響應面法優化潼川毛霉型豆豉脫鹽工藝及風味分析

張鷺艷 劉丹靈 黃思宇 鄒強

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.05.016

引文格式：張鷺艷，劉丹靈，黃思宇，等.響應面法優化潼川毛霉型豆豉脫鹽工藝及風味分析[J].中國調味品，2024，49（5）：97-105.

ZHANG L Y， LIU D L， HUANG S Y， et al. Optimization of desalination process of Tongchuan Mucor-type Douchi by response surface methodology and analysis of its flavor[J].China Condiment，2024，49（5）：97-105.

摘要：為降低潼川毛霉型豆豉的含鹽量，采用透析袋輔助超聲波并添加海藻糖為脫鹽輔助劑的脫鹽方法對潼川毛霉型豆豉（含鹽量13.40%）進行脫鹽，在單因素試驗的基礎上，以含鹽量和感官評分為響應值優化脫鹽工藝并進行質構與風味物質分析。結果表明，當超聲時間為59.89 min、超聲功率為168.35 W、超聲溫度為30.35 ℃、脫鹽輔助劑添加量為0.39%時，豆豉脫鹽后感官評分為86.12分，含鹽量為4.12%，脫鹽效果顯著，且此條件下脫鹽的豆豉顆粒完整，色澤呈褐黃色，具有潼川豆豉特有的醬香味且咸淡適口。質構結果表明，脫鹽后的豆豉僅黏附性降低（P<0.05），其余指標沒有顯著性變化（P>0.05）。豆豉脫鹽后甜香風味有所增加，脫鹽減弱了豆豉中亞油酸乙酯、乙酸和3-甲基丁酸帶來的不良酸澀風味，而亞麻酸乙酯和油酸乙酯的特征風味有所損失。

關鍵詞：潼川毛霉型豆豉；脫鹽工藝；響應面法；揮發性風味物質

中圖分類號：TS214.9????? 文獻標志碼：A????? 文章編號：1000-9973（2024）05-0097-09

Optimization of Desalination Process of Tongchuan Mucor-Type Douchi

by Response Surface Methodology and Analysis of Its Flavor

ZHANG Lu-yan， LIU Dan-ling， HUANG Si-yu， ZOU Qiang*

（College of Food and Biological Engineering， Chengdu University， Chengdu 610106， China）

Abstract： In order to reduce the salt content in Tongchuan Mucor-type Douchi， a desalination method using dialysis bag assisted ultrasound and adding trehalose as the desalination auxiliary agent is used to desalinate Tongchuan Mucor-type Douchi （salt content of 13.40%）. On the basis of single factor test， the desalination process is optimized with salt content and sensory score as the response values， and the texture and flavor substances are analyzed. The results show that when the ultrasonic time is 59.89 min， the ultrasonic power is 168.35 W， the ultrasonic temperature is 30.35 ℃ and the addition amount of desalination auxiliary agent is 0.39%， the sensory score of Douchi after desalination is 86.12 points， the salt content is 4.12%， and the desalination effect is significant. Moreover， the Douchi desalinated under such conditions has intact particles， brown and yellow color， a unique sauce flavor of Tongchuan Douchi， and appropriate saltiness. The texture results show that after desalination， only the adhesion of Douchi decreases （P<0.05）， and the other indexes don't change significantly （P>0.05）. After desalination， the sweet and fragrant flavors of Douchi increase， the adverse sour and astringent flavors caused by ethyl linoleate， acetic acid and 3-methylbutyric acid in Douchi weaken， and the characteristic flavors of ethyl linolenate and ethyl oleate are lost.

Key words： Tongchuan Mucor-type Douchi; desalination process; response surface methodology; volatile flavor substances

收稿日期：2023-09-13

基金項目：四川省科技成果轉移轉化示范項目（2022ZHCG0072）；四川省重點研發項目（2022YFN0050）

作者簡介：張鷺艷（1995—），女，碩士，研究方向：食品加工。

*通信作者：鄒強（1982—），男，副教授，博士，研究方向：食品加工。

豆豉是我國傳統發酵豆制品調味料，古稱“幽菽”或“嗜”，距今已有3 000多年的歷史[1]。豆豉種類眾多，其中毛霉型豆豉在微生物與酶的作用下，能夠在保留大豆中絕大部分營養物質的同時，生成抗氧化活性物質[2]，或者是新的活性物質，如大豆抗氧化肽、大豆異黃酮、γ-亞麻酸等，具有抗氧化、抗癌、預防心血管疾病等生理功能[3-4]。豆豉作為高鹽發酵豆類制品，由于其味道過咸，目前多用作調味品，應用面窄，大大限制了其發展。

目前對高鹽食品脫鹽的研究主要集中于對脫鹽方法[5-10]、工藝優化及脫鹽輔助劑[11-15]的使用上。也有學者采用脫鹽技術與溶劑脫鹽相結合的方法，如Kim等[16]使用超聲輔助法和溶劑洗滌法對肉類進行有效脫鹽。超聲波輔助脫鹽法操作簡單、成本低、效率高。由于海藻糖對蛋白質的抗逆保護作用[17]，且能抑制脂肪酸敗、抗凍保濕等[18]，在食品脫鹽中應用廣泛。脫鹽過程中常出現風味與營養物質的損失、形態與色澤的改變、食品口感和口味的缺失等問題。因此，本試驗采用多種方法相結合的方式，利用膜分離技術[19]，在超聲波輔助作用下以海藻糖為脫鹽輔助劑對潼川豆豉進行脫鹽，利用半透膜透析袋的選擇透過性與保護作用，將豆豉脫鹽到一定程度時盡可能保留豆豉風味及保持其形態完整。本文探索了新型豆豉脫鹽工藝，以期打破咸豆豉只能作為調味品這一局限，為后續開發低鹽、高營養、高保健價值的現代毛霉型豆豉食品打下基礎。

1? 材料與方法

1.1? 試驗材料與設備

潼川豆豉（毛霉型）：四川省三臺縣潼川農產品開發有限責任公司；海藻糖：德州匯洋生物科技有限公司；MW2000半透膜透析袋：美國Viskase公司；硝酸銀溶液（0.1 mol/L）、氫氧化鈉（分析純）、鉻酸鉀指示劑、甲醛（36%～38%）：成都化夏化學試劑有限公司。

PHS-3E pH計? 上海佑科儀器儀表有限公司；FA1004電子天平? 上海析牛菜伯儀器有限公司；FS-2000T超聲波處理器? 上海生析超聲儀器有限公司；WK-150A 超微粉碎機? 濰坊市北方制藥設備制造有限公司；HP6890/5975C氣相色譜-質譜聯用儀? 美國安捷倫公司；MASS-M01手動固相微萃取裝置? 上海新拓分析儀器科技有限公司；TA-XT Plus質構儀? 英國 Stable Micro Systems公司。

1.2? 試驗方法

1.2.1? 樣品處理

脫鹽溶劑的配制：分別稱取2，4，6，8，10 g海藻糖于燒杯中加水溶解，充分攪拌后于容量瓶中定容至1 000 mL，配制成0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的海藻糖脫鹽溶劑。

取豆豉10 g，放入內裝1/10脫鹽溶劑的透析袋內，采用封口夾封閉后置于150 mL燒杯中，倒入余下的9/10脫鹽溶劑，使豆豉和浸泡液的比例為1∶10 （g/mL），在不同試驗條件下進行脫鹽。豆豉固體研磨后用于測定含鹽量。

1.2.2? 單因素試驗

固定超聲溫度20 ℃、超聲功率120 W、脫鹽輔助劑添加量0.2%，探究不同超聲時間0（空白），20，40，60，80，100 min下的脫鹽效果。

固定超聲時間40 min、超聲功率120 W、脫鹽輔助劑添加量0.2%，探究不同超聲溫度0（空白），10，20，30，40，50 ℃下的脫鹽效果。

固定超聲時間40 min、超聲溫度20 ℃、脫鹽輔助劑添加量0.2%，探究不同超聲功率0（空白），60，120，180，240，300 W下的脫鹽效果。

固定超聲時間40 min、超聲溫度20 ℃、超聲功率120 W，探究不同脫鹽輔助劑添加量0%（空白）、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%下的脫鹽效果。

1.2.3? 脫鹽工藝流程

配制脫鹽溶劑

↓

豆豉（含鹽量13.4%）→稱量→按料液比裝袋→超聲條件設定→超聲脫鹽→樣品處理→指標測定。

1.2.4? 感官評定

根據GB/T 16291.1—2012《感官分析 選拔、培訓與管理評價員一般導則 第1部分：優選評價員》要求組建感官評價小組，對樣品的色澤、形態、滋味、香氣指標進行打分，滿分為100分，每次品鑒前均用溫水漱口。評定標準見表1，結果取平均值。

1.2.5? 測定指標與方法

1.2.5.1? 含鹽量測定

采用硝酸銀直接滴定法[20]。

1.2.5.2? 豆豉風味物質GC-MS測定

參照邵良偉等[21]的試驗方法并進行一定修改。對總離子流圖中的各峰經質譜計算機數據系統檢索及核對Wiley 275、NIST 2017 和NIST 2020標準質譜圖，釆用峰面積歸一化法定量，確定各揮發性組分的相對含量。

1.2.5.3? 質構測定

測試參數：選用P/20探頭，測前速度為1.00 mm/s，測試速度為5.00 mm/s，測后速度為5.00 mm/s，應變為50.00%，觸發力為5.00 g。每組選取10個大小一致、顆粒完整的豆豉作為樣品。

1.2.6? 單因素試驗優化脫鹽工藝

考察超聲時間、超聲功率、超聲溫度、脫鹽輔助劑添加量對豆豉脫鹽效果的影響，單因素試驗因素及水平見表2。

1.2.7? 脫鹽工藝條件響應面優化方法

在單因素試驗結果的基礎上，以超聲時間、超聲功率、超聲溫度、脫鹽輔助劑添加量為影響因素，以含鹽量和感官評分為響應值，采用Box-Behnken方法優化脫鹽工藝，響應面試驗因素水平見表3。

1.2.8? 數據處理

采用Design-Expert 12 軟件進行響應面試驗數據分析，使用SPSS 26和 Origin 2018進行數據處理、作圖和分析。

2? 結果與討論

2.1? 單因素試驗結果與分析

2.1.1? 超聲時間對潼川豆豉脫鹽效果的影響

由圖1可知，隨著超聲時間的延長，豆豉的含鹽量呈下降趨勢，當超聲時間為0～40 min時，含鹽量由13.40%降至6.71%，脫鹽效果十分顯著；超聲時間超過40 min后，隨著超聲時間的延長，豆豉的含鹽量變化逐漸變小。這是因為脫鹽初期透析袋的內外鹽度差較大，離子交換速度較快[6]。而感官評分隨著超聲時間的延長先迅速上升后下降，當超聲時間為60 min時，感官評分達到最高，為89分，此時豆豉的咸度適中，口感較好，當超聲時間超過60 min后，感官評分先顯著下降后平穩下降，這是由于隨著超聲時間的延長，豆豉中風味物質流失，超聲時間從60 min增至100 min時，感官評分由最高的89分降至81分。因此，選擇超聲時間的水平范圍為40～80 min。

2.1.2? 超聲溫度對潼川豆豉脫鹽效果的影響

由圖2可知，隨著超聲溫度的升高，豆豉的含鹽量呈逐漸下降趨勢。當超聲溫度由0 ℃升高至30 ℃時，含鹽量由13.40%迅速下降至6.64%。當超聲溫度超過 30 ℃時，含鹽量的下降趨勢趨于平緩，這是由于隨著超聲溫度逐漸升高，豆豉的滲透性增加，使脫鹽溶液濃度和溶質濃度基本達到一致。感官評分隨著超聲溫度的升高先逐漸升高，當超聲溫度為 30 ℃時，咸度適中，口感最佳，感官評分達到最高，為 88.24分，之后感官評分逐漸下降，可能是隨著超聲溫度的繼續升高，豆豉脫鹽過度或高溫影響了豆豉的質構，使豆豉的口感變差。因此，選擇超聲溫度的水平范圍為20～40 ℃。

2.1.3? 超聲功率對潼川豆豉脫鹽效果的影響。

由圖3可知，隨著超聲功率的增大，豆豉的含鹽量逐漸下降。當超聲功率由0 W增加至60 W時，含鹽量由13.40%迅速下降至7.14%。當超聲功率超過60 W后，含鹽量變化趨于平緩，超聲功率對豆豉脫鹽效果的影響顯著。而感官評分隨著超聲功率的增加先逐漸升高，當超聲功率為180 W時，感官評分達到最高，為88.33分，之后感官評分迅速下降，可能是超聲功率升高使豆豉脫鹽過度或影響了豆豉的質構，使豆豉的風味和口感變差。因此，選擇超聲功率的水平范圍為120～240 W。

2.1.4? 脫鹽輔助劑添加量對潼川豆豉脫鹽效果的影響

由圖4可知，隨著脫鹽輔助劑添加量的增加，豆豉的含鹽量呈下降趨勢。當脫鹽輔助劑添加量由0增加至0.2%時，含鹽量由13.40%迅速下降至7.51%。當脫鹽輔助劑添加量在0.2%～0.6%范圍內時，含鹽量下降較快，當脫鹽輔助劑添加量超過0.6%后含鹽量變化趨于平緩。感官評分隨著脫鹽輔助劑添加量的增加先逐漸升高，當脫鹽輔助劑添加量為0.4%時，感官評分達到最高，為86.33分，之后感官評分下降。雖然海藻糖的甜度只有蔗糖的45%[22]，但脫鹽輔助劑添加量的增大仍有可能在一定程度上影響豆豉的風味。因此，選擇脫鹽輔助劑添加量的水平范圍為0.2%～0.6%。

2.2? 響應面試驗結果與分析

2.2.1? 響應面試驗結果與模型建立

響應面試驗設計與結果見表4，含鹽量的方差分析見表5，感官評分的方差分析見表6。

經回歸擬合后，試驗因素對響應值含鹽量（Y1）、感官評分（Y2）的影響可用以下方程表示：

Y1=4.13－0.594 8A－0.884 5B－0.235 1C－0.546 7D+0.466AB－0.156 5AC－0.052 8AD－0.721BC+0.338 5BD+0.164 8CD+0.721A2+1.55B2+0.522 7C2+0.357 8D2。

Y2=86.14－1.51A－1.31B－0.45C－1.88D－0.96AB+1.88AC－0.42AD－0.53BC－0.24BD+0.46CD－4.16A2－2.26B2－2.34C2－3.22D2。

由表 5 可知，以含鹽量為響應值擬合的模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項不顯著（P=0.880 9＞0.05），R2=0.989 8，RAdj2=0.979 6，說明該模型有較好的擬合度，得到的回歸方程能較好地反映含鹽量與各因素之間的關系?；貧w模型的A、B、C、D、AB、BC、BD、A2、B2、C2、D2對豆豉含鹽量的影響達到極顯著水平（P＜0.01）。由F值可知，各因素對豆豉含鹽量的影響主次順序為超聲功率（B）>超聲時間（A）>脫鹽輔助劑添加量（D）>超聲溫度（C）。

由表 6 可知，以感官評分為響應值擬合的模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項不顯著（P=0.850 9＞0.05），R2=0.976 2，RAdj2=0.952 1，說明該模型有較好的擬合度，得到的回歸方程能較好地反映感官評分與各因素之間的關系?；貧w模型的A、B、D、AC、A2 、B2 、C2 、D2對豆豉感官評分的影響達到極顯著水平（P＜0.01），C、AB對其影響顯著（P＜0.05）。由F值可知，各因素對豆豉感官評分的影響主次順序為脫鹽輔助劑添加量（D）>超聲時間（A）>超聲功率（B）>超聲溫度（C）。

2.2.2? 各因素交互作用響應面分析

各因素交互作用對潼川毛霉型豆豉脫鹽后含鹽量和感官評分的響應面曲面圖見圖5和圖6。

以含鹽量和感官評分為試驗指標，分析得出響應面法優化潼川豆豉脫鹽的最佳工藝條件為超聲時間59.89 min、超聲功率168.35 W、超聲溫度30.35 ℃、脫鹽輔助劑添加量0.39%，此時感官評分為86.12分，含鹽量為4.12%。與未脫鹽的潼川豆豉相比，含鹽量由13.40%降低至4.12%，脫鹽效果顯著，且在此條件下脫鹽后的潼川豆豉顆粒完整，色澤呈褐黃色，具有潼川毛霉型豆豉特有的醬香味且咸淡適口。

2.2.3? 驗證試驗

為了檢驗響應面試驗結果的可靠性，在上述分析求得的最佳條件下進行脫鹽效果的驗證，為了操作方便，將試驗條件調整為超聲時間60 min、超聲功率168 W、超聲溫度30 ℃、脫鹽輔助劑添加量0.4%，經過3組平行試驗，實際測得含鹽量為3.98%，感官評分為86.10分，與預測值相近，可見試驗優化得到的技術參數是穩定可靠的。

2.3? 脫鹽豆豉質構分析

質構是衡量豆豉脫鹽效果的重要指標，決定了脫鹽后豆豉的口感。測定經響應面優化脫鹽后的豆豉（A）與原樣品（B）的質構，結果見表7。

由表7可知，響應面優化脫鹽降低了豆豉的黏附性（P<0.05），但脫鹽前后的豆豉在硬度、彈性、黏聚性和咀嚼性上差異不顯著（P>0.05），綜合來看，響應面優化脫鹽對豆豉的質構影響不大。

2.4? 脫鹽豆豉風味成分分析

對響應面優化脫鹽后的豆豉（A）與原樣品（B）采用GC-MS進行揮發性風味物質檢測，揮發性風味物質的相對含量見表8，各組中各類揮發性化合物含量見圖7。

由表8可知，A組（響應面優化脫鹽處理組）共檢出89種揮發性化合物，其中酯類24種、醛類16種、酮類13種、醇類9種、酸類4種、吡嗪類7種、呋喃類7種、其他化合物9種。B組（原樣品）共檢出71種揮發性化合物，其中酯類17種、醛類13種、酮類10種、醇類8種、酸類4種、吡嗪類6種、呋喃類4種、其他化合物9種。A組樣品總揮發性化合物相對含量為87.720%，B組為90.644%。由圖7可知，A組和B組豆豉中各類主體香氣物質種類基本接近，且酯類、醛類、醇類、酸類是構成豆豉特殊香味的主要物質，其中酯類物質最多，醛類物質次之，再次為醇類物質 [23-24]，這與鄒強等[25]研究得出的結果一致。雖然A組檢測出的風味物質種類比B組多，但在主要風味物質中B組的酯類、醇類、酸類揮發性化合物的相對含量高于A組，A組的醛類揮發性化合物的相對含量高于B組。

由表8可知，酯類物質中，A組較B組增加了7種酯類物質，主要體現在2-甲基丁酸乙酯、乙酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯上，兩組共有物質中苯甲酸乙酯、苯乙酸乙酯的相對含量增加，但亞油酸乙酯、亞麻酸乙酯、油酸乙酯3種風味物質的相對含量減少。2-甲基丁酸乙酯具有果甜味，亞麻酸乙酯具有奶甜、烤香風味，而亞油酸乙酯具有脂肪酸臭味[26]，乙酸乙酯賦予毛霉型豆豉果香氣息[27]，苯甲酸乙酯稍有水果氣味[28]，苯乙酸乙酯具有濃烈而甜的蜂蜜香氣[29]，油酸乙酯具有可可香味[30]。A組醇類物質減少主要體現在乙醇上，A組乙醇的相對含量為3.756%，B組為6.192%，乙醇本身幾乎無味，但會增加毛霉型豆豉的刺激感和濃郁度[31]。A組酸類物質減少主要體現在乙酸和3-甲基丁酸上，由于乙酸易揮發，且具有強刺激性氣味，不視為豆豉的呈香物質[32]，且其濃度適中時顯酸味[31]，而3-甲基丁酸具有酸臭味[26]。醛類物質的區別主要體現在2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、苯甲醛、苯乙醛上，A組中這4種醛類物質相對含量均高于B組。2-甲基丁醛和3-甲基丁醛會產生堅果風味，且3-甲基丁醛對堅果風味的貢獻最大[33]。苯甲醛具有苦杏仁味，苯乙醛具有類似風信子的香氣，稀釋后具有水果的甜香氣[29]。總的來說，響應面優化脫鹽后的豆豉果甜香特征風味化合物有所增加，這可能是由于海藻糖的矯味作用[22]豐富了豆豉的果甜香味，同時脫鹽減弱了亞油酸乙酯、乙酸和3-甲基丁酸帶來的不良風味，而亞麻酸乙酯和油酸乙酯的特征風味有所損失。

3? 結論

通過單因素試驗和響應面試驗對潼川豆豉的脫鹽工藝進行研究，結合實際試驗操作，確定了潼川豆豉最佳脫鹽工藝條件為超聲時間59.89 min、超聲功率168.35 W、超聲溫度30.35 ℃、脫鹽輔助劑添加量0.39%。在此條件下，潼川豆豉的含鹽量為4.12%，感官評分為86.12分，且脫鹽后的潼川豆豉顆粒完整，色澤呈褐黃色，具有潼川豆豉特有的醬香味且咸淡適口。質構分析表明，響應面優化脫鹽降低了豆豉的黏附性（P<0.05），但脫鹽前后的豆豉在硬度、彈性、黏聚性和咀嚼性上差異不顯著（P>0.05），說明響應面優化脫鹽對豆豉的質構影響不大。對脫鹽前后豆豉中的揮發性風味物質進行檢測，結果表明A組檢測出的風味物質種類比B組多，但在主要風味物質中B組的酯類、醇類、酸類揮發性化合物相對含量高于A組，A組的醛類揮發性化合物相對含量高于B組?？偟膩碚f，響應面試驗最優條件下A組豆豉樣品果甜香特征風味化合物有所增加，脫鹽減弱了豆豉中亞油酸乙酯、乙酸和3-甲基丁酸帶來的不良酸澀風味，而在亞麻酸乙酯和油酸乙酯的特征風味上有所損失。

在超聲波輔助作用下以海藻糖為脫鹽輔助劑結合半透膜透析袋對潼川豆豉脫鹽，能很好地達到脫鹽效果，且添加海藻糖為脫鹽輔助劑對豆豉風味無很大不良影響，后續可繼續探究該方法對豆豉脫鹽過程中營養物質的影響及脫鹽后溶劑的利用價值。

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