淡豆豉发酵过程中化学特性与组分转化规律及其风味形成机制研究

《Food Chemistry: X》：Characterization of chemical properties and component conversion during the fermentation of Semen Sojae Praeparatum

本研究针对传统药食两用发酵品淡豆豉（SSP）风味形成机制不明确的问题，通过电子鼻、全二维气相色谱-质谱联用（GC×GC-MS）和超高效液相色谱（UPLC）等技术，系统解析了其发酵过程中挥发性风味物质、游离氨基酸和异黄酮组分的动态变化规律，发现醛类、吡嗪类等6种关键风味成分，揭示了"香气浓郁、鲜味丰富"特征的化学基础，为SSP质量控制与工艺优化提供了科学依据。

　　

在中国传统发酵食品的大家族中，豆豉与酱油、腐乳、豆酱并称为"四大发酵豆制品"，其中淡豆豉（Semen Sojae Praeparatum, SSP）作为一种药食同源的特殊存在，不仅具有解表除烦、宣发郁热的药用价值，更以其独特的芳香和鲜醇滋味深受人们喜爱。然而，长期以来"香气浓郁"这一核心品质指标缺乏明确的化学物质基础界定，发酵终点的判断主要依赖经验，异黄酮等活性成分的转化规律尚未明晰，这严重制约了淡豆豉的标准化生产和质量控制。

为揭开淡豆豉风味形成的神秘面纱，天津中医药大学中药现代化国家重点实验室的研究团队在《Food Chemistry: X》上发表了最新研究成果。他们建立实验室发酵模型，系统追踪了淡豆豉从预处理、前发酵（菌丝生长阶段）到后发酵（风味形成阶段）全过程的化学变化。研究采用电子鼻（e-nose）捕捉整体风味轮廓，全二维气相色谱-质谱联用（GC×GC-MS）解析挥发性有机物（VOCs），超高效液相色谱-光电二极管阵列检测器（UPLC-PDA）定量分析游离氨基酸（FAAs）和异黄酮组分，并结合主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等化学计量学方法深度挖掘数据。

关键实验方法概述

研究以黑皮大豆为原料，参照《中国药典》（2020版）制备淡豆豉样品，在前发酵（0/2/4/6天）和后发酵（0/3/6/9/12/15天）阶段定时取样。通过直接干燥法测定水分，pH计测酸度，DNS法测还原糖；e-nose采集挥发性信号；GC×GC-MS鉴定VOCs；UPLC-PDA同时测定17种游离氨基酸和8种异黄酮（包括苷元与苷类）。采用OPLS-DA模型筛选关键风味成分，结合变异率（VR）和动态比值揭示组分转化规律。

发酵过程中理化特性的演变

研究发现，前发酵阶段pH值因微生物代谢产生的有机酸而显著下降，后发酵阶段趋于稳定；水分含量在前发酵因代谢产水而上升，洗霉干燥后（S0阶段）急剧下降；还原糖含量在F4天达到峰值（6.53%），随后被微生物消耗和美拉德反应利用。这些变化为风味形成提供了适宜的理化环境。

整体风味轮廓的电子鼻解析

电子鼻传感器响应显示，W5S（氮氧化物）、W1S（短链烷烃）、W1W（硫化物）等传感器响应强烈。PCA分析（累计贡献率97.3%）有效区分了不同发酵阶段：前发酵样品（F0-F6）与短链烷烃、醇类相关，后发酵样品（S6-S15）则与芳香化合物、氨类物质关联密切。

挥发性风味成分的深度解码

GC×GC-MS共鉴定出41种关键VOCs，包括醛类（9种）、酮类（7种）、杂环类（6种）等。OPLS-DA模型（R²X=0.984, Q²=0.888）结合200次置换验证和ROC曲线（AUC>0.96）筛选出6种VIP>1的关键风味成分：2-呋喃甲醇（烘烤香）、糠醛（焦糖香）、2,5-二甲基吡嗪（坚果香）、异戊酸（奶酪香）、苯甲醛（果仁香）和乙酸。后发酵阶段吡嗪类和含硫化合物显著增加，共同构成淡豆豉特有的复合香气。

游离氨基酸的鲜味贡献

游离氨基酸总量在前发酵阶段持续积累，其中丙氨酸（Ala）变异率（VR）最高达26，鲜味氨基酸（天冬氨酸Asp、谷氨酸Glu等）占比在F6天达到46.8%。这些氨基酸既是鲜味来源，也是美拉德反应的前体物质，直接支撑了"鲜味丰富"的感官特征。

异黄酮组分的生物转化路径

研究首次清晰描绘了异黄酮的转化路径：蒸制过程使丙二酰基苷类（如6″-O-丙二酰基大豆苷）热解为苷类（如大豆苷），前发酵阶段在β-葡萄糖苷酶作用下持续转化为苷元（如大豆素）。值得注意的是，后发酵阶段因洗霉干燥导致酶失活，苷元与苷类比例稳定在S0水平（如大豆素/大豆苷比值达9.5），表明前发酵结束（S0）可能是最佳发酵终点判断节点。

这项研究从化学物质基础层面阐释了淡豆豉"香气浓郁、鲜味丰富"品质特征的形成机制，明确了关键风味成分、鲜味氨基酸动态规律和异黄酮转化路径，为建立科学的质量控制指标和优化发酵工艺提供了坚实理论支撑。尤其是指出前发酵阶段是风味和活性成分形成的关键期，这为简化生产工艺、实现标准化提供了新思路。未来研究可进一步聚焦核心功能微生物与风味成分的关联机制，推动传统发酵食品的现代化转型升级。