溫度對廣式高鹽稀態醬油原油品質的影響

于茜雅，魯 騫，吳昌正,3，王阿利，黃桂東,*

（1.佛山科學技術學院食品科學與工程學院，廣東省傳統發酵食品工程技術研究中心，廣東省食品流通安全控制工程技術研究中心，佛山市釀造工程技術研究中心，佛山市農業生物制造工程技術研究中心，廣東 佛山 528231；2.廣東海天創新技術有限公司，廣東省調味食品生物發酵先進技術企業重點實驗室，廣東 佛山 528000；3.佛山市海天（高明）調味食品有限公司，廣東 佛山 528500）

醬油是一種以大豆為主要原料的傳統發酵調味品[1]，其加工工藝主要包括傳統日曬夜露發酵、高鹽稀態發酵和低鹽固態發酵3 種[2]。廣式醬油作為中式醬油華南地區的代表，其通常采用高鹽稀態發酵工藝自然發酵制成[3]，即在高鹽微酸的開放環境中經過制曲、醬醪發酵、壓榨出油、調配滅菌等步驟制成成品醬油，而已發酵成熟的醬醪經壓榨過濾出的油被稱為“原油”[4]。原油是成品醬油的基礎，醬油的香氣及滋味主要源于原油，其品質不僅取決于發酵工藝，還與其原料的選擇、發酵時間、發酵環境以及微生物區系等諸多因素密切相關[5]。因此探究醬油釀造過程中原油理化指標的動態變化，有利于成品醬油的質量控制。

高鹽稀態發酵醬油通常由多種耐鹽微生物協同發酵3～6 個月[6]，其分泌的豐富酶系將體系中的大分子物質降解成氨基酸及還原糖[7]，同時產生酯、酸、醛、酚等風味物質[8]，使醬油醬香濃郁，風味獨特。開放的發酵方式使多種環境因素成為影響醬油品質的關鍵，發酵環境會在不同程度上影響體系中微生物代謝、酶解[9]以及美拉德反應等生化反應[10]，進而改變醬油的品質。廣東大多數地區為亞熱帶季風性氣候，該氣候的特點為夏熱冬溫，夏季月平均高溫可達35 ℃，而冬季月平均低溫可低至9 ℃（該數據來自中國氣象網）。季節性變化引起的環境溫度差異導致不同批次發酵的醬油品質穩定性欠佳[11]，因此明晰發酵溫度對廣式醬油原油品質的影響，可以為優化廣式醬油發酵穩定性工藝提供理論依據。

本研究從模擬四季環境溫度出發，通過監測不同發酵溫度原油理化指標變化，分析原油風味物質含量差異，確定影響風味的主要差異標志物，并結合感官評分評定原油品質，將有利于提升廣式醬油品質的穩定性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 醬醪

曲料由廣東省某調味品公司提供。將成熟曲料碾碎后與18%飽和鹽水以1∶2的體積比混合。模擬嶺南地域四季溫度設定發酵溫度為37、30、15 ℃進行小試發酵，并與自然發酵條件（溫度為20～25 ℃）作對比。以成曲混合鹽水入罐起記為0 d，發酵周期為60 d，期間定期攪拌醬醪，每隔5 d測定一次醬醪中心溫度，取樣時間為發酵第5、15、25、35、60天。將醬醪充分攪拌后取樣，取樣后將醬醪進行過濾，濾后的原油于－80 ℃冰箱保存待用。

1.1.2 試劑

3,5-二硝基水楊酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）顯色液 福州飛凈生物科技有限公司；甲醛（分析純）廣州化學試劑廠；NaOH標準溶液（0.05 mol/L）深圳市博林達科技有限公司；三氯乙酸（分析純）天津市大茂化學試劑廠；2-辛醇（標準品）北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設備

SynergyTMH1多功能酶標儀 美國BioTek儀器有限公司；PHscan40筆形pH計 上海般特儀器制造有限公司；905自動電位滴定儀 瑞士萬通中國有限公司；LA8080型氨基酸分析儀 日立科學儀器（北京）有限公司；7890B-5977B氣相色譜-質譜聯用儀 安捷倫科技（中國）有限公司；5804R型離心機 德國Eppendorf公司。

1.3 方法

1.3.1 理化指標測定

將1.1.1節原油樣品冷卻到室溫，并于10 000 r/min離心5 min，收集上清液用于下述理化指標測定。還原糖：采用DNS顯色法；總酸和氨基酸態氮：按照酸堿滴定法和甲醛滴定法，通過自動電位滴定儀分別測定總酸以及氨基酸態氮的含量；pH值：直接通過pH計測定。

1.3.2 游離氨基酸含量測定

取2 mL原油樣品，用5 g/100 mL三氯乙酸溶液定容至40 mL。靜置0.5 h后，25 ℃、8 000 r/min離心15 min。取5 mL上清液用超純水定容至50 mL，取2 mL稀釋液過0.22 μm濾膜后注入樣品瓶中，即為待測樣液。參考GB 5009.124—2016《食品中氨基酸的測定》對上述待測樣液進行處理，用氨基酸分析儀進行測定[12]。

1.3.3 揮發性風味物質檢測

采用固相微萃取氣相色譜-質譜聯用技術檢測原油中的揮發物質成分。

樣品處理：吸取5 mL原油和25 μL質量濃度為3.35×10－3mg/mL的2-辛醇溶液（內標物）于20 mL頂空瓶中，在孵化器中于40 ℃平衡10 min，然后在40 ℃用CAR/PDMS固相微萃取頭頂空萃取30 min。萃取完成后在進樣口于250 ℃解吸1 min完成進樣。

GC條件：HP-INNOWax毛細色譜柱（60 m×250 μm，0.25 μm）；進樣口溫度250 ℃，程序升溫條件為40 ℃保持5 min，以5 ℃/min升溫至240 ℃，保持15 min。載氣為氦氣，流速1.2 mL/min。

MS條件：電子電離源，離子源溫度250 ℃，電子能量70 eV，四極桿和傳輸線溫度分別為200 ℃和220 ℃，質量掃描范圍35～500 u。

1.3.4 感官評價

采用定量描述分析法——數字評估法評價不同原油樣品感官特征差異。將1.1.1節所濾原油經巴氏殺菌處理，挑選25 位有鑒評經驗的感官品評人員，對原油的體態、色澤、風味、香氣及綜合喜好度進行評分，評分標準如表1所示。將各指標評分取平均值，并繪制雷達圖。

表1 感官評價評分標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of soy sauce

1.4 數據統計分析

采用軟件SPSS 24對數據進行顯著性分析；用軟件Graph Prism 9.4.1繪制折線圖及柱狀圖；用軟件Origin繪制雷達圖；將揮發性風味物質含量經標準化處理后，用軟件Rstudio軟件進行熱圖繪制，并結合軟件Simca進行正交偏最小二乘判別分析（orthogonal partial least squaresdiscriminant analysis，OPLS-DA），繪制得分圖。

2 結果與分析

2.1 醬醪發酵過程中溫度變化

本次小試發酵從11月末起至次年1月，該時期室內溫度變化范圍為20～25 ℃，自然發酵樣品于通風良好的室內發酵。4 種溫度發酵的醬醪樣品中心溫度變化如圖1所示，該數據為后續醬油理化指標、游離氨基酸組成及風味物質等變化提供了依據。

圖1 發酵過程中醬醪中心溫度的變化Fig.1 Temperature variation of moromi during fermentation process

2.2 發酵溫度對原油pH值和總酸的影響

醬油中的酸類物質主要是在微生物代謝過程中產生，生成的有機酸可以與原油中醇類物質發生酯化反應[13]，以此賦予醬油醇厚濃郁的風味。因此，原油的pH值和總酸可以作為評價醬油質量的重要指標。

由圖2 可知，發酵溫度對原油的pH 值影響顯著（P＜0.05）。在整個發酵過程中原油的pH值呈持續下降趨勢，且在4 個原油樣品中HT樣品的pH值最低，LT樣品的pH值最高。這可能是因為HT樣品發酵溫度為37 ℃，該溫度條件下適宜乳酸菌生長繁殖，乳酸菌代謝產生大量有機酸[14]，使發酵體系pH值大幅度下降。4 個樣品的總酸整體呈上升趨勢，其原因可能是原料中的蛋白質和脂肪被米曲霉酶系水解及其他微生物的共代謝作用，使有機酸、谷氨酸和脂肪酸等酸類物質在體系中大量生成[15]。HT樣品和LT樣品在發酵過程中總酸含量持續上升，其中HT樣品在發酵60 d的總酸含量最高，達到1.51 g/100 mL。MT樣品和NT樣品在發酵15 d總酸增速減緩，25 d總酸含量略有下降，35 d又緩慢上升，這可能由于發酵15 d起體系中的酸類物質與醇發生酯化反應[16]，促使總酸含量下降，發酵后期由于體系中芽孢桿菌的作用使得總酸含量略有上升[13]。總體而言，37 ℃發酵有利于原油體系中總酸的生成，相對較高的溫度賦予了醬油酸味形成的物質基礎。

圖2 發酵過程中原油pH值（a）及總酸含量（b）的變化Fig.2 Changes of pH (a) and total acid content (b) in base soy sauce during fermentation process

2.3 發酵溫度對原油中氨基酸態氮含量的影響

醬油發酵過程中產生的氨基酸是鮮味的主要來源，因此氨基酸態氮為鑒定醬油品質的重要指標[9]。氨基酸態氮主要由游離氨基酸和肽的氮元素構成，其含量越高，說明當前原料的水解反應越徹底，即有更多的呈味氨基酸生成[17]。由圖3可知，按照GB 5009.235—2016《食品中氨基酸態氮的測定》中的醬油等級評價標準[18]，發酵末期4 個樣品的氨基酸態氮質量濃度均高于0.8 g/100 mL，已達到特級醬油標準。隨著發酵時間的延長，氨基酸態氮含量整體呈上升趨勢。醬醪發酵前期，發酵溫度對原油中氨基酸態氮含量影響極顯著（P＜0.01）；而發酵末期，溫度對原油中氨基酸態氮含量的影響不顯著。這可能由于一定程度的高溫可促進米曲霉蛋白酶酶解，且醬醪發酵前期微生物分泌的蛋白酶活力強[19]，加速了原料中蛋白質轉化為氨基酸，且乳酸菌的胞外蛋白水解也可生成游離氨基酸[20]。但隨著發酵的進行體系pH值下降，蛋白酶活力逐漸降低，且發酵中期微生物處于相對優勢生長階段，其代謝會消耗部分氨基酸并轉化為風味物質[21]，致使發酵后期氨基酸態氮上升趨勢變緩。發酵溫度越高，原油初始氨基酸態氮含量越高，HT初始氨基酸態氮質量濃度可達到0.84 g/100 mL，LT的初始氨基酸態氮質量濃度僅為0.42 g/100 mL，但在整個發酵時期中，LT樣品的氨基酸態氮生成速率最高，發酵結束其質量濃度升至0.98 g/100 mL。相比其他發酵溫度，一定程度的低溫可延長蛋白酶催化水解時間[22]，使發酵末期其氨基酸態氮含量與其他體系基本持平。因此，溫度變化對發酵末期原油氨基酸態氮含量無明顯影響。

圖3 發酵過程中原油氨基酸態氮含量的變化Fig.3 Changes of amino nitrogen content in base soy sauce during fermentation process

2.4 發酵溫度對原油中還原糖含量的影響

還原糖作為評價醬油質量指標之一，可以反映出不同發酵體系中淀粉酶水解程度及微生物代謝情況[13]。還原糖既可以賦予發酵食品甜味，也可作為碳源參與各種生化反應[23]。由圖4可知，發酵溫度對體系中還原糖含量的變化影響顯著。發酵初期，原料被淀粉酶水解生成大量葡萄糖、果糖等還原糖[24]，此時4 個樣品的還原糖含量均呈上升趨勢。LT和NT樣品在整個發酵過程中均為上升趨勢，而HT樣品和MT樣品在發酵中期還原糖含量出現明顯波動，其中MT樣品在發酵至25 d還原糖含量開始下降，發酵至60 d低至4.36 g/100 mL，與其他3 個樣品差異顯著（P＜0.05），產生這種差異的原因可能是30 ℃發酵體系中酵母菌等微生物代謝旺盛，將大量還原糖轉化為醇類及酸類物質[25]，使還原糖的消耗率大于生成率。HT樣品在發酵后期還原糖含量略有提升，推測在前期乳酸菌的活躍使體系pH值降低，當pH值較低時會促淀粉酶的活力[11]，將未發酵完全的原料進行進一步酶解，使還原糖的生成率增加。上述研究表明，中溫30 ℃發酵促進體系中微生物對還原糖的利用率，有利于原油風味物質的形成。

圖4 發酵過程中原油還原糖含量的變化Fig.4 Changes of reducing sugar content in base soy sauce during fermentation process

2.5 發酵溫度對原油中游離氨基酸含量的影響

醬油體系中由蛋白質水解所生成的游離氨基酸是評價醬油滋味的重要指標[26]。如表2所示，醬醪發酵至60 d，原油HT、MT、LT和NT樣品總游離氨基酸質量濃度依次為6.542、6.968、6.820 g/100 mL和6.374 g/100 mL，且發酵溫度對不同原油中各游離氨基酸含量（除纈氨酸）影響顯著（P＜0.05），其中MT樣品總游離氨基酸含量最高，可能由于該條件下可參與水解蛋白質和多肽的酶活力較強[27]；HT樣品由于高溫促進美拉德反應消耗氨基酸[9]，從而降低了總游離氨基酸含量。

表2 發酵末期原油游離氨基酸組成Table 2 Free amino acid composition of base soy sauce at the end of fermentation

根據氨基酸的呈味性，可將游離氨基酸分為鮮味氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸）、甜味氨基酸（蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸、賴氨酸、脯氨酸）、苦味氨基酸（纈氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、精氨酸）和無味氨基酸（胱氨酸）4 種[28]。天冬氨酸和谷氨酸兩種鮮味氨基酸含量相對較高，其中谷氨酸為醬油鮮味的主要呈味物質[29]。MT樣品的鮮味氨基酸總含量高于其余3 組，LT樣品谷氨酸含量最高，達到了1.264 g/100 mL，但除組氨酸和精氨酸外，其余苦味氨基酸含量在LT樣品中均為最低水平，MT組苦味氨基酸含量比LT組提高了4.08%，該結果與Hoang等[30]的研究結果一致，推測溫度是影響苦味氨基酸形成的關鍵因素。苦味氨基酸含量高不等同于樣品苦味厚重。醬油發酵體系復雜，多種呈味物質共同作用構成醬油鮮美醇厚的滋味[31]。甜味氨基酸中，MT樣品中絲氨酸和LT樣品中蘇氨酸含量較高，而HT樣品蘇氨酸含量低，這可能由于絲氨酸和蘇氨酸會參與乳酸菌及其他細菌的代謝[32]。NT樣品的鮮味氨基酸、甜味氨基酸及苦味氨基酸均處較低水平。上述研究表明：自然發酵相對不利于游離氨基酸的形成，而高溫發酵會促進體系中游離氨基酸的利用。

2.6 發酵溫度對原油風味物質形成的影響

2.6.1 原油揮發性風味物質組成定量分析

采用固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術對4 種溫度條件發酵的原油中的揮發性風味物質進行分析，共檢測出234 種揮發性風味物質，將其分為9 大類：醇、酯、酮、醛、酸、酚、含硫化合物、呋喃（酮）和吡嗪。包括醇類34 種、酯類61 種、酮類48 種、醛類29 種、酸類20 種、酚類7 種、含硫化合物2 種、呋喃（酮）類20 種、吡嗪類7 種以及其他化合物6 種。

根據揮發性風味物質數量（圖5a）來看，HT樣品與其他樣品相比吡嗪及醛酮類物質種類較多，而醇類物質種類較少；MT樣品中醇類及酸類物質種類高于其他3 個樣品；LT樣品除醇類物質外，其他風味物質數量均處于低水平；NT樣品風味物質數量與其他樣品差異不顯著。

圖5 不同溫度發酵的原油揮發性風味物質種類數（a）及含量（b）差異Fig.5 Differences in the types (a) and concentrations (b) of volatile flavor compounds among base soy sauce samples

根據揮發性風味物質含量（圖5b）來看，MT樣品的揮發性風味物質總含量最高，LT樣品風味物質總含量最低。HT樣品中醇類及酚類物質含量較少，而含硫化合物及吡嗪類物質含量高；MT樣品中醇類及酚類物質含量高；LT樣品呋喃（酮）類物質含量豐富；根據不同溫度發酵的原油中揮發性風味物質變化結果可以發現，原油發酵的溫度與揮發性風味物質的含量及組成有著密切的關系，因此可以通過改變醬醪發酵的溫度改善原油的風味。

2.6.2 原油特征性風味物質熱圖聚類分析

為了探究4 種原油樣品風味物質的差異，將4 種樣品中檢測到的物質與文獻[33-35]報道的特征性風味物質進行比對，將其含量標準化后聚類分析，并以熱圖形式展示（圖6）。

圖6 不同溫度發酵原油中特征性風味物質熱圖及聚類分析Fig.6 Heatmaps and cluster analysis of characteristic flavor substances in base soy sauce fermented at different temperatures

醇類物質是形成原油風味的主要揮發性化合物，在9大類化合物中含量最高。4 個樣品中，MT樣品最易形成乙醇以及部分高級醇，這與MT樣品中酵母菌消耗大量還原糖有關，其通過Ehrlich途徑代謝生成高級醇[36]。MT樣品生成的異戊醇、3-戊醇、3-甲硫基丙醇和1-辛烯-3-醇等醇類物質處于較高水平，異戊醇具有麥芽香氣；3-戊醇呈甜香；3-甲硫基丙醇具有烤土豆香氣。1-辛烯-3-醇賦予原油蘑菇香氣，為醬油中的特征性醇類物質，其含量在MT中約高于其他樣品的3～9 倍。HT樣品中具有玫瑰香氣的苯乙醇含量較高，同時NT樣品也含有少量高級醇，但LT樣品中大部分高級醇均處于較低水平。

酸類物質的含量與發酵末期原油總酸（圖2）趨勢基本一致，HT樣品總含量最高，以2-甲基丁酸、異丁酸（奶酪香）為主的酸類化合物可能使高溫樣品酸性較強。酸類物質又可與高級醇發生酯化反應形成酯類化合物。酯類是表征醬油中花果香的重要風味物質，可以中和醬油的鮮味，使香氣更加醇厚飽滿[37]。在30 ℃發酵環境下，酵母菌作用促進了MT樣品中多種醬油特征性酯類化合物的形成，如乙酸乙酯、乳酸乙酯、苯乙酸乙酯等，可賦予原油清甜的花果香氣。

醛酮類及吡嗪類化合物主要通過美拉德反應生成[38]。結果表明，HT樣品中含有大量的醛酮類及雜環化合物，而LT樣品則處于較低水平，有研究表明醛類物質也可由異亮氨酸、亮氨酸及苯丙氨酸等氨基酸促進生成[10]，這可能是造成LT樣品醛類物質含量較少的主要因素之一。酚類物質在MT樣品中占比最高，以呈麥芽香的2-甲基丁醛為主的醛類物質可在酵母作用下進一步生成產生煙熏香的酚類物質[39]。吡嗪類物質如2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪等主要呈堅果香、焙烤香；呋喃（酮）類物質如糠醛及5-羥甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural，HMF）等可賦予焦糖香氣，二者共同為HT樣品提供醬香風味形成的物質基礎。

綜上所述，不同溫度發酵的原油揮發性風味物質差異較大，HT樣品中大量的美拉德反應產物可為原油提供醬香風味形成的物質基礎；MT樣品由于酵母菌的代謝作用使其醇類、酯類及酚類物質極為豐富，使原油風味呈現酯香濃郁且醇厚柔和；而LT樣品中大量醛酮及吡嗪類物質的缺失，造成原油醬香不足。

2.6.3 原油揮發性風味物質OPLS-DA模型分析

為了進一步探究發酵溫度對原油風味的影響，從234 種揮發性風味物質中篩選出差異顯著的風味物質（P＜0.05），再利用OPLS-DA模型監督分析并量化4 個樣品間的差異程度，選出變量重要性投影（variable importance in the projection，VIP）大于1的差異代謝物[40]。經OPLS-DA計算出和和Q2分別為0.962、0.998、0.989，其中和接近1證明該模型擬合度較好，且Q2＞0.5表明模型有較好的預測能力，因此該模型可以用來分析組間差異標志物[40]。從圖7可看出，LT樣品和NT樣品距離較近，而與HT和MT樣品間隔較遠，這證明低溫發酵和自然發酵的原油風味物質及含量較為相似，而高溫發酵、中溫發酵和低溫發酵3 種樣品風味成分及含量差異較大。根據篩選結果看VIP值大于1的差異代謝物共33 種（圖8），包括醇類6 種、酸類3 種、酯類8 種、醛類3 種、酮類6 種、酚類2 種、呋喃類4 種、吡嗪類1 種。MT樣品中差異代謝物種類最多且部分化合物含量顯著高于其他樣品，包括具有蘑菇香氣的1-辛烯-3-醇、呈果香的乙酸甲酯及乳酸乙酯、具有奶油香氣的3-羥基-2-丁酮等，上述物質均為文獻中報道的醬油特征性風味物質，而這可能成為其他3 種樣品風味缺失的關鍵因素。

圖7 不同溫度發酵的原油風味物質OPLS-DA得分圖Fig.7 OPLS-DA score plot of volatiles in base soy sauce fermented at different temperatures

圖8 VIP值大于1的風味物質Fig.8 VIP scores of volatiles (VIP ＞ 1)

2.7 感官評價

為了進一步確定不同溫度發酵的原油品質差異，對原油的體態、色澤、氣味及口感進行感官評價。圖9表明，綜合評分MT樣品得分最高，較NT樣品總分提升了4.8%，其原因可能是該原油樣品中醬油特征性風味成分較為豐富，如1-辛烯-3-醇、3-甲硫基丙醇、乙酸乙酯、苯乙酸乙酯以及HMF等賦予原油濃郁的醬香酯香，且各呈味氨基酸的結合使其滋味鮮美。HT樣品口感和氣味與MT樣品相比，分別下降了3.18%和5.4%，結合前面結果可知：醛酮類及吡嗪類化合物過多，且體系總酸含量較高，致使樣品產生焦糊味且酸味過重。LT樣品綜合得分最低，與MT相比降低了12.52%，這與前面結論相符。由于LT樣品揮發性物質總含量最低，且在15 ℃低溫發酵條件不利于發生美拉德等褐變反應致使原油樣品醬香味缺失，結合香氣-滋味交互作用可推測關鍵風味缺失為樣品口感不佳的因素之一[41]。因微生物對還原糖未充分利用，形成風味的物質基礎較少，故NT樣品香氣得分較低。總體而言，30 ℃控溫發酵對原油的口感、色澤及整體風味有較大提升。

圖9 不同溫度發酵原油的感官評分雷達圖Fig.9 Radar plot of sensory evaluation scores of base soy sauce fermented at different temperatures

3 結論

通過控制醬油發酵溫度，分析不同溫度條件發酵的原油樣品中pH值、總酸、還原糖、氨基酸態氮含量變化趨勢，分析發酵60 d原油游離氨基酸組成以及揮發性風味物質含量差異。結果表明：自然發酵的原油游離氨基酸生成率較低；高溫37 ℃發酵的原油具有美拉德反應及醬香味形成的物質基礎（酸類及吡嗪類），但不利于發酵末期游離氨基酸的形成且氣味不佳；30 ℃發酵具有形成醇厚柔和風味的物質基礎（醇類及酯類），游離氨基酸生成量最高，且原油感官評分最佳；低溫15 ℃發酵的原油雖易形成鮮味氨基酸及甜味氨基酸，風味物質基礎較差且感官得分最低。綜上，30 ℃控溫發酵的原油品質風味最佳。該研究雖探究了不同溫度發酵的原油品質差異，但目前影響原油品質的機理尚不明確，后續研究需將醬醪體系中的微生物與相應原油中各理化指標結合分析，進一步探究環境溫度對原油品質的影響機制，為優化醬油釀造工藝提供參考。