蠶豆醬減鹽工藝優化與揮發性風味物質分析

摘要：該研究根據前期單因素實驗結果確定3組復合優化減鹽工藝，通過減鹽蠶豆醬的主要理化指標測定結果，確定組合2（氯化鉀替代10%、降低40%鹽水濃度、添加5×105 CFU/g的S酵母）為最優復合減鹽工藝。選擇組合2優化減鹽蠶豆醬并與市售低鹽蠶豆醬進行揮發性風味物質和滋味對比分析。風味分析結果表明，優化后的減鹽蠶豆醬醇類和酯類化合物種類更多，醇類和醛類化合物相對含量更高。根據維恩分析得到兩種蠶豆醬中存在37種相同的揮發性風味物質，復合優化減鹽蠶豆醬含有43種差異性揮發代謝物，市售低鹽蠶豆醬含有31種差異性揮發代謝物。通過聚類分析找到了19種典型差異性揮發代謝物，包括乙酸乙酯、苯乙醇、異戊醇、苯乙醛、異戊酸等，其中乙醇和異戊醇賦予了蠶豆醬濃郁的醇香。

關鍵詞：蠶豆醬；減鹽；工藝優化；風味分析

中圖分類號：TS264.24 """""文獻標志碼：A """"文章編號：1000-9973（2024）12-0036-06

Optimization of Salt Reduction Process and Analysis of Volatile Flavor Substances in Broad Bean Paste

TIAN Yu-tong1， QIN Lie-hao1， SUN Yu-ping2， WANG Bing-hui1，

MO Fang-hua1， SHEN Zhan-yu1， WANG Chun-ling1*

（1.College of Food Science and Engineering， Tianjin University of Science and Technology，

Tianjin 300457， China; 2.COFCO Grains amp; Oils Industries Co.， Ltd.， Dongguan 523000， China）

Abstract： In this study， three groups of optimized composite salt reduction processes are" determined based on the results of previous single factor experiments， and through the detection results of main physicochemical indexes of salt-reduced broad bean paste， it is determined that combination 2 （substituting 10% potassium chloride， reducing the concentration of brine by 40%， and adding 5×105 CFU/g S yeast） is the optimal composite salt reduction process. Select combination 2 to optimize salt-reduced broad bean paste， and the volatile flavor substances and taste are compared and analyzed compared with those of commercially available low-salt broad bean paste. The results of flavor analysis show that the optimized salt-reduced broad bean paste has more kinds of alcohols and esters， and higher relative content of alcohols and aldehydes. According to Venn's analysis， 37 kinds of same volatile flavor substances are obtained in the two kinds of broad bean paste， and the optimized composite salt-reduced broad bean paste contains 43 kinds of differentiated volatile metabolites， while the commercially available low-salt broad bean paste contains 31 differentiated volatile metabolites. Through cluster analysis， 19 kinds of typical differentiated volatile metabolites are found， including ethyl acetate， phenethyl alcohol， isoamyl alcohol， phenylacetaldehyde， isovaleric acid， etc.， among which， ethanol and isoamyl alcohol give the broad bean paste a strong mellow aroma.

Key words： broad bean paste; salt reduction; process optimization; flavor analysis

收稿日期：2024-05-18

基金項目：天津市科技計劃項目（20ZYJDJC00050）

作者簡介：田雨桐（1998—），女，碩士，研究方向：食品加工與安全。

*通信作者：王春玲（1977—），女，教授，博士，研究方向：食品營養與安全。

蠶豆醬又名豆瓣醬，是一種用蠶豆和面粉制成大曲后再發酵而成的調味制品。目前研究顯示，人體攝入過多的鹽會引起心腦血管疾病，而醬制品作為一種含鹽量較高的食品，可能會對人體健康構成潛在的風險［1］，因此，降低醬制品中的食鹽含量成為調味品開發的一種趨勢。日本通過加入低濃度鹽水兼酵母發酵、添加鈣離子、電滲析法脫鹽等方法制得低鹽醬油［2］。近些年來，一些食品公司使用鉀、鈣或者其他材料（如酵母提取物或多肽）來代替鈉，以降低鹽用量［3］，但是鉀、鈣等替代物添加過多不僅會影響蠶豆醬的風味，而且會改變蠶豆醬發酵時微生物的生長環境。鹽分通過維持滲透壓抑制蠶豆醬發酵過程中雜菌的生長，如果鹽分過低會增加蠶豆醬發酵過程中雜菌滋生的風險［4］。因此，減鹽蠶豆醬的生產工藝還有待進一步研究與優化。

有研究表明在減鹽醬油發酵過程中，酵母菌的加入可以較好地抑制不利于發酵進程的雜菌生長，同時還可以彌補由低鹽發酵帶來的風味方面的不足［5-6］。此外，酵母菌在醬油發酵中后期會發生自溶，產生鮮味和香氣物質［7］，對于醬油風味也有一定的貢獻。

本研究通過降低鹽水濃度、氯化鉀替代部分氯化鈉以及添加S酵母3種方法協同減鹽，以期更好地彌補降低蠶豆醬發酵鹽度所帶來的雜菌生長和風味不足的缺失。在前期單因素實驗結果的基礎上采用3組復合優化工藝對比分析其對蠶豆醬各項理化指標的影響，選擇最佳優化工藝下的減鹽蠶豆醬與市售低鹽蠶豆醬進行對比，分析二者風味和滋味之間的差異，以期為減鹽蠶豆醬的工業化生產提供參考與借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗所用食品級蠶豆與面粉均由中糧糧油工業有限公司提供，菌種米曲霉3.042和魯氏酵母（S酵母）由天津科技大學菌種保藏中心提供。

1.2 實驗試劑

氯化鉀：天津市化學試劑一廠；鉻酸鉀：濟寧宏明化學試劑有限公司；硝酸銀：天津渤化化學試劑有限公司；草酸、酒石酸、甲酸、蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸、琥珀酸、丙酸（均為色譜純）：天津市鑫源天津化工有限公司。

1.3 主要儀器與設備

SQ810C立式壓力蒸汽滅菌鍋 重慶雅馬拓科技有限公司；ZWY-1102C恒溫培養振蕩器 上海智城分析儀器制造有限公司；LRH-250-A生化培養箱 武漢偉琪博星生物科技武漢有限公司；PHSJ-4A型pH計 上海儀電科學儀器股份有限公司；K9840自動凱氏定氮儀 山東海能科學儀器有限公司；GCMS-QP2010 Ultra氣質聯用儀、Multiskan G0酶標儀 美國賽默飛世爾科技公司；LC-20A型高效液相色譜分析儀 昆山訊采儀器科技有限公司。

1.4 實驗方法

1.4.1 發酵終端理化指標的測定

稱取蠶豆醬5.00 g，在研缽中加入蒸餾水進行研磨，研磨至無顆粒物后，倒入50 mL容量瓶中定容，然后配平進行離心，得到的上清液用于測定下列理化指標?？偹岷康臏y定參見GB 12456—2021；氨基酸態氮含量的測定參見GB 5009.235—2016；醬醪pH的測定使用pH計；還原糖含量的測定采用彥繁鶴等［8］的方法；食鹽含量的測定參見GB/T 5009.39—2003；全氮含量的測定參見GB 5009.5—2016。

1.4.2 發酵終端蠶豆醬有機酸含量的測定

發酵終端有機酸含量依據GB 5009.157—2016［9］中的方法改進后進行測定。

1.4.3 發酵終端蠶豆醬風味物質的測定

發酵終端醬醪揮發性風味物質根據Lu等［10］的方法改進后進行測定。

2 結果與分析

根據前期單因素優化實驗結果確定3組復合優化工藝分別為組合1（氯化鉀替代30%、降低30%鹽水濃度、添加5×105 CFU/g的S酵母）、組合2（氯化鉀替代10%、降低40%鹽水濃度、添加5×105 CFU/g的S酵母）、組合3（氯化鉀替代20%、降低50%鹽水濃度、添加5×105 CFU/g的S酵母）。采用上述3組復合優化工藝進行蠶豆醬發酵，測定其各項理化指標、終端醬醪揮發性風味物質和有機酸含量，對3組復合優化工藝進行對比分析。

2.1 復合優化工藝對發酵終端醬醪鹽度的影響

3組復合優化工藝下終端醬醪鹽度的測定結果見圖1。

由圖1可知，3組復合優化工藝下的醬醪在發酵終端的鹽含量保持在6～8 g/100 g，其中組合1的鹽含量為7.69 g/100 g，組合2的鹽含量為7.14 g/100 g，組合3的鹽含量為6.44 g/100 g。相對于普通市售蠶豆醬11%～14%的鹽度［11］，可以看出3組復合優化工藝對蠶豆醬的鹽含量均有明顯的降低。

2.2 復合優化工藝對終端醬醪理化指標的影響

2.2.1 醬醪pH和總酸含量變化情況

3組復合優化工藝對醬醪發酵期間pH和總酸含量的影響分別見圖2和圖3。

由圖2可知，隨著發酵時間的延長，3組醬醪的pH在前10 d內快速降低，后期波動較小。發酵終端組合3的pH最低，為5.08。由圖3可知，總酸含量變化情況與pH變化情況呈負相關，3種組合總酸含量均呈現逐漸上升趨勢，40 d時組合3的總酸含量最高，為1.63 g/100 g。

2.2.2 醬醪還原糖含量變化情況

3組復合優化工藝下還原糖含量的測定結果見圖4。

由圖4可知，隨著發酵時間的延長，3種醬醪的還原糖含量均呈先上升后下降的趨勢，主要是因為前10 d醬醪在42 ℃的高溫下發酵，糖化酶活力較高，使原料中的淀粉、纖維素等多糖得到充分水解，從而加速了還原糖的產生［12］，而到了后期在發生美拉德反應形成風味物質以及S酵母生長繁殖的過程中會消耗還原糖致使其含量下降。組合1和組合2的還原糖含量相近，組合3的還原糖含量最低，為4.18 g/100 g。

2.2.3 醬醪全氮和氨基酸態氮含量變化情況

3組復合優化工藝下蠶豆醬醬醪的全氮和氨基酸態氮含量變化情況分別見圖5和圖6。

由圖5和圖6可知，3種醬醪的全氮和氨基酸態氮含量在發酵階段內均呈現逐漸上升的趨勢，其中3種組合發酵終端的全氮含量分別為1.38，1.41，1.48 g/100 g；發酵終端氨基酸態氮含量分別為0.85，0.91，0.76 g/100 g。組合3的氨基酸態氮含量最低且全氮含量最高，所以氨基酸態氮轉化率最低，而組合2的氨基酸態氮含量最高，故其氨基酸態氮轉化率也最高，為64.54%。

綜合上述各項理化指標測定結果可知，組合2為最佳復合優化工藝，因此選擇組合2進行后續實驗。

2.3 復合優化工藝減鹽蠶豆醬與市售低鹽蠶豆醬的風味分析

2.3.1 復合優化工藝減鹽蠶豆醬與市售低鹽蠶豆醬風味物質種類對比分析

對復合優化工藝即氯化鉀替代10%氯化鈉、降低40%鹽水濃度及添加5×105 CFU/g的S酵母工藝下發酵制得的蠶豆醬與市售低鹽蠶豆醬進行揮發性風味物質測定，測得揮發性風味物質種類和含量占比結果分別見圖7和圖8。

由圖7可知，復合優化減鹽工藝下的蠶豆醬中含有揮發性風味物質共80種，包括19種醇類、6種醛類、6種酸類、35種酯類、6種酮類、3種酚類、3種吡嗪類和2種其他類風味物質。而市售減鹽蠶豆醬中的揮發性風味物質有68種，包括16種醇類、8種醛類、9種酸類、28種酯類、1種酮類、2種呋喃類、1種酚類和3種吡嗪類。與市售低鹽蠶豆醬相比，優化后的減鹽蠶豆醬含有更多醇類、酯類、酮類和酚類，尤其是復合優化工藝下減鹽蠶豆醬的酯類比市售低鹽蠶豆醬多7種，可能是由于添加了S酵母，產生了更多醇類物質并且與蠶豆醬中的酸類物質發生酯化反應，生成了更多的酯類化合物。由圖8可知，優化后的減鹽蠶豆醬醇類含量占比明顯高于市售低鹽蠶豆醬，分析原因可能是加入了S酵母，S酵母有較好的產醇能力，為蠶豆醬帶來了更濃郁的醇香味。此外，優化后的減鹽蠶豆醬中吡嗪類含量也相對較高，一般來說，吡嗪類化合物呈現出堅果、咖啡、焦糖、炒花生香味，可以為發酵類食品提供類似于烘烤的香味［13］。

2.3.2 復合優化工藝下減鹽蠶豆醬與市售低鹽蠶豆醬風味物質對比分析

兩種蠶豆醬中相同風味物質測定結果見圖9和圖10。

由圖9可知，兩種蠶豆醬含有37種相同揮發性風味物質，優化后的減鹽蠶豆醬的差異揮發性風味物質種類明顯多于市售低鹽蠶豆醬，其中復合優化工藝減鹽蠶豆醬中含有43種差異性代謝物，市售低鹽蠶豆醬中含有31種差異性代謝物。由圖10可知，在兩種蠶豆醬共有的揮發性風味物質中，復合優化工藝下減鹽蠶豆醬醇類和醛類含量占比分別比市售低鹽蠶豆醬高14.12%和2.91%，酯類含量占比比市售低鹽蠶豆醬低19.91%。酯類物質含量占比較低，可能會影響蠶豆醬的酯香，造成蠶豆醬整體風味較單薄。

對復合優化工藝下減鹽蠶豆醬和市售低鹽蠶豆醬中的揮發性風味物質進行分析，以探尋其典型差異性風味代謝物。圖11中A、B分別代表復合優化工藝下減鹽蠶豆醬和市售低鹽蠶豆醬，結果表明兩組樣本分離程度明顯。采用OPLS-DA進一步探索兩種工藝下蠶豆醬中的揮發性差異物質，結果見圖12。

由圖12可知，PC1和PC2分別為60.2%和31.2%，復合優化工藝下減鹽蠶豆醬分布在第二、三象限，而市售低鹽蠶豆醬分布在第一、四象限，說明雖然組內存在一定差異，但組間差異更顯著。由OPLS-DA載荷圖可知，大部分風味物質都聚集在原點，偏離原點的風味物質即為對兩組樣本間的差異起著顯著性作用的化合物。

為進一步探究引起兩組樣本差異的典型揮發性風味物質，對兩種蠶豆醬中的差異性風味物質進行聚類分析，S-plot分析結果見圖13。

由圖13可知，越靠近S型兩個角的代謝物表明其對樣本間差異的貢獻程度越大。根據VIP值篩選出19種差異性揮發化合物，包括12種酯類、4種醇類、2種酸類和1種醛類。對其進行分類學統計，得到差異性揮發性代謝物含量熱圖，能夠更直觀地看出不同樣本間相同揮發性代謝物含量的差異。優化后的減鹽蠶豆醬中苯乙醇和苯乙醛的含量較市售低鹽蠶豆醬更高，其中苯乙醇能為蠶豆醬帶來類似于玫瑰花的香氣，而苯乙醛會產生蜂蜜的香甜味［14］。此外，雖然優化后的減鹽蠶豆醬的乙醇含量低于市售低鹽蠶豆醬，但其異戊醇含量高于市售低鹽蠶豆醬，這兩種高級醇類化合物均可為蠶豆醬帶來濃郁的醇香［15］。這些差異性代謝物賦予了蠶豆醬更豐富獨特的風味。研究顯示，苯乙醛、異丁醇、異戊醇等物質分別由苯丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸降解生成［16］。復合優化減鹽蠶豆醬中這3種差異代謝物含量比市售低鹽蠶豆醬高一些，說明上述3種氨基酸在優化減鹽蠶豆醬中含量更高，而其中苯丙氨酸又是呈鮮氨基酸，進而說明優化后的豆醬鮮味可能更好。

2.4 復合優化工藝下減鹽蠶豆醬與市售低鹽蠶豆醬有機酸含量分析

復合優化工藝下減鹽蠶豆醬與市售低鹽蠶豆醬有機酸含量測定結果見圖14。

由圖14可知，優化后的蠶豆醬中酒石酸、甲酸、乙酸、檸檬酸含量遠高于市售低鹽蠶豆醬，由于江等［17］的實驗結果可知乳酸、檸檬酸和蘋果酸對醬油品質的影響更大，類比蠶豆醬可知這3種酸對其品質也具有一定的影響，其中檸檬酸具有爽口的酸味，可以有效中和蠶豆醬的咸味，提高蠶豆醬的適口程度［18］。

3 結論

本文通過對3組復合工藝下蠶豆醬各項理化指標的跟蹤測定，最終確定組合2為最佳復合優化減鹽工藝，共減鹽3.29 g/100 g，此外，還原糖和氨基酸態氮含量較其他兩種組合有所提高，并且其氨基酸轉化率最高，為64.54%。組合2優化后的蠶豆醬與市售低鹽蠶豆醬進行風味和滋味的對比分析，結果表明復合優化減鹽蠶豆醬醇類和酯類化合物種類更多，醇類和醛類化合物含量更高；通過聚類分析找到了VIP值大于1的19種典型差異性代謝物，包括乙酸乙酯、苯乙醇、異戊醇、苯乙醛、異戊酸等。上述結果表明復合優化減鹽蠶豆醬的咸度較市售低鹽蠶豆醬低，但在保留鮮味的同時醇類物質更多，醇香更突出，實現了減鹽不減鮮。

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