摘要：以鶴壁本地黃豆、面粉為原料，以黑曲霉和米曲霉（質(zhì)量比為1∶1）混合成發(fā)酵劑，調(diào)整發(fā)酵溫度（30，36，42 ℃）、發(fā)酵時(shí)間（35，40，45 d）和鹽水濃度（占固體物質(zhì)質(zhì)量比10%、15%、20%）制作發(fā)酵黃豆醬。利用響應(yīng)面法優(yōu)化其發(fā)酵工藝，并對(duì)發(fā)酵黃豆醬的色差、感官評(píng)分、還原糖、氨基酸態(tài)氮及主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，在鹽水濃度15%、發(fā)酵溫度36 ℃和發(fā)酵時(shí)間35 d條件下發(fā)酵的黃豆醬效果最佳，其感官評(píng)分可達(dá)到48.2±1.73（滿分50）；L*值為47.57±1.62，a*值為11.49±2.74，b*值為36.32±1.73；還原糖含量為12.55%，氨基酸態(tài)氮含量為0.683 1 g/100 g。以此方法進(jìn)行黃豆醬發(fā)酵，可使黃豆醬色澤光亮、醬香濃郁、咸香適中、形態(tài)良好。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵黃豆醬；響應(yīng)面法；生產(chǎn)工藝優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TS264.24""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""""" 文章編號(hào)：1000-9973（2024）08-0120-05

Optimization of Production Process of Soybean Paste and Color Analysis

Based on Response Surface Methodology

DU Xi-ling1， LIU Yun2，3

（1.School of Food Engineering， Hebi Polytechnic， Hebi 458030， China; 2.Key Laboratory of

Deep Processing of Green Food in Hebi， Hebi 458030， China; 3.School of Life Science，

Southwest Forestry University， Kunming 650224， China）

Abstract： With local soybeans and flour from Hebi as the raw materials， a mixture of Aspergillus niger and Aspergillus oryzae （the mass ratio of 1∶1） as the fermentation agent， the fermentation temperature （30， 36， 42 ℃）， fermentation time （35， 40， 45 d）， and brine concentration （accounting for 10%， 15%， 20% of mass of solid substances） are adjusted to produce fermented soybean paste. The fermentation process is optimized by response surface methodology， and the color difference， sensory score， reducing sugar， amino acid nitrogen and main volatile flavor substances of the fermented soybean paste are compared and analyzed. The results show that the soybean paste fermented under the conditions of brine concentration of 15%， fermentation temperature of 36 ℃ and fermentation time of 35 d has the best effect， and its sensory score can reach 48.2±1.73 （full score of 50）. The L* value is 47.57±1.62， the a* value is 11.49±2.74， and the b* value is 36.32±1.73. The reducing sugar content is 12.55%， and the amino acid nitrogen content is 0.683 1 g/100 g. Using this method for fermentation of soybean paste can make it bright in color， rich in sauce aroma， moderate in saltiness aroma， and good in morphology.

Key words： fermented soybean paste; response surface methodology; production process optimization

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.08.020

引文格式：杜喜玲，劉云.基于響應(yīng)面法的黃豆醬生產(chǎn)工藝優(yōu)化及色澤分析.中國(guó)調(diào)味品，2024，49（8）：120-124.

DU X L， LIU Y.Optimization of production process of soybean paste and color analysis based on response surface methodology.China Condiment，2024，49（8）：120-124.

收稿日期：2024-03-19

基金項(xiàng)目：河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（19B550004）；河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（2021SJGLX677）；鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)課題（2022-KJYB-003）

作者簡(jiǎn)介：杜喜玲（1981—），女，河南濮陽(yáng)人，講師，碩士，研究方向：食品科學(xué)與工程。

黃豆醬源于中國(guó)，是一種以黃豆為主要原料，經(jīng)過(guò)發(fā)酵制成的調(diào)味品。其色澤紅褐、醬香濃郁、口感醇厚、營(yíng)養(yǎng)豐富，含有大量蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物及多種維生素和礦物質(zhì)。黃豆醬在烹飪中應(yīng)用廣泛，適用于炒菜、燉湯、腌制等多種烹飪方式，為中國(guó)菜肴增添了獨(dú)特的風(fēng)味。研究表明，黃豆醬中的發(fā)酵成分具有抗氧化、降血壓等保健功能，適量食用對(duì)人體健康有益。因此，黃豆醬既是一種重要的調(diào)味品，又是中國(guó)傳統(tǒng)飲食文化的重要組成部分。

黃豆醬中還原糖主要來(lái)源于面粉中淀粉的降解，一般以黃豆醬中還原糖含量判斷黃豆醬發(fā)酵過(guò)程中的菌種情況。同時(shí)，還原糖也是黃豆醬發(fā)酵后期美拉德反應(yīng)的重要原料之一，而美拉德反應(yīng)則是影響黃豆醬色差、滋味和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的重要因素。大豆中所含的豐富植物性蛋白質(zhì)，經(jīng)微生物發(fā)酵后分解成各種不同氨基酸，呈現(xiàn)出豐富的滋味和營(yíng)養(yǎng)，其含量不僅體現(xiàn)了黃豆醬的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且能反映出黃豆醬發(fā)酵工藝的優(yōu)劣。

響應(yīng)面法是一種統(tǒng)計(jì)和數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，用于建模和優(yōu)化復(fù)雜系統(tǒng)。它通過(guò)擬合一個(gè)多項(xiàng)式曲面來(lái)逼近未知函數(shù)的響應(yīng)面，進(jìn)而分析輸入?yún)?shù)與輸出響應(yīng)值之間的關(guān)系。本文基于響應(yīng)面法原理，以發(fā)酵溫度（30，36，42 ℃）、發(fā)酵時(shí)間（35，40，45 d）和鹽水濃度（占固體物質(zhì)質(zhì)量比10%、15%、20%）為因素，以感官評(píng)分為指標(biāo)，通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化影響發(fā)酵黃豆醬品質(zhì)的因素，并以此方案考察其色差、感官評(píng)分、還原糖、氨基酸態(tài)氮及主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，旨在為當(dāng)?shù)囟怪破飞a(chǎn)企業(yè)進(jìn)行黃豆醬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及豆類植物食品深加工提供理論和數(shù)據(jù)支持。

1" 材料與方法

1.1" 材料與試劑

黃豆（鶴壁本地產(chǎn)，非轉(zhuǎn)基因）、小麥面粉、食用鹽等：購(gòu)于鶴壁市好又多超市；米曲霉、黑曲霉：鄭州中道生物科技有限公司。

氫氧化鈉、甲醛、乙醇、3，5-二硝基水楊酸（均為分析純）：天津市宏偉化工有限公司。

1.2" 儀器與設(shè)備

THW-1A型電子分析天平、G2000型粉碎機(jī)、GDG-01-G 型生化培養(yǎng)箱、LT-A200型立式蒸汽滅菌器" 安徽易申生物科技有限公司；Hunter Lab Agera色差儀" 蘇州天薩精密量?jī)x技術(shù)有限公司；GC-MS-TW1000型氣質(zhì)聯(lián)用儀" 鄭州元強(qiáng)儀器設(shè)備有限公司。

1.3" 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1" 黃豆醬發(fā)酵工藝流程

黃豆預(yù)處理：將購(gòu)買的黃豆進(jìn)行篩選，去除具有霉點(diǎn)、黑點(diǎn)和已明顯變質(zhì)的黃豆，清洗后用無(wú)菌水浸泡，于28 ℃保存過(guò)夜，至全部黃豆吸水膨脹。

熟制黃豆：將浸泡后的黃豆于蒸鍋中沸水蒸煮80 min，直至全部黃豆蛋白質(zhì)完全變性。

拌料：將已經(jīng)滅菌（利用蒸鍋將面粉蒸制50 min滅菌）的面粉與黃豆按質(zhì)量比1∶1進(jìn)行拌料。

接種菌體：將已拌好的面粉黃豆混合物晾至室溫后稱重，以質(zhì)量的0.01%稱量米曲霉和黑曲霉（從而達(dá)到黑曲霉和米曲霉的體積比為1∶1），拌入菌體，攪拌均勻后置于培養(yǎng)箱中，37 ℃培養(yǎng)48 h，每12 h翻拌一次。

添加鹽水：將食用鹽溶于無(wú)菌水中，加熱煮沸后冷卻至室溫，拌入已接種菌體的拌料中。

發(fā)酵：將添加鹽水的拌料置于培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)酵后得黃豆醬。

1.3.2" 黃豆醬發(fā)酵工藝單因素實(shí)驗(yàn)

鹽水濃度：在1.3.1鹽水濃度中，設(shè)置3種不同添加濃度，分別為拌料總質(zhì)量的10%、15%、20%稱量食用鹽，溶于100 mL無(wú)菌水中，進(jìn)行后續(xù)發(fā)酵操作。

發(fā)酵溫度：在1.3.1發(fā)酵過(guò)程中，設(shè)置發(fā)酵溫度為30，36，42 ℃，發(fā)酵時(shí)間為40 d。

發(fā)酵時(shí)間：在1.3.1發(fā)酵過(guò)程中，設(shè)置發(fā)酵溫度為36 ℃，調(diào)整發(fā)酵時(shí)間為35，40，45 d。

1.3.3" 黃豆醬發(fā)酵工藝條件響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

1.3.4" 發(fā)酵黃豆醬品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

1.3.4.1" 發(fā)酵黃豆醬色差測(cè)定

參考朱楠楠的方法并略作改進(jìn)，將發(fā)酵黃豆醬攪拌均勻，測(cè)定L*值、a*值和b*值。

1.3.4.2" 發(fā)酵黃豆醬感官評(píng)價(jià)

參考湯欽林的方法并略作修改。邀請(qǐng)具有食品專業(yè)背景的男、女大三學(xué)生各10名，參照表2進(jìn)行發(fā)酵黃豆醬的感官評(píng)價(jià)。評(píng)分滿分50分，精確至小數(shù)點(diǎn)后一位。最終評(píng)分結(jié)果為10名評(píng)分人員評(píng)價(jià)得分的平均值。

1.3.4.3" 發(fā)酵黃豆醬還原糖測(cè)定

參考張水華的方法并略作修改。取發(fā)酵黃豆醬0.8 g，均勻碾磨勻漿后放入50 mL離心管中，加入8 mL蒸餾水，于60 ℃水浴25 min，冷卻至室溫后，于4 500 r/min離心5 min。取上清液1 mL，加入3 mL 3，5-二硝基水楊酸，沸水浴5 min，冷卻至室溫，定容至10 mL，于535 nm處測(cè)定吸光值。還原糖含量參照公式（1）計(jì)算。

還原糖含量（%）=葡萄糖質(zhì)量（g）×提取液總體積（mL）測(cè)定體積（mL）×樣品質(zhì)量（g）×100%。（1）

1.3.4.4" 發(fā)酵黃豆醬氨基酸態(tài)氮測(cè)定

參考GB 5009.235—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸態(tài)氮的測(cè)定》，以酸度計(jì)法進(jìn)行發(fā)酵黃豆醬氨基酸態(tài)氮含量的測(cè)定。

1.3.4.5" 發(fā)酵黃豆醬主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)測(cè)定

參考彭超等、喬鑫的方法并略作調(diào)整。固相萃取條件：將10 g黃豆醬樣品碾磨均勻后加入等質(zhì)量的去離子水和1.0 g氯化鈉，超聲振蕩10 min后經(jīng)萃取柱吸附15 min；色譜條件：初始溫度20 ℃，從3 ℃/min升溫至160 ℃后維持該溫度5 min，隨后以8 ℃/min升溫至240 ℃，即進(jìn)樣溫度為240 ℃，將樣品檢測(cè)所得揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)圖譜進(jìn)行比對(duì)分析，相對(duì)含量以峰面積計(jì)算。

1.4" 數(shù)據(jù)分析

所得數(shù)據(jù)平行檢測(cè)4次，數(shù)據(jù)處理和圖表繪制利用Excel 2010和SPSS 20.0進(jìn)行。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 黃豆醬發(fā)酵工藝單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1" 鹽水濃度對(duì)發(fā)酵黃豆醬品質(zhì)的影響

在發(fā)酵溫度為36 ℃、發(fā)酵時(shí)間為40 d的條件下，調(diào)整鹽水濃度為拌料總質(zhì)量的10%、15%、20%，發(fā)酵后所得黃豆醬的色差和感官評(píng)分見(jiàn)表3和圖1。

由表3可知，在不同鹽水濃度下，黃豆醬的感官評(píng)分和色差均有一定差異。由圖1可知，15%的鹽水濃度下，感官評(píng)分最高，達(dá)到48.1。20%鹽水濃度的感官評(píng)分最低，僅為40.2，最主要的扣分點(diǎn)是在滋味方面，表現(xiàn)為口感過(guò)咸，嚴(yán)重影響食用。從色差角度來(lái)看，10%鹽水濃度的L*值最高（54.80±1.53），隨著鹽水濃度的增加，亮度逐漸下降；而a*值隨著鹽水濃度的增加而增加，表現(xiàn)為黃豆醬顏色向紅色變化；b*值主要表現(xiàn)為黃豆醬顏色由黃色向藍(lán)色變化，鹽水濃度增加使黃豆醬的黃色度降低。鹽水濃度過(guò)低或過(guò)高會(huì)影響微生物的發(fā)酵，最終影響黃豆醬的整體品質(zhì)。從總體來(lái)看，15%鹽水濃度條件下的黃豆醬呈現(xiàn)濃郁紅褐色，帶有明顯光澤，醬香味足，口感鮮香。

2.1.2" 發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵黃豆醬品質(zhì)的影響

在鹽水濃度為拌料總質(zhì)量的15%、發(fā)酵時(shí)間為40 d的條件下，調(diào)整發(fā)酵溫度為30，36，42 ℃，發(fā)酵后所得黃豆醬的色差和感官評(píng)分見(jiàn)表4和圖2。

發(fā)酵溫度是影響微生物發(fā)酵過(guò)程、最終影響黃豆醬品質(zhì)的重要因素之一。由表4和圖2可知，隨著發(fā)酵溫度的上升，黃豆醬成品呈現(xiàn)出紅色度上升、黃色度下降且總體亮度逐漸下降的趨勢(shì)；分析這3個(gè)不同發(fā)酵溫度下黃豆醬的感官評(píng)分，可以看到36 ℃時(shí)的感官評(píng)分略高于其他兩個(gè)溫度，這可能是由于微生物發(fā)酵受溫度的影響，溫度越高，微生物活力越強(qiáng)，發(fā)酵產(chǎn)物越豐富，但過(guò)多的發(fā)酵產(chǎn)物也會(huì)影響口感和觀感。

2.1.3" 發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵黃豆醬品質(zhì)的影響

在鹽水濃度為拌料總質(zhì)量的15%、發(fā)酵溫度為36 ℃的條件下，調(diào)整發(fā)酵時(shí)間為35，40，45 d，發(fā)酵后所得黃豆醬的色差和感官評(píng)分見(jiàn)表5和圖3。

由圖3可知，在發(fā)酵40 d時(shí)黃豆醬的感官評(píng)分最高，達(dá)到45.5，而45 d時(shí)感官評(píng)分最低，僅為42.3。發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致黃豆醬形態(tài)較差、醬體不均勻且出現(xiàn)沉淀分層現(xiàn)象；氣味也出現(xiàn)較明顯的雜味。由表5可知，在發(fā)酵35 d和40 d時(shí)，黃豆醬的亮度、紅色度和黃色度變化不大，但發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)到45 d時(shí)其顏色發(fā)生明顯變化，亮度下降較明顯，呈現(xiàn)偏深、偏綠。這可能是由于發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致微生物分泌過(guò)多次生代謝產(chǎn)物，因此對(duì)黃豆醬的口感、色澤等都有較大的影響?？傮w分析，發(fā)酵40 d時(shí)發(fā)酵效果較好。

2.2" 發(fā)酵黃豆醬響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

以發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、鹽水濃度為因素，考察不同條件下黃豆醬的感官評(píng)分，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和感官評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表6。

經(jīng)數(shù)據(jù)回歸分析后，擬合方程為Y=8.53+5.62A+0.523B-0.044C+0.245AB+0.142AC+0.462BC-0.74A2-4.12B2-0.37C2。以感官評(píng)分為響應(yīng)值進(jìn)行模型評(píng)價(jià)后，回歸驗(yàn)證見(jiàn)表7。

由表7可知，模型極顯著（P=0.000 8），失擬項(xiàng)不顯著（P=0.611 5），模型的決定系數(shù)（R2）為0.961 2，一次項(xiàng)B、C均極顯著、A顯著，二次項(xiàng)A2、C2極顯著、B2顯著，交互項(xiàng)AB極顯著，而BC、AC不顯著，表明回歸方程可以很好地?cái)M合因素與響應(yīng)值的關(guān)系，可以用來(lái)分析黃豆醬的最佳生產(chǎn)工藝條件。同時(shí)篩選出感官評(píng)分最佳的發(fā)酵條件為鹽水濃度15%、發(fā)酵溫度36 ℃、發(fā)酵時(shí)間35 d。

2.3" 最佳工藝條件下黃豆醬品質(zhì)評(píng)價(jià)

以各單因素表現(xiàn)最佳的發(fā)酵條件：鹽水濃度15%、發(fā)酵溫度36 ℃、發(fā)酵時(shí)間40 d和響應(yīng)面設(shè)計(jì)條件最佳的發(fā)酵條件：鹽水濃度15%、發(fā)酵溫度36 ℃、發(fā)酵時(shí)間35 d為兩種不同發(fā)酵方式，在其他條件不變的情況下進(jìn)行黃豆醬發(fā)酵，檢測(cè)兩種條件下發(fā)酵黃豆醬的品質(zhì)指標(biāo)。

2.3.1" 兩種發(fā)酵條件下黃豆醬的品質(zhì)指標(biāo)比較

兩種發(fā)酵條件（1為鹽水濃度15%、發(fā)酵溫度36 ℃、發(fā)酵時(shí)間40 d；2為鹽水濃度15%、發(fā)酵溫度36 ℃、發(fā)酵時(shí)間35 d）下黃豆醬的感官評(píng)分、色差、還原糖含量、氨基酸態(tài)氮含量見(jiàn)表8。

由表8可知，兩種發(fā)酵條件下的感官評(píng)分差異不大，第2種發(fā)酵方式的感官略好；從色澤來(lái)看，第1種發(fā)酵方式的亮度略高，但顏色較第2種方式略淡；從還原糖含量和氨基酸態(tài)氮含量來(lái)看，第2種發(fā)酵方式的含量均略高于第1種方式。這可能是由于兩種的區(qū)別僅在發(fā)酵時(shí)間上，發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)使微生物將大豆中的蛋白質(zhì)水解得更加完全，氨基酸態(tài)氮為黃豆醬的重要呈味物質(zhì)，其含量更高也會(huì)使其感官評(píng)分升高。

2.3.2" 兩種發(fā)酵條件下黃豆醬主要揮發(fā)性物質(zhì)分析

不同發(fā)酵條件下黃豆醬主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)見(jiàn)表9。選取占比超過(guò)80%的主要揮發(fā)性物質(zhì)，共有10種化合物。其中醇類物質(zhì)是氨基酸代謝的主要產(chǎn)物，也是黃豆醬氣味的主要貢獻(xiàn)物質(zhì)；大豆中的酯類物質(zhì)被氧化后所產(chǎn)生的醛類物質(zhì)（3-甲基丁醛、異戊醛、3-甲基硫代丙醛）能夠產(chǎn)生香醇的醬香味；而酯類物質(zhì)（棕櫚酸乙酯）能夠使黃豆醬散發(fā)醬香，增加回味感。

3" 討論與結(jié)論

本研究以發(fā)酵溫度（30，36，42 ℃）、發(fā)酵時(shí)間（35，40，45 d）和鹽水濃度（占固體物質(zhì)質(zhì)量比10%、15%、20%）為因素發(fā)酵黃豆醬，首先進(jìn)行單因素比較分析；以感官評(píng)分為指標(biāo)進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從而確定最佳發(fā)酵方式；隨后對(duì)最優(yōu)發(fā)酵方式進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，對(duì)其色差、感官評(píng)分、還原糖含量、氨基酸態(tài)氮含量及主要揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行比較。結(jié)果顯示：在鹽水濃度15%、發(fā)酵溫度36 ℃和發(fā)酵時(shí)間35 d條件下發(fā)酵的黃豆醬效果最佳，其感官評(píng)分可達(dá)到48.2±1.73（滿分50）；L*值為47.57±1.62，a*值為11.49±2.74，b*值為36.32±1.73；還原糖含量為12.55%，氨基酸態(tài)氮含量為0.683 1 g/100 g。

以此方法進(jìn)行黃豆醬發(fā)酵，可使黃豆醬色澤光亮、醬香濃郁、咸香適中、形態(tài)良好。

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