烘瓣子和阴瓣子发酵过程中风味品质的对比分析

蒋四强，邓维琴，范智义，李雄波，王泽亮，李恒，陈功,3*

(1.四川省食品发酵工业研究设计院有限公司，四川成都 611130）（2.成都大学食品与生物工程学院，四川成都610106）(3.四川东坡中国泡菜产业技术研究院，四川眉山 620030）

郫县豆瓣由甜瓣子和辣椒醅混合发酵，经长期日晒夜露制成的传统特色发酵调味品，具有酯香醇厚、味道鲜美等特点，被誉为“川菜之魂[1]”。甜瓣子是由蚕豆曲和盐水混合发酵而成，是郫县豆瓣的主要原料之一，其主要利用制曲阶段积累的酶系与微生物，对蚕豆中的淀粉、蛋白质、脂肪等大分子物质进行分解，产生有机酸、氨基酸、脂肪酸和各种挥发性风味物质，最终形成甜瓣子独特的风味[2]，因此，甜瓣子发酵是郫县豆瓣风味形成的关键阶段。

目前关于甜瓣子的研究比较多，如郭丽平等[3]利用贻贝与米曲霉制曲后混合发酵贻贝豆酱，相比于酶解的贻贝酱，混合发酵的贻贝豆酱挥发性风味物质更丰富，醛类、酯类等特征性风味物质相对含量分别增加了11%、19.4%。在发酵微生物的研究中，于松峰[4]发现细菌是豆瓣酱发酵过程中的主要优势微生物，其中Weissella、Staphylococcus、Leuconostoc、Lactobacillus 和Bacillus等贯穿整个发酵过程，对豆瓣酱的风味贡献较大。与此同时，蒋予箭等[5]等通过优化发酵温度、发酵周期以及盐水浓度等工艺参数，使发酵酱油红色指数升为5.17（平均值），比优化前红色指数（4.52）提高14%，同时原料蛋白质利用率比对照组提高13.7%。张灵[6]采用变温模式发酵豆瓣酱，发现先低温后高温的发酵模式优于传统先高温后低温的发酵模式，并且能缩短发酵时间，该模式下酶活较传统发酵模式更稳定，且有机酸下降幅度较为缓慢，有利于保持产品品质的稳定性。由此可见，影响甜瓣子品质的因素有很多，但很多影响因素在甜瓣子工厂的实际生产中不易得到控制。现如今工厂生产的甜瓣子分为两种，一种为阴瓣子，既在自然条件发酵的甜瓣子，该工艺发酵体系中微生物丰富，但发酵时间较长；另一种为烘瓣子，在控温条件下进行发酵，具有发酵时间短、瓣子上色快等特点。相比于其他因素，控制发酵温度和发酵环境，在工厂的实际生产中容易实现。基于以上情况，本文通过对比烘瓣子和阴瓣子的各项品质指标，分析两种甜瓣子的特色，以期为工厂甜瓣子发酵工艺的改进以及品质提升提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

菌种：曲精3.042，购自济宁玉园生物有限公司；甜瓣子样品分别从郫县豆瓣生产企业采集；试剂：PCA 细菌平板计数培养基、孟加拉红培养基、氢氧化钠（分析纯）和甲醛溶液（分析纯）均采购于成都市科隆化学品有限公司。

1.2 设备

TP-214 型分析天平，美国Denver 公司；KQ-500DE 型超声波清洗仪，昆山市超市仪器有限公司；TGL-20bR 冷冻离心机、TGL-20bR 冷冻离心机，上海安亭科学仪器厂；VORTEX-2 旋涡混合器，美国GENE 公司；pHSJ-4F 型pH 计，梅特勒型-托利多国际贸易(上海)有限公司；RID-20A 型示差折光检测器，日本岛津制作所；GC-MS-QP2010 气相色谱-质谱（GC-MS）联用仪，日本岛津公司；DB-WAX色谱柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm），美国安捷伦公司；固相微萃取装置（50/30 μm DVB/CAR/PDMS 萃取头），梅特勒型-托利多国际贸易(上海)有限公司；SW-CJ-2F 超净工作台，苏州安泰空气技术有限公司；LDZF-75L-H 高压蒸汽灭菌锅，上海申安医疗器械厂；SPX-150B-4 生化培养箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂。

图1 甜瓣子制作工艺流程图Fig.1 Factory broad bean paste-meju production process flowchart

1.3 实验方法

1.3.1 工厂甜瓣子制作工艺

蚕豆用沸水漂烫，沥干水分冷却后与15%的面粉（以蚕豆干重计）和0.03%曲精均匀混合（面粉与曲精提前混合），在30 ℃恒温曲房制曲48 h，得到蚕豆曲；按照蚕豆曲:水:盐=1:1:0.35 的比例均匀混合后装入发酵条池，其中烘瓣子采用热水循环控温40 ℃，通过盐水循环搅拌，加盖保温发酵60 d；阴瓣子前期通过盐水循环搅拌后，采用食品级塑料膜覆盖、盐压榨封口，常温发酵1 年。阴瓣子和烘瓣子分别跟踪3 个发酵池，采用五点法采样，烘瓣子每隔20 d 采样，阴瓣子每隔70 d 采样。

1.3.2 甜瓣子指标测定方法

（1）细菌总数的测定：根据GB 4789.2-2022《食品微生物学检验菌落总数测定》中方法稍作调整，对甜瓣子中细菌总数计数用含有0.003%纳他霉素的平板计数培养基倾注培养。

（2）霉菌总数的测定：根据GB 4789.15-2016《食品微生物学检验霉菌和酵母菌计数》中平板计数法进行计数。

（3）总酸及氨基酸态氮含量的测定：根据GB 5009.235-2016《食品中氨基酸态氮测定》进行测定。

（4）质构测定：参考田甜等[7]报道的方法进行测定，取完整甜瓣子于质构仪载物台中心，用圆柱探头（Φ5×34.80 mm）进行单次挤压试验，压缩百分比为70%，测试速度100 mm/min。将测试过程中探头检测到的最大力定义为硬度（N）。

（5）色差测定：参照肖龙泉等[8]的样品处理和测定方法。

（6）挥发性风味物质的测定：参照李雄波[9]的方法进行甜瓣子样品前处理和测定。

定性分析：将所测的挥发性风味物质的鉴定利用NIST7 谱库检索结果（相似度80%）和人工图谱鉴定共同确定。

定量分析：采用峰面积归一化法，计算各挥发性风味物质的相对百分比含量。

1.3.3 甜瓣子感官评价

参照GB/T20560-2006《地理标志产品郫县豆瓣》的标准进行，并稍作修改。具体为：由12 名经过感官培训的人员组成感官评定小组，其中男生和女生各6 名。对甜瓣子的香气、滋味、质地、色泽以及体态5 个方面进行感官评价。具体标准如下：

表1 甜瓣子的感官评分标准Table 1 Sensory scoring criteria for broad bean paste-meju

1.4 数据处理

采用Excel 2016 进行原始数据处理，结果采用“平均值±标准差”表示。用 Origin 2021 和Galaxy 生信分析平台作图，IBM SPSS Statistics 23对数据进行差异分析，显著性水平P＜0.05，风味数据按照峰面积归一化法进行定量比较分析。

2 结果与分析

2.1 烘瓣子和阴瓣子发酵过程中可培养微生物数量变化

细菌和霉菌是甜瓣子发酵过程中的重要微生物，对甜瓣子发酵过程有显著影响。由图2 可知，烘瓣子和阴瓣子发酵过程中细菌、霉菌数量差异显著（P＜0.05），其中细菌是两种甜瓣子发酵过程中的主要优势微生物，与张小凤等[10]的研究结果一致。烘瓣子发酵前期霉菌数量较高，随着发酵的进行，霉菌数量显著下降，发酵60 d 霉菌数量为2.75 lg CFU/g。主要是因为烘瓣子发酵温度较高，超过了霉菌的最适生长温度，影响了霉菌的正常生长代谢，使霉菌菌落数逐渐下降。阴瓣子属于常温发酵，体系中微生物在发酵前期竞争较大，发酵120 d 后处于动态平衡，但由于发酵中后期体系中积累了较多的酸类物质，影响了霉菌的正常生长代谢，使得霉菌数量下降[11]，发酵结束时阴瓣子霉菌数量仅为2.13 lg CFU/g。而Aspergillus oryzae是甜瓣子中的主要霉菌，其具有高产淀粉酶、蛋白酶等酶系的特性，对原料的分解和风味物质的生成具有重要作用[12]，霉菌数量的差异可能导致原料利用率有较明显的区别，进而影响甜瓣子品质。两种甜瓣子中细菌数量较高，且数量随着发酵的进行有显著增长。烘瓣子中细菌在发酵后期数量较多为5.07 lg CFU/g，高于阴瓣子4.81 lg CFU/g。研究表明B.ginsengihumi、W.confusa、W.viridescens、Anaerovibrio lipolytica以及Lac.plantarum为甜瓣子发酵过程中的优势细菌，伴随甜瓣子发酵的整个过程，且对甜瓣子风味的形成有显著影响[13]。由此可见，烘瓣子和阴瓣子发酵在发酵过程中对霉菌的影响较大，对细菌的影响较小。由于细菌和霉菌与甜瓣子的风味品质有着密切关系，而这种差异可能使两种工艺发酵的甜瓣子品质有显著区别。

图2 烘瓣子和阴瓣子微生物数量Fig.2 The number of dried and raw petals microorganisms

2.2 烘瓣子和阴瓣子发酵过程中总酸和氨基酸态氮含量变化

总酸主要由各种有机酸组成，是甜瓣子重要的品质指标，对甜瓣子多种特殊风味的形成具有关键作用[14]。由图3a 可知，两种发酵工艺甜瓣子总酸含量差异显著（P＜0.05），阴瓣子总酸整体高于烘瓣子。随着发酵时间的延长，烘瓣子和阴瓣子总酸含量上升显著，与细菌数量变化趋势一致。发酵后期，阴瓣子总酸含量为1.81 g/100 g，显著高于60 d烘瓣子1.48 g/100 g。造成此现象的原因可能是因为烘瓣子发酵温度高，使其中一部分酸类物质通过生化反应产生酯类等风味物质[15]，而阴瓣子为自然发酵，在长期的自然发酵过程中积累了更多的有机酸、脂肪酸等酸类物质，使得总酸含量偏高[16]。

图3 烘瓣子和阴瓣子中总酸（a）和氨基酸态氮（b）Fig.3 Total acid (a) and amino acid nitrogen (b) of dried petals and raw petals

氨基酸态氮是甜瓣子中鲜味物质的重要来源，其含量可直接反应原料中蛋白质的利用情况，是评价甜瓣子品质的重要指标。图3b 显示，烘瓣子和阴瓣子中氨基酸态氮含量随发酵时间延长而增加，但烘瓣子氨基酸态氮整体高于阴瓣子。烘瓣子氨基酸态氮含量在60 d 发酵时间内缓慢上升，发酵结束时含量为0.69 g/100 g，可能在60 d 的发酵时间内，烘瓣子中霉菌数量较多，可产生更多的蛋白酶，促进了氨基酸态氮的产生[17]；阴瓣子在发酵260 d 时氨基酸态氮含量较高0.64 g/100 g，但随着发酵时间的延长，氨基酸态氮含量开始下降，发酵结束时含量为0.58 g/100 g，可能与发酵后期蛋白酶活性下降有关，庞惟俏等[18]的研究结果显示蛋白酶活大小与酸度、pH 值存在显著负相关关系，即在发酵前期，甜瓣子中酸度低（或pH 值较高），对蛋白酶活影响较小，但随着发酵的进行，酸类物质逐渐积累，发酵后期过多的酸已超出蛋白酶最适pH 值，使蛋白酶的活力受到抑制，导致氨基酸态氮含量出现下降的情况。

2.3 烘瓣子和阴瓣子发酵过程中质构特性变化

质构特性不仅作为甜瓣子感官品质的重要指标，同时还反应原料中淀粉、蛋白质等物质的分解情况[7]。烘瓣子和阴瓣子质构特性如表2 所示，两种甜瓣子的质构特性存在显著差异（P＜0.05），烘瓣子和阴瓣子组间的质构特性随发酵时间延长也有明显区别。硬度是反应甜瓣子感官品质的重要特性参数，随着发酵时间延长，烘瓣子硬度逐渐下降，阴瓣子的硬度整体上升，发酵结束时硬度分别为14.48 N 和30.69 N，可能是因为高温条件下，加快了烘瓣子的吸水速度，导致瓣子硬度降低，田甜等[19]在豆酱发酵过程中得到的结果相似。两种发酵工艺甜瓣子的弹性、内聚性、胶粘性以及粘附性随发酵时间的延长有明显上升，烘瓣子咀嚼性随时间变化有明显下降，阴瓣子则上升。整体而言，阴瓣子质构特性的各项参数高于烘瓣子，说明烘瓣子高温条件下，瓣子吸水作用加强，加速了蛋白质和淀粉的分解，因此发酵体系中瓣子更软烂。

表2 烘瓣子和阴瓣子甜瓣子质构特性Table 2 Texture characteristics of dried petals and raw petals

表3 烘瓣子和阴瓣子色差Table 3 Color difference analysis of dried petals and raw petals

2.4 烘瓣子和阴瓣子发酵过程中色差变化

色泽作为甜瓣子感官评价的重要指标，对甜瓣子品质影响较大。不同发酵工艺甜瓣子色差如表2所示，随发酵时间的延长，烘瓣子与阴瓣子的色泽（L值），反应颜色变化的a值和b值逐渐下降，两者在发酵后期具有较好的光泽且差异较小（P＜0.05）。通过比较a值和b值发现两种瓣子在发酵后期颜色均偏红黄色，但烘瓣子色泽更加红亮，可能是因为烘瓣子的发酵温度更高，产生美拉德等反应的速率更高，而阴瓣子在低温条件长期发酵，受温度、空气中氧气、酶等因素的作用下，颜色偏深[20]。

2.5 烘瓣子和阴瓣子发酵过程中挥发性风味物质变化

通过GC-MS 对烘瓣子和阴瓣子中主要挥发性风味物质进行测定，结果如图4 和表4 所示。两种甜瓣子共检出57 种物质，包括14 种醇类、5 种酸类、19 种酯类、7 种醛酮类、5 种烷烃、2 种呋喃以及5种其他物质，其中酯类、酸类、醛酮类和醇类物质是烘瓣子和阴瓣子的主要挥发性风味化合物。值得注意的是，两种甜瓣子中风味物质的组成虽然相似，但随着发酵的进行，同种风味化合物在两种甜瓣子中的相对含量存在明显差异。发酵结束时，阴瓣子中仅酸类和醛酮类风味物质相对含量高于烘瓣子，相对含量分别为23.41%和12.17%；相比之下，烘瓣子中如醇类、酯类、呋喃等重要风味化合物相对含量均高于阴瓣子，其中烘瓣子中醇类和酯类风味化合物相对含量比阴瓣子分别高4.24%和11.56%。由此说明，阴瓣子发酵有利于酸类和醛酮类风味物质的生成和保留，而烘瓣子发酵工艺对酯类以及醇类物质的生成存在一定的优势。

表4 烘瓣子和阴瓣子的挥发性风味物质Table 4 Volatile flavor substances of dried and raw petals

图4 烘瓣子和阴瓣子挥发性风味物质组成Fig.4 Composition of volatile flavor substances of dried and raw petals

酯类是甜瓣子中含量和种类较为丰富的组分，赋予甜瓣子独特的酯香，并在一定程度上能抑制部分游离脂肪酸带来的不良气味[21]。两种甜瓣子中酯类化合物随着发酵的进行持续积累，烘瓣子中酯类化合物累计速度快于阴瓣子。发酵结束时，烘瓣子中酯类化合物相对含量为42.64%，是阴瓣子的1.37倍。由图5 可知，2-甲基丁酸乙酯、2-甲基丙酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯和乙酸异戊酯在烘瓣子中含量较高，是最主要差异性酯类化合物。图3 结果显示，烘瓣子中有较高水平总酸含量，而丰富的醇类化合物则增加了酯化反应的底物浓度，使得烘瓣子中酯类化合物含量高于阴瓣子，与李学伟等[22]的研究结果一致。

图5 烘瓣子和阴瓣子的差异性风味物质Fig.5 Differential flavor substances of dried and raw petals

醇类是两种甜瓣子中含量最丰富的风味成分，具有一定的花香和果香，同时也是酯化反应的重要前体物质，在一定程度上影响着甜瓣子酯香风味物质的生成[23]。在烘瓣子发酵过程中，醇类化合物相对含量持续增加，发酵结束时，两种甜瓣子中醇类化合物含量及种类有较大差异。烘瓣子中醇类化合物相对含量为36.83%，是阴瓣子的1.13 倍。如图5所示，2-甲基丁醇、2,3-丁二醇、3-甲基丁醇、4-甲基丁醇、异丁醇、苯乙醇和乙醇是主要差异性醇类化合物，研究证明乙醇和2-甲基丁醇是酯化反应中醇类物质的重要来源之一[23]。阴瓣子在发酵过程中易收到环境因素的影响，资料显示，阳光中的紫外线对部分产醇酵母菌的生长代谢有一定的抑制作用[24]，而阴瓣子采用非加盖自然发酵，经过长期的翻晒，阳光照射可能是导致阴瓣子醇类化合物含量低于烘瓣子的原因之一。

醛酮类化合物中主要以醛类物质为主，其阈值较低，香气浓烈，可通过氧化生成醇类物质，对甜瓣子风味有较大影响[25]。整体看来，两种甜瓣子中醛类物质相对含量在发酵过程中整体呈上升趋势。发酵结束时，阴瓣子中醛类物质含量高于烘瓣子，以3-糠醛、5-甲基糠醛和异戊醛为主，其中糠醛可与苯甲醛相互作用，使甜瓣子的酱香更加浓郁[23]；而异戊醛是主要差异性醛类物质，在阴瓣子中相对含量为7.46%，烘瓣子中未检出。异戊醛呈巧克力和干果味，阈值极低，因此可能对阴瓣子的呈味有较大贡献。

酸类化合物对甜瓣子品质有较大的影响，适宜的酸类物质不仅可协调甜瓣子的整体风味，同时在一定程度上还可以通过酯化反应促进酯香物质的生成。过量的酸类物质可使甜瓣子产生不愉快的刺激性味道，影响产品品质[26]。两种甜瓣子中酸类化合物种类和相对含量随着发酵时间的延长呈下降趋势，发酵结束时，阴瓣子中酸类物质含量明显高于烘瓣子，相对含量为23.41%。其中乙酸和异戊酸是两种甜瓣子中主要差异性酸类化合物，在烘瓣子和阴瓣子中相对含量分别为4.31%、6.71%和11.36%、11.10%。导致差异的原因可能是长期处于自然发酵条件下，阴瓣子积累的大量具有产酸能力微生物，如乳酸菌、酵母菌等[27]，使得阴瓣子中酸类风味物质种类和含量高于烘瓣子；其次也可能是因为烘瓣子在恒温发酵过程中加快了酯化反应的速率，在短时间内消耗了更多的酸类化合物，使得烘瓣子中酯类化合物含量增加。

呋喃、烷烃和其他风味化合物在两种甜瓣子中相对含量较低，但在一定程度上影响着甜瓣子的风味。如吡嗪，具有较强的香气和挥发性，因其阈值较低，是甜瓣子特征风味的来源之一。整体来看，烘瓣子中呋喃、烷烃以及吡嗪等风味化合物相对含量高于阴瓣子，说明烘瓣子发酵有利于甜瓣子特征风味的形成。

综上所述，烘瓣子和阴瓣子中挥发性风味物质的含量和组成有明显的差异，烘瓣子挥发性风味种类更丰富，阴瓣子的风味可能更加协调，但有酸类物质积累过量产生的不良气味的风险，因此认为恒温发酵较自然工艺发酵存在一定的优势。

2.6 烘瓣子和阴瓣子感官评分结果

感官评分可直接反应甜瓣子的品质，不同发酵时间烘瓣子和阴瓣子的香气、滋味、质地、色泽以及体态感官评分如表5 所示。由表可知，不同发酵时间烘瓣子和阴瓣子感官品质差异显著（P＜0.05）。整体而言，烘瓣子的感官评分高于阴瓣子。烘瓣子的香气浓郁，滋味醇厚，较阴瓣子更红亮，体态浓稠度适中，瓣粒完整，但因为瓣子在高温环境下吸水明显，导致瓣子较软。而阴瓣子因长期在自然条件下进行发酵，瓣子表面水分散失较大，阴瓣子较烘瓣子更硬更酥脆。同时因长期暴露于自然环境中，在氧化及酶的作用下，阴瓣子较暗淡，缺乏光泽。

表5 烘瓣子和阴瓣子感官评分（分）Table 5 Sensory scores of dried petals and raw petals

3 结论

通过对比发现，烘瓣子和阴瓣子品质差异显著（P＜0.05）。受发酵工艺的影响，烘瓣子与阴瓣子中微生物数量差异显著，在发酵后期，烘瓣子中霉菌和细菌数量分别为2.75 lg CFU/g、5.07 lg CFU/g，均高于阴瓣子。随着发酵的进行，总酸和氨基酸态氮含量较初期均有显著提升，发酵后期，烘瓣子的氨基酸态氮含量（0.69 g/100 g）高于阴瓣子，总酸仅（1.81 g/100 g），显著低于阴瓣子（P＜0.05），这可能与发酵体系中微生物组成有关。质构特性显示，阴瓣子较硬（30.69 N），而烘瓣子较阴瓣子更软烂（14.48 N）。发酵结束时，两种甜瓣子均具有一定色泽（L值＞20.00），受发酵温度的影响，烘瓣子颜色较阴瓣子更红亮（a值＞5.0）。烘瓣子和阴瓣子共检出57 种挥发性风味化合物，且两种甜瓣子风味化合物组成相似，但随发酵时间的延长，同种挥发性风味化合物相对含量有显著区别，烘瓣子中醇类和酯类化合物含量较高，阴瓣子中酸类和醛酮类化合物含量较高，其中2-甲基丁醇、乙酸异戊酯、乙醇、乙酸和异戊醛等是造成含量和风味差异的主要风味化合物。感官评分显示，烘瓣子感官评分高于阴瓣子，两者的质地和色泽感官评分差异显著（P＜0.05）。整体而言，烘瓣子的特征风味更明显，具有良好的色泽和体态；阴瓣子的风味相较于烘瓣子较协调，瓣子较酥脆。基于风味品质和发酵周期而言，烘瓣子发酵工艺更适于现代生产。