不同淀粉配料制備鲊海椒酸味形成及其酸味特性的研究

趙欠，葛平珍，王丹，周才瓊

(西南大學 食品科學學院，重慶，400715)

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不同淀粉配料制備鲊海椒酸味形成及其酸味特性的研究

趙欠，葛平珍，王丹，周才瓊*

(西南大學 食品科學學院，重慶，400715)

為研究不同淀粉配料對鲊海椒發酵過程中酸味形成及酸味特性的影響，以粳米、玉米、芋頭-玉米為淀粉配料制備鮓海椒，比較發酵過程中酸味形成及與糖代謝關系。結果顯示：3種鲊海椒總糖、淀粉、可溶性總糖和還原糖均隨發酵下降，總酸、乳酸、乙酸、蘋果酸和酒石酸增加，且總糖、淀粉和還原糖下降與總酸、乳酸和乙酸升高顯著相關(P<0.05)。3種淀粉配料制備鲊海椒酸味強度分析顯示，粳米樣品酸味強度快速升高，影響粳米鲊海椒酸味特性的主要是乳酸、乙酸和檸檬酸，玉米樣品和芋頭-玉米樣品主要是乙酸、乳酸和蘋果酸；主成分分析發現，粳米鲊海椒綜合得分最高，表明添加不同淀粉配料會影響發酵產品酸味強度和味感特性。

鲊海椒；酸味形成；酸味特征；自然發酵；淀粉配料

鲊海椒是西南地區少數民族或漢族與少數民族雜居地區以當地淀粉資源如粳米、玉米、芋頭和新鮮辣椒一起經過厭氧發酵形成的一種特色地方美食[1]，酸味感是鲊海椒發酵的特征味感。食品經過發酵會產生醇類及酸類，在發酵過程中，食品原料中的大分子物質降解為小分子物質(如有機酸、單糖等)，利于人體消化吸收；通過發酵改變食品原料原有風味和結構，增加食品的種類[2-6]。有少量玉米鲊海椒微生物分離及對市售鲊海椒風味品質及純種發酵技術等的研究報道[7-9]。有報道稱發酵辣椒制品中的微生物主要是乳酸菌、芽孢桿菌等[10-13]?？莶菅挎邨U菌能將部分淀粉分解為小分子糖，不僅為其他微生物生長提供能量，也為微生物發酵產生發酵產物提供基料，例如厭氧條件下，葡萄糖經糖酵解途徑產生的丙酮酸能生成乳酸和醋酸等有機酸[8]。而對于傳統發酵過程中不同淀粉配料對鲊海椒發酵過程中有機酸形成的影響研究未見報道。因此，本研究擬采用鲊海椒制備中常用淀粉配料制備鲊海椒并自然發酵，對其發酵過程中主要酸味成分形成及與碳水化合物代謝進行比較研究。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及處理

鮮紅辣椒(二荊條)、芋頭，購于重慶市北碚區天生農貿市場；粳米、黃玉米、食鹽，購于重慶市北碚區永輝超市。辣椒洗后瀝干，粉碎成約0.3 mm×0.3 mm塊狀；芋頭去皮切成細絲；粳米和玉米炒至微黃后，分別用粉碎機粉碎后過40目篩。

1.2 主要試劑和儀器設備

葡萄糖、DL-蘋果酸、DL-酒石酸、檸檬酸、草酸、乳酸、乙酸、3,5-二硝基水楊酸，等，均為分析純，成都市科龍化工試劑廠；甲醇，色譜純，成都市科龍化工試劑廠。

FA2004A電子天平(上海精天電子儀器有限公司)；RE-52A旋轉蒸發器(上海亞榮生化儀器廠)；722型可見分光光度計(上海菁華科技儀器有限公司)；UV-2450 紫外-可見分光光度計(日本島津公司)；LC-20A高效液相色譜儀(日本島津公司)。

1.3 實驗方法

1.3.1 鲊海椒的制備

3種鲊海椒原料配比如下：辣椒∶粳米面、辣椒∶玉米面、辣椒∶(玉米面與芋頭絲各一半)均為質量比1∶1，鹽5%。將各種原料按配比混合均勻后，裝入罐中，倒置水密封，溫度15 ℃±5 ℃下發酵，取不同發酵時間樣品分析。

1.3.2 有機酸的測定[14]

(1)色譜條件。色譜柱：Kromasil C18(5 μm，250 mm×4.6 mm)；進樣量：10 μL；流動相：2.0%甲醇-0.05 mol/L KH2PO4磷酸鹽緩沖液(pH 2.8 用磷酸調pH值)；流速：0.8 mL/min；柱溫：30 ℃；檢測波長：214 nm。

(2)標準曲線繪制。分別配制濃度均為5 g/L的草酸、蘋果酸、琥珀酸、酒石酸、乙酸、檸檬酸作為母液，按比例稀釋至濃度梯度為0.02、0.04、0.06、0.08、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L；乳酸10 g/L，作為母液，按比例稀釋至其他有機酸各梯度濃度的2倍，經0.45 μm濾膜過濾后，進行色譜分析。以質量濃度ρ(g/L)對峰面積Y做圖，繪制標準曲線，求回歸方程及相關系數。

(3)樣品前處理及定性和定量分析 稱取2.500 g樣品，加入50 mL純水，75 ℃水浴20 min，冷卻后補足水分過濾，濾液離心20 min(4 000 r/min)。上清液經0.45 μm微孔濾膜過濾后直接進樣分析。采用保留時間定性，以峰面積外標法定量。

1.3.3 淀粉、總糖及還原糖測定[15-16]

(1)葡萄糖標準曲線制備 取編號的25 mL具塞試管7支，分別按表1加入試劑和操作。冷卻后各管定容至25 mL。將上述各管溶液搖勻，分光光度計上于波長540 nm處比色測定，空白管(1號管)溶液調零點，記錄吸光度值A540nm。以葡萄糖含量為橫坐標、吸光度為縱坐標繪制標準曲線。

表1 葡萄糖標準曲線制作

(2)樣品前處理，還原糖提?。簻蚀_稱取樣品1.0 g，研缽中磨成勻漿，轉入三角瓶中，用約30 mL水沖洗研缽2～3次，洗液一并轉入三角瓶中。50 ℃恒溫水浴提取20 min，冷卻后離心10 min(3 000 r/min)，20 mL水沖洗殘渣，重復以上操作再提取1次，合并2次濾液，轉移到50 mL容量瓶中，純水定容后作樣品液備用。樣品總糖的水解及提取：準確稱取樣品1.0 g于研缽中，加約2 mL水磨成漿狀，轉入圓底燒瓶中，水沖洗研缽2～3次，洗液一并轉入。再向三角瓶中加入6 mol/L HCl溶液 15 mL，裝上回流裝置，沸水浴中水解60 min，用KI淀粉試紙檢查樣品水解是否完全，直至試紙不顯藍色方停止加熱。水解完全后取出圓底燒瓶，冷卻后用6 mol/L NaOH調pH值至中性。轉移至100 mL容量瓶中并用純水定容，溶液過濾后待測。樣品淀粉測定的處理：稱取1.0 g樣品置于三角瓶中，加入30 mL體積分數85%乙醇，80 ℃水浴30 min以除去樣品可溶性糖，將樣品液過濾，棄上清液，沉淀用純水沖洗。用與總糖相同的酸水解法對沉淀進行處理，水解液轉移至100 mL容量瓶中并用純水定容，水解液過濾后待測。

1.3.4 其他成分分析

水分含量：GB 5009.3—2010，直接干燥法[18]；可溶性總糖旳測定：蒽酮比色法[19]。

1.3.5 數據分析和酸味強度計算[17]

每個樣品重復測定3次，試驗結果以(mean±SD)表示，用Origin制圖軟件及SPSS 17.0對數據進行分析。

(1)

2 結果與分析

2.1 不同淀粉配料制備鲊海椒發酵過程中含水量的變化

水分含量變化如表2所示。3種不同淀粉配料制備鲊海椒水分含量均顯著下降(P<0.01)，芋頭-玉米樣品水分含量明顯高于其他2種樣品。含水量差異和碳水化合物組成結構的差異會影響微生物的生長繁殖及鲊海椒發酵產酸，而形成不同的酸味味感特征。

表2 鲊海椒發酵過程中水分含量旳變化

2.2 不同淀粉配料制備鲊海椒發酵過程中碳水化合物含量變化

2.2.1 不同淀粉配料制備鲊海椒發酵過程中總糖和淀粉的變化

3種不同淀粉配料制備鲊海椒總糖、淀粉隨著發酵快速下降，總糖和淀粉含量分別在發酵30 d和15 d后即顯著低于發酵0d的樣品(圖1～圖2)。發酵90 d后，粳米、玉米及芋頭-玉米鲊海椒總糖含量為發酵0 d時的84.0%、80.3%和58.4%，淀粉含量為發酵0d時的82.6%、84.4%和63.9%。芋頭-玉米鲊海椒總糖、淀粉均降低最多，這可能與芋頭本身總糖特點或含有一些分解酶有關。

圖1 鲊海椒發酵過程中總糖含量變化Fig.1 Change of macronutrients in the fermentation process of Zha-chili

圖2 鲊海椒發酵過程中淀粉含量變化Fig.2 Change of starch in the fermentation of Zha-chili

2.2.2 不同淀粉配料制備鲊海椒發酵過程中可溶性總糖和還原糖的變化

在加工過程中，復雜碳水化合物降解產生的可溶性總糖和還原糖除能給予食品甜味外，同時也是微生物的營養物質。實驗顯示可溶性總糖和還原糖隨發酵進行快速下降(圖3、圖4)，其中芋頭-玉米和玉米樣品還原糖含量在發酵前30 d顯著下降(P<0.05)，發酵30 d后降低趨緩；粳米樣品在發酵前60 d還原糖含量顯著下降(P<0.05)，60 d后趨緩。芋頭-玉米樣品可溶性總糖和還原糖初始含量最高，發酵15 d后即快速下降，發酵30 d時均顯著低于粳米和玉米樣品可溶性總糖和還原糖(P<0.05)。發酵90 d時，粳米、玉米及芋頭-玉米鲊海椒可溶性總糖為發酵0 d時的54.2%、52.3%和8.4%，還原糖為發酵0 d時的31.9%、39.8%和5.5%。糖是微生物重要的碳源及能源物質，葡萄糖參與糖代謝共同分解途徑—糖酵解途徑，厭氧乳酸菌和酵母菌在厭氧條件下能利用糖酵解途徑產生的丙酮酸合成乳酸和乙醇[20]，本研究中鲊海椒還原糖含量隨發酵進行逐漸下降的變化趨勢與相關報道一致[21-22]。

圖3 鲊海椒發酵過程中可溶性總糖含量變化Fig.3 Change of soluble total sugar in the fermentation process of Zha-chili

圖4 鲊海椒發酵過程中還原糖含量變化Fig.4 Change of reducing sugar in the fermentation process of Zha-chili

2.3 不同淀粉配料制備鲊海椒發酵過程中酸味形成

2.3.1 不同淀粉配料制備鲊海椒發酵過程中有機酸組成及變化

食品中有機酸旳種類、含量及構成對其風味有很大影響，傳統鲊海椒利用附在原料表面旳微生物進行自然發酵，會產生多種酸味物質，但對酸味起主要效用的是乳酸、檸檬酸、乙酸、蘋果酸、琥珀酸、酒石酸等有機酸[23]。代謝產物乳酸、乙酸等有機酸，既具防腐作用，又有助于良好風味旳形成[24]。為此，研究針對鲊海椒發酵使用原配料、厭氧發酵特點及乳酸菌為主的微生物生長繁殖可能的生化反應，檢測了7種有機酸(未發現琥珀酸)，結果如表3所示。芋頭-玉米鲊海椒草酸初始含量最高，分別是粳米鲊海椒和玉米鲊海椒的3.3倍和6.5倍。草酸在發酵過程中均呈快速下降后穩定的趨勢，發酵15 d時，粳米鲊海椒、玉米鲊海椒、芋頭-玉米鲊海椒草酸含量僅為發酵0 d時的59.7%、76.3%和29.1%。表明芋頭配料含草酸較高，發酵可降低草酸含量，改善酸澀口感，并可能提升礦物質的利用度。

表3 鲊海椒發酵過程中有機酸含量變化

注：—，未檢出。

乳酸是厭氧發酵的重要產物，粳米、玉米、芋頭-玉米鲊海椒乳酸量隨發酵進行迅速增加后保持穩定，發酵30～90 d，乳酸含量分別為發酵0d時的7.4～8.5、2.2～2.5和3.8～4.2倍，各乳酸峰值出現時間分別為45 d、45 d和30 d。以粳米鲊海椒乳酸含量增加最多，玉米鲊海椒增加最少。表明不同淀粉配料會影響微生物生長繁殖而影響乳酸的形成。

蘋果酸和酒石酸隨發酵時間延長總體呈增加趨勢，發酵90 d時粳米、玉米、芋頭-玉米鲊海椒蘋果酸含量分別為7.47、22.77、12.35 g/kg干基，酒石酸含量分別為4.63、3.01和4.13 g/kg干基。檸檬酸含量成降低趨勢，玉米及芋頭-玉米鲊海椒分別在發酵60 d和15 d后檢測不到檸檬酸。乙酸隨著發酵時間延長逐漸增加，發酵45d以后增勢趨緩，峰值出現在發酵90 d，粳米、玉米、芋頭-玉米鲊海椒乙酸含量分別為12.26、4.87和9.08 g/kg干基，以粳米鲊海椒含量最高。這與報道的植物乳桿菌能將檸檬酸降解為乙酸，從而使檸檬酸含量下降，醋酸含量增加吻合[25]。

本研究中乳酸和乙酸增幅最高，可能與發酵過程中乳酸菌與醋酸菌的代謝有關，與邵偉等研究結果一致[9]。實驗結果還顯示，添加粳米淀粉作為配料制備的鲊海椒在發酵過程中除蘋果酸較低外，乙酸、乳酸、酒石酸和檸檬酸均高于其他2種淀粉配料制備鲊海椒，這形成了粳米鲊海椒豐富的酸味味感[26]。有報道不同菌種對以葡萄糖、果糖、麥芽糖和蔗糖為單一碳源或結合葡萄糖旳碳源旳利用不同，碳源種類對啤酒酵母有機酸代謝有影響，對酒石酸、蘋果酸和檸檬酸含量影響比對琥珀酸含量旳影響更大[20-21]。因而三種不同淀粉配料制備的鲊海椒在發酵過程中可利用碳源上旳差異及微生物對不同碳源底物旳利用必然對鲊海椒有機酸旳代謝產生很大影響。

經對鲊海椒發酵過程中總酸及乳酸占總酸比例的變化進行分析，結果見圖5、圖6。

圖5 鲊海椒發酵過程總酸含量變化Fig.5 Chang of total acid in the fermentation process of Zha-chili

圖6 鲊海椒發酵過程乳酸占總有機酸的比例Fig.6 The ratio of lactic acid in total acid in the fermentation process of Zha-chili

隨發酵時間延長總酸快速增加，發酵45 d后增勢趨緩，粳米、玉米、芋頭-玉米鲊海椒總有機酸峰值分別出現在發酵45、90和60 d，此時總酸含量分別為7.22、5.41和7.25 g/kg干基。乳酸是鲊海椒發酵過程中主要的有機酸，粳米、玉米及芋頭-玉米鲊海椒中乳酸占總酸的比重快速上升后緩慢下降，峰值分別出現在發酵30 d、15 d和15 d，占比分別為74.91%、68.18%和78.48%。這與發酵過程中乳酸菌大量繁殖、糖發酵產酸有關[27]。乳酸占比最多，這可能是由于鲊海椒在發酵過程中以同型乳酸發酵為主，大部分葡萄糖轉化為乳酸的結果[28]。

2.3.2 不同淀粉配料制備鲊海椒發酵過程中糖的變化與有機酸形成相關分析

邵偉等[9]報道鲊海椒中分離出的枯草芽孢桿菌能將基料中淀粉分解為小分子糖類供微生物生長利用，同時厭氧環境中酵母菌及醋酸菌還能利用這些小分子糖類產酸。因此，糖的降解與酸的形成有關。經對鲊海椒發酵過程中糖類變化與各有機酸變化進行相關分析，結果如表4所示?？偺?、淀粉的降解與總酸、乳酸、酒石酸及乙酸顯著負相關(P<0.05)，還原糖與總酸、乳酸和乙酸的產生顯著負相關(P<0.05)。這與糖及乳酸菌代謝特點有關，可溶性總糖和還原糖一方面來自復雜碳水化合物的降解，同時又是微生物代謝的碳源，發酵前期總酸含量快速上升，說明在此期間乳酸菌利用糖發酵生成乳酸程度較高；發酵中后期，乳酸菌活動隨發酵體系中酸度的增加受到一定限制，產酸能力下降。

表4 碳水化合物發酵降解與有機酸產生的相關性分析

注：*，表示P<0.05，在 0.05 水平上顯著相關；**，表示P<0.01，在 0.01 水平上顯著相關。

2.4 不同淀粉配料制備鲊海椒酸味特性及分析

2.4.1 不同淀粉配料制備鲊海椒酸味味覺強度構成分析

經計算不同發酵時段發酵樣品各有機酸的味覺強度，結果如表5所示。3種淀粉配料制備鲊海椒酸味成分味覺強度指數以玉米樣品初始值最高，粳米樣品初始值最低，但隨著發酵的進行，粳米樣品味覺強度指數快速升高，發酵15～90 d時，其味覺強度指數分別是玉米樣品和芋頭-玉米樣品的1.8～1.5倍和1.2～1.3倍，各發酵時段酸味感均最強。草酸由于較高的味覺閾值，加上發酵過程中快速下降，其味覺強度較低。影響粳米鲊海椒和芋頭-玉米鲊海椒酸味特性的主要是乳酸和乙酸，玉米鲊海椒主要是乳酸和蘋果酸，表明不同淀粉配料制備鲊海椒會在很大程度上影響酸味味感強度和味感特性。

表5 鲊海椒發酵過程中有機酸味覺強度指數變化1)

注：1)味覺閾值[29-30]。

2.4.2 不同淀粉配料制備鲊海椒酸味味覺強度主成份分析

對不同發酵時段鲊海椒各有機酸味感貢獻進行主成份分析，相關矩陣特征值如表6所示。粳米鲊海椒主成份貢獻率75.49%，玉米鲊海椒主成分1、2累積貢獻率93.12%，芋頭-玉米鲊海椒主成分1、2累積貢獻率為98.25%。

表6 不同食品配料發酵鲊海椒主成分的特征值及貢獻率

各有機酸味覺強度指數載荷及特征向量見表7，由于粳米鲊海椒只有一個主成分，沒有載荷圖，其他2個的味覺強度指數載荷圖如圖6、圖7。

結合表7和圖6可以看出，粳米鲊海椒以乙酸、乳酸、蘋果酸和酒石酸貢獻顯著，PC1=-0.384 4X1+ 0.388 6X2+0.405 1X3+0.455 8X4+0.403 6X5-0.407 9X6。玉米鲊海椒主成分1貢獻率75.03%，主要反映乙酸、乳酸變異信息，主成分2貢獻率18.09%，主要反映蘋果酸變異信息。PC1=-0.383 6X1+0.421 8X2+0.429 4X3+0.451 0X4+0.370 9X5-0.386 9X6，PC2=0.402 3X1+0.382 1X2-0.350 4X3+0.224 7X4+0.572 2X5+0.438 7X6。芋頭-玉米鲊海椒主成分1貢獻率74.83%，主要反映乳酸變異信息，主成分2貢獻率23.42%，主要反映蘋果酸變異信息。PC1=-0.412 9X1+0.422 4X2+0.438 0X3+0.414 8X4+ 0.366 2X5-0.390 8X6，PC2= 0.405 8X1+0.356 0X2-0.307 1X3+0.355 2X4+0.514 6X5+0.472 4X6。且由圖6、圖7可知，各種酸距離中心點較遠，說明它們對酸味強度均重要。

表7 不同配料制備鲊海椒主成份載荷及特征向量

圖6 玉米鮓海椒味覺強度指數載荷圖Fig.6 load diagram of taste intensity index in corn Zha-Chili

圖7 芋頭-玉米鮓海椒味覺強度指數載荷圖 Fig.7 load diagram of taste intensity index in taro-corn Zha-Chili

3種不同配料制備鲊海椒不同發酵時段酸味味覺強度指數標準化后主成分得分見表8。粳米、玉米、芋頭-玉米3種淀粉配料制備鲊海椒綜合得分在發酵60～90 d較高，高值分別在發酵60、90和90 d，以粳米鲊海椒綜合得分最高，芋頭-玉米鲊海椒綜合得分最低。

表8 不同配料制備鲊海椒不同發酵時段標準化后主成分得分

3 結論

不同淀粉配料由于淀粉結構特性及含水量差異會影響發酵過程中糖的降解及各有機酸的消長。發酵15 d后，總酸以粳米樣品含量最高，玉米和芋頭-玉米配料發酵產酸較少。有機酸組成方面，含玉米配料的樣品形成較多蘋果酸；粳米配料產生較多乳酸和乙酸，并殘留一定量檸檬酸，給粳米鲊海椒帶來爽口濃郁的酸味感，而芋頭-玉米配料有較高的草酸。味感強度指數分析顯示粳米樣品有最高的味感強度，玉米樣品最低，影響粳米鲊海椒酸味特性的主要是乳酸和乙酸，還有獨特的檸檬酸，玉米鲊海椒和芋頭-玉米鲊海椒主要是乙酸、乳酸和蘋果酸，表明3種不同旳淀粉配料制成旳鲊海椒在發酵過程中可利用碳源上旳差異以及微生物對不同碳源底物旳利用速度旳不同對鲊海椒中微生物及有機酸旳代謝產生很大影響，從而影響發酵產品酸味味感強度和味感特性。粳米、玉米、芋頭-玉米3種淀粉配料制備鲊海椒綜合得分以粳米鲊海椒綜合得分最高，芋頭-玉米鲊海椒綜合得分最低。

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Study on acid formation and acidity characteristics of Zha-Chili prepared by different starch

ZAHO Qian,GE Ping-zhen, WANG Dan, ZHOU Cai-qiong*

(Food Science College, Southwest University; Chongqing 400715，China)

To study the influence of different starch on acid formation and acidity characteristics of Zha-Chili during its fermentation. Rice, corn and taro-corn starch were used as ingredients during Chili fermentation. The relationship between acid formation and glucose metabolism during the fermentation was studied. The results showed that the amount of total sugar, starch, soluble sugar and reducing sugar in all three kinds of Zha-Chili were reduced, while total acid, lactic acid, acetic acid, malic acid and tartaric acid were increased. Total sugar, starch and reducing sugar decreased and acetic acid increase was significantly correlated (P<0.05).The acidity strength analysis of three kinds of Zha-Chili showed that the acidity strength of rice increased rapidly and the main influence factors were acetic acid, lactic acid and malic acid; the main acids in corn and taro-corn were acetic acid, lactic acid and malic acid. Principal component analysis showed that rice Zha-Chili had the highest score and the different starch ingredients can affect acidity strength and flavor characteristics of final fermented product.

Zha-Chili; acid formation；acidity characteristics；natural fermentation；starch ingredients

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201610023

碩士研究生(周才瓊教授為通訊作者,E-mail：zhoucaiqiong@swu.edu.cn)。

重慶市特色食品工程技術研究中心能力提升項目(cstc2014pt-gc8001)

2015-11-23，改回日期：2016-03-15