個月的傳統(tǒng)郫縣豆瓣相似,但隨著發(fā)酵時間的延長,香氣特征不會發(fā)生明顯的變化。

圖5 基于電子鼻數(shù)據(jù)后發(fā)酵過程中傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣LDA圖Fig.5 LDA of traditional and commercial Pixian Doubanjiang by electronic nose during ripening-fermentation

2.5 基于電子舌的不同郫縣豆瓣后發(fā)酵過程中風(fēng)味成分變化

由表2可以看出,咸味響應(yīng)值最大,鮮味響應(yīng)值次之,說明在郫縣豆瓣中,咸味和鮮味最為突出。在發(fā)酵過程中,傳統(tǒng)郫縣豆瓣的咸味響應(yīng)值變化趨勢和紅油郫縣豆瓣相反,前者先減少后增加,后者先增加后減少;傳統(tǒng)郫縣豆瓣鮮味響應(yīng)值總體上高于紅油郫縣豆瓣,前者變化范圍較大,后者較平穩(wěn)(CT:1.69～2.33,HY:1.96～2.09),這與本研究谷氨酸的測定結(jié)果基本吻合。在前期發(fā)酵中谷氨酰胺會和食鹽作用,形成谷氨酸鈉,可能導(dǎo)致傳統(tǒng)郫縣豆瓣鮮味響應(yīng)值增加,隨著發(fā)酵的進(jìn)行,水分含量逐漸降低,咸味逐漸增加;而紅油郫縣豆瓣在發(fā)酵過程中額外添加的香料等可能會對滋味有一定的影響。此外,酸味和澀味響應(yīng)值較低,故酸味和澀味對郫縣豆瓣滋味的貢獻(xiàn)率不大。傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣在相同發(fā)酵時間下,咸味、鮮味、苦味、酸味、澀味回味以及豐富度存在顯著性差異,綜上所述,傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣在滋味上存在一定的差異性。

表2 傳統(tǒng)郫縣豆瓣和紅油郫縣豆瓣后發(fā)酵過程中電子舌傳感器強度Table 2 Electronic tongue sensor intensity during ripening-fermentation of traditional and commercial Pixian Doubanjiang

3 結(jié)論

對比2種郫縣豆瓣的風(fēng)味組成,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)郫縣豆瓣的鮮味更為突出,谷氨酸含量以及鮮味物質(zhì)含量明顯高于紅油郫縣豆瓣;同時,2種郫縣豆瓣主要有機酸(>2.00 mg/g)均為檸檬酸、琥珀酸、乳酸和草酸,含量積累主要集中在發(fā)酵前9個月;傳統(tǒng)郫縣豆瓣游離氨基酸以及有機酸含量均高于紅油郫縣豆瓣;2種豆瓣主要的滋味均是鮮味和咸味,但傳統(tǒng)郫縣豆瓣鮮味響應(yīng)值高于紅油郫縣豆瓣,因此,傳統(tǒng)郫縣豆瓣滋味更加豐富和厚重。

通過全二維氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀及電子鼻對揮發(fā)性風(fēng)味成分的檢測,紅油郫縣豆瓣揮發(fā)性物質(zhì)的種類和含量明顯高于傳統(tǒng)郫縣豆瓣,但相對含量>1%的共有物質(zhì)有27種,差異性物質(zhì)僅苯乙醇1種,且紅油郫縣豆瓣香氣成分在發(fā)酵期間和傳統(tǒng)郫縣豆瓣多有交叉重疊部分,2種郫縣豆瓣揮發(fā)性風(fēng)味成分在整體上比較相似。本文通過對傳統(tǒng)郫縣豆瓣及紅油郫縣豆瓣風(fēng)味成分差異性的對比研究,可為紅油郫縣豆瓣風(fēng)味的改良優(yōu)化,顧客選擇其合適的郫縣豆瓣提供一定借鑒意義。