1. 引言
纳豆是以大豆为原料，利用纳豆菌发酵制作的一种传统食品[1]，含有纳豆激酶、维生素K、大豆异黄酮、过氧化物歧化酶等生理活性物质，以及钾、钙、钠、铁等多种微量元素[2]，具有预防高血压、辅助治疗动脉硬化、抗氧化、抗肿瘤、预防骨质疏松等保健功能[3]。研究表明蚕豆[4]、芸豆[5]、黑豆[6]、鹰嘴豆[7]、赤小豆[8]和红豆[9]等均可作为发酵原料，开发新型纳豆产品。
奶花芸豆，俗称“斑豆”，主要生长在海拔900~1500 m的冷凉地区，我国云、贵、川山区及东北、河北、新疆等地种植较多，在陕西也有部分地区种植[10]。奶花芸豆含有铁蛋白、黄酮素、多肽奶花芸豆中富含K、Mg、Ca、P [11]，等成分，具有淀粉酶抑制活性[12]、防治心脏病、动脉硬化，高血脂等功能[13]。我们前期已研究了奶花芸豆丹贝的制作工艺[14]，但目前尚未有奶花芸豆纳豆的研究报道，因此，本研究以商洛产奶花芸豆为原料，通过正交试验优化奶花芸豆纳豆的发酵工艺，研制一款风味可口，营养丰富的纳豆产品，促进奶花芸豆的深度开发利用。
2. 材料与方法
2.1. 试验材料
奶花芸豆：商洛学院丹江校区试验田生产；纳豆菌：购于日本川岛株式会社。
2.2. 主要试验仪器
电子天平ESJ220-4G (西安顺智电子科技有限公司)；电热恒温发酵箱DGG-9146A (上海齐欣科学仪器有限公司)；多功能电蒸锅DHN30A (美的集团)。
2.3. 实验方法
2.3.1. 工艺流程
选取颗粒饱满、大小均一、无异色的奶花芸豆，清洗后用温水浸泡，将泡好的奶花芸豆放入高压蒸汽锅中蒸熟。取出蒸熟的奶花芸豆放入超净工作台，吸取一定量纳豆菌液接种于冷却后的奶花芸豆中，混匀后放入发酵箱中进行发酵，发酵结束后取出放入4℃冰箱后熟，制得奶花芸豆纳豆并进行感官评定。
2.3.2. 操作要点
(1) 原料选择及预处理：选取颗粒饱满、无虫蛀、无霉变、成熟的奶花芸豆，去除沙土、石子等杂物。
(2) 浸泡：称取适量的奶花芸豆室温下进行浸泡至奶花芸豆充分的膨胀，以无皱折、无硬心为标准。
(3) 蒸煮：将浸泡后的奶花芸豆倒入电热锅内蒸煮一定时间，然后自然冷却至室温。
(4) 接种：将纳豆菌粉和奶花芸豆按一定质量比例混合，搅拌均匀，完成接种。
(5) 发酵：将接种后的奶花芸豆放于恒温发酵箱中进行发酵，制作奶花芸豆纳豆。
(6) 后熟：发酵结束后，将奶花芸豆放入冰箱4℃后熟24小时，即得奶花芸豆纳豆。
2.3.3. 单因素试验
以感官评分为指标，蒸煮时间、发酵时间、发酵温度、纳豆菌粉接种量为考察因素，选择蒸煮时间(10, 15, 20, 25, 30 min)、发酵时间(10, 14, 18, 22, 26 h)、发酵温度(30℃, 34℃, 38℃, 42℃, 46℃)、纳豆菌粉接种量(1%, 1.2%, 1.4%, 1.6%, 1.8%)进行单因素试验。
2.3.4. 奶花芸豆正交试验
根据单因素试验结果，选择对奶花芸豆感官评分影响较显著的因素，以奶花芸豆纳豆感官评分为指标，进行正交试验优化。
2.3.5. 奶花芸豆感官评定
挑选从事食品行业相关人员10名，根据产品颜色、香气、滋味和组织形态进行感官评价，取平均分。感官评分标准见表1。
Table 1. Sensory evaluation standard of Phaseolus vulgaris natto
表1. 奶花芸豆纳豆感官评分标准
分数/分 |
颜色(25分) |
香气(25分) |
滋味(25分) |
组织形态(25分) |
21~25 |
颜色鲜亮，表皮光泽明显 |
有纳豆特有香味 |
软糯，口感湿润，无后苦味 |
黏液量丰富，黏性好 |
16~20 |
颜色暗哑，表皮有光泽 |
略有氨味 |
较软糯，口感湿润，无后苦味 |
黏液量较丰富，黏性较好 |
11~15 |
颜色暗哑，表皮光泽一般 |
有氨味 |
较软糯，口感较湿润，苦味微苦 |
黏液量一般，黏性一般 |
6~10 |
颜色呈茶褐色，表皮无光泽 |
有明显氨味 |
较软糯，口感较干涩，苦味较苦 |
黏液量较少，黏性较差 |
0~5 |
颜色呈暗褐色，表皮无光泽 |
有强烈氨味 |
不软糯，口感较干涩，苦味苦 |
基本无黏液，黏性差 |
3. 结果与分析
3.1. 单因素试验结果
3.3.1. 蒸煮时间对奶花芸豆纳豆品质的影响
如图1所示，当蒸煮时间在10~20 min时，奶花芸豆纳豆的感官评分随着蒸煮时间的增加而增加，当蒸煮时间超过20 min后，奶花芸豆纳豆的感官评分开始下降。这可能是由于蒸煮时间太短时，豆粒的硬心较多，导致口感不软糯；蒸煮时间过长时，奶花芸豆营养物质损失较大，影响产品组织形态[15]。
3.3.2. 发酵时间对奶花芸豆纳豆品质的影响
由图2可知，当发酵10~22 h时，奶花芸豆纳豆的感官评分逐渐提高，在22 h时达到最高，之后开始下降。这可能是由于发酵时间过短，纳豆口感不软糯；发酵时间过长则奶花芸豆纳豆的氨味浓郁，影响感官评分[16]。
Figure 1. Effect of cooking time on the quality of Phaseolus vulgaris natto
图1. 蒸煮时间对奶花芸豆纳豆品质的影响
Figure 2. Effect of fermentation time on the quality of Phaseolus vulgaris natto
图2. 发酵时间对奶花芸豆纳豆品质的影响
3.3.3. 发酵温度对奶花芸豆纳豆品质的影响
由图3可知，随着发酵温度的增加，奶花芸豆纳豆的感官评分也随之增加，在38℃时达到最高值。这是由于发酵温度过高或过低均会影响细菌的代谢与增殖，降低纳豆菌生理活性，从而影响奶花芸豆纳豆的感官评分[8]。
Figure 3. Effect of fermentation temperature on the quality of Phaseolus vulgaris natto
图3. 发酵温度对奶花芸豆纳豆品质的影响
3.3.4. 接种量对奶花芸豆纳豆品质的影响
由图4可知，在纳豆菌接种量在1.2%时，感官评分达到最大值。这可能是由于当接种量较小时，纳豆菌不能充分生长，导致纳豆感官品质下降。接种量过大时，过多的纳豆激酶容易阻碍体系的氧气传递和菌体获得营养物质，从而影响了奶花芸豆纳豆的品质[17]。
Figure 4. Effect of inoculation amount on the quality of Phaseolus vulgaris natto
图4. 接种量对奶花芸豆纳豆品质的影响
3.2. 正交试验结果
在单因素实验基础上进行L9(34)正交试验，其因素与水平如表2所示，正交试验如表3所示。
Table 2. Factor and level of orthogonal test
表2. 正交试验因素水平表
水平 |
因素 |
A (蒸煮时间)/min |
B (发酵时间)/h |
C (发酵温D)/℃ |
D (接种量)/% |
1 |
15 |
18 |
34 |
1 |
2 |
20 |
22 |
38 |
1.2 |
3 |
25 |
26 |
42 |
1.4 |
Table 3. Results of orthographic experiment
表3. 正交试验结果
序号 |
因素 |
感官评分 |
A (蒸煮时间)/min |
B (发酵时间)/h |
C (发酵温D)/℃ |
D (接种量)/% |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
75.3 |
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
77.0 |
3 |
1 |
3 |
3 |
3 |
80.7 |
4 |
2 |
1 |
2 |
3 |
87.1 |
5 |
2 |
2 |
3 |
1 |
80.6 |
6 |
2 |
3 |
1 |
2 |
78.3 |
7 |
3 |
1 |
3 |
2 |
91.4 |
续表
8 |
3 |
2 |
1 |
3 |
84.5 |
9 |
3 |
3 |
2 |
1 |
81.1 |
K1 |
233 |
253.8 |
238.1 |
237 |
|
K2 |
246 |
242.1 |
245.2 |
246.7 |
|
K3 |
257 |
240.1 |
252.7 |
252.3 |
|
k1 |
77.67 |
84.60 |
79.37 |
79.00 |
|
k2 |
82.00 |
80.70 |
81.73 |
82.23 |
|
k3 |
85.67 |
80.03 |
84.23 |
84.10 |
|
R |
4.33 |
3.90 |
2.37 |
5.10 |
|
从表3可知，以感官评分为指标，各因素的影响依次为D > A > B > C，最佳工艺条件为蒸煮时间为25 min，发酵时间为18 h，发酵温度为42℃，接种量为1.4%。
3.3. 验证实验
在正交试验求得最佳工艺条件下平行进行3次验证实验，平均感官评分为94.3，高于正交试验设计中的所有结果，说明以上工艺参数稳定可靠，可以作为奶花芸豆纳豆的最佳发酵工艺条件。
4. 讨论与结论
本研究根据传统纳豆生产工艺，应用正交试验法优化了奶花芸豆纳豆的发酵工艺。结果表明，奶花芸豆纳豆的最佳发酵工艺条件为：蒸煮时间25 min，发酵时间18 h，发酵温度42℃，接种量1.4%。在此条件下奶花芸豆纳豆感官评分为94.3。
纳豆含有游离氨、吡嗪、支链短脂肪酸等不良风味物质，在我国市场接受度较低[18] [19]，但通过原料创新、改良菌种、混合菌种发酵等方法可以改善纳豆的风味[20]。本研究采用的是日本产纳豆菌，前期实验结果表明口感优于国内产纳豆菌，但没有测纳豆菌活力。芸豆品种繁多，主要有白芸豆、小黑芸豆、奶花芸豆、红芸豆、大白芸豆、紫圆芸豆等，每种芸豆的清蛋白、谷蛋白、球蛋白含量都不同，但蛋白质品质均优于大豆[21]。另外，挥发性风味物质检测应考虑氨基酸态氮含量和非蛋白氮含量，不仅仅是感官评价。
基金项目
商洛市科技计划项目(2022-Z-0001)；商洛学院秦创原创新创业孵化能力提升项目(22KYZX09)；横向项目(23HKY123、22HKY382)。
NOTES
*通讯作者。