重庆水豆豉自然发酵过程中色泽质构变化规律

梁叶星，张 玲,*，李 雪,*，张欢欢，熊家艳，张雪梅，高飞虎，杨世雄

（1.重庆市农业科学院农产品贮藏加工研究所，重庆 401329；2.重庆西南师范大学出版社有限公司，重庆 400716）

水豆豉是一种重庆及周边地区传统大豆发酵食品，同时也是本地的代表性调味品，是本地老百姓生活中必不可少的佐餐食品和调味料。同时由于其营养全面[1-2]，且具有抗肿瘤[3-4]、降血糖[5]、降血压[6-8]、抗氧化[9-10]等多种生理功能，因此，重庆本地水豆豉的市场潜力巨大。

大豆发酵食品具有细腻的口感和诱人的色泽，因而深受广大消费者的喜爱，消费需求量较大[5]。经过发酵，食品除风味外，其质地和色泽也随之发生了显著的变化，形成了大豆发酵食品独特的品质特征。水豆豉是细菌型豆豉的代表产品，其参与制曲和发酵的主要微生物是枯草芽孢杆菌、乳酸菌等[11-12]。因其独特的生产工艺，多样性菌群结构和特殊的湿态发酵，使其成品具有与其他类型豆豉不同的口感和色泽，并具有特殊的风味。

目前对于我国传统发酵豆制品品质发酵规律的研究较少，且研究主要集中在毛霉豆豉和曲霉豆豉，如索化夷[13]和Wang Lijun[14]等分别对毛霉豆豉和曲霉豆豉发酵过程中的品质变化进行了相关研究。虽然目前也有对水豆豉品质形成规律的相关报道，但没有细菌型豆豉纳豆研究深入，目前纳豆已经实现了纳豆菌纯种发酵，并且对其生理功效[15-17]进行了深层次的研究，实现了商业化生产。水豆豉质构、色泽形成规律的相关研究还鲜见报道。由于重庆水豆豉通常是在自然条件下发酵而成，导致产品存在生产周期长、质量不稳定、生产受季节限制等问题，阻碍了其产品的推广和发展。对自然接种重庆水豆豉发酵过程中质构色泽变化规律的研究，有利于评价其感官品质形成机制。

本研究动态对比分析了重庆本地大豆（重庆大豆）和东北大豆为原料生产的重庆水豆豉在自然发酵过程中各发酵时期色差、质地的变化，以期获得两种常用大豆资源作为水豆豉生产原料对其产品质构色泽品质形成影响的差异。通过相关性分析，发现并总结其变化规律，以期为构建重庆水豆豉感官品质特征参数、制定生产工艺品质标准提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料分别为重庆大豆和吉林东北大豆，经重庆地区传统水豆豉生产工艺自然发酵，得到不同发酵阶段的重庆传统水豆豉。

3,5-二硝基水杨酸、羧甲基纤维素钠、乙酸钠、硫代硫酸钠、冰乙酸、硼酸、盐酸、硫酸钾、甲醛 成都市科龙化工试剂厂。

1.2 仪器与设备

CT-3物性测定仪 美国Brookfield公司；CM-2300D色差仪 柯尼卡美能达（中国）投资有限公司；HH-4数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；GL-12A高速冷冻离心机 上海菲恰尔分析仪器有限公司；UV-6000PC紫外-可见光分光光度计 上海元析仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 重庆传统水豆豉生产工艺及样品采集

重庆传统水豆豉生产工艺：大豆筛选→浸泡→沥干（煮豆水冷藏备用）→常压蒸煮→冷却→自然接种发酵→拌料（食盐质量分数10%、姜粒、辣椒面、白酒）→入坛发酵后熟→成品。

样品采集详见表1，S1～S14分别代表不同发酵时期的重庆水豆豉样品。检测酶活力的样品立即进行检测，其余样品经冷冻干燥后打粉过20 目筛，密封存放于-18 ℃冰箱中。

表1 实验样品的采集Table 1 Sampling scheme

1.3.2 水豆豉发酵过程中质构变化的测定[18]

取水豆豉发酵过程中不同时期完整样品10 粒进行质构变化的测定，分别置于CT-3质构仪上进行检测。选取的质构参数为硬度、弹性、内聚性及咀嚼性。

测定条件的设置如下：测定模式：TPA；目标类型：%形变；压缩目标值：60%；触发点负载：2 g；测试速率：1.00 mm/s；探头类型：TA11/1000；夹具类型：TA-BT-KIT；探头循环次数：2 次；可恢复时间：0 s。

1.3.3 水豆豉发酵过程中色差变化的测定[13]

将混匀的水豆豉粉末放入比色皿中按压平整。对色差仪使用标准色板进行校正。将比色皿放置在色差仪检测口下方，设置用反射模式进行测定。在仪器上读出样品的L值（黑白-亮度）、a值（红色-绿色）、b值（黄色-蓝色）。对每个样品选取5 个不同位置点进行测定取平均值。

1.3.4 水豆豉发酵过程中纤维素酶活力的测定[13]

采用索化夷等[13]的方法略有改动，将水豆豉样品采集后及时置于冰浴上研磨粉碎，混匀后称取2.00 g样品，转入100 mL锥形瓶中并加入18 mL，0.1 mol/L pH 5.5的乙酸-乙酸钠缓冲液，振荡均匀，30 ℃、120 r/min摇床振荡1 h。将溶液转入50 mL离心管，室温、4 000 r/min离心20 min。上清液用缓冲液定容至100 mL，备用。取样品纤维素酶液1 mL于比色管中，50 ℃预热。在样品酶液和空白对照的比色管中加入50 ℃预热的0.63 g/100 mL羧甲基纤维素钠溶液4 mL，反应5 min后取出。在各比色管中加入1 mL 2 mol/L氢氧化钠溶液、2 mL 6.50 g/L 3,5-二硝基水杨酸溶液；同时在空白管中加入1 mL样品酶液。置于沸水浴中加热5 min进行反应显色，显色后冷却至室温。冷却后的显色液用蒸馏水定容至25 mL后，于540 nm波长处用分光光度计测定吸光度，根据下式计算纤维素酶活力：

式中：5为酶与底物作用时间，5 min；Ew为1 mL粗酶液的体积中所含样品的质量/g。

1.4 数据分析

色差、硬度与氨基酸态氮回归分析采用SPSS 19.0处理，回归分析采用线性回归，回归系数置信区间选择95%，双变量相关采用Pearson线性相关，双侧检验，α=0.05为检验水准，P＜0.05，差异有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 水豆豉发酵过程中质构变化

图1 水豆豉发酵过程中硬度的变化Fig. 1 Change in hardness during the fermentation process of Shuidouchi

从图1、2可知，大豆原料硬度很大，测定值超过仪器负载，在浸泡后（S2）硬度下降到10 000 g左右，经过蒸煮（S3）过程后，硬度下降到2 000 g左右，说明浸泡和蒸煮过程是降低大豆硬度的主要因素。进入发酵阶段，豆豉的硬度逐渐下降，一直到后发酵结束阶段逐渐趋于平稳，豆豉硬度下降与其可溶性膳食纤维含量增大有关[19]。因为水豆豉后发酵过程一直保存在煮豆水中进行，所以其硬度和咀嚼性的变化趋势与毛霉豆豉变化趋势有一定差别[13]。水豆豉经过微生物和酶系作用，两种水豆豉硬度由前发酵开始时（S4）的1 782 g和1 932 g分别下降到发酵成熟时（S14）的331 g和228 g。水豆豉咀嚼性变化趋势与其硬度变化趋势基本一致。这与索化夷等[13]研究的永川豆豉质构变化规律基本一致。重庆大豆发酵的水豆豉硬度和咀嚼性略高于东北大豆，重庆大豆发酵水豆豉硬度更接近于传统商品水豆豉的硬度，说明用重庆大豆发酵水豆豉的口感更接近于传统水豆豉。

图2 水豆豉发酵过程中咀嚼性的变化Fig. 2 Change in chewiness during the fermentation process of Shuidouchi

图3 水豆豉发酵过程中弹性的变化Fig. 3 Change in springiness during the fermentation process of Shuidouchi

图4 水豆豉发酵过程中内聚性的变化Fig. 4 Change in cohesiveness during the fermentation process of Shuidouchi

由图3、4可知，浸泡和蒸煮对弹性和内聚性无明显改变，说明浸泡、蒸煮等物理因素对豆豉的弹性和内聚性影响较小，这与毛霉豆豉的弹性和内聚性变化规律基本一致。但弹性在后发酵阶段的后期出现了下降的趋势，这与蛋白酶、纤维素酶等酶系缓慢作用有关[20]。重庆大豆和东北大豆发酵水豆豉的内聚性变化趋势差异不大，但是重庆大豆发酵水豆豉随着发酵时间延长，其弹性下降趋势比东北大豆趋势更加明显。

2.2 水豆豉发酵过程中的色差变化

图5 水豆豉发酵过程中色差的变化Fig. 5 Changes in L, a, b values during the fermentation process of Shuidouchi

L值增大代表样品颜色变白变亮，数值变小则是颜色变黑变暗。由图5可知，水豆豉发酵过程中L值逐渐下降，L值在前发酵阶段下降较快，在后发酵阶段下降速度减缓，说明水豆豉在发酵过程中逐渐向黑色转化，颜色逐渐变暗。b值增大表示颜色向黄色转变，b值减小表示颜色向蓝色转变。在水豆豉发酵过程中b值逐渐增大，说明水豆豉的颜色逐渐变黄，形成水豆豉独特的黄色或者黄褐色，这与配料中姜黄素被逐渐吸收到水豆豉当中有关。a值增高代表其颜色变红，减小则表示颜色变绿，其值在前发酵阶段（S3～S6）基本没有变化，表明此时颜色变化不大，在发酵后期由于加入了辣椒粉，辣椒红素在发酵过程中逐步被吸收到水豆豉当中，使得其a值逐渐变大，红色逐渐加深，形成了水豆豉独特的色泽，研究也发现a值增加与美拉德反应有很强的相关性，且盐浓度越高对美拉德反应的影响作用越大[21-22]。

汪立君等[23]研究发现曲霉豆豉在加工过程中也随着时间的推移颜色逐渐变暗，而用黑豆作为原料制作的纳豆其色差L、a、b值却是随着发酵的进行逐渐上升，说明不同的发酵原料和发酵工艺对豆豉的色泽变化规律有不同的影响。

重庆大豆和东北大豆发酵的水豆豉色差L值和a值变化差异不显著，但是重庆大豆发酵的水豆豉色差b值由原料的15.26上升到成熟时的29.02，上升了90.17%；而东北大豆发酵的水豆豉色差b值由原料的23.67上升到成熟时的27.20，仅上升了14.91%。b值变大说明了水豆豉向黄色转变，水豆豉成熟时的颜色为黄色或黄褐色，说明重庆大豆发酵形成的水豆豉颜色更接近传统水豆豉产品的颜色。

2.3 水豆豉发酵过程中纤维素酶活力变化

图6 水豆豉发酵过程中纤维素酶活力的变化Fig. 6 Change in cellulose activity during the fermentation process of Shuidouchi

大豆约含有5%的纤维素是构成细胞壁的重要成分，纤维素包裹蛋白质、多糖等成分形成了稳定的网络结构[24]。但其在纤维素酶作用下会发生降解，导致大豆的硬度、咀嚼性和弹性下降，进而对大豆质构产生影响。如图6所示，在前发酵阶段（S3～S6），水豆豉中纤维素酶活力随发酵的进行逐渐升高。重庆大豆和东北大豆发酵的水豆豉纤维素酶活力分别由前发酵初期（S4）的0.37 U/g和0.40 U/g上升到前发酵末期（S6）的0.64 U/g和0.67 U/g，总体上与钱家亮[24]报道的细菌豆豉纤维素酶活力含量较低的结论一致。进入后发酵阶段（S7以后），由于食盐、白酒等高渗透作用抑制了酶的活力，导致酶活力大幅度下降，到豆豉成熟时仅分别维持在0.02 U/g和0.04 U/g。发酵过程中东北大豆发酵水豆豉的纤维酶含量略高于重庆大豆，这也是导致东北大豆发酵的水豆豉硬度较低的原因之一。

2.4 水豆豉发酵过程中蛋白酶活力的变化

由图7可知，在水豆豉前发酵阶段（S3～S6）中，酸性蛋白酶活力最初上升较快，而后由于总酸的下降而降低，之后逐渐趋于平稳；而水豆豉发酵的主要蛋白酶为中性蛋白酶和碱性蛋白酶，在前发酵阶段（S4～S6），其活力增加较快，在前发酵的最后1 d达到峰值，进入到后发酵阶段（S7以后），由于经过拌料加入了食盐、白酒、辣椒面，在这种高渗透压的环境下，大量的微生物死亡，蛋白酶的活力快速降低，在发酵的末期始终呈下降的趋势。在毛霉型和曲霉型豆豉研究中也发现，降低产品的盐含量，可以提高其蛋白酶活力。从图7可知，重庆大豆发酵的水豆豉其酶活力高于东北大豆发酵的水豆豉，主要是由于重庆大豆蛋白质、还原糖等含量更高，更利于微生物的发酵作用。

图7 水豆豉发酵过程中蛋白酶活力的变化Fig. 7 Changes in protease activities during the fermentation process of Shuidouchi

2.5 氨基酸态氮含量与色差、质构变化相关性分析

水豆豉发酵过程中颜色逐渐变暗是其成熟的标志之一，与美拉德反应的发生有关。而其口感的变化与其硬度的逐渐减小也有关系。氨基酸态氮作为豆豉发酵过程中一项重要的指标，其含量水平与发酵过程中蛋白质的降解过程息息相关[25]，直接对水豆豉的色差和质构变化产生影响，所以水豆豉色差和质构的变化与氨基酸态氮含量之间应该有一定的相关性。

图8 水豆豉加工过程中氨基酸态氮含量的变化Fig. 8 Change in amino acid nitrogen content at different fermentation stages of Shuidouchi

由图8可知，在发酵开始前（S1、S2），氨基酸态氮含量极低且变化不大。在前发酵阶段（S4～S6）氨基酸态氮含量缓慢上升，到后发酵阶段（S7）开始，氨基酸态氮含量快速上升，在后发酵第3天左右（S8）达到峰值，此时累积的氨基酸态氮含量最高，之后其含量增加缓慢后逐渐趋于平缓，这主要是由于在发酵的前期各种酶活力都较高，代谢产生的有机酸对酶活力影响较小，到后发酵阶段，由于有机酸含量不断累积，pH值下降，最终导致蛋白酶的活力逐渐降低。重庆大豆发酵水豆豉的氨基酸态氮质量分数最终上升为1.46%，东北大豆发酵的水豆豉的氨基酸态氮质量分数最终上升为1.36%，总体上重庆大豆发酵产生的氨基酸态氮含量高于东北大豆发酵产生的氨基酸态氮含量。氨基酸态氮含量在前发酵阶段变化不大，主要在后发酵过程中增长较快。

通过对水豆豉L、a、b值及硬度与氨基酸态氮含量进行Pearson相关性分析。由表2可知，两种大豆发酵的水豆豉氨基酸态氮与其L值、硬度呈负相关（P＜0.05），这与毛霉豆豉发酵过程中L值的结论相一致[13]，说明豆豉在发酵过程中颜色都是在逐渐变暗，主要是由美拉德反应所致。氨基酸态氮变化值与a、b值呈正相关，a、b值的结论与毛霉豆豉结论相反，这说明水豆豉与毛霉豆豉不同，其红绿值和黄蓝值的转化方向相反，这也是水豆豉最后形成了与其他品类豆豉颜色不同的原因之一。

表3 氨基酸态氮与色差、硬度回归方程检验Table 3 Test of regression equations between amino acid nitrogen content and color and hardness

如表3所示，以氨基酸态氮含量为因变量，L、a、b值及硬度为自变量分别进行线性回归分析，回归方程L、a、b值及硬度有统计学意义，且色差L值能分别解释氨基酸态氮变量的74.5%和86.3%，色差a值能分别解释氨基酸态氮变量的72.9%和75.2%，色差b值能分别解释氨基酸态氮变量的71.1%和56.6%，硬度仅能分别解释氨基酸态氮变量的35.0%和37.8%。由相关性分析可知两种大豆发酵生产的水豆豉，其a值和硬度值解释氨基酸态氮变量的值差异不大，但是L值和b值解释氨基酸态氮变量的值有一定差异。

3 讨论与结论

水豆豉的品质特征主要由其色泽、口感、风味等构成，其中色泽和口感是水豆豉产品品质优劣很重要的两方面内容。通过对其发酵过程中质构和色差的分析发现，水豆豉软滑口感主要取决于浸泡、蒸煮作用和后发酵各种酶系作用两方面。浸泡和蒸煮过程使得水豆豉原料的硬度大幅度下降，原本干硬的大豆迅速吸水彭润，松散了组织结构，硬度快速下降，Luo Yangchao等[26]研究表明，延长蒸煮时间相对于延长浸泡时间更能显著降低豆豉的硬度，说明浸泡和蒸煮过程在改善豆豉原料硬度方面蒸煮作用影响更大。Cober[27]、Maestri[28]等在对纳豆的研究中发现，大豆的浸泡吸水率、蒸煮损失等物理特性与纳豆的成分含量之间存在明显的相关性，且对纳豆产品的理化特征和感官品质有影响作用。在后发酵阶段，两种大豆发酵的水豆豉硬度分别从1 273.67 g和1 223.67 g下降到水豆豉成熟时的331.67 g和288.33 g。这一阶段主要是由于前发酵阶段微生物作用产生的酶系在后发酵过程中仍然保持了一定的活力，以及后发酵过程盐水的水分渗透的共同作用，导致大豆的组织结构遭到破坏，硬度下降。后发酵过程中导致硬度下降的主要因素是蛋白酶和纤维素酶等酶系作用，研究发现后发酵的盐浓度和时间对水豆豉硬度的影响显著[29]。水豆豉特征色泽形成主要是由两方面因素影响，一方面大豆发酵过程中逐渐变暗是由于美拉德反应，Zhang Yuhao等[30]研究发现蛋白质水解物中多肽和游离氨基酸与毛霉豆豉的颜色变化具有高度的相关性，水解物中亲水性成分的丢失与其参与美拉德反应有关。在前发酵阶段，酶活力较高，生成氨基酸和还原糖的速度快[31]，美拉德反应在此阶段反应速度较快，故水豆豉的L值主要在该阶段大幅度下降，水豆豉颜色明显变暗。另一方面，在后发酵阶段，由于加入盐、白酒等形成高渗透压环境，酶活力降低，氨基酸和还原糖生成量降低，美拉德反应速度减缓，所以水豆豉变暗的速度减缓，此阶段a值和b值上升较快，主要是辣椒和姜粒的加入，辣椒红素和姜黄素逐渐渗透到水豆豉当中所致，形成了水豆豉独特的黄色或者黄褐色。

水豆豉发酵过程中咀嚼性的变化趋势与其硬度变化趋势基本一致。水豆豉的内聚性和弹性在发酵过程中变化不大，在后发酵阶段弹性出现小幅下降的趋势。在后发酵阶段，纤维素酶的活力较低，但纤维素酶在与蛋白酶等其他酶的共同作用下，破坏了水豆豉的纤维素、蛋白质、多糖等成分共同构成的网络组织结构，使水豆豉硬度进一步下降。通过回归分析发现水豆豉的硬度变化与其氨基酸态氮含量呈负相关，但相关性较低。

豆豉发酵过程中色差值变化明显，L值在前发酵阶段下降较快，后发酵阶段下降速度减缓，说明豆豉在发酵过程中一直在变暗。a值和b值显著增大，说明水豆豉颜色在向黄色和红色转变，形成了水豆豉独特的黄色或黄褐色。通过回归分析发现豆豉色差值变化与其氨基酸态氮含量有相关性，L值呈负相关，a值和b值呈正相关，其中L值与氨基酸态的相关性最高，色差L值能解释氨基酸态氮变量的74.5%和86.3%，结果表明可以用色差L值和a值预测豆豉氨基酸态氮含量，进而评价水豆豉是否发酵成熟。

重庆大豆和东北大豆发酵的水豆豉产品在自然发酵过程中氨基酸态氮含量、质构、色差的变化趋势基本一致，但重庆大豆作为水豆豉生产原料，其发酵的水豆豉产品的氨基酸态氮含量更高，其质构和色差参数更接近于传统商品水豆豉。因此，重庆大豆更适合于作为重庆水豆豉产品生产原料。