基于響應面法的黃豆醬生產工藝優化及色澤分析

摘要：以鶴壁本地黃豆、面粉為原料，以黑曲霉和米曲霉（質量比為1∶1）混合成發酵劑，調整發酵溫度（30，36，42 ℃）、發酵時間（35，40，45 d）和鹽水濃度（占固體物質質量比10%、15%、20%）制作發酵黃豆醬。利用響應面法優化其發酵工藝，并對發酵黃豆醬的色差、感官評分、還原糖、氨基酸態氮及主要揮發性風味物質進行比較分析。結果表明，在鹽水濃度15%、發酵溫度36 ℃和發酵時間35 d條件下發酵的黃豆醬效果最佳，其感官評分可達到48.2±1.73（滿分50）；L*值為47.57±1.62，a*值為11.49±2.74，b*值為36.32±1.73；還原糖含量為12.55%，氨基酸態氮含量為0.683 1 g/100 g。以此方法進行黃豆醬發酵，可使黃豆醬色澤光亮、醬香濃郁、咸香適中、形態良好。

關鍵詞：發酵黃豆醬；響應面法；生產工藝優化

中圖分類號：TS264.24""""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1000-9973（2024）08-0120-05

Optimization of Production Process of Soybean Paste and Color Analysis

Based on Response Surface Methodology

DU Xi-ling1， LIU Yun2，3

（1.School of Food Engineering， Hebi Polytechnic， Hebi 458030， China; 2.Key Laboratory of

Deep Processing of Green Food in Hebi， Hebi 458030， China; 3.School of Life Science，

Southwest Forestry University， Kunming 650224， China）

Abstract： With local soybeans and flour from Hebi as the raw materials， a mixture of Aspergillus niger and Aspergillus oryzae （the mass ratio of 1∶1） as the fermentation agent， the fermentation temperature （30， 36， 42 ℃）， fermentation time （35， 40， 45 d）， and brine concentration （accounting for 10%， 15%， 20% of mass of solid substances） are adjusted to produce fermented soybean paste. The fermentation process is optimized by response surface methodology， and the color difference， sensory score， reducing sugar， amino acid nitrogen and main volatile flavor substances of the fermented soybean paste are compared and analyzed. The results show that the soybean paste fermented under the conditions of brine concentration of 15%， fermentation temperature of 36 ℃ and fermentation time of 35 d has the best effect， and its sensory score can reach 48.2±1.73 （full score of 50）. The L* value is 47.57±1.62， the a* value is 11.49±2.74， and the b* value is 36.32±1.73. The reducing sugar content is 12.55%， and the amino acid nitrogen content is 0.683 1 g/100 g. Using this method for fermentation of soybean paste can make it bright in color， rich in sauce aroma， moderate in saltiness aroma， and good in morphology.

Key words： fermented soybean paste; response surface methodology; production process optimization

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.08.020

引文格式：杜喜玲，劉云.基于響應面法的黃豆醬生產工藝優化及色澤分析.中國調味品，2024，49（8）：120-124.

DU X L， LIU Y.Optimization of production process of soybean paste and color analysis based on response surface methodology.China Condiment，2024，49（8）：120-124.

收稿日期：2024-03-19

基金項目：河南省高等學校重點科研項目（19B550004）；河南省高等教育教學改革研究與實踐項目（2021SJGLX677）；鶴壁職業技術學院校級課題（2022-KJYB-003）

作者簡介：杜喜玲（1981—），女，河南濮陽人，講師，碩士，研究方向：食品科學與工程。

黃豆醬源于中國，是一種以黃豆為主要原料，經過發酵制成的調味品。其色澤紅褐、醬香濃郁、口感醇厚、營養豐富，含有大量蛋白質、脂肪、碳水化合物及多種維生素和礦物質。黃豆醬在烹飪中應用廣泛，適用于炒菜、燉湯、腌制等多種烹飪方式，為中國菜肴增添了獨特的風味。研究表明，黃豆醬中的發酵成分具有抗氧化、降血壓等保健功能，適量食用對人體健康有益。因此，黃豆醬既是一種重要的調味品，又是中國傳統飲食文化的重要組成部分。

黃豆醬中還原糖主要來源于面粉中淀粉的降解，一般以黃豆醬中還原糖含量判斷黃豆醬發酵過程中的菌種情況。同時，還原糖也是黃豆醬發酵后期美拉德反應的重要原料之一，而美拉德反應則是影響黃豆醬色差、滋味和揮發性風味物質的重要因素。大豆中所含的豐富植物性蛋白質，經微生物發酵后分解成各種不同氨基酸，呈現出豐富的滋味和營養，其含量不僅體現了黃豆醬的營養價值，而且能反映出黃豆醬發酵工藝的優劣。

響應面法是一種統計和數學優化技術，用于建模和優化復雜系統。它通過擬合一個多項式曲面來逼近未知函數的響應面，進而分析輸入參數與輸出響應值之間的關系。本文基于響應面法原理，以發酵溫度（30，36，42 ℃）、發酵時間（35，40，45 d）和鹽水濃度（占固體物質質量比10%、15%、20%）為因素，以感官評分為指標，通過響應面優化影響發酵黃豆醬品質的因素，并以此方案考察其色差、感官評分、還原糖、氨基酸態氮及主要揮發性風味物質，旨在為當地豆制品生產企業進行黃豆醬產品開發及豆類植物食品深加工提供理論和數據支持。

1" 材料與方法

1.1" 材料與試劑

黃豆（鶴壁本地產，非轉基因）、小麥面粉、食用鹽等：購于鶴壁市好又多超市；米曲霉、黑曲霉：鄭州中道生物科技有限公司。

氫氧化鈉、甲醛、乙醇、3，5-二硝基水楊酸（均為分析純）：天津市宏偉化工有限公司。

1.2" 儀器與設備

THW-1A型電子分析天平、G2000型粉碎機、GDG-01-G 型生化培養箱、LT-A200型立式蒸汽滅菌器" 安徽易申生物科技有限公司；Hunter Lab Agera色差儀" 蘇州天薩精密量儀技術有限公司；GC-MS-TW1000型氣質聯用儀" 鄭州元強儀器設備有限公司。

1.3" 實驗方法

1.3.1" 黃豆醬發酵工藝流程

黃豆預處理：將購買的黃豆進行篩選，去除具有霉點、黑點和已明顯變質的黃豆，清洗后用無菌水浸泡，于28 ℃保存過夜，至全部黃豆吸水膨脹。

熟制黃豆：將浸泡后的黃豆于蒸鍋中沸水蒸煮80 min，直至全部黃豆蛋白質完全變性。

拌料：將已經滅菌（利用蒸鍋將面粉蒸制50 min滅菌）的面粉與黃豆按質量比1∶1進行拌料。

接種菌體：將已拌好的面粉黃豆混合物晾至室溫后稱重，以質量的0.01%稱量米曲霉和黑曲霉（從而達到黑曲霉和米曲霉的體積比為1∶1），拌入菌體，攪拌均勻后置于培養箱中，37 ℃培養48 h，每12 h翻拌一次。

添加鹽水：將食用鹽溶于無菌水中，加熱煮沸后冷卻至室溫，拌入已接種菌體的拌料中。

發酵：將添加鹽水的拌料置于培養箱中進行發酵后得黃豆醬。

1.3.2" 黃豆醬發酵工藝單因素實驗

鹽水濃度：在1.3.1鹽水濃度中，設置3種不同添加濃度，分別為拌料總質量的10%、15%、20%稱量食用鹽，溶于100 mL無菌水中，進行后續發酵操作。

發酵溫度：在1.3.1發酵過程中，設置發酵溫度為30，36，42 ℃，發酵時間為40 d。

發酵時間：在1.3.1發酵過程中，設置發酵溫度為36 ℃，調整發酵時間為35，40，45 d。

1.3.3" 黃豆醬發酵工藝條件響應面優化實驗

根據單因素實驗結果，以感官評分為評價指標，進行響應面實驗設計。響應面實驗因素水平見表1。

1.3.4" 發酵黃豆醬品質指標測定

1.3.4.1" 發酵黃豆醬色差測定

參考朱楠楠的方法并略作改進，將發酵黃豆醬攪拌均勻，測定L*值、a*值和b*值。

1.3.4.2" 發酵黃豆醬感官評價

參考湯欽林的方法并略作修改。邀請具有食品專業背景的男、女大三學生各10名，參照表2進行發酵黃豆醬的感官評價。評分滿分50分，精確至小數點后一位。最終評分結果為10名評分人員評價得分的平均值。

1.3.4.3" 發酵黃豆醬還原糖測定

參考張水華的方法并略作修改。取發酵黃豆醬0.8 g，均勻碾磨勻漿后放入50 mL離心管中，加入8 mL蒸餾水，于60 ℃水浴25 min，冷卻至室溫后，于4 500 r/min離心5 min。取上清液1 mL，加入3 mL 3，5-二硝基水楊酸，沸水浴5 min，冷卻至室溫，定容至10 mL，于535 nm處測定吸光值。還原糖含量參照公式（1）計算。

還原糖含量（%）=葡萄糖質量（g）×提取液總體積（mL）測定體積（mL）×樣品質量（g）×100%。（1）

1.3.4.4" 發酵黃豆醬氨基酸態氮測定

參考GB 5009.235—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸態氮的測定》，以酸度計法進行發酵黃豆醬氨基酸態氮含量的測定。

1.3.4.5" 發酵黃豆醬主要揮發性風味物質測定

參考彭超等、喬鑫的方法并略作調整。固相萃取條件：將10 g黃豆醬樣品碾磨均勻后加入等質量的去離子水和1.0 g氯化鈉，超聲振蕩10 min后經萃取柱吸附15 min；色譜條件：初始溫度20 ℃，從3 ℃/min升溫至160 ℃后維持該溫度5 min，隨后以8 ℃/min升溫至240 ℃，即進樣溫度為240 ℃，將樣品檢測所得揮發性風味物質圖譜進行比對分析，相對含量以峰面積計算。

1.4" 數據分析

所得數據平行檢測4次，數據處理和圖表繪制利用Excel 2010和SPSS 20.0進行。

2" 結果與分析

2.1" 黃豆醬發酵工藝單因素實驗

2.1.1" 鹽水濃度對發酵黃豆醬品質的影響

在發酵溫度為36 ℃、發酵時間為40 d的條件下，調整鹽水濃度為拌料總質量的10%、15%、20%，發酵后所得黃豆醬的色差和感官評分見表3和圖1。

由表3可知，在不同鹽水濃度下，黃豆醬的感官評分和色差均有一定差異。由圖1可知，15%的鹽水濃度下，感官評分最高，達到48.1。20%鹽水濃度的感官評分最低，僅為40.2，最主要的扣分點是在滋味方面，表現為口感過咸，嚴重影響食用。從色差角度來看，10%鹽水濃度的L*值最高（54.80±1.53），隨著鹽水濃度的增加，亮度逐漸下降；而a*值隨著鹽水濃度的增加而增加，表現為黃豆醬顏色向紅色變化；b*值主要表現為黃豆醬顏色由黃色向藍色變化，鹽水濃度增加使黃豆醬的黃色度降低。鹽水濃度過低或過高會影響微生物的發酵，最終影響黃豆醬的整體品質。從總體來看，15%鹽水濃度條件下的黃豆醬呈現濃郁紅褐色，帶有明顯光澤，醬香味足，口感鮮香。

2.1.2" 發酵溫度對發酵黃豆醬品質的影響

在鹽水濃度為拌料總質量的15%、發酵時間為40 d的條件下，調整發酵溫度為30，36，42 ℃，發酵后所得黃豆醬的色差和感官評分見表4和圖2。

發酵溫度是影響微生物發酵過程、最終影響黃豆醬品質的重要因素之一。由表4和圖2可知，隨著發酵溫度的上升，黃豆醬成品呈現出紅色度上升、黃色度下降且總體亮度逐漸下降的趨勢；分析這3個不同發酵溫度下黃豆醬的感官評分，可以看到36 ℃時的感官評分略高于其他兩個溫度，這可能是由于微生物發酵受溫度的影響，溫度越高，微生物活力越強，發酵產物越豐富，但過多的發酵產物也會影響口感和觀感。

2.1.3" 發酵時間對發酵黃豆醬品質的影響

在鹽水濃度為拌料總質量的15%、發酵溫度為36 ℃的條件下，調整發酵時間為35，40，45 d，發酵后所得黃豆醬的色差和感官評分見表5和圖3。

由圖3可知，在發酵40 d時黃豆醬的感官評分最高，達到45.5，而45 d時感官評分最低，僅為42.3。發酵時間過長導致黃豆醬形態較差、醬體不均勻且出現沉淀分層現象；氣味也出現較明顯的雜味。由表5可知，在發酵35 d和40 d時，黃豆醬的亮度、紅色度和黃色度變化不大，但發酵時間延長到45 d時其顏色發生明顯變化，亮度下降較明顯，呈現偏深、偏綠。這可能是由于發酵時間過長導致微生物分泌過多次生代謝產物，因此對黃豆醬的口感、色澤等都有較大的影響?？傮w分析，發酵40 d時發酵效果較好。

2.2" 發酵黃豆醬響應面實驗結果分析

以發酵時間、發酵溫度、鹽水濃度為因素，考察不同條件下黃豆醬的感官評分，響應面實驗設計和感官評分結果見表6。

經數據回歸分析后，擬合方程為Y=8.53+5.62A+0.523B-0.044C+0.245AB+0.142AC+0.462BC-0.74A2-4.12B2-0.37C2。以感官評分為響應值進行模型評價后，回歸驗證見表7。

由表7可知，模型極顯著（P=0.000 8），失擬項不顯著（P=0.611 5），模型的決定系數（R2）為0.961 2，一次項B、C均極顯著、A顯著，二次項A2、C2極顯著、B2顯著，交互項AB極顯著，而BC、AC不顯著，表明回歸方程可以很好地擬合因素與響應值的關系，可以用來分析黃豆醬的最佳生產工藝條件。同時篩選出感官評分最佳的發酵條件為鹽水濃度15%、發酵溫度36 ℃、發酵時間35 d。

2.3" 最佳工藝條件下黃豆醬品質評價

以各單因素表現最佳的發酵條件：鹽水濃度15%、發酵溫度36 ℃、發酵時間40 d和響應面設計條件最佳的發酵條件：鹽水濃度15%、發酵溫度36 ℃、發酵時間35 d為兩種不同發酵方式，在其他條件不變的情況下進行黃豆醬發酵，檢測兩種條件下發酵黃豆醬的品質指標。

2.3.1" 兩種發酵條件下黃豆醬的品質指標比較

兩種發酵條件（1為鹽水濃度15%、發酵溫度36 ℃、發酵時間40 d；2為鹽水濃度15%、發酵溫度36 ℃、發酵時間35 d）下黃豆醬的感官評分、色差、還原糖含量、氨基酸態氮含量見表8。

由表8可知，兩種發酵條件下的感官評分差異不大，第2種發酵方式的感官略好；從色澤來看，第1種發酵方式的亮度略高，但顏色較第2種方式略淡；從還原糖含量和氨基酸態氮含量來看，第2種發酵方式的含量均略高于第1種方式。這可能是由于兩種的區別僅在發酵時間上，發酵時間的延長使微生物將大豆中的蛋白質水解得更加完全，氨基酸態氮為黃豆醬的重要呈味物質，其含量更高也會使其感官評分升高。

2.3.2" 兩種發酵條件下黃豆醬主要揮發性物質分析

不同發酵條件下黃豆醬主要揮發性風味物質見表9。選取占比超過80%的主要揮發性物質，共有10種化合物。其中醇類物質是氨基酸代謝的主要產物，也是黃豆醬氣味的主要貢獻物質；大豆中的酯類物質被氧化后所產生的醛類物質（3-甲基丁醛、異戊醛、3-甲基硫代丙醛）能夠產生香醇的醬香味；而酯類物質（棕櫚酸乙酯）能夠使黃豆醬散發醬香，增加回味感。

3" 討論與結論

本研究以發酵溫度（30，36，42 ℃）、發酵時間（35，40，45 d）和鹽水濃度（占固體物質質量比10%、15%、20%）為因素發酵黃豆醬，首先進行單因素比較分析；以感官評分為指標進行響應面實驗設計，從而確定最佳發酵方式；隨后對最優發酵方式進行發酵實驗，對其色差、感官評分、還原糖含量、氨基酸態氮含量及主要揮發性物質進行比較。結果顯示：在鹽水濃度15%、發酵溫度36 ℃和發酵時間35 d條件下發酵的黃豆醬效果最佳，其感官評分可達到48.2±1.73（滿分50）；L*值為47.57±1.62，a*值為11.49±2.74，b*值為36.32±1.73；還原糖含量為12.55%，氨基酸態氮含量為0.683 1 g/100 g。

以此方法進行黃豆醬發酵，可使黃豆醬色澤光亮、醬香濃郁、咸香適中、形態良好。

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