小米椒發(fā)酵過程理化指標動態(tài)變化分析

彭毅秦，喬明鋒，易宇文，劉陽，張旭

(四川旅游學(xué)院 烹飪科學(xué)四川省高等學(xué)校重點實驗室，成都　610100)

泡制小米椒是我國一種傳統(tǒng)發(fā)酵調(diào)味品[1]，其味酸辣可口，含有乳酸菌等多種益生菌，常食能起到調(diào)理腸胃菌群平衡的效果，具有促進胃酸分泌、增進食欲、幫助消化和開胃保健的功效，其次具有抗血栓、消炎鎮(zhèn)痛、減肥及吸收人體致癌物質(zhì)——“自由基”的作用[2-5]。另外，泡制小米椒還具有改善風味、提高營養(yǎng)價值、防止腐敗、延長保質(zhì)期的作用[6]，因此深受人們喜愛，并廣泛運用于餐飲食品加工。

發(fā)酵小米椒因其獨特的風味和良好的保健功能，也受到眾多學(xué)者的青睞，歐陽晶等[7]利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定高鹽辣椒發(fā)酵過程中的風味物質(zhì)；安中立[8]曾對辣椒制品辣度分級及辣椒堿的抑菌效果進行深入研究；蔣緯等[9]將純種發(fā)酵與自然發(fā)酵的泡椒進行對比，得出食果糖乳桿菌接種量為5%，發(fā)酵泡椒風味較好，品質(zhì)優(yōu)良，口感上佳，色澤自然。然而，這些研究主要圍繞泡椒的風味物質(zhì)及微生物分析，針對發(fā)酵過程中質(zhì)構(gòu)及感官特性等理化指標變化的研究相對較少。

本文通過對小米椒發(fā)酵過程中pH、總酸、氨基態(tài)氮、微生物和質(zhì)構(gòu)特性等指標進行測定，研究小米椒發(fā)酵過程的動態(tài)變化規(guī)律，以期為小米椒制品的生產(chǎn)提供相關(guān)理論與技術(shù)支撐。

1　材料與方法

1.1　實驗材料

原料：市售小米椒。

輔料：市售花椒、大蒜、白砂糖、鹽、自來水、白醋。

1.2　主要儀器

TMS-PRO型高精度食品物性分析儀美國TFC公司；ZD-2型自動電位滴定儀上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；SB-3200DTDM型超聲波清洗機寧波新芝生物科技股份有限公司；HHS-8S型水浴鍋北京中興偉業(yè)儀器有限公司；BT423S型超純水機西安優(yōu)普儀器有限公司；BT423S型電子天平上海綠宇生物科技有限公司；SD-1型組織搗碎機上海皖寧精密科學(xué)儀器有限公司；LS-50HZ型立式壓力蒸汽滅菌器江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司；GZ-150-S型生化培養(yǎng)箱韶關(guān)市廣智科技設(shè)備有限公司。

1.3　小米椒發(fā)酵工藝

鹽、糖、醋、花椒、大蒜。

小米椒→挑選→清洗→稱量→調(diào)味→調(diào)香→發(fā)酵→翻動→成品。

操作流程：挑選完整無破損的小米椒，清洗去除表面污垢；稱量白糖20 g、食鹽120 g、白醋30 g放入1000 g水中融化混勻；將1000 g小米椒與1 g干花椒、20 g大蒜均勻放入泡菜壇中，加入調(diào)味水，室溫發(fā)酵8周，每周翻動1次。

1.4　實驗方法

1.4.1質(zhì)構(gòu)特性

挑選較均勻的小米椒，單刀復(fù)合式剪切探頭，形變量60%，剪切速度1 mm/s，返回速度1 mm/s，最小感應(yīng)力0.375 N，測定表面破裂力、硬度、彈性、咀嚼性、膠黏性。

1.4.2理化指標

總酸：按照GB/T 12456-2008方法測定。

pH值：按照GB 5009.237-2016方法測定。

氨基態(tài)氮：按照GB/T 12143-2008方法測定。

1.4.3微生物指標

菌落總數(shù)：按照GB 4789.2-2010方法測定。

酵母菌：按照GB 4789.35-2010方法測定。

乳酸菌：按照SN/T 2566-2010方法測定。

1.4.4感官評價

選擇11名食品或烹飪相關(guān)專業(yè)經(jīng)驗型大學(xué)生組成評定小組，分別從色澤、體態(tài)、香味、質(zhì)感、滋味方面進行感官評分，評定標準見表1。

表1　小米椒感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standard of Capsicum frutescens

1.5　統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)處理與分析采用IBM SPSS Statistics 22軟件，圖形繪制采用Excel。

2　結(jié)果與分析

2.1　小米椒發(fā)酵過程pH、總酸和氨基態(tài)氮的變化

小米椒發(fā)酵過程pH、總酸和氨基態(tài)氮的變化見圖1。

圖1　小米椒發(fā)酵過程pH、總酸和氨基態(tài)氮的變化Fig.1 Changes of pH,total acid and amino nitrogen in the fermentation process of Capsicum frutescens

2.1.1總酸與pH值變化

總酸含量是影響泡椒風味的重要指標[10]。前期較快增長，后期放緩，由圖1中a可知1～6周均存在顯著性差異，7～8周無顯著性差異；發(fā)酵前期總酸增長較快是由于辣椒本身的營養(yǎng)物質(zhì)大量被微生物分解[11]，后期產(chǎn)酸放緩果因為微生物數(shù)量下降。由表3可知總酸含量與微生物數(shù)量、發(fā)酵時間呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(p<0.01)；總酸含量與發(fā)酵時間、微生物總數(shù)、乳酸菌數(shù)量和酵母菌數(shù)量的R2分別為0.924，0.856，0.844，0.729，由此可得出在高鹽低溫的環(huán)境下，影響總酸含量的因素排序為：發(fā)酵時間>菌落總數(shù)>乳酸菌>酵母菌。

pH值變化見圖1中a，1～6周存在顯著性差異，7～8周無顯著性差異，整體呈下降趨勢，前期因乳酸菌、酵母菌產(chǎn)酸能力弱，白醋的揮發(fā)且高濃度的鹽水能減緩pH值下降[12]，導(dǎo)致游離出的H+量不足，所以在第2周pH值達到最高；4～6周乳酸菌等產(chǎn)酸微生物快速繁殖，在無氧條件下發(fā)酵產(chǎn)酸[13]，產(chǎn)酸能力加強，游離出的H+量逐步增加，所以pH值穩(wěn)步下降；7～8周微生物數(shù)量下降，產(chǎn)酸能力降低，pH值變化不顯著。

2.1.2氨基態(tài)氮變化

氨基態(tài)氮主要由蛋白質(zhì)水解生成[14]，是發(fā)酵辣椒鮮味的主要來源[15]，為判定發(fā)酵產(chǎn)品發(fā)酵程度的特性指標，其含量越高說明產(chǎn)品中氨基酸含量越高，營養(yǎng)越好[16]。由圖1中b可知氨基態(tài)氮含量在發(fā)酵前期、中期快速上升，后期急劇減少，且各發(fā)酵階段均存在顯著性差異。前3周氨基態(tài)氮含量增加是因為小米椒的蛋白質(zhì)滲出；4～6周氨基態(tài)氮含量上升較快，是因為微生物數(shù)量增加，分解蛋白質(zhì)能力增強，使得肽、氨基酸等溶出量增加；7～8周微生物大量死亡，細胞中的氨基態(tài)氮融出，所以在第7周氨基態(tài)氮含量出現(xiàn)峰值。由表4可知，氨基態(tài)氮含量與發(fā)酵時間、菌落總數(shù)和乳酸菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)，R2分別為0.555，0.668，0.718，與酵母菌無顯著相關(guān)性，可以得出影響其含量的因素排序為：乳酸菌>菌落總數(shù)>發(fā)酵時間>酵母菌。

2.2　小米椒發(fā)酵過程微生物數(shù)量的變化

圖2　小米椒發(fā)酵過程微生物數(shù)量的變化Fig.2 Changes of microbial quantity in the fermentation process of Capsicum frutescens

由圖2可知，微生物數(shù)量先增長，后下降，且各發(fā)酵階段存在顯著性差異，發(fā)酵前3周菌落總數(shù)增長較慢，4～6周處于生長活躍狀態(tài)，7～8周數(shù)量下降。前3周微生物生長緩慢是由于低溫高鹽與香辛料對微生物生長有一定的抑制作用；4～6周微生物可能已適應(yīng)此環(huán)境而生長較快；7～8周菌落總數(shù)下降，可能是因為糖分等營養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡，而且由于乳酸菌等微生物所產(chǎn)有機酸累積較多，使得部分不耐酸微生物難以生長。乳酸菌的生長直接影響著泡椒品質(zhì)[17]。乳酸菌數(shù)量變化情況為前期緩慢增長，中期生長較快，后期下降。由于發(fā)酵溫度較低、鹽含量較高，前期啟動發(fā)酵的異性乳酸菌相對較少[18]，1～3周生長緩慢，無顯著性差異；4～6周乳酸菌生長較快，數(shù)量存在顯著差異性，7～8周數(shù)量下降。酵母菌數(shù)量在1～3周無顯著性差異，4～8周均有顯著性差異，酵母菌數(shù)量在1～3周緩慢增長，4～6周增長較快，7～8周略有下降；酵母菌在發(fā)酵中期呈現(xiàn)活躍狀態(tài)，出現(xiàn)這種情況可能是低溫高鹽的發(fā)酵環(huán)境加上大蒜等香辛料對微生物的生長抑制，導(dǎo)致酵母菌延遲生長所致。

表2　小米椒發(fā)酵過程中微生物數(shù)量變化回歸方程Table 2 The regression equation of microbial quantity in the fermentation process of Capsicum frutescens

注：x為發(fā)酵時間，周；y為微生物數(shù)量，cfu/g×106。

通過建立回歸方程，可以模擬微生物數(shù)量的變化趨勢，得到不同發(fā)酵階段的微生物數(shù)量，從而判斷發(fā)酵是否已到達終點。通過圖2計算可知，微生物數(shù)量在第8周時出現(xiàn)數(shù)量明顯下降情況，由此可以判定小米椒到第8周時已發(fā)酵結(jié)束，再結(jié)合感官評分在第6周得分最高，由此判斷整個實驗進行了一個完整的發(fā)酵周期。

2.3　小米椒質(zhì)構(gòu)特性

小米椒發(fā)酵過程質(zhì)構(gòu)特性動態(tài)變化見圖3。發(fā)酵前小米椒進行腌制處理，導(dǎo)致水分流失，質(zhì)地變軟，且發(fā)酵前期發(fā)酵液未能快速地滲入小米椒，所以1～3周表面破裂力、硬度、咀嚼性和彈性等指標數(shù)值較低；4～6周發(fā)酵液逐步滲入小米椒，使表面破裂力等指標的數(shù)值上升。由于乳酸菌、酵母菌持續(xù)產(chǎn)酸造成酸催化果膠水解[19]，引起組織軟化，導(dǎo)致7～8周表面破裂力等指標數(shù)值下降。由圖3可知，膠黏性前期下降，中期上升，后期再次下降，1～3周辣椒表面的粘性物質(zhì)被分解，為微生物生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，所以發(fā)酵前期膠黏性下降，4～6周上升是因為微生物與果膠酶的分解導(dǎo)致小米椒發(fā)粘所致；發(fā)酵后期膠黏性下降是因為微生物與果膠酶過度分解導(dǎo)致[20]。

表3　小米椒發(fā)酵過程各理化指標相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis among physicochemical indexes in the fermentation process of Capsicum frutescens

注： “**”表示在0.01 水平(雙側(cè))上極顯著相關(guān)，“*”表示在0.05 水平(雙側(cè)) 上顯著相關(guān)。

由表3可知，表面破裂力與總酸、菌落總數(shù)、酵母菌和乳酸菌呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)，R2分別是0.616，0.589，0.968，0.586，發(fā)酵時間與表面破裂力呈顯著正相關(guān)(p<0.05)其R2為0.481，由此可以推斷各因素對表面破裂力的影響排序為酵母菌>總酸>菌落總數(shù)>乳酸菌>發(fā)酵時間。硬度與總酸、發(fā)酵時間、菌落總數(shù)、酵母菌和乳酸菌呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)，R2分別是0.823，0.784，0.846，0.860，0.901，由此可以推斷各因素對硬度的影響排序為酵母菌>乳酸菌>菌落總數(shù)>總酸>發(fā)酵時間。彈性與發(fā)酵時間、總酸、菌落總數(shù)、酵母菌和乳酸菌呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)，R2分別為0.867，0.932，0.881，0.890，0.809，由此可以推斷各因素對彈性的影響排序為總酸>乳酸菌>菌落總數(shù)>發(fā)酵時間>酵母菌。咀嚼性與發(fā)酵時間、總酸、酵母菌呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)，R2分別是0.579，0.758，0.658，與菌落總數(shù)、乳酸菌呈顯著正相關(guān)(p<0.05)，由此可以推斷各因素對咀嚼性的影響排序為總酸>酵母菌>發(fā)酵時間>菌落總數(shù)>乳酸菌。膠黏性與發(fā)酵時間、總酸、菌落總數(shù)、酵母菌和乳酸菌均呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)，R2分別是0.554，0.600，0.775，0.789，0.888，由此可以推斷各因素對膠黏性的影響排序為：乳酸菌>酵母菌>菌落總數(shù)>總酸>發(fā)酵時間。

圖3　小米椒發(fā)酵過程質(zhì)構(gòu)特性動態(tài)變化Fig.3 Changes of texture properties in the fermentation process of Capsicum frutescens

2.4　小米椒感官評價

小米椒發(fā)酵過程感官評價動態(tài)變化見圖4。小米椒色澤評分隨發(fā)酵時間而增加，胡蘿卜素的分解可能導(dǎo)致顏色加深而降低；體態(tài)評分隨著發(fā)酵時間的增加，發(fā)酵液逐步滲入小米椒而提高；香味在1～3周評分較低，4～6周評分較高，7～8周評分略有下降；滋味在1～3周評分較低，4～6周評分較高，7～8周評分略有下降。微生物1～3周數(shù)量較少，4～6周較多，7～8周減少，香味、滋味感官評分與微生物數(shù)量變化情況一致。質(zhì)感評分在1～3周較低，4～6周較高，7～8周評分略有下降，與質(zhì)構(gòu)特性變化情況一致。

圖4　小米椒發(fā)酵過程感官評分變化雷達圖Fig.4 The radar map of sensory grading changes in the fermentation process of Capsicum frutescens

3　結(jié)論

試驗研究小米椒發(fā)酵過程中理化指標的動態(tài)變化，以方差分析比較各發(fā)酵階段的差異，用微生物數(shù)量變化回歸方程判斷發(fā)酵終點，采用相關(guān)性分析各理化指標間的相關(guān)度，結(jié)果顯示：小米椒發(fā)酵過程中各理化指標的相關(guān)性較高，整體差異性顯著。發(fā)酵過程中總酸、氨基態(tài)氮含量、pH與發(fā)酵時間和微生物數(shù)量呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)；質(zhì)構(gòu)特性存在顯著性差異變化，與微生物數(shù)量存在極顯著正相關(guān)(p<0.01)或顯著正相關(guān)(p<0.05)；感官評分的變化基本符合質(zhì)構(gòu)特性與微生物生長變化；微生物數(shù)量先增后降，且各發(fā)酵階段存在顯著性差異。研究結(jié)果可為小米椒生產(chǎn)過程中品質(zhì)控制提供一定的理論支撐。

參考文獻：

[1]周曉媛,鄧靖,李福枝.發(fā)酵辣椒揮發(fā)性成分分析及復(fù)合香味劑調(diào)配[J].中國食品學(xué)報,2007,7(3):138-143.

[2]Adams M J,Ahuja K D K,Geraghty D P.Effect of capsaicin and dihydrocapsaicin on in vitro blood coagulation and platelet aggregation[J].Thrombosis Research,2009,124(6):721-723.

[3]Petrocellis L D,Marzo V D.Lipids as regulators of the activity of transient receptor potential type V1 (TRPV1) channels[J].Life Sciences,2005,77(14):1651-1666.

[4]賴曉英,賀稚非,吳麗紅.辣椒的研究及開發(fā)現(xiàn)狀[J].中國調(diào)味品,2006(3):4-8.

[5]Kawada T,Hagihara K,Iwai K.Effects of capsaicin on lipid metabolism in rats fed a high fat diet[J].Journal of Nutrition,1986,116(7):1272-1278.

[6]賈洪峰.發(fā)酵辣椒中風味物質(zhì)的研究[D].重慶：西南大學(xué)，2007:2-3.

[7]歐陽晶,陶湘林,李梓銘,等.高鹽辣椒發(fā)酵過程中主要成分及風味的變化[J].食品科學(xué),2014(4):174-178.

[8]安中立.辣椒制品辣度分級及辣椒堿的抑菌研究[D].重慶：西南大學(xué),2008.

[9]蔣緯,譚書明,胡穎,等.四株乳酸菌純種發(fā)酵泡椒的研究[J].中國調(diào)味品,2013,38(4):23-27.

[10]何緒曉.發(fā)酵辣椒醬工藝及保藏技術(shù)研究[D].貴陽:貴州大學(xué),2008.

[11]歐陽晶,陶湘林,李梓銘,等.高鹽辣椒發(fā)酵過程中主要成分及風味的變化[J].食品科學(xué),2014(4):174-178.

[12]母應(yīng)春,譚書明,曾海英,等.泡椒制品發(fā)酵安全性評價研究[J].山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報,2011(3):239-243.

[13]尹利端,韓北忠,黃晶晶,等.蘿卜泡菜發(fā)酵過程中食鹽對微生物變化的影響[J].中國釀造,2005(3):19-21.

[14]鐘敏,寧正樣.辣椒自然乳酸發(fā)酵中的變化及影響發(fā)酵質(zhì)量的幾個因素[J].廣州食品工業(yè)科技，2000(3):1-3.

[15]羅靜,龔麗,車振明.辣椒醬發(fā)酵過程中主要質(zhì)量指標變化規(guī)律的研究[J].食品與發(fā)酵科技,2013(2):47-49.

[16]王微.鲊辣椒純種發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)的研究[D].重慶：西南大學(xué)，2013.

[17]母應(yīng)春,譚書明,曾海英,等.泡椒制品發(fā)酵安全性評價研究[J].山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報,2011(3):239-243.

[18]甘奕,李洪軍,付楊，等.韓國泡菜制作過程中理化特性及微生物的變化[J].食品科學(xué)，2014(15):166-171.

[19]鐘敏,寧正祥.發(fā)酵辣椒組織軟化的抑制初探[J].食品科學(xué),2001(3):33-35.

[20]劉春燕,夏姣,徐林,等.紅皮蘿卜泡菜自然發(fā)酵過程中乳酸菌的動態(tài)變化[J].食品工業(yè)科技,2015,36(18):176-181.