江 鵬，肖龍泉，陳雪玲，蘭小艷，蔣宇海

（1.宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 五糧液技術(shù)與食品工程學(xué)院，四川 宜賓 644003；2.西南科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 綿陽 621010；3.成都大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，四川 成都 610106）

豆醬，又名黃豆醬或大醬，距今已經(jīng)有數(shù)千年的生產(chǎn)歷史，是人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用最為廣泛的調(diào)味品之一[1]。傳統(tǒng)豆醬是由霉菌[2]、酵母菌[3]和乳酸菌[4]等多種微生物共同參與發(fā)酵制成的。傳統(tǒng)豆醬的生產(chǎn)大多采用自然高鹽發(fā)酵工藝，食鹽的添加量對(duì)其風(fēng)味形成具有決定性作用[5]，降低食鹽添加量不僅影響豆醬的風(fēng)味，還會(huì)增加豆醬受雜菌污染的風(fēng)險(xiǎn)[6]。在傳統(tǒng)豆醬發(fā)酵過程中為了抑制雜菌生長(zhǎng)，其食鹽添加量大多在11%～14%[7]。消費(fèi)者長(zhǎng)期食用高鹽豆醬有害身體健康，在“健康中國(guó)”的背景下[8]，低鹽膳食已成為大多數(shù)人健康飲食的理念[9]。因此，研究低鹽豆醬具有實(shí)現(xiàn)健康飲食和豐富豆醬品種的現(xiàn)實(shí)意義。

苦蕎麥（Fagopyrum tataricum）俗稱苦蕎，又名韃靼蕎麥[10]，是一種一年生草本雙子葉植物，起源于我國(guó)西南部，生長(zhǎng)范圍遍布亞洲、歐洲和北美洲[9]?？嗍w不僅營(yíng)養(yǎng)豐富，還含有蘆丁、檞皮素等黃酮類物質(zhì)，是一種藥食同源食物[10-11]，其已廣泛用于具有獨(dú)特風(fēng)味和健康功能的食品的加工和生產(chǎn)[12]。目前苦蕎開發(fā)多用于茶、醋、面條、飲料、苦蕎酒、餅干等產(chǎn)品的生產(chǎn)[12-13]，而有關(guān)將苦蕎作為原料生產(chǎn)蕎麥豆醬工藝的報(bào)道較少。

本研究將具有保健功能的蕎麥加入到豆醬生產(chǎn)中開發(fā)低鹽蕎麥豆醬[14]。擬采用模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)價(jià)法，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以蕎麥豆醬的綜合感官評(píng)分為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)確定蕎麥豆醬的最佳制作工藝條件，以期為低鹽蕎麥豆醬的開發(fā)和生產(chǎn)提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃豆（非轉(zhuǎn)基因）、苦蕎麥、食鹽（無碘）：市售；氫氧化鈉（分析純）、體積分?jǐn)?shù)95%乙醇（分析純）、鄰苯二甲酸氫鉀（分析純）：成都市科隆化學(xué)品有限公司；米曲霉（Aspergillus oryzae）3.042、黑曲霉（Aspergillus niger）3.350：山東沂源康源生物科技有限公司；其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SPX-80-11生化培養(yǎng)箱：上?，樁拰?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；S-100型中藥材高速粉碎機(jī)：上海市閔行區(qū)艦艇工貿(mào)有限公司；FA2004型電子天平：上海佑科儀器儀表有限公司；HH-2型恒溫水浴鍋：上海力辰西儀器有限公司；101-4型恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上?，槴\實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；HZ85-2型磁力攪拌器：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；SW-CJ-1FD標(biāo)準(zhǔn)型凈化工作臺(tái)：蘇州凈化設(shè)備有限公司；THZ-98AB恒溫振蕩器：上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 蕎麥豆醬制作工藝流程

操作要點(diǎn)：

黃豆處理：選取顆粒飽滿的黃豆，3倍體積的清水浸泡12 h[15]，洗凈后隔水蒸煮約1 h，要求手搓成粉無生心即可[16]，攤冷，備用。

苦蕎麥處理：將苦蕎麥脫殼除雜后裝入干凈的布袋中清洗、晾干，再用小火將晾干后的蕎麥炒成黃褐色，粉碎，備用。

制曲：將原料（苦蕎麥粉添加量20%）與菌種（米曲霉∶黑曲霉=1∶1）按10 000∶5混勻后，置于恒溫培養(yǎng)箱中，24 h之內(nèi)控溫35 ℃培養(yǎng)，24～72 h內(nèi)控溫30 ℃培養(yǎng)，期間每隔12 h翻曲1次[17]。

發(fā)酵：將醬醅和鹽水按質(zhì)量比1∶1混勻后（低鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，高鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%），裝瓶密封控溫發(fā)酵，即可得蕎麥豆醬成品[18]。

1.3.2 低鹽蕎麥豆醬發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

為確定響應(yīng)曲面優(yōu)化法試驗(yàn)的各因素與水平，選取發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、苦蕎麥粉添加量、食鹽添加量（混料后醬醅的含鹽量）4個(gè)因素分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)[19-22]，依次考察發(fā)酵時(shí)間（40 d、45 d、50 d、55 d、60 d、65 d、70 d）、苦蕎麥粉添加量（10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%）、發(fā)酵溫度（25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃）、食鹽添加量（2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%）對(duì)低鹽蕎麥豆醬氨基酸態(tài)氮含量及感官評(píng)分的影響。

1.3.3 低鹽蕎麥豆醬發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Design-Expert 8.0.6軟件，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值，選取發(fā)酵時(shí)間（A）、苦蕎麥粉添加量（B）、發(fā)酵溫度（C）和食鹽添加量（D）為自變量進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平見表1。

表1 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experimental design

1.3.4 低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)定

參照蒲靜等[17，23]的方法并稍作修改，感官評(píng)價(jià)員由10位身心健康，且學(xué)習(xí)過食品感官評(píng)定知識(shí)的學(xué)生組成，男女各5名；從色澤、香氣、滋味、組織形態(tài)4個(gè)方面對(duì)低鹽蕎麥豆醬樣品的感官質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，具體評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of low-salt buckwheat bean paste

1.3.5 模糊綜合評(píng)判模型的建立

設(shè)定蕎麥豆醬感官質(zhì)量指標(biāo)集U、評(píng)語集V、權(quán)重向量集A。感官評(píng)分集U={u1，u2，u3，u4}，u1、u2、u3、u4分別表示色澤、香氣、口味、組織形態(tài)。感官質(zhì)量評(píng)語集V={v1，v2，v3，v4}，v1、v2、v3、v4分別對(duì)應(yīng)優(yōu)（90分）、良（80分）、中（70分）、差（60分）。權(quán)重向量集A={a1，a2，a3，a4}，根據(jù)歸一化原則，a1+a2+a3+a4=1。采用強(qiáng)制決定法[24]確定了低鹽蕎麥豆醬產(chǎn)品的權(quán)重集合A={a1，a2，a3，a4}=（0.31，0.24，0.19，0.26）。評(píng)價(jià)體系的建立：模糊關(guān)系綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為L(zhǎng)i=A×Ri[25]，其中A表示權(quán)重集，Ri表示轉(zhuǎn)換矩陣，綜合評(píng)價(jià)感官評(píng)分Si=Li×V[26]。

1.3.6 分析檢測(cè)

參照相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)低鹽蕎麥豆醬的氨基酸態(tài)氮含量[27]、水分含量[6]及微生物指標(biāo)[17]進(jìn)行檢測(cè)。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019和Design-Expert 8.0.6進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和響應(yīng)面分析；采用OriginPro 2021軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低鹽蕎麥豆醬制作工藝條件優(yōu)化單因素試驗(yàn)

2.1.1 發(fā)酵時(shí)間對(duì)低鹽蕎麥豆醬品質(zhì)的影響

由圖1可知，低鹽蕎麥豆醬中的氨基酸態(tài)氮含量隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，當(dāng)發(fā)酵70 d時(shí)達(dá)到最大，為（0.59±0.05）g/100 g，分析原因可能是發(fā)酵前期醬醅中蛋白質(zhì)豐富，且微生物代謝活躍，使得豆醬中的氨基酸態(tài)氮含量快速增加[17，28-29]。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為40～55 d時(shí)，低鹽蕎麥豆醬感官評(píng)分隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，當(dāng)發(fā)酵55 d時(shí)，低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)分達(dá)到最大，為（81.35±0.41）分；當(dāng)發(fā)酵55 d后，隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，氨基酸態(tài)氮含量變化較慢，且低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)分變化較小，因此，確定低鹽蕎麥豆醬的最佳發(fā)酵時(shí)間為55 d。

圖1 發(fā)酵時(shí)間對(duì)低鹽蕎麥豆醬感官評(píng)分及氨基酸態(tài)氮含量的影響Fig.1 Effect of fermentation time on sensory score and amino acid nitrogen content of low-salt buckwheat bean paste

2.1.2 苦蕎麥粉添加量對(duì)低鹽蕎麥豆醬品質(zhì)的影響

由圖2可知，苦蕎麥粉的添加量對(duì)低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)分和氨基酸態(tài)氮含量有較大的影響，隨著苦蕎麥粉添加量的增加，氨基酸態(tài)氮含量和感官評(píng)分均呈先升高后下降的趨勢(shì)。當(dāng)苦蕎麥粉添加量為30%時(shí)，低鹽蕎麥豆醬的氨基酸態(tài)氮含量及感官評(píng)分均最高，分別為（0.58±0.03）g/100 g和（82.33±1.13）分。分析原因可能是少量的苦蕎麥不僅可以增添豆醬的營(yíng)養(yǎng)，還可以增加豆醬的品質(zhì)，但由于苦蕎自身的澀口感會(huì)影響蕎麥豆醬的品質(zhì)，過量的苦蕎反而會(huì)降低蕎麥豆醬的感官評(píng)分[33]。因此，確定苦蕎麥粉的最佳添加量為30%。

圖2 苦蕎麥粉添加量對(duì)低鹽蕎麥豆醬感官評(píng)分及氨基酸態(tài)氮含量的影響Fig.2 Effects of tartary buckwheat flour addition on sensory score and amino acid nitrogen content of low-salt buckwheat bean paste

2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)低蕎麥豆醬品質(zhì)的影響

由圖3可知，隨著發(fā)酵溫度的升高，氨基酸態(tài)氮含量和感官評(píng)分均呈先升高后下降的趨勢(shì)。當(dāng)發(fā)酵溫度為35 ℃時(shí)，低鹽蕎麥豆醬的氨基酸態(tài)氮含量及感官評(píng)分均最高，分別為（0.57±0.05）g/100 g、（81.35±0.73）分，分析原因可能是由于溫度影響功能微生物的生長(zhǎng)及相關(guān)酶活力，導(dǎo)致發(fā)酵異常，進(jìn)而影響豆醬的感官評(píng)分及氨基酸態(tài)氮含量[17]。因此，確定低鹽蕎麥豆醬的最佳發(fā)酵溫度為35 ℃。

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)低鹽蕎麥豆醬感官評(píng)分及氨基酸態(tài)氮含量的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on sensory score and amino acid nitrogen content of low-salt buckwheat bean paste

2.1.4 食鹽添加量對(duì)低鹽蕎麥豆醬品質(zhì)的影響

由圖4可知，當(dāng)食鹽添加量在2%～10%時(shí)，低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)分及氨基酸態(tài)氮含量均隨食鹽添加量的增加而增加；當(dāng)食鹽添加量為10%時(shí)，低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)分及氨基酸態(tài)氮含量均達(dá)到最高，分別為（82.33±2.12）分、（0.51±0.03）g/100 g；當(dāng)食鹽添加量＞10%之后，低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)分及氨基酸態(tài)氮含量隨食鹽添加量的增加而下降。分析原因可能是鹽濃度過低時(shí)，產(chǎn)酸菌活力強(qiáng)，產(chǎn)酸過多；鹽濃度過高也會(huì)抑制微生物和蛋白酶的活力，從而影響豆醬的品質(zhì)[29-30]。當(dāng)食鹽添加量為8%時(shí)，低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)分及氨基酸態(tài)氮含量分別為（81.42±1.12）分和（0.48±0.02）g/100 g，與10%食鹽添加量的結(jié)果相差不大；結(jié)合當(dāng)下低鹽低糖潮流[31]，確定最佳食鹽添加量為8%。

圖4 食鹽添加量對(duì)低鹽蕎麥豆醬感官評(píng)分及氨基酸態(tài)氮含量的影響Fig.4 Effect of salt addition on sensory score and amino acid nitrogen content of low-salt buckwheat bean paste

2.2 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)定

對(duì)低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)價(jià)投票結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表3。

表3 低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)定投票結(jié)果Table 3 Sensory evaluation voting results of low-salt buckwheat bean paste

（1）構(gòu)建模糊轉(zhuǎn)換矩陣R

根據(jù)表3，將每個(gè)樣品的各自影響因素的票數(shù)除以總參與評(píng)價(jià)人數(shù)（10）即得模糊轉(zhuǎn)換矩陣。以第1組低鹽蕎麥豆醬樣品為例，其感官評(píng)定結(jié)果如下：

同理可得R2～R29。

（2）計(jì)算綜合隸屬度L

綜合隸屬度L=A×Ri。綜合評(píng)分結(jié)果向量L1=A×R1=（0.359，0.445，0.196，0），同理可得L2～L29。

（3）計(jì)算綜合感官評(píng)分S

感官評(píng)分Si=Li×V

S1=L1×V=0.359×90+0.445×80+0.196×70+0×60=81.63，同理可得S2～S29。

2.3 低鹽蕎麥豆醬制作工藝條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

2.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及分析

Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表4，回歸模型方差分析結(jié)果見表5。

表4 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 4 Design and results of Box-Behnken experiments

采用Design-Expert 8.0.6對(duì)表4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸擬合，得到低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)分（Y）對(duì)發(fā)酵時(shí)間（A）、蕎麥粉添加量（B）、發(fā)酵溫度（C）、食鹽添加量（D）的二次多項(xiàng)回歸模型：Y=87.86+0.69A+0.4B+2.61C-0.78D-0.24AB+2.15AC+1.64AD-0.2BC-1.1BD+0.13CD-1.24A2-2.6B2-4.27C2-2.43D2。

由表5可知，本試驗(yàn)的模型P＜0.01，極顯著，失擬項(xiàng)P=0.186 6＞0.05，不顯著，說明無失擬因素存在，表明該模型可靠[32]。決定系數(shù)R2=0.952 1，表明低鹽蕎麥豆醬感官綜合評(píng)分的變化有95.20%來自于發(fā)酵時(shí)間、苦蕎麥粉添加量、發(fā)酵溫度和食鹽的添加量，說明發(fā)酵時(shí)間、苦蕎麥粉添加量、發(fā)酵溫度和食鹽的添加量對(duì)低鹽蕎麥豆醬感官綜合評(píng)分有顯著影響。調(diào)整決定系數(shù)R2adj=0.904 1，說明模型與試驗(yàn)擬合程度較好，可用于低鹽蕎麥豆醬感官評(píng)價(jià)數(shù)值的預(yù)測(cè)。一次項(xiàng)C和交互項(xiàng)AC、AD對(duì)結(jié)果影響極顯著（P＜0.01），一次項(xiàng)A、D及交互項(xiàng)BD對(duì)結(jié)果影響顯著（P＜0.05），其他項(xiàng)對(duì)結(jié)果影響不顯著（P＞0.05）。方差分析表明，4個(gè)因素對(duì)結(jié)果影響程度的大小順序?yàn)镃＞D＞A＞B，即發(fā)酵溫度＞食鹽添加量＞發(fā)酵時(shí)間＞苦蕎麥粉添加量。各因素間交互作用對(duì)低鹽蕎麥豆醬感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線見圖5。

表5 回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression model

圖5 各因素間交互作用對(duì)低鹽蕎麥豆醬感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線Fig.5 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factors on sensory score of low-salt buckwheat bean paste

由圖5可知，響應(yīng)面坡陡峭順序?yàn)锳C＞AD＞BD＞AB＞BC＞CD，即發(fā)酵時(shí)間與發(fā)酵溫度交互作用響應(yīng)面最陡峭，與表5中方差分析結(jié)果一致。

2.3.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

采用Design-Expert 8.0.6軟件預(yù)測(cè)低鹽蕎麥豆醬的理論最優(yōu)發(fā)酵工藝條件為：發(fā)酵時(shí)間59.03 d、苦蕎麥粉添加量30%、發(fā)酵溫度37.55 ℃、食鹽添加量8%，此條件下低鹽蕎麥豆醬感官評(píng)分的理論值為88.75分。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的可操作性，最終修定最優(yōu)生產(chǎn)工藝條件為發(fā)酵時(shí)間59 d、苦蕎麥粉添加量30%、發(fā)酵溫度38 ℃、食鹽添加量8%。經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)得到低鹽蕎麥豆醬的實(shí)際感官評(píng)分為（88.49±0.25）分，與預(yù)測(cè)理論值（88.75分）基本一致，說明模型能夠較好地指導(dǎo)蕎麥豆醬的生產(chǎn)。

2.4 低鹽蕎麥豆醬質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果

對(duì)優(yōu)化工藝生產(chǎn)的低鹽蕎麥豆醬進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低鹽蕎麥豆醬的氨基酸態(tài)氮、水分含量分別為（0.78±0.02）g/100 g、（43±1.92）g/100 g，大腸桿菌菌群數(shù)＜10 CFU/g，致病菌未檢出，說明其理化和微生物指標(biāo)均符合GB/T 24399—2009《黃豆醬》和GB 2718—2014《釀造醬》的要求。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)以苦蕎麥和黃豆為原料，制作一款低鹽蕎麥豆醬，采用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)定法結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化得到低鹽蕎麥豆醬的最佳生產(chǎn)工藝條件：發(fā)酵時(shí)間59 d、蕎麥粉添加量30%、發(fā)酵溫度38 ℃、食鹽添加量8%。采用最優(yōu)工藝制得的低鹽蕎麥豆醬的感官評(píng)分為（88.49±0.25）分，氨基酸態(tài)氮、水分含量分別為（0.78±0.02）g/100g、（43.22±1.92）g/100g，其理化和微生物指標(biāo)均符合相關(guān)國(guó)標(biāo)要求，該研究結(jié)果可以為低鹽蕎麥豆醬的生產(chǎn)提供一定參考和指導(dǎo)。