鹽濃度對東北農(nóng)家醬品質(zhì)變化的影響

解雙瑜，毛文穎，李智，劉東傲，孫波*

(1.東北農(nóng)業(yè)大學 食品學院，哈爾濱 150030；2.哈爾濱技師學院 醫(yī)藥工程系，哈爾濱 150526)

東北農(nóng)家醬是我國東北地區(qū)的傳統(tǒng)發(fā)酵食品，是以大豆、食鹽與水為原料經(jīng)過自然發(fā)酵形成的半固態(tài)調(diào)味品[1-2]。由于其原料營養(yǎng)豐富，發(fā)酵方式特殊，發(fā)酵成熟的東北農(nóng)家醬具有豐富的風味物質(zhì)，形成了東北農(nóng)家醬獨特的風味[3-4]。

東北農(nóng)家醬采用自然發(fā)酵的方式，導致原料與環(huán)境中的微生物都會進入醬中參與發(fā)酵過程[5-7]，而在此過程中控制不當會導致其中的雜菌滋生，并生成具有異味的風味物質(zhì)[8-9]。這些異味會影響東北農(nóng)家醬的產(chǎn)品品質(zhì)，降低其可食用性，嚴重時還會導致產(chǎn)品無法食用，使產(chǎn)品失去價值。因此，需要添加大量的食鹽來控制其中微生物的增殖與代謝。在其發(fā)酵過程中食鹽含量過低時，食鹽對雜菌的抑制作用降低[10-11]，會促進這些不良的揮發(fā)性風味物質(zhì)的生成。而過量的食鹽除了能夠抑制雜菌的活動外，還會在一定程度上抑制有益菌的活動，導致發(fā)酵緩慢，延長生產(chǎn)周期，也不符合現(xiàn)代人對低鹽健康食品的追求[12-13]。因此，為保證東北農(nóng)家醬的品質(zhì)，選擇合適的鹽濃度十分重要。

對于東北農(nóng)家醬而言，在保證食品安全的前提下，最重要的品質(zhì)即為產(chǎn)品的風味。目前對于東北農(nóng)家醬風味最常用的分析方法為傳統(tǒng)感官品質(zhì)評價法。傳統(tǒng)感官品質(zhì)評價法的優(yōu)點是能夠直觀地分辨產(chǎn)品的優(yōu)劣進而反映產(chǎn)品品質(zhì)[14-15]。但傳統(tǒng)感官品質(zhì)評價又受個體差異、心理及環(huán)境因素的影響，存在主觀性強、數(shù)據(jù)重復性差的問題[16-17]。而電子鼻能很好地彌補了傳統(tǒng)感官品質(zhì)評價法的這些弊端，電子鼻是一種模擬人體生理嗅覺的智能感官分析設備[18-19]，具有操作簡便、數(shù)據(jù)結果穩(wěn)定的特點，在各種食品的氣味評價中均有廣泛的應用[20-22]。

本文通過研究不同鹽濃度東北農(nóng)家醬發(fā)酵過程中其感官品質(zhì)與理化、微生物指標的變化，并對其進行電子鼻分析，初步分析其中風味物質(zhì)的可能成分；同時利用主成分分析(PCA)等多元統(tǒng)計手段，對比不同樣品之間的差異性。該研究結果可以在保證東北農(nóng)家醬品質(zhì)穩(wěn)定的條件下選擇適宜的鹽濃度，也可以為后續(xù)分析東北農(nóng)家醬中的風味物質(zhì)成分、改善其發(fā)酵品質(zhì)提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 儀器與設備

PEN3型便攜式電子鼻 德國Airsense公司；LG10-2.4A型高速離心機 北京醫(yī)用離心機廠；FA2004型分析天平 上海衡平儀器儀表廠；DH2500A型電熱恒溫培養(yǎng)箱 天津市泰斯特儀器有限公司；超凈工作臺 蘇凈集團安泰公司。

1.2 東北農(nóng)家醬的樣品制備

1.2.1 東北農(nóng)家醬的生產(chǎn)工藝流程

大豆→除雜→浸泡→蒸豆→卡塊→制曲→曲塊入醬缸→加鹽水→發(fā)酵→打耙、曬醬→灌裝封袋→殺菌→成品。

1.2.2 東北農(nóng)家醬的樣品制備

樣品制曲過程參照文獻[14]進行。醬曲成熟后選擇9個150 kg的醬缸，在每個醬缸中加入30 kg醬曲與70 kg水，然后分別按8%、10%、12%的比例加鹽，每個鹽濃度3個醬缸。發(fā)酵期間控制發(fā)酵室內(nèi)恒溫恒濕，醬缸每天充分打耙2次，60 d后發(fā)酵結束。上述樣品制備過程均在黑龍江省北安市紅星農(nóng)場北大荒親民有機食品有限公司東北農(nóng)家醬生產(chǎn)車間完成。

1.2.3 東北農(nóng)家醬發(fā)酵過程中的樣品采集

將曲塊入醬缸加鹽水的日期記為第0天，混合均勻后取樣200 g，以后每隔15 d在同一位置進行取樣，至發(fā)酵60 d共取樣5次。將上述所有樣品儲存于-18 ℃條件下，用于感官品質(zhì)評價、電子鼻分析及理化微生物指標的測定。

1.3 感官品質(zhì)評價

參照文獻[11]的感官品質(zhì)評價法對發(fā)酵過程中的樣品從滋味、氣味、色澤和體態(tài)4個方面進行評價。感官品質(zhì)評價表見表1。

表1 感官品質(zhì)評價表Table 1 Sensory quality evaluation table

1.4 電子鼻檢測

1.4.1 樣品前處理方法

準確稱取5.00 g東北農(nóng)家醬樣品于20 mL電子鼻樣品瓶中，然后置于55 ℃下水浴加熱20 min，25 ℃下平衡 10 min后插入電子鼻探頭，對東北農(nóng)家醬樣品中揮發(fā)性風味物質(zhì)進行采集，并由10個金屬氧化電極對其進行數(shù)據(jù)采集和分析。

1.4.2 電子鼻檢測方法

PEN3型便攜式電子鼻傳感器性能描述見表2。電子鼻分析參數(shù)：采集時間120 s，進樣量1000 μL，頂空加熱溫度70 ℃，頂空加熱時間200 s，延滯采集時間600 s，數(shù)據(jù)采集時間120 s，采集周期1.0 s，載氣為高純空氣，流速150 mL/min，頂空注射體積500 μL，注射速度500 μL/s，注射總體積2.5 mL，平行測定3次。

表2 電子鼻傳感器性能描述Table 2 Performance description of electronic nose sensors

續(xù) 表

1.5 理化、微生物指標的測定

總酸參照GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》[23]，氨基酸態(tài)氮參照GB 5009.235—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸態(tài)氮的測定》[24]，菌落總數(shù)參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定》[25]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計分析采用SIMCA-P+13軟件進行主成分分析(principal components analysis，PCA)；采用SPSS 22軟件進行單因素方差分析、二元邏輯回歸分析；采用Origin 2021軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 感官品質(zhì)評價結果

a.東北農(nóng)家醬滋味評分

b.東北農(nóng)家醬氣味評分

c.東北農(nóng)家醬色澤評分

d.東北農(nóng)家醬體態(tài)評分

e.東北農(nóng)家醬總感官品質(zhì)評分

由圖1可知，當鹽濃度為8%時，東北農(nóng)家醬的滋味與氣味評分在發(fā)酵30 d時達到最高值，隨后逐漸減小，體態(tài)與色澤評分在發(fā)酵30 d時達到最高值，隨后再無顯著變化。至60 d發(fā)酵結束時，其滋味、氣味、體態(tài)與色澤評分分別為22.40，13.20，9.00，17.20。當鹽濃度為10%時，農(nóng)家醬的滋味評分在45 d時達到最高值，隨后再無顯著變化；氣味評分隨著發(fā)酵時間的延長持續(xù)增加，體態(tài)與色澤評分的變化趨勢與鹽濃度8%的樣品相同。至60 d發(fā)酵結束時，其滋味、氣味、體態(tài)與色澤評分分別為35.90，25.90，9.00，17.30。當鹽濃度為12%時，農(nóng)家醬的滋味與氣味評分隨著發(fā)酵時間的延長持續(xù)增加，體態(tài)與色澤評分在發(fā)酵30 d時達到最高值，隨后再無顯著變化；至60 d發(fā)酵結束時，其滋味、氣味、體態(tài)與色澤評分分別為31.90，25.20，8.60，16.50。從總感官品質(zhì)評分可以看出，在發(fā)酵15 d時，鹽濃度為8%的樣品評分最高，隨著鹽濃度的增加，總感官品質(zhì)評分逐漸降低；在發(fā)酵30 d時，鹽濃度為10%的樣品評分最高，8%與12%評分無顯著差異；在發(fā)酵45 d與60 d時，鹽濃度為10%的樣品評分最高，其次為12%，8%的樣品最低。至60 d發(fā)酵結束時，8%、10%、12%鹽濃度樣品的總感官品質(zhì)評分分別為61.80，88.10，82.20。在東北農(nóng)家醬的發(fā)酵初期，鹽濃度越低其風味物質(zhì)轉(zhuǎn)化越快，因此發(fā)酵前15 d時，其感官品質(zhì)與鹽濃度成反比。而隨著發(fā)酵時間的延長，在低鹽濃度的醬中，大量的有害雜菌開始繁殖與代謝，使得醬出現(xiàn)了不良的滋味與氣味，感官品質(zhì)大幅下降。前人的研究結果表明，在醬油的發(fā)酵過程中降低鹽濃度會導致產(chǎn)品中產(chǎn)生明顯的酸味，降低感官品質(zhì)，這與本文的研究結果類似[26]。從總感官品質(zhì)評分來看，在東北農(nóng)家醬發(fā)酵過程中控制鹽濃度為10%比較適宜。

2.2 電子鼻傳感器響應值結果

a.鹽濃度為8%的東北農(nóng)家醬電子鼻數(shù)據(jù)變化雷達圖

b.鹽濃度為10%的東北農(nóng)家醬電子鼻數(shù)據(jù)變化雷達圖

c.鹽濃度為12%的東北農(nóng)家醬電子鼻數(shù)據(jù)變化雷達圖

由圖2可知，隨著發(fā)酵時間的延長，W5S、W6S、W1S、W1W、W2S、W3S傳感器響應值有所增加，而W1C、W3C、W5C傳感器響應值減少，W2W傳感器響應值無明顯變化。其中W1S傳感器響應值增長幅度最大，W2S傳感器響應值增長幅度第二，但遠低于W1S傳感器的增長幅度，W6S傳感器響應值增長幅度第三，其他傳感器響應值增長幅度接近。鹽濃度8%的樣品在發(fā)酵0～15 d期間，電子鼻傳感器響應值變化幅度最大，鹽濃度12%的樣品在發(fā)酵30～45 d期間，電子鼻傳感器響應值變化幅度最大。該結果說明，東北農(nóng)家醬在發(fā)酵過程中，生成了大量的甲基類化合物，還有部分醇類、醛酮類化合物及氫化物的生成，與此同時芳香化合物、氨類物質(zhì)、短鏈烷烴與有機硫化物含量逐漸減少。對無機硫化物敏感的W1W傳感器響應值增加，說明東北農(nóng)家醬在發(fā)酵過程中可能產(chǎn)生帶刺激性氣味的硫化氫，且隨發(fā)酵時間延長，硫化氫生成量增加。

而隨著鹽濃度的增加，W1C、W3C、W5C與W2W傳感器響應值逐漸增加，但整體變化幅度較小。W5S、W6S、W1S、W1W、W2S、W3S傳感器響應值逐漸降低，其中W1S傳感器響應值降低幅度最大，W2S傳感器響應值降低幅度第二，W6S傳感器響應值降低幅度第三，其他傳感器響應值降低幅度接近。這說明鹽濃度的改變主要影響烷烴類、醇類與氫化物類化合物的產(chǎn)生，當鹽濃度增加時，會抑制這幾類化合物的產(chǎn)生。同時鹽濃度為10%與12%的樣品在W1S與W1W傳感器的響應值接近，說明在甲基類化合物與無機硫化物水平上二者接近。

2.3 電子鼻數(shù)據(jù)主成分分析結果

為研究不同鹽濃度樣品在發(fā)酵過程中的氣味變化規(guī)律并加以分析，首先采用主成分分析進行數(shù)據(jù)降維分析，該方法可直觀反映數(shù)據(jù)信息，并進行線性分類[27]。主成分分析結果見圖3，PC1為92.2%，PC2為4.2%，前兩個主成分累計方差貢獻率為96.4%，可以代表電子鼻數(shù)據(jù)的總體信息。該結果表明，在發(fā)酵初期，不同鹽濃度的東北農(nóng)家醬的電子鼻檢測結果相似，說明發(fā)酵第0 天時不存在差異，隨著發(fā)酵進行，不同鹽濃度的東北農(nóng)家醬開始出現(xiàn)顯著差異。其中，在發(fā)酵60 d時，鹽濃度8%的樣品與其他樣品差異最大，該結果與感官品質(zhì)評價結果一致。

a.不同鹽濃度東北農(nóng)家醬主成分分析圖

b.不同發(fā)酵時間東北農(nóng)家醬主成分分析圖

2.4 理化、微生物指標測定結果

由圖4可知，在鹽濃度為8%與10%時，隨著發(fā)酵時間的延長，農(nóng)家醬的總酸與菌落總數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢，氨基酸態(tài)氮在45 d時達到最大值，隨后趨于穩(wěn)定。至60 d發(fā)酵結束時，鹽濃度為8%的樣品的總酸、氨基酸態(tài)氮與菌落總數(shù)分別為2.22 g/100 g、1.19 g/100 g、8.90 lg CFU/g；鹽濃度為10%的樣品的總酸、氨基酸態(tài)氮與菌落總數(shù)分別為1.68 g/100 g、1.06 g/100 g、8.10 lg CFU/g。在鹽濃度為12%時，隨發(fā)酵時間的延長,農(nóng)家醬的總酸、氨基酸態(tài)氮和菌落總數(shù)均呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢。至60 d發(fā)酵結束時，其總酸、氨基酸態(tài)氮和菌落總數(shù)分別為1.29 g/100 g、0.97 g/100 g、7.60 lg CFU/g。而對比前人的研究結果可以發(fā)現(xiàn)，在蠶豆醬[28]與豆瓣醬[29]的發(fā)酵過程中也有相似的變化趨勢，這是由于東北農(nóng)家醬、蠶豆醬與豆瓣醬都是有大量微生物參與生產(chǎn)的產(chǎn)品。氨基酸態(tài)氮和總酸都是東北農(nóng)家醬中微生物的代謝產(chǎn)物，在一定程度上能反映東北農(nóng)家醬中微生物的數(shù)量與活躍程度。鹽濃度越高時，東北農(nóng)家醬的總酸與氨基酸態(tài)氮含量越低，結合菌落總數(shù)可以看出當升高鹽濃度時醬中的微生物活動受到了抑制?？偹崾轻u中所有氫離子的總和，過高的酸會影響醬的口感,因此一般醬中的酸都控制在2.0 g/100 g以下。由圖4中a可知，當鹽濃度為8%時，發(fā)酵60 d后醬中的總酸含量高于2.0 g/100 g，因此該鹽濃度不適宜東北農(nóng)家醬的發(fā)酵。而氨基酸態(tài)氮代表醬中營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化程度，氨基酸態(tài)氮的含量除了受到微生物的影響外，很大程度上還受到原料的影響[30]，因此鹽濃度的改變對氨基酸態(tài)氮的影響較小。

a.東北農(nóng)家醬總酸變化規(guī)律

b.東北農(nóng)家醬氨基酸態(tài)氮變化規(guī)律

c.東北農(nóng)家醬菌落總數(shù)變化規(guī)律

3 結論

本文研究了不同鹽濃度東北農(nóng)家醬發(fā)酵過程中品質(zhì)的變化，并基于電子鼻對東北農(nóng)家醬的風味特征進行了分析。結果表明，鹽濃度主要影響東北農(nóng)家醬發(fā)酵過程中的滋味與氣味，而對體態(tài)與色澤的影響不大。同時電子鼻數(shù)據(jù)分析表明，當在東北農(nóng)家醬發(fā)酵過程中減少其鹽濃度時，會抑制烷烴類、醇類與氫化物類化合物的產(chǎn)生。將上述結果與多元統(tǒng)計分析手段相結合，可對不同鹽濃度的東北農(nóng)家醬之間的差異進行客觀、有效地判別。鹽濃度還會影響東北農(nóng)家醬的理化與微生物指標，鹽濃度越高，其總酸、氨基酸態(tài)氮與菌落總數(shù)的數(shù)值越低。結合感官品質(zhì)評價與理化指標可知，在東北農(nóng)家醬發(fā)酵過程中控制鹽濃度為10%較為適宜。