辣椒汁發酵過程中揮發性成分的變化

唐 鑫，夏延斌,*，吳 燦

辣椒汁發酵過程中揮發性成分的變化

唐 鑫1,2，夏延斌1,2,*，吳 燦1

（1.湖南農業大學食品科學技術學院，湖南 長沙 410128；2.國家蔬菜加工技術研發分中心，湖南 長沙 410128）

為研究未經發酵辣椒汁與不同發酵時間辣椒汁的揮發性成分，并探究發酵前后揮發性成分的變化，采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用的方法對辣椒汁發酵期間揮發性成分進行鑒定，探討時間對辣椒汁發酵風味的影響。結果表明：在辣椒汁發酵期間，共鑒定出106 種揮發性成分，主要包括酯類（28 種）、酸類（13 種）、醇類（8 種）、烯烴類（34 種）、烷烴類（12 種）、醛類（5 種）、酮類（3 種）等，它們的協同作用構成了辣椒汁及其發酵液的特征氣味。其中在辣椒原汁、發酵1、2、3 d的辣椒汁中分別鑒定出成分65、78、83、86 種，共有的成分53 種。隨著發酵的進行，酯類、烯烴類化合物相對含量有所增加，并新增萜類化合物，揮發性成分種類均有增加。發酵時間3 d的辣椒汁風味最佳，發酵能使辣椒汁產生獨特的風味，使其具有很好的應用前景。

發酵辣椒汁；揮發性成分；固相微萃取；氣相色譜-質譜法

辣椒（Capsicum annuum）屬茄科，是一種深受人們喜愛，味辛香，性溫熱，有刺激性的蔬菜，其含有豐富的VC，在蔬菜中居第一位，另外還含有比較豐富的鋅、VA、VB、鐵、鈣、鉀以及15 種人體所需要的氨基酸[1-2]。除此之外，辣椒還具有健胃消食、促進血液循環等作用[3]。

我國有著豐富的辣椒資源，擁有著廣大的消費群體和辣椒加工企業。其中，很多的辣椒企業利用鹽漬辣椒再深加工，但辣椒在鹽漬過程中會滲出大量的辣椒細胞組織液浸出汁[4]，即辣椒汁，其中含鹽23%，含辣椒溶出物8%。目前，大多數辣椒加工企業都沒有利用這種辣椒汁，而是作為廢水排放。湖南以該種方式加工的辣椒每年有10萬 t以上，辣椒汁流失達800多噸，不僅辣椒中營養物質的流失，而且造成嚴重的環境污染。經初步研究發現，該鹽漬浸出汁中含有豐富的能夠提供微生物生長代謝所需的營養成分，并且其感官上有豐富且濃厚的辣椒香氣[5]。為了能夠充分地利用這些副產物，將其加工為發酵辣椒香精，本研究利用植物乳桿菌和酵母菌對其進行發酵，獲得了風味良好的濃縮發酵液，為進一步了解風味品質和發酵時間的關系，對揮發性成分隨時間的變化開展了研究。

目前，食品香氣成分分析應用最廣泛的技術是頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜（headspace solid-phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry，HSSPME-GC-MS）聯用法，固相微萃取法過程簡單、方便快捷[6]，并且還是集采樣、萃取、濃縮及進樣于一體的[7-8]。本研究采用HS-SPME-GC-MS對辣椒鹽坯浸出汁接種植物乳桿菌和酵母菌混合發酵過程中的香氣成分進行分析比較，旨在為辣椒汁的廢物利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

辣椒汁（鹽漬紅線椒汁），取于長沙壇壇鄉調料食品有限公司剁辣椒鹽坯細胞組織液浸出汁（加入30%食鹽的紅線椒剁辣椒鹽漬后浸出的辣椒汁）；植物乳桿菌（L. plantarum P1），由湖南農業大學食品科學技術學院食品科學與生物技術湖南省重點實驗室保藏；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司；MRS培養基 廣東環凱微生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

固相微萃取裝置（手動SPME進樣器、100 μm PDMS萃取頭、15 mL頂空瓶） 美國Supelco公司；QP2010氣相色譜-質譜聯用儀 日本島津公司；GL-3520磁力攪拌器 海門市其林貝爾儀器制造有限公司；GZ-250-S恒溫培養箱 韶關市廣智科技設備發展有限公司；TP-213電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌種活化與發酵劑制備

取1 g高活性干酵母于100 mL 38～40 ℃含2%葡萄糖溶液中，使之溶解，保持該溫度15min，再將其轉移到30～32 ℃條件下培養2 h后，檢測活菌數達到1010，方可作為發酵劑備用。

250 mL錐形瓶中裝入50mL MRS液體培養基，接種3 環生長良好的斜面植物乳桿菌，35 ℃培養24 h，重復2～3 次將菌種活化。250 mL錐形瓶中裝50 mL植物乳桿菌辣椒鹽坯浸出汁培養基[9]，接入1 mL已活化菌液，35 ℃培養21 h，檢測活菌數達到1010，方可作為發酵劑備用。

1.3.2 發酵辣椒汁的制備

表1 辣椒汁基本理化指標Table 1 Physical and chemical indicators of hot pepper juice

將辣椒鹽坯滲出汁直接加熱蒸發濃縮至原體積的20%，靜置冷卻以除去底部冷析出來的食鹽。再加入蒸餾水使辣椒濃縮汁與水的體積比為1∶1.5，備用。以該處理好的辣椒汁為發酵基質（添加量以該體積計，基本指標參數見表1），加入12%麥芽糖，接種已制備的復合發酵劑，總接種量為3%，其中植物乳桿菌∶酵母菌=2∶1，靜置于37 ℃恒溫培養箱內進行發酵。分別取辣椒原汁、發酵1、2、3 d的辣椒汁進行頂空固相微萃取，分析其揮發性成分。

1.3.3 揮發性成分的提取及鑒定

1.3.3.1 萃取頭老化

首次使用固相微萃取頭時，必須老化至無雜峰。將100 μm PDMS萃取頭，于氣相色譜進樣口老化，老化溫度270 ℃，老化時間30 min。

1.3.3.2 揮發性風味成分的提取[4]

吸取5 mL的辣椒汁于頂空瓶中，密封好后置于磁力攪拌器上，在60 ℃條件下恒溫10 min，將萃取頭插入樣品瓶中，推出纖維頭使其位于液面之上保持1.5 cm，頂空于60 ℃吸附30 min，攪拌速率為900 r/min。然后將萃取頭插入氣相色譜儀進樣口，250 ℃解吸5 min，在拔出萃取頭時抽回纖維頭，并啟動儀器采集數據。

1.3.4 揮發性風味成分的鑒定方法

1.3.4.1 儀器分析條件[10]

氣相色譜條件：色譜柱為DB-5MS彈性石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣為高純（99.999%）氦氣，流速1.0 mL/min；進樣口溫度250 ℃；不分流進樣；程序升溫，柱溫50 ℃，保持1 min，以8 ℃/min升溫至290 ℃，保持2 min。

質譜條件：離子源溫度200 ℃；接口溫度220 ℃；電離方式電離電離；電子能量70 eV；燈絲電流150 μA；質核比掃描范圍45～500 m/z。

1.3.4.2 定性定量方法

質譜圖采用NIST 08和Wiley 09數據庫進行檢索，人工譜圖解析，再結合保留時間等參數分別對各峰進行確認和分析檢測。本實驗對譜庫中化合物相似度低于80的組分標為未檢出。采用峰面積歸一化法進行定量分析，得出各化學成分在發酵辣椒汁揮發性風味成分中的相對含量。

2 結果與分析

2.1 不同發酵時間辣椒汁揮發性成分總離子流圖

采用HS-SPME-GC-MS法對不同發酵時間的揮發性成分進行分析，得到辣椒原汁、發酵1 d、發酵2 d、發酵3 d的辣椒汁的GC-MS總離子流圖，如圖1所示。

圖1 辣椒原汁與辣椒汁發酵過程中揮發性成分GC-MS總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion current chromatograms of volatile compounds of hot pepper juice and fermented hot pepper juice for 1, 2 and 3 days

2.2 不同發酵時間辣椒汁揮發性成分分析

表2 辣椒汁發酵過程中揮發性成分GC-MS分析結果Table 2 Changes in volatile compounds of hot pepper juice during fermentation

續表2

續表2

各組分經計算機譜庫檢索及資料分析，檢測結果如表2所示。由表2可知，辣椒汁在發酵過程中共檢出的揮發性成分103 種，其中共有的揮發性成分53 種，主要有醛類、酸類、醇類、酯類、烷烴類、烯烴類、酮類等化合物。

辣椒汁經發酵后揮發性成分的變化如圖2所示，其中揮發性成分的種類明顯增加（圖2a），各揮發性成分的相對含量也隨著發酵的進行發生變化（圖2b）。從辣椒原汁、發酵1 d、發酵2 d和發酵3 d的辣椒汁中分別檢出65、78、83、86 種成分。

圖2 不同發酵時間揮發性成分化合物個數（a）和相對含量（b）的變化Fig.2 Changes in the kinds (a) and relative contents (b) of volatile components in hot pepper juice during fermentation

2.3 不同發酵時間辣椒汁揮發性成分變化

2.3.1 醇類化合物

醇類化合物在發酵期間的相對含量變化不大。其中在酵母菌的作用下在發酵初期產生乙醇，并隨著發酵時間的延長，乙醇的相對含量有所增加，使發酵辣椒汁具有酒樣香氣。另外，金合歡醇、芳樟醇、橙花醇、α-松油醇等萜醇類化合物是檢出的醇類化合物中相對含量最高的一類。α-松油醇在4 個樣品中都有存在，相對含量分別為2.54%、1.53%、1.31%、1.18%，發酵過程中含量逐漸降低。

2.3.2 酸類化合物

對于發酵食品而言，酸類化合物不僅能給食品的風味賦予酸味，同時還能提供香氣。在植物乳桿菌的作用下，發酵1、2、3 d的辣椒汁中酸類化合物的相對含量分別為16.81%、21.96%、22.41%，相對含量有所升高，這可能與隨著發酵的進行乳酸菌不斷產酸有關。

2.3.3 烴類化合物

本實驗所檢出的烴類化合物包括烷烴類化合物和烯烴類化合物。其中烷烴類化合物共檢出12 種，共有的為7 種且相對含量變化不大。烯烴類化合物共檢出34 種，是所有物質中種類最多的一類，在辣椒原汁、發酵1、2、3 d的辣椒汁中分別檢出19、20、22、25 種，相對含量分別為12.21%、13.85%、14.83%、19.77%，都呈遞增的趨勢。隨著發酵的進行，新增的L-檸檬烯、（＋）-長葉環烯、β-花柏烯、（＋）-香橙烯、α-紫惠槐烯、β-石竹烯、角鯊烯等萜烯類化合物，呈現特殊的果香和花香。

2.3.4 酯類化合物

本實驗共檢出28 種酯類化合物，且在經過發酵后酯類化合物成為所有物質中相對含量最高的一類，說明在酵母菌和植物乳桿菌的共同作用下對酯類化合物的生成有一定的促進作用。在辣椒原汁、發酵1 、2、3 d的辣椒汁中酯類化合物分別檢出13、20、25、26 種，相對含量分別為10.71%、27.61%、38.41%、35.25%，說明通過發酵可以使辣椒汁產生濃郁的香氣。

2.3.5 醛酮類化合物

此次檢出的醛類物質共5 種，相對含量分別為3.25%、3.98%、4.75%、5.30%，相對含量增加不多。此次檢出的3種酮類化合物，包括香葉基丙酮、β-大馬士酮、紫羅蘭酮都為4 個樣品中共有的，且相對含量基本保持不變，可能是由于發酵對酮類化合物的影響并不大。

2.3.6 其他類化合物

辣椒汁中共檢出3 種其他類化合物，為2-甲氧基-3-異丁基吡嗪、2,3-二氫苯并呋喃和正辛醚。經過發酵后正辛醚消失，只剩下2-甲氧基-3-異丁基吡嗪、2,3-二氫苯并呋喃，且發酵1、2、3 d這兩種物質的相對含量分別為0.29%、0.33%、0.28%，基本未發生改變。

3 討 論

萜醇類香料大多屬花香、青果和蜜香香氣[11]，賦予發酵辣椒香氣作用較大。如橙花醇有令人愉快的玫瑰和橙花的香氣[12]，芳樟醇具有花香、木香、柑橘香、漿果香、玫瑰香，金合歡醇賦予清香和花香等柔和的氣味[13]，α-松油醇具有紫丁香香氣并具有辛辣味，可能來源于新鮮辣椒，隨著發酵時間的延長含量逐漸降低，可能會改善樣品的辛辣味。烷烴類化合物香氣一般比較弱，香氣閾值較高，賦予產品的香氣作用較小[14]，在空氣中也易于氧化變質[15]，故并不將此類化合物作為辣椒中的主要呈味物質。烯烴類化合物閾值較低，加熱可以促進揮發，是辣椒中的主要呈味物質[16]，隨著發酵的進行，萜烯類化合物種類有所增加，呈現果香和花香，使辣椒汁經過發酵后香氣成分種類更加豐富，香味更加濃郁。酯類化合物賦予發酵辣椒汁的香氣十分重要，因為在發酵過程中，酯化反應是主要反應之一。酯類化合物氣味濃郁，香氣持久，低分子質量的酯類一般具有芳香氣味或特定水果香味[17]。在發酵過程中生成的壬酸乙酯具有果香和帶玫瑰香氣的酒香，癸酸乙酯具有葡萄酒香氣，肉豆蔻酸甲酯具類似蜂蜜和鳶尾樣的香氣，十二烷基異戊酯呈微弱油香和脂香等酯類化合物，都是制作香精香料必不可少的成分[15]。醛類化合物的香氣濃烈，多為果香及花香，因為它們感覺閾值較低，賦予香氣能力較強。其中桃醛具有強烈的桃香和果香香氣[18]，月桂醛具有類似紫羅蘭等果香型香氣，硬脂醛具有椰子和杏仁味香氣。酮類化合物具有性質穩定，香味優異持久等特點[19]，一般貢獻花香和果香風味，通常隨著碳鏈的增長給出更強的花香特征[20]。2-甲氧基-3-異丁基吡嗪具有胡椒、咖啡的香氣，2,3-二氫苯并呋喃具有刺激性，是新鮮辣椒香氣成分中典型的化合物，是辣椒辣味的來源[21]。

隨著發酵的進行，揮發性成分的種類明顯增加，各類揮發性成分的相對含量也隨著發酵的進行發生變化。烯烴類和酯類的種類和相對含量都呈遞增趨勢，從發酵開始就成為主要的揮發性成分。醛類和酮類的種類和相對含量的變化都不明顯，但由于其具有感覺閾值較低，賦予香氣能力較強，性質穩定，香味優異持久等特點，為發酵辣椒汁香味的貢獻較大。

4 結 論

采用HS-SPME-GC-MS，對辣椒汁發酵過程中揮發性成分的變化進行檢測。從辣椒原汁、發酵1、2、3 d的辣椒汁中共鑒定出揮發性成分106 種，分別鑒定出成分65、78、83、86 種，共有的成分53 種。主要有醇類、酸類、烴類、酯類、醛類和酮類等。辣椒汁經過發酵，揮發性成分種類呈遞增趨勢，呈現辛辣味的物質相對含量有所降低，呈現果香和花香的物質相對含量逐漸增高，說明通過復合菌種對辣椒汁進行發酵對辣椒汁的香味有很好的改善，為今后的研究生產有一定的借鑒作用。

辣椒汁在植物乳桿菌和酵母菌共同作用下產生的特有的香氣并非由一種或一類化合物單獨形成，其形式并不單一，它取決于各種化合物之間的一種微妙的平衡。但是由于每種揮發性香味成分的閾值相差很大，所以成分的相對含量并不能完全地反映出某種化合物在樣品中的風味貢獻，有待進一步的研究。

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Analysis of Volatile Components in Hot Pepper Juice during Fermentation

TANG Xin1,2, XIA Yan-bin1,2,*, WU Can1
(1. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. National R & D Center for Vegetable Processing, Changsha 410128, China)

Solid-phase micro-extraction (SPME) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) were adopted to separate and identify the volatile components of fermented hot pepper juice. The quantification was performed by area normalization method. The results indicated that 106 volatile components were identified including esters, acids, alcohols, olefins, alkenes, aldehydes and ketones. Totally 65, 78, 83 and 86 volatile components were identified in hot pepper juices fermented for 0, 1, 2 and 3 days, respectively. Fifty-three volatile compounds were common to the four samples. The amounts of alkenes and esters were increased as the fermentation process progressed, terpeniods were newly detected, and there was an increase in the number of volatile compounds. The 3 d fermented juice had the best flavor. Therefore, fermentation can improve the flavor of hot pepper juice, and even produce unique flavor, indicating its application potential.

fermented hot pepper juice; volatile component; solid-phase micro-extraction (SPME); gas chromatographymass spectrometry (GC-MS)

TS264.3

A

1002-6630（2014）16-0197-05

10.7506/spkx1002-6630-201416038

2013-08-25

唐鑫（1989—），女，碩士研究生，研究方向為食品化學與營養。E-mail：bao_tangx@hotmail.com

*通信作者：夏延斌（1951—），男，教授，學士，研究方向為食品化學與營養。E-mail：xy520523@yahoo.com.cn