辣椒素對辣椒發(fā)酵中乳酸菌的影響

劉 嘉，蔣芳芳，范 琳，蔣立文,3,*，夏延斌

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128；3.湖南省發(fā)酵食品工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128)

辣椒素對辣椒發(fā)酵中乳酸菌的影響

劉 嘉1,2，蔣芳芳1,2，范 琳1，蔣立文1,3,*，夏延斌1

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128；3.湖南省發(fā)酵食品工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128)

針對辣椒乳酸發(fā)酵中的技術(shù)問題，采用植物乳桿菌、短乳桿菌、羅伊氏乳桿菌、瑞士乳桿菌、鼠李糖乳桿菌這5種乳酸菌為研究對象，探討辣椒中主要成分辣椒素和發(fā)酵過程中食鹽質(zhì)量濃度對乳酸菌純培養(yǎng)物生長的影響，同時結(jié)合電鏡實驗討論辣椒素對乳酸菌的作用效果。結(jié)果表明：辣椒素對乳酸菌的生長均有一定的延遲作用，辣椒素對乳酸菌抑制的最低質(zhì)量濃度為0.133mg/mL，使其對數(shù)生長期延后2h，并且隨著其質(zhì)量濃度的增大，這種延遲效果更加明顯。同時還降低了培養(yǎng)液中達到穩(wěn)定期的OD600nm值，降低了0.2左右。通過電鏡實驗發(fā)現(xiàn)，一定質(zhì)量濃度的辣椒素對乳酸菌細(xì)胞具有一定的傷害作用，會破壞其細(xì)胞形態(tài)及結(jié)構(gòu)，但不會嚴(yán)重影響發(fā)酵效果。

辣椒素；食鹽；發(fā)酵；乳酸菌

辣椒為茄科辣椒屬，原產(chǎn)于中拉丁美洲熱帶地區(qū)，原產(chǎn)國是墨西哥，一年生或多年生草本植物。作為辛辣味的主要調(diào)味品，是食品烹飪加工中不可少的調(diào)味佳品[1]。乳酸發(fā)酵辣椒是辣椒加工方式之一。辣椒乳酸發(fā)酵后的產(chǎn)品是碎鮮辣椒發(fā)酵制品，俗稱剁辣椒[2]。剁辣椒是直接將新鮮辣椒清潔處理、斬拌后接入或不接入乳酸菌發(fā)酵而成的產(chǎn)品，在我國湖南、四川、貴州等地有著廣泛的加工基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，但發(fā)酵辣椒產(chǎn)業(yè)存在質(zhì)量不穩(wěn)定、質(zhì)構(gòu)易軟化、亞硝酸鹽含量高的安全隱患及風(fēng)味不穩(wěn)定等問題。隨著辣椒保健作用的研究深入，辣椒制品的消費市場和開發(fā)潛力越來越大。

辣椒素(capsaicinoid)是從辣椒中提煉出來的，是一種極度辛辣的香草酰氨類生物堿，分子式為C18H27NO3[3]。辣椒素有多方面的保健作用，國內(nèi)外許多研究表明辣椒素具有抗癌[4-10]、鎮(zhèn)痛[11-12]、抗疲勞[13]、保護胃黏膜[14]、減肥[15]等功效。辣椒素具有很好的抗菌效果，研究結(jié)果已經(jīng)表明[16]，辣椒堿對細(xì)菌有較強抑制活性，但對霉菌的抑制作用弱。在辣椒的乳酸發(fā)酵加工過程中，辣椒素是否對乳酸菌有影響，研究的還較少。本研究采用幾種常見的乳酸菌作為研究對象，探究辣椒素對乳酸菌生長的影響，同時結(jié)合發(fā)酵辣椒的工藝，研究食鹽與辣椒素對乳酸菌相關(guān)性研究，以期為不同辣度的辣椒乳酸發(fā)酵提供較好的理論。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

天然辣椒素(純度99.77%)，主要組成為辣椒堿和二氫辣椒堿，由成都曼思特生物科技有限公司提供。

7200可見分光光度計 尤尼科(上海)儀器有限公司；SW-CJ系列凈化工作臺 上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；立式滅菌器 山東新華醫(yī)療器械股份有限公司；SEM-6380LV掃描電鏡 日本電子株式會社。

1.2 菌種與培養(yǎng)基

植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)、短乳桿菌(Lactobacillus brevis)、瑞士乳桿菌(Lactobacillus helveticus)、羅伊氏乳桿菌(Lactobacillus reuteri)、鼠李糖乳桿菌(Lactobacillus rhamnosus)均由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院提供。

MRS培養(yǎng)基：牛肉膏10g、蛋白胨10g、酵母膏5g、檸檬酸氫二銨2g、葡萄糖20g、吐溫-80 1mL、乙酸鈉5g、磷酸二氫鉀2g、硫酸鎂0.58g、硫酸錳0.25g、水1L，調(diào)pH6.2～6.4。

1.3 方法

1.3.1 辣椒素樣品的制備

稱取純度為99.77%的辣椒素粉末20mg，用36%乙醇溶解后，定容至100mL。所制備的辣椒素溶液為0.2mg/mL。

1.3.2 菌種的活化

將保存在4℃冰箱中培養(yǎng)于MRS培養(yǎng)基斜面上的植物乳桿菌、短乳桿菌、羅伊氏乳桿菌、瑞士乳桿菌、鼠李糖乳桿菌取出，在無菌條件下取一環(huán)接種于MRS液體培養(yǎng)基中，然后置于37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h，之后鏡檢正常后置于冷藏室備用。

1.3.3 辣椒素對乳酸菌發(fā)酵作用的影響

將活化好的5種乳酸菌搖勻后，取3mL于150mL的MRS液體培養(yǎng)基中，并且分別加入辣椒素樣液0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4、2.8、3.2、3.6mg/mL。置于37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，在波長600nm處，每2h測一次OD600nm值，測24h，每個OD值重復(fù)3次。

1.3.4 食鹽對乳酸菌發(fā)酵作用的影響

將活化后的植物乳桿菌和短乳桿菌搖勻后，取3mL于150mL的MRS液體培養(yǎng)基中，并在培養(yǎng)基中分別加入0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0g/100mL食鹽。將活化后的瑞士乳桿菌、羅伊氏乳桿菌和鼠李糖乳桿菌搖勻后，取3mL于150mL的MRS液體培養(yǎng)基中，并在培養(yǎng)基中分別加入0、4.5、5、5.5、6、6.5、7g/100mL的食鹽置于37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，測其18h的OD600nm值，每個OD值重復(fù)3次。

1.3.5 辣椒素與食鹽共同作用對乳酸菌發(fā)酵影響

將活化好的5種植物乳桿菌搖勻后，取3mL于150mL的MRS液體培養(yǎng)基中，植物乳桿菌與短乳桿菌加入4.8g/100mL食鹽，瑞士乳桿菌加入6g/100mL食鹽，羅伊氏乳桿菌和鼠李糖乳桿菌加入5.5g/100mL食鹽。在接完種的培養(yǎng)基中分別加入辣椒素溶液10mL，此時培養(yǎng)液中辣椒素質(zhì)量濃度為0.133mg/mL。置于37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每2h測一次OD600nm值，測24h，每個OD值重復(fù)3次。

1.3.6 電鏡觀察

先將薄膜放入接好乳酸菌的MRS培養(yǎng)基中，培養(yǎng)24h后，將薄膜取出，用戊二醛對其固定，然后進行乙醇脫水，臨界點干燥。最后用掃描電鏡進行觀察。通過電鏡觀察，可以更直觀地觀察辣椒素對乳酸菌生長可能產(chǎn)生的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 辣椒素對乳酸菌發(fā)酵作用影響的結(jié)果

2.1.1 對植物乳桿菌發(fā)酵的影響

從表1可以看出，對植物乳桿菌來講，隨著培養(yǎng)液辣椒素質(zhì)量濃度的增加，在0～1.6mg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)影響不大，質(zhì)量濃度2.0mg/mL的辣椒素開始使植物乳桿菌的對數(shù)生長期滯后。2.0mg/mL辣椒素吸取10mL加入到150mL的培養(yǎng)基中，由此得出，影響植物乳桿菌對數(shù)生長期滯后的發(fā)酵體系中辣椒素最高質(zhì)量濃度為0.133mg/mL。植物乳桿菌能耐受的辣椒素的最高質(zhì)量濃度為0.133mg/mL。隨著辣椒素質(zhì)量濃度的增大，植物乳桿菌到達對數(shù)生長期的時間延遲越大，最后達到穩(wěn)定期的值相應(yīng)有所減小。

2.1.2 0.133mg/mL辣椒素對乳酸菌生長的影響

表1 不同質(zhì)量濃度辣椒素對植物乳桿菌發(fā)酵作用的影響Table 1 Effect of capsaicinoid concentration on the growth of Lactobacillus plantarum

圖1 辣椒素對乳酸菌發(fā)酵作用的影響Fig.1 Effect of capsaicinoid on the growth of Lactobacillus plantarum

由圖1可知，在辣椒素質(zhì)量濃度為0.133mg/mL時，隨著時發(fā)酵間的延長乳酸菌對數(shù)生長期開始延后2h。達到穩(wěn)定期的乳酸菌數(shù)量也有所減少，OD值減小0.2左右。采用0.133mg/mL質(zhì)量濃度的辣椒素對其他幾種乳酸菌的發(fā)酵影響均有類似的效果。

2.2 不同質(zhì)量濃度食鹽對乳酸菌發(fā)酵的影響

圖2 不同質(zhì)量濃度食鹽對乳酸菌發(fā)酵作用的影響Fig.2 Effect of NaCl concentration on the growth of Lactobacillus plantarum

從圖2可以看出，植物乳桿菌與短乳桿菌耐受食鹽的最高質(zhì)量濃度為4.8g/100mL，瑞士乳桿菌與羅伊氏乳桿菌耐受食鹽的最高質(zhì)量濃度為5.5g/100mL，鼠李糖乳桿菌耐受食鹽的最高質(zhì)量濃度為6g/100mL；上述加入食鹽且經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵18h的OD600nm值與前面未加食鹽且經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵18h的OD600nm值相比較，發(fā)現(xiàn)未加食鹽發(fā)酵18h的OD600nm值可以達到2.0以上，加了食鹽后的最高值僅為1.1左右，說明食鹽對乳酸菌的發(fā)酵具有抑制作用。

2.3 辣椒素與食鹽共同作用對乳酸菌發(fā)酵的影響

圖3 辣椒素與食鹽共同作用于乳酸菌發(fā)酵作用的影響Fig.3 Effect of capsaicinoid and NaCl on the growth of Lactobacillus plantarum

從圖3可以看出，辣椒素與食鹽共同作用下，對植物乳桿菌和短乳桿菌的發(fā)酵作用影響較小，特別是短乳桿菌，在24h內(nèi)可以達到對數(shù)生長期及穩(wěn)定期。但對其余3種菌的影響較大。并且可以看出，辣椒素與食鹽共同作用于乳酸菌時，18h時的OD600nm值明顯高于食鹽作為單因子時18h的OD600nm值，說明在辣椒素與食鹽共同作用時，對乳酸菌的生長影響是辣椒素處于主導(dǎo)地位，食鹽是輔助作用。

2.4 電鏡觀察

圖4 未加辣椒素組和加辣椒素組乳酸菌的形態(tài)(×20000)Fig.4 Morphology of Lactobacillus plantarum cultured in the absence and presence of capsaicinoid (×20000)

從圖4可以看出，一定質(zhì)量濃度的辣椒素對乳酸菌有明顯的“傷害”作用，乳酸菌的菌體呈現(xiàn)破洞、扭曲等形態(tài)。結(jié)合辣椒素對乳酸菌的生長情況影響可以看出，乳酸菌對具有一定辣椒素的體系中可能存在一定的應(yīng)激反應(yīng)機制使得其適應(yīng)環(huán)境。

3 結(jié) 論

本研究著重于在剁辣椒自然發(fā)酵的條件下，乳酸菌的生長環(huán)境變化對乳酸菌生長情況的探討。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，乳酸菌能夠耐受的辣椒素的最高質(zhì)量濃度為0.133mg/mL，每種乳酸菌耐鹽的最高質(zhì)量濃度不一樣，植物乳桿菌和短乳桿菌為4.8g/100mL，瑞士乳桿菌和羅伊氏桿菌為5.5g/100mL，鼠李糖乳桿菌為6g/100mL。在乳酸菌能耐受的辣椒素和食鹽的最高質(zhì)量濃度共同作用下，對乳酸菌的抑制作用會增強。從電鏡照片可以看出，辣椒素對乳酸菌存在明顯的抑制作用。

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Effect of Capsaicinoid on the Growth of Lactic Acid Bacteria during Fermentation of Chili Pepper

LIU Jia1,2，JIANG Fang-fang1,2，F(xiàn)AN Lin1，JIANG Li-wen1,3,*，XIA Yan-bin1
(1. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China；2. Hunan Province Key Laboratory of Food Science and Biotechnology, Changsha 410128, China；3. Hunan Provincial Engineering and Technology Research Center for Fermented Food, Changsha 410128, China)

In this study, the effects of capsaicinoid and salt concentration on the pure culture growth of lactic acid bacteria during the fermentation of chili pepper. The results showed the growth of Lactobacillus was inhibited by capsaicinoid. The minimum concentration of capsaicinoid for Lactobacillus was 0.133 mg/mL. At the concentration, the logarithmic phase of Lactobacillus was delayed 2 h, which increased with increasing capsaicinoid concentration. The number of Lactobacillus in culture medium was decreased by capsaicinoid. Meanwhile, the OD600nmdecreased by 0.2 at the stationary phase. Moreover, capsaicinoid at a certain concentration could damage the cell structure of Lactobacillus as observed under transmission electron microscope.

capsaicinoid；sodium chloride；fermentation；Lactobacillus

TS201.3

A

1002-6630(2012)03-0190-04

2011-03-23

國家科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項目(2011GB2D00003)

劉嘉(1987—)，女，碩士研究生，研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail：kuailebuzai@126.com

*通信作者：蔣立文(1968—)，男，教授，博士，研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail：jlw_2002cn@yahoo.com.cn