寧甜甜，張 潔，趙國忠，高獻禮，張 工，丁凱麗*

（1.天津科技大學 食品科學與工程學院 省部共建食品營養(yǎng)與安全國家重點實驗室，天津 300457；2.天津市食品安全檢測技術研究院，天津 300308；3.江蘇大學 食品與生物工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；4.山東巧媳婦食品集團有限公司，山東 淄博 255000）

醬油是廣受人們喜愛的中國傳統(tǒng)發(fā)酵調味品，已有3 000多年歷史，其年產量可達500萬t[1-2]，具有獨特的風味，亦能為各種菜肴提供誘人的色澤[3]。其中風味是決定醬油品質高低及消費者購買導向的重要因素[4]，而醬油風味的形成復雜多變，主要受原材料、微生物、外源酶及發(fā)酵工藝等影響[5]。花生富含蛋白質、脂肪、糖類及其他營養(yǎng)成分，尤其是不飽和脂肪酸含量很高[6]，這些物質對風味的形成至關重要。隨著人們對美好生活的向往，花生用途由傳統(tǒng)的油料向更多元化的食品及其加工制品發(fā)展，如花生醬、花生糖、花生飲料等[7]，關于將花生發(fā)酵制備醬油的研究鮮有報道。

花生殼是花生生產的副產物，每年產量高達744萬t[8]，富含粗蛋白、粗脂肪、礦物質以及一些功能性成分（如類黃酮、白藜蘆醇、皂草苷、木樨草素等）[9-10]，具有抗氧化、抗炎、降血糖、降血脂、增強免疫力等功效[11]。但由于其中含有大量的纖維素、半纖維素和木質素，很難作為食品加工應用，目前主要用于飼料、生物聚合物、生物炭和肥料等行業(yè)，但是利用率低，浪費嚴重[12-13]，而隨意丟棄會給環(huán)境造成嚴重污染。蒸汽爆破技術具有作用時間短、耗能低、高效無污染及適應工業(yè)化等優(yōu)點，是一種新興的綠色預處理手段[14]。其利用高溫高壓蒸汽打破植物細胞結構，使大分子物質發(fā)生機械斷裂，促進物料中活性成分的釋放，提高原料利用效率，被認為是生物質資源轉換最具發(fā)展前景的預處理方法[15-16]。因此，花生殼作為一種價值極高的農業(yè)副產物，經蒸汽爆破處理后用于食品加工是其科學再利用的方向。目前，雖有少數研究公開花生殼釀造醬油的技術[17]，但未對其風味進行研究，利用花生殼與蒸汽爆破花生殼進行醬油發(fā)酵，并對其風味進行系統(tǒng)研究更是鮮有報道。本研究對花生殼進行蒸汽爆破處理，然后以花生為主要原料輔以面粉和花生殼來發(fā)酵醬油，以不添加花生殼的醬油樣品（HS0）為對照組，以添加花生殼的醬油樣品（HS1、HS2）、添加蒸汽爆破花生殼的醬油樣品（BS3、BS4）為實驗組，采用頂空固相微萃取-氣相色譜質譜聯(lián)用技術（headspace-solid phase microextraction-gas chromatography mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）和電子鼻技術對醬油中揮發(fā)性風味物質進行定性定量分析，以探究經蒸汽爆破處理的花生殼對花生醬油風味的影響，以期為豐富醬油釀造工藝提供理論基礎，為花生殼副產物的合理再利用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

帶殼花生（魯花14號，產地為山東濟寧），食鹽，面粉（高筋面粉）：市售；米曲霉（Aspergillus oryzae）（滬釀3.042）：本實驗室保藏。

1.1.2 試劑

C7～C40正構烷烴（色譜純）：美國AccuStandard公司；2-辛醇（色譜純）：美國Sigma-Aldrich公司。

1.2 儀器與設備

ME204/02電子分析天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；DY04-13-00立式高壓滅菌鍋：上海博訊實業(yè)有限公司；AllegraTa25R型高速離心機：美國BeckMan公司；QBS-80型蒸汽爆破裝置：鶴壁正道生物能源有限公司；PEN3型便攜式電子鼻傳感器：德國Airsense公司；QP2010 Ultra型氣相色譜-質譜聯(lián)用技術（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）聯(lián)用儀：日本島津公司；75 μm Carboxen/聚二甲基硅氧烷（CAR/PDMS）固相微萃取頭、頂空瓶：上海安譜實驗科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 花生殼蒸汽爆破預處理

將花生與殼剝離，花生殼粉碎過10目篩，加入蒸汽爆破裝置，通入高溫飽和蒸汽進行預處理。在加料倉入口處插入溫度計，使高壓蒸汽升高至1.5 MPa（196 ℃）并維持5 min后打開斷路器，花生殼被瞬間炸入室內。將汽爆好的花生殼經自然冷卻后儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 醬油樣品的制備

醬油采用低鹽固態(tài)方式發(fā)酵參考KIM S等[17-18]的方法并稍作修改。對照組醬油（HS0）制備：將花生仁與面粉按質量比3∶2混合，加入適量水混勻后，滅菌20 min，待其冷卻至室溫，加入0.3%米曲霉，在30 ℃條件下培養(yǎng)36 h即成曲，期間每隔12 h攪拌一次。隨后加入3倍質量分數為12%的食鹽水中，45 ℃條件下發(fā)酵10 d后，再于30 ℃條件下發(fā)酵20 d。檢測氨基酸態(tài)氮含量高于0.8 g/100 mL，發(fā)酵結束。

經前期預實驗結果表明，用1/4～1/2的花生殼及蒸汽爆破花生殼代替面粉發(fā)酵花生醬油的效果較好，因此其他實驗組醬油樣品的原料種類及添加比例見表1，發(fā)酵步驟同上所述。

表1 醬油樣品制備的原料配比Table 1 Ratio of raw materials for soy sauce samples preparation

1.3.3 電子鼻檢測條件

取5 mL稀釋10倍的醬油樣品于15 mL頂空瓶中，在50 ℃水浴25 min后，電子鼻測定。其中，電子鼻的參數設定為：檢測時間110 s，清洗時間60 s，樣品間隔時間60 s，載氣流速200 mL/min，進樣流量200 mL/min。電子鼻設備的傳感器名稱及性能特點見表2。

表2 電子鼻傳感器名稱及性能特點Table 2 Name and performance characteristics of electronic nose sensors

1.3.4 HS-SPME-GC-MS檢測方法

取5 mL稀釋10倍的樣品于15 mL頂空瓶中，加入1.0 g NaCl及內標溶液（30 μL 0.125 mg/L 2-辛醇，基體溶液為甲醇），于55 ℃、600 r/min條件下平衡10 min，然后插入經老化的75 μm CAR/PDMS萃取頭頂空吸附40 min，吸附結束后拔出萃取頭，并插入氣相色譜（gas chromatography，GC）儀進樣口，DB-5MS型色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），于250 ℃下解吸5 min后進行GC-MS分析。GC檢測條件參考文獻[19]，升溫程序如下：40 ℃保持5 min，3 ℃/min 升溫至250 ℃保持5 min，分流比為20∶1。MS條件如下：離子源為電子電離（electronic ionization，EI）源，電子能量70 eV，離子源溫度220 ℃；掃描模式為全掃描。

1.3.5 數據處理

風味物質定性分析：將分析得到的圖譜采用美國國家標準技術研究所（nationalinstitute ofstandards and technology，NIST）11和Wiley庫進行檢索比對，選取匹配度≥80%的物質，并通過正構烷烴（C7～C40）在相同條件下測得的GC-MS分析結果，計算保留指數（retention index，RI）[20]，與文獻報道RI進行對比定性。RI計算公式如下：

式中：t（i）為待測物質的保留時間，min；n為正構烷烴的碳原子個數，個；t（n）和t（n+1）分別是待測物質出峰前后相鄰的兩個正構烷烴的保留時間，min。

風味物質定量分析：采用內標法進行定量，內標物為0.125 mg/L 2-辛醇，響應因子為1。風味物質質量濃度計算公式如下：

式中：Cx表示風味物質質量濃度，mg/kg；Cs 表示內標物質量濃度，mg/kg；Ax表示待測物的色譜峰面積；As表示內標物的色譜峰面積。

樣品氣味活性值（odor activity value，OAV）是利用風味物質的濃度與其閾值的比值計算得出，此處閾值指物質在水中能被人類嗅聞到的最低濃度[21]。OAV≥1的物質是能夠被人所識別的風味物質。每個樣品重復3次實驗，并取平均值用于分析統(tǒng)計，使用Origin 2021作主成分分析（principal component analysis，PCA）并繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 電子鼻分析結果

電子鼻因具有快速、前處理簡單、成本低等優(yōu)點[22]，而被廣泛用于風味物質分析及質量控制[23]。本研究利用電子鼻檢測5種醬油樣品間的風味差異，不同傳感器對樣品間響應雷達圖見圖1。

由圖1可知，除了添加1/2蒸汽爆破花生殼的樣品（BS3）外，其余4個樣品中傳感器W3S（對烷烴敏感）響應值最高，其中添加花生殼的樣品（HS1和HS2）的響應值最高，分別為2.97和2.92，說明烷烴類物質是添加花生殼的醬油樣品中較為突出的成分。傳感器W2W的響應值普遍很低，且難以區(qū)分各樣品。傳感器W2S、W1W和W1S能比較好地區(qū)分5種醬油樣品，這3種感應器對樣品BS3的響應值最高，其次是添加1/4蒸汽爆破花生殼的醬油（BS4）和對照（HS0），而樣品HS1和HS2的響應值最低，說明添加經過蒸汽爆破處理的花生殼有利于提升花生醬油中醇類、醛類、酮類、硫化物及甲基類物質的成分，而直接添加花生殼會降低花生醬油中風味物質含量。另外，樣品BS4總體輪廓和響應值與HS0很接近，表明二者在風味上可能具有一致性，但其他三組樣品的雷達圖輪廓與HS0相比有較明顯的差異，表明添加花生殼或大量蒸汽爆破的花生殼會影響花生醬油的整體風味。

圖1 5種醬油樣品的電子鼻傳感器響應雷達圖Fig.1 Radar chart of electronic nose sensors response of 5 kinds of soy sauce samples

2.2 不同醬油樣品的揮發(fā)性風味成分分析

2.2.1 不同醬油樣品揮發(fā)性物質種類及含量分析

通過HS-SPME-GC-MS定性定量分析獲得5種醬油樣品中揮發(fā)性風味物質的種類和含量見圖2。

樣品HS0、HS1、HS2、BS3、BS4分別含有31種、49種、43種、37種和34種化合物，5個樣品共檢測出67種揮發(fā)性物質，分別為18種酯類、17種烴類、9種醇類、7種醛類、8種酮類、2種酚類、2種酸類、1種呋喃類及3種其他物質，其中以酯類和烴類物質在各樣品中最為豐富。

由圖2a可知，與對照組（HS0）相比，添加花生殼的醬油樣品（HS1、HS2）中醇類、醛類、酮類、酚類物質明顯增多。其中，添加花生殼的醬油樣品中酯類、酮類、醇類、酚類物質明顯增多，而添加蒸汽爆破花生殼的醬油樣品（BS3、BS4）中醛和醇種類更多，醛類、酮類化合物與醬油的麥芽香和焦糖香有較高關聯(lián)性[24]。

由圖2b可知，樣品HS0的風味物質主要由酯類構成，其相對含量高達85.35%，酯類物質易揮發(fā)，易被人類嗅覺所感知，也是傳統(tǒng)醬油良好風味的重要來源，多數物質具有果香，能夠緩解胺類和脂肪酸帶來的苦味和酸味，可使醬油風味更濃郁協(xié)調[25-26]。添加花生殼的樣品HS1和HS2中酯類化合物相對含量僅為21.95%～38.47%，而烴類化合物的構成比例升高，為31.82%～45.32%，且隨著花生殼添加比例的升高改變更明顯。

由圖2c可知，雖然添加花生殼醬油的風味物質種類多，但其風味物質總含量卻很低，僅有27.98～43.13 mg/kg，遠低于對照組（總含量為128.40 mg/kg），且隨著花生殼添加比例的提升而進一步下降，可能是未處理的花生殼難以被微生物利用代謝，不利于整個發(fā)酵體系微生物群落的壯大，因而使得成品醬油中風味物質含量很低，這與電子鼻結果中添加花生殼醬油的整體風味輪廓縮小相一致，電子鼻與GC-MS結果的高度吻合表明電子鼻是一種有效便捷的風味分析技術。

圖2 5種醬油樣品風味物質種類（a），相對含量（b）及總含量（c）比較Fig.2 Comparison of flavor substances type (a),relative contents (b) and total contents (c) of 5 kinds of soy sauce samples

添加蒸汽爆破花生殼醬油（BS3和BS4）的酯類化合物相對含量明顯升高（46.28%～86.51%），而烴類化合物相對含量急劇下降（2.58%～3.45%），其中，添加1/4蒸汽爆破花生殼醬油（BS4）的風味物質構成與對照最為接近，主要由86.51%酯構成，而將蒸汽爆破花生殼添加量提升至1/2時，醬油（BS3）中風味物質主要由32.74%醛和46.28%酯構成，醛類物質通常是由氨基酸降解或微生物發(fā)酵產生，具有較低的閾值，呈現花香和果香[27]。另外，花生殼經蒸汽爆破后發(fā)酵醬油，風味物質的種類和總含量（514.89～451.74 mg/kg）均高于對照組，且隨著蒸汽爆破花生殼添加比例的升高而升高（見圖2c），與電子鼻結果中BS3響應值普遍最高相一致。這可能是因為在蒸汽爆破處理下木質纖維素等大分子物質被降解增加了微生物可利用的還原糖等物質的含量，以及原本被封鎖在細胞壁中一些活性小分子被釋放，從而在發(fā)酵結束后形成了種類更多總量更高的風味物質。

2.3 揮發(fā)性風味物質的香氣活力值分析

依據GC-MS對風味物質的定量結果，對風味物質的OAV進行計算，5種醬油樣品中風味物質的香氣活力值見表3。

表3 5種醬油樣品中風味物質的香氣活力值Table 3 Odor activity values of flavor compounds in 5 kinds of soy sauce samples

續(xù)表

由表3可知，樣品HS0、HS1、HS2、BS3、BS4中OAV≥1的風味物質分別有14種、16種、22種、21種和18種。其中2-甲基丁酸乙酯具有蘋果的香味，是各樣品中OAV最大的香氣活性物質，是花生醬油中主要的關鍵風味物質，其在添加花生殼醬油和蒸汽爆破花生殼醬油中的OAV甚至大于10 000。其次是蘑菇醇，具有濕蘑菇的香氣，可賦予醬油清雅的特點，其OAV為47～2 257，在添加1/2蒸汽爆破花生殼醬油（BS3）樣品中最高。對這些風味物質的OAV進行縱向對比發(fā)現，隨著花生殼添加比例的提升，醬油中香氣活性物質數目減少，且OAV也普遍降低，說明添加過量的花生殼不利于醬油風味的感知；提高蒸汽爆破花生殼的添加比例，香氣活性物質數目有所增加，其OAV不再普遍呈現下降趨勢。相對于其他三組樣品而言，棕櫚酸甲酯、十六酸乙酯、油酸乙酯和亞油酸乙酯在添加汽爆花生殼的醬油（BS3和BS4）中更突出。

2.4 主成分分析

依據GC-MS所檢測的結果，對5種醬油樣品的風味物質進行主成分分析（PCA）。5種醬油樣品的67種揮發(fā)性風味物質與OAV≥1的關鍵風味物質的PCA結果見圖3。

圖3 5種醬油樣品中67種揮發(fā)性風味物質（a）與OAV≥1的關鍵風味物質（b）主成分分析結果Fig.3 Principal component analysis results of 67 volatile flavor compounds (a) and key flavor compounds with OAV≥1 (b) in 5 kinds of soy sauce samples

由圖3a可知，主成分（principal component，PC）1和PC2方差貢獻率分別為55.0%和31.0%，累計方差貢獻率為86%，表明可以用兩個主成分代替原始67種揮發(fā)性風味物質的數據。其中樣品BS3、BS4與HS1、HS2被分為兩類，樣品HS1、HS2在第一象限，樣品HS0、BS3、BS4在第四象限，說明花生殼經蒸汽爆破處理后對醬油風味產生了顯著影響，而未添加花生殼的醬油與添加蒸汽爆破花生殼的醬油的風味特征具有一定的相似度，且樣品HS0與BS4距離最近，說明二者風味特征最接近，這與GC-MS結果相吻合。棕櫚酸甲酯、亞油酸甲酯、反式-11-十八烯酸甲酯、油酸乙酯、苯己酮、2-十一烯醛、亞油酸乙酯、十六酸乙酯與樣品HS0、BS3和BS4的關聯(lián)較大。

由圖3b可知，主成分PC1和PC2方差貢獻率分別為68.6%和22.6%，累計方差貢獻率為91.2%。棕櫚酸甲酯與樣品HS0、BS3及BS4的關聯(lián)性較大，其次是油酸乙酯、十六酸乙酯和亞油酸乙酯；而反-2-辛烯醛和丁酸甲酯與樣品HS1和HS2的關聯(lián)性更緊密，其中反-2-辛烯醛為呈臭味的物質，表明將未經蒸汽爆破處理的花生殼用于醬油發(fā)酵可能會產生不良氣味。

3 結論

與未添加花生殼的醬油相比，花生殼的加入會改變醬油的風味結構，風味物質含量下降66.41%～78.21%，且呈臭味的反-2-辛烯醛與其關聯(lián)緊密。添加1/4蒸汽爆破花生殼的醬油風味結構與對照組高度相似，且風味物質含量是對照組的3.52倍，進一步提高其添加量，其風味構成由酯主導向酯和醛主導過渡，風味物質總含量進一步提升，此時醬油總體風味與對照組仍具有相似性。結果表明，汽爆的花生殼代替部分原料可使醬油風味與對照相近，且香氣豐富度更高。