基于主成分分析优化羊肚菌酿造酱油配方

摘要：该研究以羊肚菌为原料，针对羊肚菌与鲜黄豆的质量比、盐添加量、发酵时间做单因素试验，进行感官评价和理化指标（总氮、氨基酸态氮、可溶性无盐固形物）测定，从而确定各因素的最佳范围。进而采用正交试验设计对羊肚菌酿造酱油的配方进行优化；同时利用主成分分析对试验结果进行分析，确定各测定指标对羊肚菌酿造酱油品质的贡献率。结果表明，羊肚菌酿造酱油的最佳配方为羊肚菌与鲜黄豆的质量比2∶1、盐添加量10%、发酵时间17 d；该配方酿造的酱油口感醇厚、香气浓郁，具有较高的营养价值和较好的保健功能；同时总氮含量和氨基酸态氮含量特征值均大于1，其累计方差贡献率为99.526%，可以作为羊肚菌酿造酱油品质的主成分进行比较分析。该研究为羊肚菌酿造酱油的工业化生产提供了理论依据和技术支持。

关键词：羊肚菌；酿造酱油；配方优化；主成分分析；正交试验

中图分类号：TS264.21

文献标志码：A

文章编号：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

基金项目：中国智慧工程研究会职业素养专业委员会重点课题（ZHGC81720）

作者简介：邓健（1975—），男，山西太原人，讲师，博士，研究方向：生物资源、食品经济。

羊肚菌（Morchella esculenta）又称羊肚蘑，属腹菌门、盘菌纲、羊肚菌科，具有丰富的营养成分和多种保健功能^[1-2]。羊肚菌口感爽脆、营养丰富，因其独特的风味和丰富的营养而备受人们喜爱。研究发现，羊肚菌含有18种氨基酸，其中包含所有人体必需氨基酸，因此一直作为一种人体蛋白补充剂使用^[3-4]。

酱油是我国一种历史悠久的调味品，起源于汉代之前。最初，酱油由肉类腌制过程中的副产品演变而来，随着时间的推移，人们逐渐发现了其独特的调味功能。在古代，酱油主要用于肉类和鱼类的腌制和烹饪，后来逐渐扩展到炒菜、炖汤等多种烹饪方式^[5]。从营养角度来看，酱油是一种高蛋白、低脂肪的食品。它含有丰富的氨基酸、碳水化合物、钙、铁等矿物质以及维生素B族，这些成分对人体健康有着重要的作用，如促进新陈代谢、维持神经系统功能等^[6]。同时，酱油中的天然色素和香味成分也使其成为一种营养丰富、美味可口的调味品。其中，酱油的香气主要由乙酸、乙醇、2-甲基-1-丁醇、异戊醇等物质提供^[7]；滋味主要由乳酸、柠檬酸、葡萄糖、谷氨酸等物质提供^[8]。

酱油发酵过程涉及多种微生物的相互作用，主要通过大豆和小麦等原料，在曲霉、酵母菌和乳酸菌等多种微生物的共同作用下，经过酶解、发酵和老化等步骤，最终形成酱油特有的风味和色泽^[9]。近年来，研究者们在酱油发酵中增加了新的物质，以豆芽、牡丹籽粕、发芽小麦、油茶籽粕^[10-14]等作为原料进行酱油的制备，从而增加了酱油的营养成分及食用功效。但未见利用羊肚菌进行酱油酿造并优化其酿造工艺的报道。

本研究旨在将羊肚菌应用于酿造酱油的生产中，开发出具有独特风味和营养价值的羊肚菌酿造酱油。同时，通过主成分分析法对配方进行优化，为工业化生产提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄豆、食盐、白砂糖、面粉：购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；羊肚菌子实体：山西省长治市微生物所。

浓硫酸、硫酸铜、硫酸钾、甲醛、氢氧化钠、酚酞、乙醇、邻苯二甲酸氢钾（均为分析纯）：上海源源化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

GJE-01型电子分析天平、ITW-200型粉碎机、QTX-200-GE型生化培养箱 浙江永羲仪器设备制造有限公司；TB-1042型自动凯氏定氮仪、TD-10型自动pH计 美国安捷伦科技公司。

1.3 试验方法

1.3.1 羊肚菌酱油酿造过程

利用纯水浸泡黄豆并过夜，将羊肚菌子实体用清水洗净，利用ITW-200型粉碎机将羊肚菌打碎，与泡发的黄豆以相同质量混合均匀，蒸煮至黄豆、羊肚菌成熟后，将温度降至室温，添加米曲霉孢子粉（面粉与米曲霉的质量比为10∶1）搅拌均匀，于37 ℃培养48 h。添加盐与米曲霉搅拌均匀，将46 ℃封闭发酵的成曲与羊肚菌黄豆发酵产物混合，加入沸水中于58 ℃保温24 h后，进行第一次过滤；滤液再进行第二次保温（与第一次保温条件相同）。保温后煮沸灭菌，降至室温。

1.3.2 酿造工艺优化

1.3.2.1 单因素试验

分别对羊肚菌与鲜黄豆的质量比、盐添加量、发酵时间3个因素进行单因素试验，单因素试验设计见表1。以单因素试验酿造羊肚菌酱油后，进行感官评价和理化指标（总氮、氨基酸态氮、可溶性无盐固形物）测定。

1.3.2.2 感官评价

随机挑选20名经过食品感官评价训练的研究人员（12男8女），根据国标GB/T 18186—2000《酿造酱油》标准^[15]，制作羊肚菌酿造酱油感官评分表（见表2），对羊肚菌酿造酱油的色泽、香气和滋味进行打分，精确到小数点后一位，满分30分，最终评分结果为5名研究人员评分的加和平均值。

1.3.2.3 羊肚菌酿造酱油理化指标的测定

总氮含量的检测：取2 mL不同的羊肚菌酿造酱油样品加入试管中，依次加入12 mL浓H₂SO₄、0.5 g CuSO₄和2 g K₂SO₄，于400 ℃消化3 h，然后利用TB-1042型自动凯氏定氮仪进行总氮含量的检测。

氨基酸态氮含量的检测：参考国标GB/T 18186—2000《酿造酱油》中的方法^[15]。

可溶性无盐固形物含量的检测：参考国标GB/T 18186—2000《酿造酱油》中的方法^[15]。

1.3.2.4 羊肚菌酱油酿造正交试验设计

根据羊肚菌酱油酿造单因素试验结果，以羊肚菌与鲜黄豆的质量比、盐添加量、发酵时间进行三因素三水平正交试验，正交试验设计见表3。

1.3.3 最佳酿造条件下羊肚菌酱油感官评价和理化指标测定

在正交试验最佳酿造条件下进行羊肚菌酱油感官评价和理化指标测定。

1.4 数据统计分析

利用Excel 2012对试验数据进行统计整理，SPSS 12.0进行方差分析、Duncan多重比较及主成分分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验条件下羊肚菌酿造酱油感官评分比较

在不同羊肚菌与鲜黄豆的质量比、不同盐添加量和不同发酵时间下羊肚菌酿造酱油的感官评分见图1～图3。

由图1可知，在不同羊肚菌与鲜黄豆的质量比下，除羊肚菌与鲜黄豆的质量比为1∶4时感官评分为20.1外，其他评分均高于25。其中，在比例为1∶1、1∶2、2∶1时感官评分较高，分别达到27.5，26.7，28.4。在羊肚菌与鲜黄豆的质量比为2∶1时感官效果最佳。

由图2可知，在盐添加量为9%～15%时，羊肚菌酿造酱油的感官评分均在25以上。其中，在盐添加量为14%时优于其他条件下，感官评分可以达到28.1，其次是盐添加量为12%和10%时羊肚菌酿造酱油的感官评分。

由图3可知，发酵时间为17 d时，感官评分最高，为28.4，此时酱油色泽鲜亮、味道浓郁，具有丰富的羊肚菌鲜味。发酵时间为15，16，17 d时感官评分较高，适合进行后期研究。

2.2 单因素试验条件下羊肚菌酿造酱油理化指标比较

不同单因素条件下羊肚菌酿造酱油的总氮含量见表4。

由表4可知，在羊肚菌与鲜黄豆的质量比为2∶1时，总氮含量最高，达到1.957 8 g/dL。除1∶3、3∶1和4∶1配比下总氮含量低于1.5 g/dL外，其他配比下酱油中总氮含量均达到一级酱油标准^[15]。在盐添加量为10%时，羊肚菌酿造酱油可以达到一级酱油标准，总氮含量为1.822 0 g/dL，其次为12%和14%时。从发酵时间来看，发酵16 d和17 d时羊肚菌酿造酱油的总氮含量可以达到一级酱油标准，分别为1.890 7 g/dL和1.667 0 g/dL。

不同单因素条件下羊肚菌酿造酱油的氨基酸态氮含量见表5。

由表5可知，从羊肚菌与鲜黄豆的质量比来看，1∶1和2∶1条件下羊肚菌酿造酱油可以达到特级酱油标准^[15]，1∶2条件下羊肚菌酿造酱油可以达到一级酱油标准。从盐添加量来看，10%和14%盐添加量的羊肚菌酿造酱油可以达到特级酱油标准，12%盐添加量的羊肚菌酿造酱油可以达到二级酱油标准。从发酵时间来看，发酵15 d的羊肚菌酿造酱油可以达到特级酱油标准，而发酵17 d的羊肚菌酿造酱油可以达到一级酱油标准，发酵16 d的羊肚菌酿造酱油可以达到二级酱油标准。

不同单因素条件下羊肚菌酿造酱油的可溶性无盐固形物含量见表6。

由表6可知，在羊肚菌与鲜黄豆的质量比为2∶1时，羊肚菌酿造酱油可以达到一级酱油标准^[15]，3∶1、1∶2和1∶1条件下羊肚菌酿造酱油可以达到二级酱油标准。在盐添加量为10%和12%时，羊肚菌酿造酱油均可以达到特级酱油标准。在发酵15～18 d时，羊肚菌酿造酱油均可以达到特级酱油标准。

2.3 羊肚菌酱油酿造正交试验

羊肚菌酱油酿造正交试验设计见表7，在9种复合条件下进行羊肚菌酱油的酿造，感官评分和理化指标结果见表8。

由表8可知，在3号条件下感官评分最高，达到28.4，其总氮含量可以达到一级酱油标准，可溶性无盐固形物含量可以达到一级酱油标准，在9种试验条件下最优；其次是1号条件，其感官品质较好，但氨基酸态氮含量只能达到二级酱油标准。综合考虑，在羊肚菌与鲜黄豆的质量比为2∶1、盐添加量为10%和发酵时间为17 d的条件下羊肚菌酱油酿造效果最优。

2.4 羊肚菌酱油酿造条件的主成分分析

以羊肚菌酱油酿造条件的感官评分、总氮含量、氨基酸态氮含量和可溶性无盐固形物含量为提取特征，导入SPSS 12.0统计软件进行主成分分析，检验平均值为95.453，检验显著性指标P<0.05，表明该研究结果可用于主成分分析法^[16]。

指标特征值方差贡献率%累计方差贡献率%总氮含量2.85378.14578.145氨基酸态氮含量2.14221.38199.526感官评分0.8110.28199.807可溶性无盐固形物含量0.0040.193100

由表9可知，总氮含量和氨基酸态氮含量特征值均大于1，其累计方差贡献率为99.526%，累加感官评分和可溶性无盐固形物含量贡献率后，累计方差贡献率达到100%。因此，可以对羊肚菌酿造酱油的总氮含量和氨基酸态氮含量进行综合评价。

3 结论

本文添加羊肚菌进行酱油酿造，调整酿造过程中羊肚菌与鲜黄豆的质量比、盐添加量、发酵时间等因素，进行正交试验设计，比较其理化指标（总氮含量、氨基酸态氮含量、可溶性无盐固形物含量）和感官评分，最终确定羊肚菌酿造酱油的最佳酿造条件。此款酱油风味、口感更丰富，具有较高的营养价值和较好的保健功能。

通过单因素分析，发现在羊肚菌与鲜黄豆的质量比为1∶1、1∶2和2∶1，盐添加量为10%、12%和14%，发酵时间为15，16，17 d时感官评分和理化分析效果较好，因此以这3个因素进行正交试验设计，并对9种酿造工艺下的羊肚菌酿造酱油进行理化指标测定和感官评分，最终确定在羊肚菌与鲜黄豆的质量比为2∶1、盐添加量为10%和发酵时间为17 d的条件下羊肚菌酱油酿造效果最优。同时，针对总氮含量、氨基酸态氮含量、可溶性无盐固形物含量和感官评分4个指标进行主成分分析，发现总氮含量和氨基酸态氮含量特征值均大于1，其累计方差贡献率为99.526%，可以作为羊肚菌酿造酱油品质的主成分进行比较分析。

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