传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣后发酵过程中风味成分的差异分析

曾艳,白艳,余进,王浩宇,赵怡君,张良

(西华大学 食品与生物工程学院,四川 成都,610039)

郫县豆瓣是四川传统的发酵产品,因其颜色红褐,味辣香醇,瓣粒酥脆,回味香甜等特点享誉中外[1]。郫县豆瓣分为传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣,传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣在生产方式,发酵时长,形态色泽方面存在明显的区别,一般情况下,传统郫县豆瓣经过3个月以上的翻、晒、露以后酿造成熟,其中,特级豆瓣酱发酵时间在2年以上,一级豆瓣发酵时间在9～18个月,二级豆瓣发酵时间为3个月以上[2]。传统郫县豆瓣香味醇厚,形态黏稠,色泽为红褐色,在发酵过程中并未额外添加油脂[3]。而红油郫县豆瓣发酵时间一般在3～6个月,并且在装罐前加入植物油、调味品以及防腐剂等物质,外观红润油亮,水分含量高,形态较为稀薄。

因红油郫县豆瓣发酵周期短,价格便宜,目前,红油郫县豆瓣占据了大部分市场,且在GB/T 20560—2006《地理标志产品 郫县豆瓣》中,对红油郫县豆瓣和传统郫县豆瓣的理化指标进行了规定,但对于2种豆瓣在风味上的差异并未规定,相关报道较少。

李治华等[4]通过电子鼻结合GC-MS研究了传统郫县豆瓣和商品郫县豆瓣挥发性风味成分的差异性,结果发现传统郫县豆瓣和商品郫县豆瓣之间差异成分有35种;张蕾蕾等[3]通过GC-MS检测了产自郫县地区的24种传统豆瓣酱和30种红油豆瓣酱,同时还检测了非郫县地区的33种传统豆瓣酱和18种红油豆瓣酱的挥发性成分,但对其风味差异外的其他指标并没有研究。

本研究通过对2种郫县豆瓣不同后发酵时期氨基酸、有机酸、挥发性风味物质进行检测,并结合电子舌、电子鼻对其滋味和香气成分进行综合分析,为探讨传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣在风味上的差异性提供数据支持,同时,对选择合适的郫县豆瓣酱提供一定的借鉴意义。

1 材料与方法

1.1 样品来源

红辣椒挑选、清洗、破碎后,加入16%～18%(质量分数,下同)的食盐,入池发酵形成辣椒醅;蚕豆仁加水浸泡后,加入米曲霉和小麦粉,再加入12%～13%的食盐,入池发酵形成甜瓣子;辣椒醅和甜瓣子按7∶3(质量比)的比例混合,加入食盐进行后发酵。

取后发酵时间为3、6、9、12个月的豆瓣为传统郫县豆瓣样品(编号分别为CT3M、CT6M、CT9M、CT12M,取自四川省某郫县豆瓣公司)。

后发酵至成熟,加入植物油、防腐剂(如:山梨酸钾)、调味品后进行装罐,取装罐后3、6、9、12个月的豆瓣为红油郫县豆瓣样品(编号分别为HY3M、HY6M、HY9M、HY12M,取自某品牌红油豆瓣)。

样品取样后储存于-80 ℃超低温冰箱。

1.2 试剂与仪器

乙醇(AR)、甲醇(AR)、KH2PO4(AR),成都市科隆化学品有限公司;邻二氯苯(GC,>99.8%),上海麦克林生化科技有限公司;氨基酸混标(>99%),美国sigma公司;有机酸标品(HPLC,>99%),源叶生物科技有限公司。

LC16液相色谱仪、GC-MS2020 NX气质联用仪,日本SHIAMDZU公司;L-8900型氨基酸自动分析仪,日本株式会社日立高新技术科学那珂事务所;PEN3电子鼻,德国Airsense公司;SA402B电子舌,日本Insent公司。

1.3 实验方法

1.3.1 氨基酸含量检测

根据GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》进行检测。

1.3.2 有机酸含量检测

根据孙文佳[5]的研究方法进行测定。

检测条件:色谱柱Kromasil C18(5 μm, 250 mm×4.6 mm);流动相A为KH2PO4,用H3PO4调节pH值为2.8,流动相B为CH3OH;等度洗脱,A∶B=97∶3(体积比);流速0.8 mL/min;检测波长210 nm;进样量10 μL;柱温30 ℃。

1.3.3 挥发性风味成分检测

根据LIU等[6]的方法稍作修改。

取5.00 g样品于顶空瓶中,加入10 μL邻二氯苯-甲醇溶液(100 μg/mL),55 ℃水浴中平衡40 min,随后顶空萃取40 min,进样口解析1 min。

GC条件:色谱柱采用Agilent HP-5石英毛细管柱(30 m×0.32 mm,0.25 μm);进样口温度250 ℃,不分流进样;升温程序:40 ℃保持2 min,以5 ℃/min升至230 ℃,保持4 min。MS条件:电子电离源,温度和能量分别为200 ℃和70 eV,采集方式Scan,质量扫描范围m/z40～330。

挥发性物质的定性定量:检测结果与NIST20 Library谱库进行比对,选择正反向配比度均大于750的组分进行定性,同时以邻二氯苯为内标物对各化合物进行定量分析。

1.3.4 电子鼻检测

根据王雪梅等[7]的实验方法略作修改,称取5.00 g样品于25 ℃下平衡2 min后进行分析,每组测定6次,选取50～53 s的响应值进行分析。

1.3.5 电子舌检测

根据贾洪锋等[8]的实验方法稍加修改,取5.00 g样品于100 mL蒸馏水中超声30 min,静置,过滤备用,每组测定6次,取其平均值为测定值。

1.4 数据处理

采用SPSS 23.0软件,对数据进行统计分析,Origin 2022进行分析作图,电子鼻线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA),WinMuster绘图。

2 结果与分析

2.1 传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣后发酵过程中游离氨酸的变化规律

氨基酸是郫县豆瓣重要的呈味物质,能够赋予产品酸、甜、鲜、咸等多种味道,是评价产品品质的重要指标之一。使用氨基酸自动分析仪对豆瓣酱样品中的游离氨基酸进行测定,并根据氨基酸呈味特征进行分类[9],结果如图1和图2所示。

图1 传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣后发酵过程中各类氨基酸含量变化Fig.1 Changes in the content of amino acids during the ripening-fermentation of traditional and commercial Pixian Doubanjiang

a-氨基酸;b-呈味物质

由图1和图2可知,分别从2类豆瓣酱中检测出相同的17种氨基酸,传统郫县豆瓣总游离氨基酸含量(1 764.91～2 147.96 mg/100 g)显著高于红油郫县豆瓣(1 427.86～1 938.66 mg/100 g)。

郫县豆瓣的风味由多种滋味相互协调组成,其中鲜味较为突出,随着发酵时间的延长,传统郫县豆瓣谷氨酸含量显著高于红油豆瓣,且变化趋势相反(CT:482.24～227.31 mg/100 g,HY:164.79～231.25 mg/100 g);天冬氨酸含量则均先增加,最后逐渐稳定,两者区别不大(CT:139.09～190.15 mg/100 g,HY:122.42～205.23 mg/100 g),这可能是因为甜瓣子在郫县豆瓣后发酵期间继续发酵,微生物代谢产生的原因。有研究表明[10],谷氨酸和天冬氨酸可以提供鲜酸味,是郫县豆瓣鲜味的主要贡献者,郫县豆瓣中含盐量在15%～22%,谷氨酸可以与豆瓣酱中无机盐形成良好的鲜味物质,对郫县豆瓣的滋味有着重要的贡献作用。

传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣鲜味物质含量变化趋势完全相反,而甜味物质和苦味物质含量,传统郫县豆瓣与红油郫县豆瓣也有较大差异,但含量均高于红油郫县豆瓣。有研究表明[11],苦味氨基酸虽然呈现苦味,但能增加产品的厚味;甜味氨基酸可丰富口感,同时协调产品鲜味。

2.2 传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣后发酵过程中有机酸的变化规律

有机酸是发酵产品中重要的风味成分,豆瓣酱丰富滋味的形成与有机酸含量和种类组成有较大的关系。本研究分别检测了传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣7种有机酸,其中主要有机酸含量如图3所示,发酵各阶段平均含量较低的是酒石酸、富马酸和苹果酸(<2.00 mg/g)。

由图3可以得知,郫县豆瓣的主要有机酸为柠檬酸、琥珀酸、乳酸和草酸,此结果与本课题组前期的研究结果[12]基本相同。柠檬酸呈酸涩味,与苹果酸、酒石酸等共同作用,可以使豆瓣酱滋味更加丰富,在发酵过程中,传统郫县豆瓣柠檬酸含量变化趋势和红油郫县豆瓣均呈上升趋势,且含量最高达到了15.57和10.38 mg/g,乳酸、草酸含量则明显高于红油郫县豆瓣(乳酸:2.82～8.45 mg/g,2.30～5.78 mg/g;草酸:2.45～4.82 mg/g,2.20～2.60 mg/g);琥珀酸味感较浓,可增加豆瓣酱的醇厚感,传统郫县豆瓣发酵到6个月时其含量降到最低(3.23 mg/g),随后逐渐增加,而红油郫县豆瓣则缓慢上升后略有下降。

综合来看,各类有机酸含量积累主要集中在发酵前9个月,且发酵到12个月时,传统郫县豆瓣有机酸含量均高于红油郫县豆瓣。郫县豆瓣有机酸主要是由自然接种的各种微生物代谢产生,如:盐单胞菌属、乳酸菌等[13],而在红油郫县豆瓣中,添加的防腐剂可能会对微生物的生长产生抑制作用,故而降低有机酸的含量。

2.3 传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣后发酵过程中挥发性风味物质的变化规律

郫县豆瓣含有多种挥发性成分,如:酯类、醇类、醛类、烃类等,不同的郫县豆瓣在不同发酵阶段,挥发性化合物含量和种类也呈现出不同的变化。

由图4可知,传统郫县豆瓣挥发性物质的种类和含量随着发酵时间的延长逐渐降低,红油郫县豆瓣种类和含量则先下降后上升。红油郫县豆瓣挥发性物质含量和种类数量均高于传统郫县豆瓣,传统郫县豆瓣含量较高的组分为酯类(33.43%～57.35%)、醇类(14.73%～24.71%)和醛类(5.74%～22.80%),红油郫县豆瓣为酯类(27.19%～44.32%)、酸类(24.62%～35.61%)和醇类(6.11%～12.09%)。

图4 传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣后发酵过程中挥发性物质含量及种类数变化Fig.4 Changes in the content and number of volatile substances in the ripening-fermentation of traditional and commerical Pixian Doubanjiang

为进一步分析传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣挥发性成分,将不同发酵时间下相对含量>1%的挥发性物质进行统计分析,结果如表1所示。

表1 传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣后发酵过程中挥发性物质相对含量(>1%)变化Table 1 Changes in the relative content of volatile substances (>1%) during ripening-fermentation of traditional and commercial Pixian Doubanjiang

醇类是构成郫县豆瓣风味的重要成分,主要呈现出令人愉快的香味和甜味[14]。乙醇是2种郫县豆瓣含量最高的醇类,随着发酵时间的延长,含量均逐渐降低,这可能是由于豆瓣中含有鲁氏接合酵母,其产醇能力优于其他酵母[15],前期合成醇类占优势地位,到后期时,乙醇的挥发以及和酸类物质的酯化反应导致乙醇含量下降。

同时,苯乙醇作为郫县豆瓣的特征组分,在传统郫县豆瓣中含量比较稳定,红油郫县豆瓣中则未检测到,这和李治华等[4]在传统郫县豆瓣和商品豆瓣中均检测出苯乙醇的结果有所不同。苯乙醇主要由米曲霉在甜瓣子制曲阶段代谢产生,在豆瓣后发酵阶段会被氧化成其他物质[2],由此推断红油郫县豆瓣苯乙醇被氧化的程度大于传统郫县豆瓣。

酯类作为郫县豆瓣种类最丰富的组分,主要赋予豆瓣酱特殊的酯香,并且能够掩盖游离脂肪酸带来的不愉快的气味[16-17]。传统郫县豆瓣中含量在0.7 mg/g以上,红油郫县豆瓣含量则在1.0 mg/g以上。其中,乙酸乙酯作为郫县豆瓣平均相对含量最高的酯类(CT:6.15%,HY:4.60%),具有类似水果的清香味道,在白酒[18]和酱油[19]均有检测到。此外,红油郫县豆瓣山梨酸甲酯含量明显高于传统郫县豆瓣,这可能是因为红油郫县豆瓣中额外添加了食品添加剂山梨酸钾。

醛类物质也是构成郫县豆瓣香气不可缺少的成分,其香气浓烈尖锐,是郫县豆瓣酱香味的主要来源,性质比较活泼,容易氧化成醇类物质[20]。整体上看,红油郫县豆瓣苯甲醛、苯乙醛和糠醛的含量均高于传统郫县豆瓣,苯甲醛在郫县豆瓣中呈现类似酱油的咸香、酱香,与壬醛、糠醛等共同作用可以使郫县豆瓣的酱香更加丰富,苯乙醛则具有令人愉悦的花香和蜂蜜香。

酸类物质在一定程度上可以协调豆瓣整体的呈味风格,但积累过量会产生令人不愉快的酸性气味[21],其中,红油郫县豆瓣添加山梨酸钾作为防腐剂使得山梨酸相对含量偏高(>15%),且远高于传统郫县豆瓣。但酸类阈值过高,对郫县豆瓣整体风味不会产生太大的影响。

酚类和杂环类化合物在2种郫县豆瓣中含量均较低,酚类通常被认为是发酵豆制品重要的香气成分[22],杂环类化合物阈值低且香气强,2-乙酰基吡咯在红油郫县豆瓣中的含量高于传统郫县豆瓣,呈现出甜香味,且在豆豉中也有相似报道[23]。

2.4 基于电子鼻的不同郫县豆瓣后发酵过程中挥发性风味成分变化

由图5所示,CT3M和CT6M有部分重叠,其余均具有明显独立的区域,这表明郫县传统豆瓣发酵前6个月的样品挥发性物质成分差异不太明显,随着发酵的进行,挥发性物质成分出现显著性的变化。HY6M、HY9M和HY12M有大部分重叠,且与HY3M距离相隔很大,这表明在发酵过程中,6个月以后的样品挥发性物质成分具有很大的相似性,电子鼻不能很好地区分。并且,HY3M和CT6M有重叠部分,表明添加了植物油香料等成分的红油郫县豆瓣在发酵6个月后的香气成分和发酵12个月的传统郫县豆瓣相似,但随着发酵时间的延长,香气特征不会发生明显的变化。

图5 基于电子鼻数据后发酵过程中传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣LDA图Fig.5 LDA of traditional and commercial Pixian Doubanjiang by electronic nose during ripening-fermentation

2.5 基于电子舌的不同郫县豆瓣后发酵过程中风味成分变化

由表2可以看出,咸味响应值最大,鲜味响应值次之,说明在郫县豆瓣中,咸味和鲜味最为突出。在发酵过程中,传统郫县豆瓣的咸味响应值变化趋势和红油郫县豆瓣相反,前者先减少后增加,后者先增加后减少;传统郫县豆瓣鲜味响应值总体上高于红油郫县豆瓣,前者变化范围较大,后者较平稳(CT:1.69～2.33,HY:1.96～2.09),这与本研究谷氨酸的测定结果基本吻合。在前期发酵中谷氨酰胺会和食盐作用,形成谷氨酸钠,可能导致传统郫县豆瓣鲜味响应值增加,随着发酵的进行,水分含量逐渐降低,咸味逐渐增加;而红油郫县豆瓣在发酵过程中额外添加的香料等可能会对滋味有一定的影响。此外,酸味和涩味响应值较低,故酸味和涩味对郫县豆瓣滋味的贡献率不大。传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣在相同发酵时间下,咸味、鲜味、苦味、酸味、涩味回味以及丰富度存在显著性差异,综上所述,传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣在滋味上存在一定的差异性。

表2 传统郫县豆瓣和红油郫县豆瓣后发酵过程中电子舌传感器强度Table 2 Electronic tongue sensor intensity during ripening-fermentation of traditional and commercial Pixian Doubanjiang

3 结论

对比2种郫县豆瓣的风味组成,发现传统郫县豆瓣的鲜味更为突出,谷氨酸含量以及鲜味物质含量明显高于红油郫县豆瓣;同时,2种郫县豆瓣主要有机酸(>2.00 mg/g)均为柠檬酸、琥珀酸、乳酸和草酸,含量积累主要集中在发酵前9个月;传统郫县豆瓣游离氨基酸以及有机酸含量均高于红油郫县豆瓣;2种豆瓣主要的滋味均是鲜味和咸味,但传统郫县豆瓣鲜味响应值高于红油郫县豆瓣,因此,传统郫县豆瓣滋味更加丰富和厚重。

通过全二维气相质谱联用仪及电子鼻对挥发性风味成分的检测,红油郫县豆瓣挥发性物质的种类和含量明显高于传统郫县豆瓣,但相对含量>1%的共有物质有27种,差异性物质仅苯乙醇1种,且红油郫县豆瓣香气成分在发酵期间和传统郫县豆瓣多有交叉重叠部分,2种郫县豆瓣挥发性风味成分在整体上比较相似。本文通过对传统郫县豆瓣及红油郫县豆瓣风味成分差异性的对比研究,可为红油郫县豆瓣风味的改良优化,顾客选择其合适的郫县豆瓣提供一定借鉴意义。