不同品種蠶豆發酵郫縣豆瓣甜瓣子適宜性評價

李雄波，范智義，楊 梅，鄧維琴，項 超，李 恒,3,*

（1.四川省食品發酵工業研究設計院有限公司，四川 成都 611130；2.四川省農業科學院作物研究所，四川 成都 610066；3.四川東坡中國泡菜產業技術研究院，四川 眉山 620030）

郫縣豆瓣是四川特色發酵調味品，以其獨特的營養價值和風味特點深受消費者的喜愛，享有“川菜之魂”的美譽[1-2]。甜瓣子是生產郫縣豆瓣重要的半成品，其以蠶豆為主要原料，經米曲霉發酵2～6個月制得[3-4]，不僅具有較高的營養價值，而且具有預防心血管疾病等潛在功效[5]。近年來，關于甜瓣子的研究主要集中在發酵過程中代謝產物變化、香氣活性成分解析以及微生物群落演替等方面[6-9]。

蠶豆作為富含蛋白質和膳食纖維、低血糖指數、低脂肪（2%～5%）、高碳水化合物的豆類食物，是重要的廉價蛋白質來源[10]。眾多研究結果表明，不同品種蠶豆理化及營養特性均存在顯著差異[11]，而原料化學成分、加工特性等方面的差異會對其加工品的品質產生重要影響[12-13]。目前，關于原料品種對郫縣豆瓣品質影響的研究主要集中在所用辣椒品種方面。王雪梅等[14]研究發現不同品種辣椒會導致郫縣豆瓣色價、辣度、風味等品質指標產生顯著差異，由此認為可根據不同辣椒原料品質特性開發不同適應性的豆瓣產品。彭粲等[15]也發現辣椒品種對豆瓣醬的品質有顯著影響，但是發酵能減少原料品種引起的品質差異。Yang等[16]研究了辣椒品種對豆瓣醬抗氧化活性的影響，結果表明，不同品種辣椒可導致豆瓣醬中總酚、總黃酮等抗氧化活性物質含量產生差異。然而，目前針對郫縣豆瓣主要原料蠶豆的相關研究報道較少，缺乏在實際生產郫縣豆瓣過程中對適合蠶豆品種進行選擇的理論指導。

本研究通過對不同品種蠶豆原料及其發酵甜瓣子的品質特性進行分析，采用因子分析法建立甜瓣子品質綜合評價模型。在此基礎上，采用聚類分析法對不同品種甜瓣子的品質進行分類，并通過相關性分析構建蠶豆原料指標與甜瓣子品質指標之間的關系，以確定不同品種蠶豆加工甜瓣子的適宜性，為郫縣豆瓣綜合品質評價及加工專用蠶豆品種的篩選提供一定的理論指導和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

曲精（滬釀3.042） 濟寧玉園生物科技有限公司；11個品種蠶豆樣品：分別從四川省農業科學院作物所、郫縣豆瓣加工企業和溫江區某菜市場獲得，具體樣品信息如表1所示。

表1 不同品種蠶豆樣品信息Table 1 Information about broad bean samples from different cultivars

體積分數37%甲醛溶液、酒石酸鉀鈉、3,5-二硝基水楊酸、亞硫酸鈉、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、無水乙醚、石油醚、鐵氰化鉀、乙酸鋅、冰乙酸、無水碳酸鈉、檸檬酸、硫代硫酸鈉（均為分析純） 成都市科隆化學品有限公司；其余試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

TMS-Pilot型食品物性分析儀 美國FTC公司；Multiskan FC型微孔板分光光度計 賽默飛世爾科技（中國）有限公司；DZKW-4型恒溫水浴鍋 北京中興偉業儀器有限公司；ESJ200-4A型分析天平 沈陽龍騰電子有限公司；TGL-20bR型冷凍離心機 上海安亭科學儀器廠；PHSJ-4F型pH計 梅特勒-托利多國際貿易（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 甜瓣子的制備

甜瓣子制備工藝流程如圖1所示，將蠶豆瓣經沸水漂燙3 min后，快速冷卻至室溫，加入15%（以干蠶豆質量計，后同）的面粉和0.03%的曲精拌勻，然后平鋪于簸箕內，置于30 ℃培養箱中制曲48 h，得到豆瓣曲。最后，按m（豆瓣曲）∶m（水）∶m（食鹽）＝1∶1∶0.35混合，裝入密封玻璃罐中于30 ℃發酵30 d，每7 d用無菌勺攪拌養護。

圖1 甜瓣子制作工藝流程Fig. 1 Process flow chart for the production of Pixian broad bean paste-meju

1.3.2 理化及感官指標的測定

1.3.2.1 蠶豆籽粒百粒質量測定

隨機選取100 粒完整蠶豆瓣，用天平測定其總質量。

1.3.2.2 蠶豆籽粒縱徑、橫徑、厚度測定

隨機選取20 粒完整蠶豆籽粒，用游標卡尺直接測量其縱徑、橫徑和厚度（3個方向上的最大長度）。

1.3.2.3 水分質量分數測定

根據GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中直接干燥法測定蠶豆水分質量分數。

1.3.2.4 蛋白質量分數測定

根據GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》中凱氏定氮法測定蛋白質量分數。

1.3.2.5 脂肪質量分數測定

根據GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中索氏提取法測定脂肪質量分數。

1.3.2.6 淀粉質量分數測定

根據GB 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》中酶水解法測定淀粉質量分數。

1.3.2.7 氨基酸態氮質量分數測定

根據GB 5009.235—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸態氮的測定》中酸度計法測定氨基酸態氮質量分數。

1.3.2.8 總酸質量分數測定

根據GB 12456—2021《食品安全國家標準 食品中總酸的測定》中pH計點位滴定法測定總酸質量分數。

1.3.2.9 還原糖質量分數測定

根據周雯君[17]所報道的3,5-二硝基水楊酸法測定還原糖質量分數。

1.3.2.10 質構特性測定

參考田甜等[18]報道的方法進行質構特性測定，取完整甜瓣子于質構儀載物臺中心，用圓柱探頭（直徑5 mm、高度34.80 mm）進行單次擠壓實驗，壓縮百分比為70%，測試速率為100 mm/min。將測試過程中探頭檢測到的最大力定義為硬度/N。

1.3.2.11 感官評價

參照GB/T 20560—2006《地理標志產品 郫縣豆瓣》[19]和唐筱揚等[20]報道的方法，由12 名（男女各6 名）經過感官評定訓練的人員組成評價小組，在香氣（0～30 分）、滋味（0～30 分）、色澤（0～15 分）、形態（0～15 分）、質地（0～10 分）5個方面對甜瓣子感官品質進行評定。感官評價標準見表2。

表2 甜瓣子的感官評價標準Table 2 Sensory standards for Pixian broad bean paste-meju

1.4 數據處理與分析

描述性統計值以平均值±標準偏差表示（n＝3）；使用SPSS 23.0軟件對數據進行標準化和中心化后，再進行系統聚類分析、相關性分析、因子分析和單因素方差分析中的Duncan’s檢驗進行差異顯著性分析（P＜0.05）；采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 蠶豆原料理化特性分析結果

2.1.1 蠶豆原料物理指標分析結果

百粒質量、橫徑、縱徑和厚度等物理指標不僅反映了蠶豆籽粒的外觀特征，同時決定了甜瓣子的產品形態。11種蠶豆籽粒的外觀特征如圖2和表3所示。由表3可知，不同蠶豆籽粒各物理指標總體存在顯著性差異（P＜0.05），且相對標準偏差均大于15%，表明品種間外觀差異較大。TCX蠶豆具有最大的縱徑（2.35 cm）、橫徑（1.64 cm）和百粒質量（78.47 g），其籽粒最大；其次是CDDB蠶豆籽粒；而YD蠶豆籽粒最小。11種蠶豆籽粒的厚度范圍為0.27～0.42 cm，其中YD（0.38 cm）和SCZG（0.42 cm）蠶豆籽粒厚度顯著高于其他品種。由此可知，TCX蠶豆籽粒最大，YD和SCZG蠶豆籽粒小且厚，其他蠶豆籽粒大小、厚度均勻適中。

圖2 不同品種蠶豆籽粒外觀特征Fig. 2 Appearance of different broad bean cultivars

表3 不同品種蠶豆物理指標Table 3 Physical indexes of broad bean from different cultivars

2.1.2 蠶豆原料營養成分分析結果

蠶豆的營養成分是決定其甜瓣子加工適宜性的重要依據，由表4可知，不同品種蠶豆原料的各項營養指標總體存在顯著差異（P＜0.05）。11種蠶豆的蛋白質量分數范圍為27.35%～36.22%，與Labba等[21]對瑞典栽培的15種蠶豆所測蛋白質量分數（26%～33%）結果接近。但是，本研究中YD和SCZG蠶豆的蛋白質量分數（27.35%、27.94%）顯著低于其他蠶豆樣品。不同品種蠶豆原料淀粉質量分數范圍為47.49%～58.78%，其中除YD蠶豆的淀粉質量分數（58.78%）較高外，其余品種淀粉質量分數與Alghamdi[22]研究結果（42%～47%）接近。脂肪在所有品種蠶豆中含量均較低，質量分數范圍為1.22%～2.10%，與Xu等[10]的研究報道結果相似。研究表明，蠶豆原料的營養物質質量分數差異與其遺傳特性、生長環境和栽培條件有關[23]。

表4 不同品種蠶豆營養指標Table 4 Nutritional indexes of broad bean from different cultivars

2.1.3 蠶豆原料理化指標相關性分析結果

由圖3可知，蠶豆籽粒縱徑、橫徑與百粒質量三者之間呈極顯著正相關（r＞0.90）；而厚度與縱徑、橫徑呈顯著負相關（r＜-0.60），說明大籽粒蠶豆更加扁平，而小籽粒蠶豆則更飽滿圓潤。蛋白質量分數與籽粒縱徑呈顯著正相關（r＝0.70），與橫徑呈極顯著正相關（r＝0.75），與厚度呈極顯著負相關（r＝-0.94）；而淀粉質量分數與縱徑、橫徑均呈顯著負相關（r＜-0.60）。由此可知，蠶豆籽粒越大，蠶豆蛋白質量分數越高，而淀粉質量分數越低。呂高釗[24]也發現小粒基因型蠶豆籽粒淀粉質量分數高于大粒基因型，而蛋白質量分數反之。

圖3 不同品種蠶豆品質指標之間的相關性分析Fig. 3 Correlation analysis between quality indexes of different broad bean cultivars

2.2 甜瓣子品質特性分析結果

2.2.1 甜瓣子基礎理化指標分析結果

對11種蠶豆發酵甜瓣子的理化指標進行統計分析，結果如表5所示，pH值、蛋白質量分數和水分質量分數的相對標準偏差均小于10%，品種間差異較小；而總酸、氨基酸態氮、還原糖、脂肪和淀粉質量分數的相對標準偏差均大于10%，表現出較大的品種間變異性。不同品種甜瓣子中總酸質量分數范圍為0.65%～1.21%，氨基酸態氮質量分數范圍為0.42%～0.64%，還原糖質量分數范圍為6.26%～8.61%，其中YD和SCZG甜瓣子的總酸、氨基酸態氮和還原糖質量分數均顯著低于其他甜瓣子樣品，此外，TCX甜瓣子的還原糖質量分數也相對較低。甜瓣子中脂肪質量分數范圍為0.28%～0.59%，質量分數均較低，這與蠶豆原料本身脂肪質量分數較低有關。不同品種甜瓣子中淀粉質量分數范圍為7.50%～16.14%，其中YD和SCZG甜瓣子的淀粉質量分數（16.14%、15.62%）顯著高于其他樣品。值得注意的是，CH系列甜瓣子的各項理化指標間無較大差異，表現出較為相似的品質特征。

表5 不同品種蠶豆加工甜瓣子基礎理化指標Table 5 Physicochemical indexes of Pixian broad bean paste-meju from different cultivars

2.2.2 甜瓣子質構特性分析結果

質構特性不僅與甜瓣子的感官品質密切相關，同時也反映了發酵過程中淀粉、蛋白質等大分子物質水解程度[18]。對不同品種蠶豆發酵甜瓣子進行質構測定，結果如圖4所示，YD甜瓣子硬度最大（158.07 N），其次是SCZG甜瓣子（103.13 N），這是由于兩種蠶豆原料籽粒較厚；此外，淀粉水解程度有限，淀粉含量較高，導致其硬度較大。然而，其余品種蠶豆發酵甜瓣子之間硬度差異較小，硬度在21.99～41.33 N之間，顯著低于YD、SCZG甜瓣子硬度（P＜0.05）。雖然郫縣豆瓣甜瓣子要求瓣形完整、瓣粒香脆，但是硬度過高可能導致產品口感較差。

圖4 不同品種蠶豆發酵甜瓣子的質構特性Fig. 4 Textural properties of Pixian broad bean paste-meju from different cultivars

2.2.3 甜瓣子感官特性分析結果

感官評分可直接反映甜瓣子的品質。由表6可知，不同品種蠶豆發酵制備的甜瓣子在香氣、滋味、質地、形態和色澤方面均存在一定差異。整體而言，QY、CDDB和CH系列甜瓣子感官品質較好，整體香味較濃郁，味鮮醇厚，瓣粒完整且酥脆。YD和SCZG甜瓣子感官品質較差，雖然兩者瓣形較完整，但質地偏硬，導致口感較差，并且醬香味不足，鮮味較弱，因此在香氣、滋味和質地方面評分較低，這與甜瓣子的硬度和氨基酸態氮含量有關[25]。TCX甜瓣子軟爛不成形，導致其形態得分較低，這是由于其蠶豆籽粒大且薄，因此在發酵過程中容易破碎而軟爛，影響感官品質。

表6 不同品種蠶豆發酵甜瓣子的感官評分Table 6 Sensory scores of Pixian broad bean paste-meju from different cultivars

2.2.4 甜瓣子品質指標相關性分析結果

對甜瓣子基礎理化指標、質構指標和感官評分中14 項品質指標進行相關性分析，結果如圖5所示。蛋白質量分數與淀粉質量分數、硬度呈極顯著負相關（r＜-0.70）；而淀粉質量分數與硬度呈極顯著正相關（r＝-0.70）。總酸、氨基酸態氮、還原糖質量分數與蛋白質量分數呈極顯著正相關（r＞0.70），而與淀粉質量分數呈極顯著負相關（r＜-0.65）。香氣、滋味、質地、色澤等感官評分與蛋白質、總酸、氨基酸態氮和還原糖質量分數呈極顯著正相關（r＞0.70），表明甜瓣子的色澤及風味形成與蛋白質、總酸、氨基酸態氮和還原糖等密切相關。通過相關性分析可知，甜瓣子各品質指標之間存在著獨立的線性相關性。

圖5 不同品種蠶豆發酵甜瓣子品質指標的相關性分析Fig. 5 Correlation analysis between quality indexes of Pixian broad bean paste-meju from different cultivars

2.3 甜瓣子品質綜合評價模型建立

由2.2.4節相關性分析結果可知，不同品種甜瓣子的品質指標間存在信息重疊，因此需采用因子分析對數據進行降維和綜合評價[26]。對甜瓣子14 項品質指標數據進行Z-標準化后進行因子分析。基于主因子特征值大于1的原則[27]，提取前3個主因子，累計方差貢獻率達90.410%（表7），表明前3個主因子貢獻了甜瓣子品質指標的絕大部分信息。

表7 因子分析特征值及貢獻率Table 7 Eigenvalues and contribution rates to total variance of first three principal components

表8為經最大方差法旋轉后的主因子荷載分布，載荷絕對值越大，對該因子的影響越強[28]。第一主因子（F1）的方差貢獻率為58.696%，以蛋白質量分數、淀粉質量分數、總酸質量分數、氨基酸態氮質量分數、還原糖質量分數、硬度、香氣評分、滋味評分、質地評分、色澤評分影響為主；第二主因子（F2）的方差貢獻率為22.035%，以水分質量分數和形態評分影響為主；第三主因子（F3）的方差貢獻率為9.679%，主要以脂肪質量分數影響為主。由此，將甜瓣子14 項品質指標歸納為3個更具代表性的主因子。根據表8的特征向量值構建3個主因子的函數表達式[29]，如式（1）～（3）所示。

以每個主因子對應的方差貢獻率與累計方差貢獻率的比值作為權重進行加權求和[29]，建立綜合得分（F）數學模型，如公式（4）所示。

表8 前3個主因子的特征向量與載荷矩陣Table 8 Eigenvector and loading matrix of first three principal components

綜合得分越高說明甜瓣子品質越佳，按式（4）計算不同品種甜瓣子品質綜合得分，并根據綜合得分進行排序，結果如表9所示。CH19甜瓣子綜合得分最高，達到0.619，產品品質較優；YD、SCZG甜瓣子綜合得分較低，分別為-1.315、-1.392，產品品質較差；其余品種品質居中。

表9 不同品種蠶豆制備甜瓣子綜合品質評價得分Table 9 Comprehensive scores of Pixian broad bean paste-meju from different cultivars

2.4 甜瓣子品質指標聚類分析結果

采用歐氏距離和Ward法對不同品種甜瓣子的14 項品質指標進行系統聚類分析[30]，由圖6可知，當歐氏距離為5時，能夠將11個品種甜瓣子劃分為3 類，并依據綜合得分越大越好，將甜瓣子品質分為優良、中等和差3 類，與之對應的蠶豆原料同樣被劃分為適宜加工、基本適宜加工和不適宜加工3 類。第I類為品質良好的甜瓣子，包括QY、CDDB和CH系列甜瓣子，此類甜瓣子的綜合得分范圍為0.187～0.619，產品各項品質指標均較好，對應品種蠶豆適宜甜瓣子加工。第II類為品質中等的甜瓣子，僅包括TCX甜瓣子，綜合得分為-0.056，表明TCX品種蠶豆基本適宜甜瓣子加工。第III類為品質較差的甜瓣子，包括YD和SCZG甜瓣子，綜合得分較低，該類甜瓣子總酸、氨基酸態氮、還原糖和蛋白質量分數較低，而淀粉質量分數和硬度較高，故不適宜甜瓣子加工。

圖6 不同品種蠶豆制備甜瓣子的品質指標系統聚類分析樹狀圖Fig. 6 Dendrogram obtained from systematic clustering analysis of Pixian broad bean paste-meju from different cultivars

2.5 蠶豆品種與甜瓣子品質的關聯性分析結果

將蠶豆原料指標與甜瓣子品質指標進行相關性分析，結果如圖7所示，蠶豆蛋白質量分數與甜瓣子蛋白、總酸、氨基酸態氮質量分數以及滋味、質地、色澤評分均呈極顯著正相關（r＞0.70），而與甜瓣子淀粉質量分數呈顯著負相關（r＝-0.68），與硬度呈極顯著負相關（r＝-0.84）。蠶豆淀粉質量分數與甜瓣子淀粉質量分數、硬度呈顯著正相關（r＞0.65），與甜瓣子氨基酸態氮質量分數呈極顯著負相關（r＝-0.77）。此外，有研究表明原料外觀特性與其加工品質量之間也存在一定的關聯性[31]。蠶豆百粒質量與甜瓣子氨基酸態氮質量分數呈顯著正相關（r＝0.62）；蠶豆縱徑、橫徑與甜瓣子氨基酸態氮質量分數呈極顯著正相關（r＞0.80），與淀粉質量分數、硬度呈極顯著負相關（r＜-0.70）；蠶豆厚度與甜瓣子硬度呈極顯著正相關（r＝0.77）。結合2.4節聚類分析結果，綜合營養、感官品質等方面考慮，認為加工優質甜瓣子的蠶豆原料應具有高蛋白質、低淀粉和瓣粒大小適中的特性。

圖7 甜瓣子與蠶豆原料的品質指標相關性分析Fig. 7 Correlation analysis of quality indexes between raw and Pixian broad bean paste-meju

3 結 論

本研究結果表明，不同品種蠶豆及其發酵甜瓣子的各項品質指標總體存在顯著性差異（P＜0.05），且蠶豆品種對甜瓣子品質具有顯著影響。其中，TCX蠶豆籽粒偏大；而YD和SCZG蠶豆籽偏小，且蛋白質量分數低、淀粉質量分數高。通過相關性分析結果發現，蠶豆原料的物理指標與營養成分之間存在一定關聯性，蠶豆籽粒越大，蛋白質量分數越高，淀粉質量分數越低。11種蠶豆制備的甜瓣子在總酸、氨基酸態氮、還原糖、脂肪、淀粉質量分數和硬度等理化指標方面表現出較大的品種間變異性，尤其是YD和SCZG甜瓣子總酸、氨基酸態氮和還原糖質量分數均顯著低于其他品種甜瓣子；而淀粉質量分數和硬度則相對較高。感官評價結果顯示，QY、CDDB和CH系列甜瓣子品質較好，YD和SCZG甜瓣子品質整體較差，其次是TCX甜瓣子。

通過因子分析法進一步構建綜合評價數學模型，將甜瓣子14 項指標轉化為一組具有代表性的綜合評價得分，可較好地反映甜瓣子品質的綜合信息。通過聚類分析法對11個蠶豆品種的甜瓣子綜合得分進行初步聚類，篩選出QY、CDDB和CH系列品種蠶豆適宜甜瓣子加工，TCX品種蠶豆基本適宜甜瓣子加工，YD和SCZG品種蠶豆不適宜甜瓣子加工。通過蠶豆品種與甜瓣子品質之間相關性分析發現，加工優質甜瓣子的蠶豆原料應具備高蛋白質、低淀粉和瓣粒大小適中的特性。本研究可為郫縣豆瓣甜瓣子品質綜合評價、專用蠶豆品種篩選提供參考。