自然發酵與直投式菌種發酵紅酸湯品質比較研究

常云鶴，白冉冉，宋明發，馮紅霞，馬立志*，劉曉燕

(1.貴陽學院 食品與制藥工程學院，貴陽 550005；2.貴州省果品加工工程技術中心，貴陽 550008)

紅酸湯起源于貴州的黔東南地區[1]，大多數是采用傳統工藝自然發酵而成的，它是以鮮紅辣椒、西紅柿為主要原料[2]，經破碎后加入大蒜、生姜、鹽、糯米酒等輔助原料，裝壇發酵而成。成品紅酸湯色澤鮮紅、酸辣醇厚、回味酸甜，具有開胃健脾、消食的功效[3]。據報道，紅酸湯中富含多種有機酸、礦物質元素、益生菌和番茄紅素等[4]，對人體有營養保健的作用，除此之外，紅酸湯還具有一定的抗氧化還原能力。紅酸湯主要是利用原料中的微生物進行發酵，在發酵的過程中會發生一系列的生化作用。酸湯中的優勢菌以乳酸菌屬為主，乳酸是紅酸湯的特征酸味物質，是紅酸湯酸味體系的重要評價指標[5]。貴州優良的生湯，與傳統自然發酵對比，測定理化指標、抗氧化活性分析，并對成品進行感官評價與分析，剖析直投式發酵在紅酸湯中應用的可行性以及其優勢。生態環境、資源環境和氣候條件給予辣椒、番茄等原料良好的生長環境，為紅酸湯的釀造提供了基礎[6]。但也存在著一些制約生產的問題，紅酸湯的生產方式一直采用傳統自然發酵，在發酵的過程中微生物的種類復雜，進而影響了紅酸湯的質量。不僅如此，傳統自然發酵還受溫度、濕度等外界因素的影響，使得紅酸湯的發酵周期長、品質不均勻和質量不穩定，這些都對紅酸湯的規模化生產產生了不利影響。基于此，本試驗采用直投式菌種發酵方式發酵紅酸湯。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

番茄、鮮紅辣椒、鹽、糯米酒、生姜、大蒜：均采購于當地超市；直投式發酵劑：植物乳桿菌∶嗜酸乳桿菌∶鼠李糖乳桿菌為1∶1∶1)：北京川秀科技有限公司。

鄰苯二甲酸氫鉀、酒石酸鉀鈉、乙酸鋅、葡萄糖標準溶液、乳糖溶液、亞鐵氰化鉀、對氨基苯磺酸、鹽酸萘乙二胺、亞硝酸鈉、FeSO4·7H2O、三羥甲基氨基甲烷(Tris)、鄰苯三酚、α-二苯基-β-苦苯肼(DPPH)、硫酸亞鐵、水楊酸等：北京百靈威公司。

1.2 儀器與設備

紫外可見光分光光度計 濟南海能儀器股份有限公司；料理機 九陽股份有限公司；離心機 長沙平凡儀器儀表有限公司；數顯電熱恒溫培養箱 上海島韓實業有限公司。

1.3 紅酸湯的制作

紅酸湯的制作工藝流程：番茄→去蒂、整理→清洗晾干→破碎→加入鮮紅辣椒、糯米酒、鹽、生姜、大蒜→拌料→密封發酵→紅酸湯。

兩種不同發酵方式的紅酸湯配方見表1。

表1 紅酸湯配方Table 1 The formula of red sour soup

1.4 理化指標測定方法

pH值：使用pH計測定；亞硝酸鹽含量、酸度、還原糖含量分別參照GB/T 5009.33-2016、GB/T 10467-1989、NY/T 2742-2015進行測定；抗氧化活性：參照魯青松等[7]的研究方法。

1.5 感官指標測定方法

參考文獻[8]的定量描述分析方法對紅酸湯的品質進行感官評定。在評定的過程中選擇10人進行，對紅酸湯的整體、色澤、香氣、滋味、質地5個指標采用9分制根據其強度分別進行評分，0分代表非常差，9分代表非常好。采用雷達圖表征其定量描述分析結果。紅酸湯的感官指標描述見表2。

表2 紅酸湯感官指標描述表Table 2 The description of sensory indexes on red sour soup

2 結果與分析

2.1 紅酸湯發酵過程中pH的變化

自然發酵與直投式發酵紅酸湯pH值在發酵過程中的變化見圖1。

圖1 自然發酵和直投式發酵過程中紅酸湯pH值的變化Fig.1 Changes of pH values of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

在起始的發酵時間(0 d)，傳統自然發酵和直投式發酵的pH值是相同的，因為使用的原料都是一樣的。由圖1可知，在發酵過程中，采用兩種不同發酵方式發酵的紅酸湯pH均呈現下降的趨勢，但直投式菌種發酵紅酸湯的下降速度較快，而傳統自然發酵紅酸湯的下降速度相對較緩慢。導致pH下降速度不一樣的原因可能是添加了直投式菌粉，直投式菌粉可加速發酵的進程，而傳統自然發酵紅酸湯是利用附著于原料上的天然微生物進行發酵，所以發酵的速度較慢。pH值在紅酸湯的發酵過程中是一項重要的指標，一般認為紅酸湯的pH值在3.2～3.3左右時處于酸味的最盛時期，并且食用風味最佳[9]。直投式發酵的pH降到3.2～3.3左右時僅需要5 d，隨后pH值穩定在這個范圍內；傳統自然發酵的紅酸湯pH降到3.2～3.3左右時，需要10 d甚至更久。由此可見，直投式發酵明顯能夠加快紅酸湯的發酵，縮短紅酸湯的發酵周期。

2.2 紅酸湯發酵過程中總酸的變化

自然發酵與直投式發酵紅酸湯總酸含量在發酵過程中的變化見圖2。

圖2 自然發酵和直投式發酵過程中紅酸湯總酸含量的變化Fig.2 Changes of total acid content of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

由圖2可知，紅酸湯在發酵過程中總酸的含量隨著發酵時間的增加逐漸升高，主要是因為在發酵過程中產生了大量的有機酸，比如乳酸、檸檬酸、乙酸、蘋果酸等[10]。有機酸是形成紅酸湯風味的主要物質，是紅酸湯酸味的來源。采用直投式發酵的紅酸湯總酸含量較高，而傳統自然發酵的紅酸湯次之，直投式發酵在發酵的前5 d迅速地增加，最后趨于平穩的狀態。由此可知，直投式菌粉可提升紅酸湯的發酵速度，加快有機酸的產生速率，提高其總酸含量。由圖2可知，對于直投式發酵的紅酸湯而言，當發酵5 d后紅酸湯總酸含量呈現降低趨勢，這主要是由于酸度的增加，導致乳酸菌的生長繁殖受到了抑制，其產酸速度隨之降低，隨著發酵時間的延長，其酸度逐漸趨于穩定。由此可知，采用直投式菌種發酵可提高紅酸湯的發酵速度，且可縮短其發酵周期。

2.3 紅酸湯發酵過程中還原糖的變化

自然發酵與直投式菌種發酵紅酸湯還原糖含量在發酵過程中的變化見圖3。

圖3 自然發酵和直投式發酵過程中紅酸湯還原糖含量的變化Fig.3 Changes of reducing sugar content of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

由圖3可知，在發酵的過程中，兩種發酵方式的紅酸湯中還原糖含量均隨著發酵時間的延長而下降，原因是微生物等利用原料中的還原糖進行生長繁殖，將其分解成其他代謝產物，但是傳統自然發酵和直投式發酵在發酵前期還原糖都有上升的趨勢，這是因為原料中的多糖物質降解成了還原糖，并且降解的速度大于微生物利用的速度。不論是傳統自然發酵還是直投式發酵，在整個發酵過程中，隨著微生物對還原糖的利用，還原糖的含量都保持下降的趨勢。

2.4 紅酸湯在發酵過程中亞硝酸鹽的變化

自然發酵與直投式菌種發酵紅酸湯亞硝酸鹽含量在發酵過程中的變化見圖4。

圖4 自然發酵和直投式發酵過程中紅酸湯亞硝酸鹽含量的變化Fig.4 Changes of nitrite content of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

亞硝酸鹽會產生致癌物質，對人體產生危害[11]。大量研究表明，腌漬過程中亞硝酸鹽含量均會出現NO2-高峰即亞硝峰現象[12]。由圖4可知，在發酵過程中亞硝酸鹽的含量均呈先升高后下降的趨勢，不論是傳統自然發酵還是直投式發酵均在第2天出現了“亞硝峰”，并隨著發酵時間的延長而呈現下降的趨勢。這可能是由于在發酵的過程中，有機酸的不斷增加使pH值逐漸下降，而在酸性條件下，亞硝酸鹽發生降解，從而加速了亞硝酸鹽的降解。

2.5 紅酸湯在發酵過程抗氧化活性的變化

研究表明，紅酸湯具有一定的抗氧化還原能力，且其抗氧化能力與其有機酸的含量呈現一定的正相關關系。在本研究中，主要通過DPPH自由基的清除率、羥基自由基的清除率、超氧陰離子自由基的清除率考察了紅酸湯發酵過程中抗氧化活性的變化，結果見圖5～圖7。

圖5 自然發酵和直投式發酵過程中紅酸湯DPPH自由基清除能力的變化 Fig.5 Changes of DPPH free radical scavenging ability of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

圖6 自然發酵和直投式發酵過程中紅酸湯對羥基自由基清除能力的變化 Fig.6 Changes of hydroxyl free radical scavenging ability of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

圖7 自然發酵和直投式發酵過程中紅酸湯對超氧陰離子自由基清除能力的變化 Fig.7 Changes of superoxide anion free radical scavenging ability of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

2.5.1 紅酸湯發酵過程中DPPH自由基清除率的變化

由圖5可知，傳統自然發酵和直投式發酵的紅酸湯對DPPH自由基的清除率均隨發酵時間的延長而逐漸增大，直投式發酵在第9天達到最大清除率61%，而傳統發酵在第10天達到最大清除率47%。由此可知，采用直投式發酵可大大提升紅酸湯的抗氧化還原能力。

2.5.2 紅酸湯發酵過程中羥基自由基清除率的變化

由圖6可知，在發酵的過程中，隨著發酵時間的延長，兩種發酵方式的紅酸湯對羥基自由基的清除能力均逐漸增加，且采用直投式發酵的紅酸湯的羥基自由基清除率優于傳統自然發酵的紅酸湯。傳統自然發酵和直投式發酵對·OH的最大清除率分別為31%和44%，表明其具有一定的清除羥基自由基的能力。

2.5.3 紅酸湯發酵過程中超氧陰離子自由基清除率的變化

超氧陰離子自由基在活性氧的形成中發揮著重要作用，不僅是最具侵害性的自由基之一，而且能促進多種其他自由基的形成，如過氧化氫、羥自由基和單線態氧,這些物質均可以誘導脂類、蛋白質和核酸的氧化損傷[13]。由圖7可知，兩種方式發酵的紅酸湯對超氧陰離子自由基均具有較高的清除能力，但直投式的清除能力更好。在發酵的過程中，隨著時間的增加，超氧陰離子自由基的清除率先逐漸增加后趨于平穩。

由此可知，紅酸湯對DPPH自由基、羥基自由基、超氧離子等具有較高的清除能力，隨著發酵時間的延長，清除能力逐漸提高，紅酸湯的整體抗氧化性能也在提高；而且直投式發酵的紅酸湯抗氧化活性優于傳統發酵的紅酸湯。紅酸湯對自由基清除能力提高的可能原因是紅酸湯隨著發酵時間的延長，不斷積累了大量的有機酸，由于紅酸湯的抗氧化能力與有機酸的含量呈現正相關的關系，因此紅酸湯對這3種自由基的清除能力也逐步在提升。

2.6 感官評價結果與分析

兩種不同發酵方式的紅酸湯的感官評價結果見圖8。

圖8 自然發酵和直投式發酵紅酸湯的感官評定Fig.8 The sensory evaluation of red sour soup by natural fermentation and direct vat set fermentation

紅酸湯因為原料和制作方法的不一樣，均可能導致感官評價的差異，所以兩組紅酸湯使用的是同一原料和制作方法，不同的是，傳統自然發酵的紅酸湯沒有添加直投式菌粉。利用感官評定可以分析出兩種不同紅酸湯的品質區別，是有效的評價方法之一。紅酸湯食用以酸味純正、色澤鮮紅、香味醇厚、質地濃郁為佳。從雷達圖上看，直投式發酵的紅酸湯從整體、色澤、滋味、香氣、質地5個方面均優于傳統自然發酵的紅酸湯。傳統自然發酵和直投式發酵這兩種發酵方式的感官剖面得分差異較大，尤其是質地、滋味、香氣3個剖面，傳統自然發酵和直投式發酵的質地、香氣剖面得分分別為6分和8分，分差達2分，占總分的25%，傳統發酵和直投式發酵的滋味剖面得分分別為5分和7分，分差達2分，占總分的25%。可能的原因是添加直投式菌粉對紅酸湯的質地、香氣、滋味和整體風味影響較大。鄭莎莎等[14]研究發現乳酸菌作為紅酸湯的發酵劑，可以改善紅酸湯的風味和品質，說明乳酸菌會影響紅酸湯的風味，與本研究結果一致。傳統發酵和直投式發酵的色澤存在差異，但相對較小，其剖面得分分別為7分和8分，分差達1分，占總分的12.5%。因此，雷達圖能更準確地反映感官剖面情況。

3 結論

本研究通過對紅酸湯發酵過程中pH、總酸含量、還原糖含量、亞硝酸鹽含量及DPPH自由基、羥基自由基、超氧陰離子自由基的清除率的變化規律，對比研究了自然發酵與直投式菌種發酵紅酸湯的品質差異，并通過雷達圖分別對其成品進行感官評價。結果表明，直投式發酵方式可加快發酵過程中有機酸的產生速度，使用直投式發酵的紅酸湯達到食用標準僅需要5 d左右，而傳統自然發酵的至少需要10 d。亞硝酸鹽均呈現先升高后下降的趨勢，在出現明顯的“亞硝峰”后逐漸下降，且直投式發酵紅酸湯的亞硝酸鹽含量低于傳統自然紅酸湯，在發酵過程中均低于國家標準；兩種發酵方式的紅酸湯的DPPH自由基、羥基自由基、超氧陰離子自由基的清除率均隨著發酵時間的延長而增加，且直投式菌種發酵紅酸湯呈現更強的抗氧化活性；由感官評價雷達圖結果分析可知，直投式發酵的紅酸湯從整體、色澤、滋味、香氣、質地5個方面均優于傳統自然發酵的紅酸湯。綜合可知，直投式菌種發酵紅酸湯的生產周期較短，且其品質、抗氧化活性、風味均優于傳統自然發酵的紅酸湯。