基于主成分分析優(yōu)化羊肚菌釀造醬油配方

摘要：該研究以羊肚菌為原料，針對羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比、鹽添加量、發(fā)酵時間做單因素試驗，進(jìn)行感官評價和理化指標(biāo)（總氮、氨基酸態(tài)氮、可溶性無鹽固形物）測定，從而確定各因素的最佳范圍。進(jìn)而采用正交試驗設(shè)計對羊肚菌釀造醬油的配方進(jìn)行優(yōu)化；同時利用主成分分析對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，確定各測定指標(biāo)對羊肚菌釀造醬油品質(zhì)的貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明，羊肚菌釀造醬油的最佳配方為羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比2∶1、鹽添加量10%、發(fā)酵時間17 d；該配方釀造的醬油口感醇厚、香氣濃郁，具有較高的營養(yǎng)價值和較好的保健功能；同時總氮含量和氨基酸態(tài)氮含量特征值均大于1，其累計方差貢獻(xiàn)率為99.526%，可以作為羊肚菌釀造醬油品質(zhì)的主成分進(jìn)行比較分析。該研究為羊肚菌釀造醬油的工業(yè)化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：羊肚菌；釀造醬油；配方優(yōu)化；主成分分析；正交試驗

中圖分類號：TS264.21

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-9973（2024）06-0152-05

Optimization of Formula for Morchella esculenta Brewed Soy Sauce

Based on Principal Component Analysis

DENG Jian

（Shanxi Vocational College of Tourism， Taiyuan 030031， China）

Abstract： In this study， with Morchella esculenta as the raw material， single factor test is conducted on the mass ratio of Morchella esculenta to fresh soybeans， salt addition amount and fermentation time. Sensory evaluation is carried out and physicochemical indexes （total nitrogen， amino acid nitrogen， soluble saltless solid） are measured， so as to determine the optimal range of each factor， and then orthogonal test design is used to optimize the formula for? Morchella esculenta brewed soy sauce. Meanwhile， principal component analysis is used to analyze the test results， in order to determine the contribution rate of each measured index to the quality of Morchella esculenta brewed soy sauce. The results show that the optimal formula for Morchella esculenta brewed soy sauce is the mass ratio of Morchella esculenta to fresh soybeans of 2∶1， salt addition amount of 10% and fermentation time of 17 d. The soy sauce brewed with this formula has mellow taste and strong aroma， with high nutritional value and good health functions. At the same time， the eigenvalues of total nitrogen content and amino acid nitrogen content are both greater than 1， with the cumulative variance contribution rate of 99.526%， which can be used as the principal components for comparative analysis of the quality of Morchella esculenta brewed soy sauce. This study has provided a theoretical basis and technical support for the industrial production of Morchella esculenta brewed soy sauce.

Key words： Morchella esculenta; brewed soy sauce; formula optimization; principal component analysis; orthogonal test

收稿日期：2024-02-06

基金項目：中國智慧工程研究會職業(yè)素養(yǎng)專業(yè)委員會重點課題（ZHGC81720）

作者簡介：鄧?。?975—），男，山西太原人，講師，博士，研究方向：生物資源、食品經(jīng)濟(jì)。

羊肚菌（Morchella esculenta）又稱羊肚蘑，屬腹菌門、盤菌綱、羊肚菌科，具有豐富的營養(yǎng)成分和多種保健功能^[1-2]。羊肚菌口感爽脆、營養(yǎng)豐富，因其獨(dú)特的風(fēng)味和豐富的營養(yǎng)而備受人們喜愛。研究發(fā)現(xiàn)，羊肚菌含有18種氨基酸，其中包含所有人體必需氨基酸，因此一直作為一種人體蛋白補(bǔ)充劑使用^[3-4]。

醬油是我國一種歷史悠久的調(diào)味品，起源于漢代之前。最初，醬油由肉類腌制過程中的副產(chǎn)品演變而來，隨著時間的推移，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了其獨(dú)特的調(diào)味功能。在古代，醬油主要用于肉類和魚類的腌制和烹飪，后來逐漸擴(kuò)展到炒菜、燉湯等多種烹飪方式^[5]。從營養(yǎng)角度來看，醬油是一種高蛋白、低脂肪的食品。它含有豐富的氨基酸、碳水化合物、鈣、鐵等礦物質(zhì)以及維生素B族，這些成分對人體健康有著重要的作用，如促進(jìn)新陳代謝、維持神經(jīng)系統(tǒng)功能等^[6]。同時，醬油中的天然色素和香味成分也使其成為一種營養(yǎng)豐富、美味可口的調(diào)味品。其中，醬油的香氣主要由乙酸、乙醇、2-甲基-1-丁醇、異戊醇等物質(zhì)提供^[7]；滋味主要由乳酸、檸檬酸、葡萄糖、谷氨酸等物質(zhì)提供^[8]。

醬油發(fā)酵過程涉及多種微生物的相互作用，主要通過大豆和小麥等原料，在曲霉、酵母菌和乳酸菌等多種微生物的共同作用下，經(jīng)過酶解、發(fā)酵和老化等步驟，最終形成醬油特有的風(fēng)味和色澤^[9]。近年來，研究者們在醬油發(fā)酵中增加了新的物質(zhì)，以豆芽、牡丹籽粕、發(fā)芽小麥、油茶籽粕^[10-14]等作為原料進(jìn)行醬油的制備，從而增加了醬油的營養(yǎng)成分及食用功效。但未見利用羊肚菌進(jìn)行醬油釀造并優(yōu)化其釀造工藝的報道。

本研究旨在將羊肚菌應(yīng)用于釀造醬油的生產(chǎn)中，開發(fā)出具有獨(dú)特風(fēng)味和營養(yǎng)價值的羊肚菌釀造醬油。同時，通過主成分分析法對配方進(jìn)行優(yōu)化，為工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃豆、食鹽、白砂糖、面粉：購于山西太原好又多超市；米曲霉孢子粉：山西元趣生物科技有限公司；羊肚菌子實體：山西省長治市微生物所。

濃硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、甲醛、氫氧化鈉、酚酞、乙醇、鄰苯二甲酸氫鉀（均為分析純）：上海源源化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GJE-01型電子分析天平、ITW-200型粉碎機(jī)、QTX-200-GE型生化培養(yǎng)箱 浙江永羲儀器設(shè)備制造有限公司；TB-1042型自動凱氏定氮儀、TD-10型自動pH計 美國安捷倫科技公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 羊肚菌醬油釀造過程

利用純水浸泡黃豆并過夜，將羊肚菌子實體用清水洗凈，利用ITW-200型粉碎機(jī)將羊肚菌打碎，與泡發(fā)的黃豆以相同質(zhì)量混合均勻，蒸煮至黃豆、羊肚菌成熟后，將溫度降至室溫，添加米曲霉孢子粉（面粉與米曲霉的質(zhì)量比為10∶1）攪拌均勻，于37 ℃培養(yǎng)48 h。添加鹽與米曲霉攪拌均勻，將46 ℃封閉發(fā)酵的成曲與羊肚菌黃豆發(fā)酵產(chǎn)物混合，加入沸水中于58 ℃保溫24 h后，進(jìn)行第一次過濾；濾液再進(jìn)行第二次保溫（與第一次保溫條件相同）。保溫后煮沸滅菌，降至室溫。

1.3.2 釀造工藝優(yōu)化

1.3.2.1 單因素試驗

分別對羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比、鹽添加量、發(fā)酵時間3個因素進(jìn)行單因素試驗，單因素試驗設(shè)計見表1。以單因素試驗釀造羊肚菌醬油后，進(jìn)行感官評價和理化指標(biāo)（總氮、氨基酸態(tài)氮、可溶性無鹽固形物）測定。

1.3.2.2 感官評價

隨機(jī)挑選20名經(jīng)過食品感官評價訓(xùn)練的研究人員（12男8女），根據(jù)國標(biāo)GB/T 18186—2000《釀造醬油》標(biāo)準(zhǔn)^[15]，制作羊肚菌釀造醬油感官評分表（見表2），對羊肚菌釀造醬油的色澤、香氣和滋味進(jìn)行打分，精確到小數(shù)點后一位，滿分30分，最終評分結(jié)果為5名研究人員評分的加和平均值。

1.3.2.3 羊肚菌釀造醬油理化指標(biāo)的測定

總氮含量的檢測：取2 mL不同的羊肚菌釀造醬油樣品加入試管中，依次加入12 mL濃H₂SO₄、0.5 g CuSO₄和2 g K₂SO₄，于400 ℃消化3 h，然后利用TB-1042型自動凱氏定氮儀進(jìn)行總氮含量的檢測。

氨基酸態(tài)氮含量的檢測：參考國標(biāo)GB/T 18186—2000《釀造醬油》中的方法^[15]。

可溶性無鹽固形物含量的檢測：參考國標(biāo)GB/T 18186—2000《釀造醬油》中的方法^[15]。

1.3.2.4 羊肚菌醬油釀造正交試驗設(shè)計

根據(jù)羊肚菌醬油釀造單因素試驗結(jié)果，以羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比、鹽添加量、發(fā)酵時間進(jìn)行三因素三水平正交試驗，正交試驗設(shè)計見表3。

1.3.3 最佳釀造條件下羊肚菌醬油感官評價和理化指標(biāo)測定

在正交試驗最佳釀造條件下進(jìn)行羊肚菌醬油感官評價和理化指標(biāo)測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用Excel 2012對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計整理，SPSS 12.0進(jìn)行方差分析、Duncan多重比較及主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗條件下羊肚菌釀造醬油感官評分比較

在不同羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比、不同鹽添加量和不同發(fā)酵時間下羊肚菌釀造醬油的感官評分見圖1～圖3。

由圖1可知，在不同羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比下，除羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比為1∶4時感官評分為20.1外，其他評分均高于25。其中，在比例為1∶1、1∶2、2∶1時感官評分較高，分別達(dá)到27.5，26.7，28.4。在羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比為2∶1時感官效果最佳。

由圖2可知，在鹽添加量為9%～15%時，羊肚菌釀造醬油的感官評分均在25以上。其中，在鹽添加量為14%時優(yōu)于其他條件下，感官評分可以達(dá)到28.1，其次是鹽添加量為12%和10%時羊肚菌釀造醬油的感官評分。

由圖3可知，發(fā)酵時間為17 d時，感官評分最高，為28.4，此時醬油色澤鮮亮、味道濃郁，具有豐富的羊肚菌鮮味。發(fā)酵時間為15，16，17 d時感官評分較高，適合進(jìn)行后期研究。

2.2 單因素試驗條件下羊肚菌釀造醬油理化指標(biāo)比較

不同單因素條件下羊肚菌釀造醬油的總氮含量見表4。

由表4可知，在羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比為2∶1時，總氮含量最高，達(dá)到1.957 8 g/dL。除1∶3、3∶1和4∶1配比下總氮含量低于1.5 g/dL外，其他配比下醬油中總氮含量均達(dá)到一級醬油標(biāo)準(zhǔn)^[15]。在鹽添加量為10%時，羊肚菌釀造醬油可以達(dá)到一級醬油標(biāo)準(zhǔn)，總氮含量為1.822 0 g/dL，其次為12%和14%時。從發(fā)酵時間來看，發(fā)酵16 d和17 d時羊肚菌釀造醬油的總氮含量可以達(dá)到一級醬油標(biāo)準(zhǔn)，分別為1.890 7 g/dL和1.667 0 g/dL。

不同單因素條件下羊肚菌釀造醬油的氨基酸態(tài)氮含量見表5。

由表5可知，從羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比來看，1∶1和2∶1條件下羊肚菌釀造醬油可以達(dá)到特級醬油標(biāo)準(zhǔn)^[15]，1∶2條件下羊肚菌釀造醬油可以達(dá)到一級醬油標(biāo)準(zhǔn)。從鹽添加量來看，10%和14%鹽添加量的羊肚菌釀造醬油可以達(dá)到特級醬油標(biāo)準(zhǔn)，12%鹽添加量的羊肚菌釀造醬油可以達(dá)到二級醬油標(biāo)準(zhǔn)。從發(fā)酵時間來看，發(fā)酵15 d的羊肚菌釀造醬油可以達(dá)到特級醬油標(biāo)準(zhǔn)，而發(fā)酵17 d的羊肚菌釀造醬油可以達(dá)到一級醬油標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)酵16 d的羊肚菌釀造醬油可以達(dá)到二級醬油標(biāo)準(zhǔn)。

不同單因素條件下羊肚菌釀造醬油的可溶性無鹽固形物含量見表6。

由表6可知，在羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比為2∶1時，羊肚菌釀造醬油可以達(dá)到一級醬油標(biāo)準(zhǔn)^[15]，3∶1、1∶2和1∶1條件下羊肚菌釀造醬油可以達(dá)到二級醬油標(biāo)準(zhǔn)。在鹽添加量為10%和12%時，羊肚菌釀造醬油均可以達(dá)到特級醬油標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)酵15～18 d時，羊肚菌釀造醬油均可以達(dá)到特級醬油標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 羊肚菌醬油釀造正交試驗

羊肚菌醬油釀造正交試驗設(shè)計見表7，在9種復(fù)合條件下進(jìn)行羊肚菌醬油的釀造，感官評分和理化指標(biāo)結(jié)果見表8。

由表8可知，在3號條件下感官評分最高，達(dá)到28.4，其總氮含量可以達(dá)到一級醬油標(biāo)準(zhǔn)，可溶性無鹽固形物含量可以達(dá)到一級醬油標(biāo)準(zhǔn)，在9種試驗條件下最優(yōu)；其次是1號條件，其感官品質(zhì)較好，但氨基酸態(tài)氮含量只能達(dá)到二級醬油標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮，在羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比為2∶1、鹽添加量為10%和發(fā)酵時間為17 d的條件下羊肚菌醬油釀造效果最優(yōu)。

2.4 羊肚菌醬油釀造條件的主成分分析

以羊肚菌醬油釀造條件的感官評分、總氮含量、氨基酸態(tài)氮含量和可溶性無鹽固形物含量為提取特征，導(dǎo)入SPSS 12.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行主成分分析，檢驗平均值為95.453，檢驗顯著性指標(biāo)P<0.05，表明該研究結(jié)果可用于主成分分析法^[16]。

指標(biāo)特征值方差貢獻(xiàn)率%累計方差貢獻(xiàn)率%總氮含量2.85378.14578.145氨基酸態(tài)氮含量2.14221.38199.526感官評分0.8110.28199.807可溶性無鹽固形物含量0.0040.193100

由表9可知，總氮含量和氨基酸態(tài)氮含量特征值均大于1，其累計方差貢獻(xiàn)率為99.526%，累加感官評分和可溶性無鹽固形物含量貢獻(xiàn)率后，累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)到100%。因此，可以對羊肚菌釀造醬油的總氮含量和氨基酸態(tài)氮含量進(jìn)行綜合評價。

3 結(jié)論

本文添加羊肚菌進(jìn)行醬油釀造，調(diào)整釀造過程中羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比、鹽添加量、發(fā)酵時間等因素，進(jìn)行正交試驗設(shè)計，比較其理化指標(biāo)（總氮含量、氨基酸態(tài)氮含量、可溶性無鹽固形物含量）和感官評分，最終確定羊肚菌釀造醬油的最佳釀造條件。此款醬油風(fēng)味、口感更豐富，具有較高的營養(yǎng)價值和較好的保健功能。

通過單因素分析，發(fā)現(xiàn)在羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比為1∶1、1∶2和2∶1，鹽添加量為10%、12%和14%，發(fā)酵時間為15，16，17 d時感官評分和理化分析效果較好，因此以這3個因素進(jìn)行正交試驗設(shè)計，并對9種釀造工藝下的羊肚菌釀造醬油進(jìn)行理化指標(biāo)測定和感官評分，最終確定在羊肚菌與鮮黃豆的質(zhì)量比為2∶1、鹽添加量為10%和發(fā)酵時間為17 d的條件下羊肚菌醬油釀造效果最優(yōu)。同時，針對總氮含量、氨基酸態(tài)氮含量、可溶性無鹽固形物含量和感官評分4個指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，發(fā)現(xiàn)總氮含量和氨基酸態(tài)氮含量特征值均大于1，其累計方差貢獻(xiàn)率為99.526%，可以作為羊肚菌釀造醬油品質(zhì)的主成分進(jìn)行比較分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉偉，何培新，時曉菲，等.我國羊肚菌栽培歷程及相關(guān)基礎(chǔ)研究進(jìn)展[J].食藥用菌，2022，30（4）：261-270.

[2]尹衛(wèi)，梁健，董全民，等.高原羊肚菌營養(yǎng)成分與栽培土壤養(yǎng)分相關(guān)性探討[J].食用菌學(xué)報，2023，30（3）：39-49.

[3]孫巧弟，張江萍，謝洋洋，等.羊肚菌營養(yǎng)素、功能成分和保健功能研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)，2019，40（5）：323-328.

[4]李文佳，田野，高昊，等.羊肚菌化學(xué)成分及藥理活性研究進(jìn)展[J].菌物研究，2017，15（2）：144-150.

[5]馮云子，周婷，吳偉宇，等.醬油風(fēng)味與功能性成分研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2021，39（4）：14-28.

[6]陳杰，趙瑩，韓舜羽，等.17種市售廣式醬油中風(fēng)味物質(zhì)的檢測分析[J].中國釀造，2021，40（12）：165-170.

[7]張麗.高鹽稀態(tài)醬油發(fā)酵過程中添加酵母的研究[D].貴陽：貴州大學(xué)，2019.

[8]胡文康.米曲霉與黑曲霉混合釀造醬油的代謝組學(xué)研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2020.

[9]郭建，伍學(xué)明，樊君，等.魯氏酵母和球擬酵母不同接種方式對高鹽稀態(tài)釀造醬油品質(zhì)的影響[J].中國調(diào)味品，2019，44（2）：100-104.

[10]凌紅妹.以豆芽為原料制備高鹽稀態(tài)醬油及其營養(yǎng)特性的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2019.

[11]胡伊，于泓鵬，吳克剛，等.牡丹籽粕醬油發(fā)酵工藝優(yōu)化及抗氧化活性研究[J].食品與機(jī)械，2020，36（6）：157-161.

[12]TIAN Y F， CHEN Y X， TONG X， et al. Flavor differences of soybean and defatted soybean fermented soy sauce and its correlation with the enzyme profiles of the kojis[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2023，103（2）：606-615.

[13]SHI H， LI J， ZHANG Y， et al. Effect of wheat germination on nutritional properties and the flavor of soy sauce[J].Food Bioscience，2022，48：101738.

[14]劉曉媛，王雪菲，朱靜，等.基于響應(yīng)面法和模糊數(shù)學(xué)感官評價法優(yōu)化油茶籽粕醬油釀造工藝[J].中國釀造，2023，42（12）：198-205.

[15]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.釀造醬油：GB/T 18186—2000[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[16]劉源，周光宏，王錫昌，等．頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用分析香蔥揮發(fā)性風(fēng)味成分[J].中國調(diào)味品，2007（9）：62-64.第49卷 第6期2024年6月