永川豆豉發(fā)酵過程中香氣的變化

索化夷，趙 欣，騫 宇，陳 娟，李 鍵，張 玉，闞建全*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶 400715；3. 重慶第二師范學(xué)院生物與化學(xué)工程系，重慶 400067；4.西南民族大學(xué)青藏高原研究院，四川 成都 610041）

永川豆豉發(fā)酵過程中香氣的變化

索化夷1,2，趙 欣3，騫 宇3，陳 娟4，李 鍵4，張 玉1,2，闞建全1,*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶 400715；3. 重慶第二師范學(xué)院生物與化學(xué)工程系，重慶 400067；4.西南民族大學(xué)青藏高原研究院，四川 成都 610041）

通過采集傳統(tǒng)發(fā)酵過程中的永川豆豉樣本，采用固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在發(fā)酵過程中的變化進行測定。發(fā)現(xiàn)永川毛霉型豆豉的主體風(fēng)味以醬香為主，成品豆豉中含有化合物95 個，其中酯類化合物31 種、烴類化合物20 種、酮類化合物8 種、羧酸類化合物6 種、醇類化合物5 種、醛類化合物 5 種、酚類化合物5 種、苯類化合物3 種和其他類化合物 11 種。同時，風(fēng)味物質(zhì)以乙酸乙酯、苯甲酸乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、環(huán)戊酮、苯乙酮、3-辛酮、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛等含量高閾值低的揮發(fā)性物質(zhì)為主混合生成的獨特醬香。芳香族氨基酸降解所產(chǎn)生苯乙醛、苯乙醇、苯乙酮對豆豉風(fēng)味形成貢獻較大。

永川豆豉；醬香；風(fēng)味物質(zhì)；機理

永川豆豉作為毛霉型豆豉的代表，因其獨特的生產(chǎn)工藝，特別是多樣性菌群結(jié)構(gòu)以及長達一年的發(fā)酵周期，孕育出了永川豆豉獨特的風(fēng)味，其濃郁持久的香氣、黝黑的色澤、入口化渣的質(zhì)地一直深受消費者喜歡。大豆發(fā)酵食品隨著人們對其營養(yǎng)成分和保健功能的不斷了解，而逐漸在世界范圍流行。大豆發(fā)酵食品除了具有豐富的營養(yǎng)和多種保健功能外，其細膩的口感和特別的風(fēng)味也一直是消費選擇購買的重要原因[1-3]。

食品的香氣成分中，可揮發(fā)性成分起著重要的作用，固相微萃取配合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可以簡單快捷地對食品香氣成分進行分析，極大地推動了對食品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的研究。目前，已有研究人員采用該技術(shù)對腐乳[4-5]、納豆[6]、曲霉型豆豉[7]、細菌型豆豉[8]、醬油[9]等多種大豆發(fā)酵食品的香氣成分進行了研究，分析了其特征風(fēng)味物質(zhì)。Leejeerajumnean等[6]研究發(fā)現(xiàn)納豆中主要風(fēng)味物質(zhì)為3-羥基-2-丁酮、2-甲基丁酸、吡嗪、二甲基二硫、2-正戊基呋喃等。Feng等[10]研究發(fā)現(xiàn)天貝的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有乙醇、丙酮、乙酸乙酯、丁酮、2-丁酮、2-甲基-丙醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇等。Chen Qingchan等[11]對曲霉型豆豉的研究發(fā)現(xiàn)2-甲基-丁醛、1-辛烯-3-醇、苯乙醛、苯乙醇等22 種香氣成分。另外，有研究對曲霉型陽江豆豉和瀏陽豆豉的香氣成分進行了檢測，也鑒定出包括酯類、吡嗪類、醇類、酸類、酚類、醛類的化學(xué)物質(zhì)，其中關(guān)系風(fēng)味的酯類、酸類、吡嗪類化合物含量較高[12-13]。同時對細菌型豆豉的研究也鑒定出27 種化學(xué)成分，其中關(guān)系關(guān)鍵香味的化合物有13 個[8]。對曲霉型和細菌性豆豉進行的研究中均表明揮發(fā)性物質(zhì)是關(guān)系到豆豉產(chǎn)品香氣風(fēng)味的關(guān)鍵化合物，并且不同地域和不同類別的豆豉其香味物質(zhì)差異也較大。永川毛霉型豆豉是一種發(fā)酵工藝特殊的傳統(tǒng)食品，其風(fēng)味特征可能因其特殊的工藝有別于其他豆豉，但永川豆豉主要風(fēng)味物質(zhì)的還沒未見報道。

本研究采用固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，分析了永川豆豉在傳統(tǒng)發(fā)酵過程中各發(fā)酵階段香氣成分的動態(tài)變化，并對其歸類分析，總結(jié)規(guī)律，將為永川毛霉型豆豉風(fēng)味特征凝練，生產(chǎn)工藝品質(zhì)控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本實驗所用實驗原料為永川豆豉食品有限公司經(jīng)天然制曲發(fā)酵，取自處于不同發(fā)酵階段的永川毛霉型豆豉。原料大豆產(chǎn)地吉林省。永川毛霉型豆豉基本生產(chǎn)工藝流程如下：

大豆篩選→浸泡→瀝干→常壓蒸料→冷卻→自然發(fā)酵制曲→翻曲→拌和（食鹽含量13～14 g/100 g、白酒、醪糟）→入罐發(fā)酵后熟→成品

樣本采集后，檢測酶活的樣品立即檢測，其余樣品封入自封袋－20 ℃凍存，S1～S16分別代表了不同發(fā)酵時期的永川豆豉樣品，詳見表1。

表1 實驗樣品的編號Table1 Numbering of different experimental samples

1.2 儀器與設(shè)備

GCMS-2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司；手動固相微萃取進樣器（75 μm CAR/PDMS頂空固相微萃取纖維頭） 美國Supelco公司；JYL-A110食品粉碎機 九陽股份有限公司；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋常州奧華儀器有限公司；DCX-9243 B-1電熱恒溫干燥箱上海?，攲嶒炘O(shè)備有限公司；FA2004A電子天平 上海精天電子儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 永川毛霉型豆豉在發(fā)酵過程中香氣物質(zhì)變化的研究

1.3.1.1 固相微萃取

取5 g豆豉樣品粉碎，過40 目篩，置于15 mL 固相微萃取樣品瓶中，加蓋密封。將預(yù)先進行高溫凈化的固相微萃取針頭插入，將萃取纖維頭推出暴露到樣品瓶頂空中，在60 ℃水浴鍋中萃取20 min，最后將萃取頭插入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，進樣器中解吸。

1.3.1.2 氣相色譜條件

色譜柱Rtx-5MS為非極性毛細管柱；載氣為He，流速1.0 mL/min，不分流進樣；程序升溫：柱初溫55 ℃保持1 min，升溫速率：6 ℃/min，終溫230 ℃保持5 min。

1.3.1.3 質(zhì)譜條件

電離方式：電子電離；電離能：70 eV；電壓：350 V；接口溫度：230 ℃；掃描范圍：35～400 u。

1.3.1.4 化合物鑒定及定量

對樣品揮發(fā)性化合物的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用圖譜進行計算機和人工識譜，同時把每個峰與NIST library和Wiley library兩個化合物檢索譜庫進行匹配和比較，按相似度大于800（最大值1 000）的原則作為鑒定結(jié)果?；衔锵鄬看_定：采用面積歸一法[14-15]。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)各樣本揮發(fā)性香氣物質(zhì)得到的香氣物質(zhì)數(shù)據(jù)矩陣用NTSYSpc2.1軟件進一步進行分析，相似性系數(shù)采用Dice系數(shù)，非加權(quán)組平均法聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 永川毛霉型豆豉發(fā)酵過程中香氣物質(zhì)變化

圖1 豆豉發(fā)酵過程中揮發(fā)性化合物數(shù)量的變化Fig.1 Changes in number of fl avor compounds during the different stages of fermentation

從圖1可以看出，永川豆豉可揮發(fā)性物質(zhì)伴隨著發(fā)酵過程的進行而逐漸增高，由開始的20 種增加到發(fā)酵成熟的95 種（表2），使豆豉具備了獨特的風(fēng)味。黃豆浸泡樣本出現(xiàn)了較多的揮發(fā)性物質(zhì)，但在蒸煮后的樣品中未出現(xiàn)，原因可能是浸泡過后的黃豆有較多細菌生長，產(chǎn)生了一些揮發(fā)性的物質(zhì)，蒸煮后消失。并且這些揮發(fā)性物質(zhì)中含有較多的酸類，在一定程度上印證了這種解釋。

表2 豆豉發(fā)酵過程中揮發(fā)性化合物的數(shù)量變化Table2 Changes in number of volatile compounds belonging to different chemical classes during different stages of fermentation

大豆發(fā)酵食品風(fēng)味的形成與其制曲發(fā)酵過程產(chǎn)生的多種酶類有直接關(guān)系。研究[5,9]表明，前期制曲中可以產(chǎn)生大量酶類，同時后發(fā)酵高鹽環(huán)境將制曲中產(chǎn)生的大量菌絲體，釋放出更多胞內(nèi)酶。如多種蛋白酶、纖維素酶、半纖維素酶、脂肪酶、淀粉酶等。大豆中蛋白、脂肪、多糖在這些酶的作用下水解產(chǎn)生多肽、氨基酸、脂肪酸、低聚糖、單糖等。這些產(chǎn)物是揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的前體物質(zhì)，后期經(jīng)過氧化、醇化、酯化、氨基酸降解、Maillard反應(yīng)等，生產(chǎn)大豆發(fā)酵食品的特征風(fēng)味。

對永川豆豉發(fā)酵過程中揮發(fā)性化合物分類，共可歸納為脂類、烯類、酮類、酸類、醇類、醛類、酚類、苯類、呋喃9大類。樣品中酯和烯的數(shù)量增加最為明顯，分別由10 種增加到31 種以及由5 種增加到20 種。酸和醇在制曲階段有增加，酸在后發(fā)酵階段的數(shù)量基本保持不變，而醇在后發(fā)酵階段逐漸降低。由于脂肪酸以及一些其他酸類生成了相應(yīng)酯，因此酯的種類不斷增加。

永川豆豉風(fēng)味物質(zhì)的種類和數(shù)量也具有自身獨特的特點，不同于主要風(fēng)味物質(zhì)是酸類的陳窖豆豉粑[13]和米曲霉豆豉[16]。永川豆豉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中種類最多的是酯類，主要原因在于永川豆豉脂肪酸含量高，同時拌料過程中加入大量白酒，而在發(fā)酵過程中產(chǎn)生種類較多的酯類。酯類化合物是大豆發(fā)酵制品發(fā)酵過程中的重要產(chǎn)物，其含量對豆豉的香氣風(fēng)味有決定性作用[17]。通過本研究得出毛霉型永川豆豉香氣成分中酯類化合物占到31.10%，與曲霉型瀏陽豆豉[12]（33.03%）接近，高于曲霉型陽江豆豉[13]（10.65%），但是酯類化合物種類大大高于曲霉型瀏陽豆豉[12]（10 種）和陽江豆豉[13]（2 種），可見毛霉型豆豉的香氣成分較曲霉型豆豉更為豐富，可能具有更好的香味和風(fēng)味。

對于曲霉型和細菌型豆豉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)國內(nèi)外學(xué)者做了較多研究，豆豉的整體風(fēng)味是由多種化合物共同形成的，其組成較為復(fù)雜。有研究[18]發(fā)現(xiàn)豉香成分主要是一系列的吡嗪類化合物，例如三甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪等。不同菌種發(fā)酵的豆豉其主要風(fēng)味物質(zhì)不同，細菌型豆豉的主要風(fēng)味物質(zhì)有月桂醛、月桂醇、丙烯酸月桂酯、吡嗪、二甲基二硫化合物、2-戊基呋喃等；曲霉型豆豉則含有棕櫚酸、1-辛基-3-酮、油酸乙酯、4-乙基愈創(chuàng)木酚、3-甲硫基丙醛等。蔣立文等[19]采用氣相色譜-質(zhì)譜法分析比較了米曲霉自然發(fā)酵和純種發(fā)酵豆豉中的揮發(fā)性成分，共鑒定出酯類、吡嗪類、醇類、烷烴類、酮類、醛類等11 類51 種化合物，其中共有成分為19 種。另外，對自然發(fā)酵香氣生成貢獻最大的是酸類，含量達62.4%，而純種發(fā)酵中含量最高的是酯類，占58.53%。鄧開野等[13]則從廣州產(chǎn)曲霉型豆豉中提取了27 種香氣成分。Chen Qingchan等[11]采用固相微萃取和同時蒸餾萃取兩種方法對瀏陽豆豉中的揮發(fā)性香氣成分進行提取，經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜分析得到2-甲基-丁醛、1-辛烯-3-醇、苯乙醛、苯乙醇等22 種香氣成分。黃紅霞等[20]采用頂空固相微萃取技術(shù)分離提取了4 種傳統(tǒng)地方豆豉的揮發(fā)性成分，其中α-松油醇、茴香腦、吲哚、丁香酚等9 種物質(zhì)是被檢樣品的共有成分。Leejeerajumnean等[21]對日本的納豆做了相關(guān)研究認為乙偶姻、2-甲基丁酸、二甲基二硫化物、吡嗪、2-戊基呋喃是納豆的主要風(fēng)味成分。

表3 成品豆豉（S16）的香氣成分構(gòu)成Table3 The fl avor compounds of Douchi (sample 16)

續(xù)表3

續(xù)表3

永川毛霉型豆豉的風(fēng)味物質(zhì)如表3所示，共鑒定出95 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中酯類揮發(fā)性物質(zhì)占總揮發(fā)性物質(zhì)的31.1%，烯烴類物質(zhì)占23.94%，酮類物質(zhì)占7.62%，醇類物質(zhì)占6.38%，醛類物質(zhì)占5.54%，酚類物質(zhì)占3.01%。在酯類中亞油酸乙酯、硬脂酸乙酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯是含量最高的4 種酯類揮發(fā)性物質(zhì)，其相應(yīng)脂肪酸也是豆豉游離脂肪酸的主要成分。酯類物質(zhì)主要呈現(xiàn)花果香氣，可以掩蓋苦味肽等不良氣味。酯類物質(zhì)來源于脂肪酸和其他酸類物質(zhì)與乙醇的酯化，這種酯化不僅是一種化學(xué)反應(yīng)，往往也有微生物的參與，主要是酵母菌[22]。

2.2 永川毛霉型豆豉香氣物質(zhì)聚類分析結(jié)果

圖2 永川毛霉型豆豉揮發(fā)性香氣物質(zhì)的聚類分析Fig.2 Clustering analysis chart of Yongchuan Douchi fl avor

從圖2可以看出，豆豉在發(fā)酵過程中可根據(jù)香氣物質(zhì)聚為3 個大類，制曲階段以及后發(fā)酵前期（S1～S13）被聚為一類，發(fā)酵中后期（S14、S15）被聚為一類，成品豆豉（S16）又單獨聚為一類。這說明后發(fā)酵期是豆豉風(fēng)味形成的主要階段，風(fēng)味特征變化明顯。永川豆豉在發(fā)酵過程中，除發(fā)酵中期外其他階段的水分含量菌在50%[23]，有利于微生物的生長，使微生物的代謝產(chǎn)物更為豐富；同時，由于酸性環(huán)境更有利霉菌生長，而在發(fā)酵后期（S16）永川豆豉的總酸提高[23]，更有利于毛霉等微生物的作用，產(chǎn)生了更多的代謝產(chǎn)物，因此成品豆豉的風(fēng)味變化較大。

3 討 論

永川毛霉型豆豉經(jīng)檢測共鑒定出95 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，高于曲霉型的49 種[14]，細菌型豆豉的20 種[18-19]。這與永川毛霉型豆豉后發(fā)酵期長達近300 d有關(guān)，曲霉型豆豉后發(fā)酵在100 d左右，細菌型豆豉后發(fā)酵時間更短，發(fā)酵周期越長產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)越豐富。

在永川豆豉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中，其酯類揮發(fā)性物質(zhì)占總揮發(fā)物質(zhì)的31.1%，烯烴類物質(zhì)占23.94%，酮類物質(zhì)占7.62%，醇類物質(zhì)占6.38%，醛類物質(zhì)占5.54%，酚類物質(zhì)占3.01%。酯類物質(zhì)是永川毛霉型豆豉的含量最高揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，有別于其他類型豆豉以酸類揮發(fā)性物質(zhì)為主[19]，這主要與永川毛霉型豆豉的生產(chǎn)工藝有關(guān)。毛霉型豆豉在進入后發(fā)酵前需要進行拌料，拌料中包含高度白酒，在后發(fā)酵過程中乙醇與發(fā)酵過程中產(chǎn)生的游離脂肪酸和其他有機酸反應(yīng)生成各種酯類。

一般C1～C10的酯類具有水果的風(fēng)味，長鏈酯類具有更多油脂的味道[15]，但長鏈脂肪酸風(fēng)味閾值較高，所以應(yīng)該是短鏈酯類在香氣構(gòu)成中發(fā)揮作用。苯乙酸乙酯具有濃烈的蜂蜜香氣，苯甲酸乙酯具有水果香氣，鄰苯二甲酸二丁酯具有獨特芳香。

烯烴類化合物主要來源脂肪氧化或氨基酸氧化，但其風(fēng)味閾值較高一般對風(fēng)味貢獻不大[24]。豆豉中含量最高的揮發(fā)性物質(zhì)是雪松烯，是一種具有香檀木香和花香的物質(zhì)。

酮類揮發(fā)性化合物一般呈果香味[25]，在永川毛霉型豆豉中鑒定到環(huán)戊酮具有薄荷香氣，苯乙酮具有山楂香氣，而3-辛酮具有水果香氣。

醛類化合物和醇類化合物主要來自脂肪的氧化分解和氨基酸的降解，其中醛類風(fēng)味閾值低，對風(fēng)味貢獻大[26]。在永川毛霉型豆豉中鑒定到的苯甲醛具有令人愉快的杏仁香、堅果香和水果香，苯乙醛有濃郁的玉簪花香氣，5-甲基-2-苯基-2-己烯醛具有可可、榛子、炸土豆片、生花生的香氣。苯乙醇含量較高，其具有一種新鮮面包味和清甜玫瑰花香的香氣。

綜上，永川毛霉型豆豉的主體風(fēng)味以醬香為主，其風(fēng)味物質(zhì)有別于納豆、曲霉型豆豉等以吡嗪、含硫化合物、呋喃等為主體風(fēng)味物質(zhì)。永川毛霉型豆豉風(fēng)味物質(zhì)以乙酸乙酯、苯甲酸乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、環(huán)戊酮、苯乙酮、3-辛酮、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛等含量高閾值低的揮發(fā)性物質(zhì)為主混合生成的獨特醬香。芳香族氨基酸降解所產(chǎn)生苯乙醛、苯乙醇、苯乙酮對豆豉風(fēng)味形成貢獻較大。

4 結(jié) 論

豆豉發(fā)酵過程中揮發(fā)性香氣成分共可歸納為酯類、烯類、酮類、酸類、醇類、醛類、酚類、苯類、呋喃9大類，其中酯類揮發(fā)性物質(zhì)占總揮發(fā)物質(zhì)的31.1%，烯烴類物質(zhì)占23.94%，酮類物質(zhì)占7.62%，醇類物質(zhì)占6.38%，醛類物質(zhì)占5.54%，酚類物質(zhì)占3.01%。永川毛霉型豆豉風(fēng)味物質(zhì)以乙酸乙酯、苯甲酸乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、環(huán)戊酮、苯乙酮、3-辛酮、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛等含量高閾值低的揮發(fā)性物質(zhì)為主混合生成的獨特醬香。芳香族氨基酸降解所產(chǎn)生苯乙醛、苯乙醇、苯乙酮對豆豉風(fēng)味形成貢獻較大。

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Changes in Aroma Components of Yongchuan Douchi during the Fermentation Process

SUO Huayi1,2, ZHAO Xin3, QIAN Yu3, CHEN Juan4, LI Jian4, ZHANG Yu1,2, KAN Jianquan1,* (1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China; 2. Chongqing Engineering Research Center of Regional Food, Chongqing 400715, China; 3. Department of Biological and Chemical Engineering, Chongqing University of Education, Chongqing 400067, China; 4. Institute of Qinghai-Tibetan Plateau, Southwest University for Nationalities, Chengdu 610041, China)

In this study, Yongchuan Douchi samples during different stages of fermentation were collected and the changes in their volatile fl avor compounds were determined by solid-phase microextraction and GC-MS. It was found that its main flavor was sauce-flavor. The final Douchi contained 95 compounds, including 31 esters, 20 hydrocarbons, 8 ketones, 6 carboxylic acids, 5 alcohols, 5 aldehydes, 5 phenols, 3 benzenes and 11 other compounds. Meanwhile, the particular sauce flavor was produced by high contents oflow threshold compounds such as ethyl acetate, ethyl benzoate, di-butyl phthalate (DBP), cyclopentanone, acetylbenzene, 3-octanone, phenethanol, benzaldehyde, and phenylacetaldehyde. Phenylacetaldehyde, phenethanol and acetylbenzene generated from aromatic amino acids had greater contribution to the fl avor.

Yongchuan Douchi; sauce-fl avor; fl avor substance; mechanism

TS214.2

A

1002-6630（2015）20-0095-06

10.7506/spkx1002-6630-201520017

2014-12-17

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目（31201411）

索化夷（1978—），男，副教授，博士，研究方向為食品科學(xué)。E-mail：birget@swu.edu.cn

*通信作者：闞健全（1965—），男，教授，博士，研究方向為食品科學(xué)。E-mail：ganjq1965@163.com