糍粑辣椒發酵過程中揮發性風味變化研究

朱建倉 尤香玲 袁小鈞 喬明鋒 鄧靜 吳華昌

摘要：發酵型糍粑辣椒具有較好的市場前景，為探究發酵過程中糍粑辣椒揮發性風味的變化規律，文章以不同發酵時間段的糍粑辣椒作為研究對象，通過GC-MS與LC-MS對發酵過程中理化指標進行測定來研究發酵前后品質變化，結果表明，糍粑辣椒發酵過程中氨基酸態氮含量、水分含量、鹽含量基本保持不變，辣椒素與二氫辣椒素含量降低，總酸含量上升。不同發酵階段糍粑辣椒的香氣差異與構成它的化合物種類與相對含量有關，發酵型糍粑辣椒揮發性風味物質以酯類、烯烴類、烷烴類為主，發酵過程中酸類和醇類揮發性化合物相對含量增加，酯類、烷烴類和烯烴類化合物與發酵時間呈負相關關系；發酵可以賦予糍粑辣椒新的風味。

關鍵詞：糍粑辣椒；發酵；揮發性風味物質；相關性分析

中圖分類號：TS205.5? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1000-9973（2023）04-0170-06

Abstract： Fermented Ciba pepper has a good market prospect. In order to explore the change law of the volatile flavor of Ciba pepper during fermentation， in this paper， with Ciba pepper during different fermentation periods as the research object， the quality changes before and after fermentation are studied through the determination of physical and chemical indexes during fermentation by GC-MS and LC-MS. The results show that the amino acid nitrogen content， water content and salt content of Ciba pepper remain basically unchanged during fermentation， the content of capsaicin and dihydrocapsaicin decreases， while the total acid content increases. The aroma difference of Ciba pepper in different fermentation stages is related to the type and relative content of its compounds. The volatile flavor substances of fermented Ciba pepper are mainly esters， alkenes and alkanes. The relative content of acid and alcohol volatile compounds increases during fermentation， and the ester， alkane and alkene compounds are negatively correlated with the fermentation time. Fermentation can give Ciba pepper new flavors.

Key words： Ciba pepper; fermentation; volatile flavor substances; correlation analysis

糍粑辣椒是干辣椒煮制或蒸制后，混合姜、蒜等配料，搗碎后制成的具有一定黏性、形似糯米糍粑狀的地方性民間生制辣椒制品[1-4]，多應用于火鍋底料和家常菜肴制作，有提色增味、增強食欲、解膩及助消化的作用，能加快能量代謝，調節脂肪代謝，降低患病率[5-7]。其獨特的風味深受云、貴、川等地區人民的喜愛，但仍存在辣味、氣味刺激單一等問題，導致糍粑辣椒的市場有一定局限。

發酵是微生物利用原料進行復雜代謝形成特殊風味的過程[8-10]，例如利用酵母菌在發酵過程中產生醇類和酯類等風味化合物，以及利用乳酸菌產生有機酸及芳香化合物，改善產品質地[11-12]。因此，發酵也廣泛應用于辣椒制品中，以達到提高營養價值和貯藏性能[13-14]、降低辣味、生成新的呈味物質[15]、賦予發酵制品獨特的香氣和滋味[16]等目的。為了研究發酵對辣椒風味的影響，史婷等[17]通過添加復合發酵劑對發酵剁辣椒的理化性狀和揮發性風味差異進行研究，結果表明混合發酵會增加剁辣椒的總酸含量及改變剁辣椒氣味中化合物的構成，從而改善發酵產品的風味特征。邊昊等[18]通過對不同發酵溫度模式下發酵過程中辣椒醬理化指標進行研究，得到先高溫后低溫發酵為最優模式。羅鳳蓮等[19]通過添加食用油和蔗糖等不同發酵條件對剁辣椒中有機酸種類及含量進行研究，結果表明，加油有利于控制剁辣椒過度產酸，加糖有利于剁辣椒酸味快速產生。張曼等[20]對不同地區的鲊辣椒的揮發性風味成分進行分析，結果表明通過不同樣品中的揮發性物質可以對辣椒進行差異研究。Ye等[21]研究發酵不同成熟度和品種的辣椒對理化和風味的影響，結果表明成熟度和品種對泡椒的理化品質和風味品質有顯著影響。尹小慶等[22]對鲊辣椒發酵過程中的風味物質以及微生物多樣性展開研究。糍粑辣椒比普通泡辣椒更適合制作菜肴和火鍋，為了解決糍粑辣椒存在的缺陷及改善糍粑辣椒的風味，將發酵的方法應用于糍粑辣椒的生產加工中。由于發酵型糍粑辣椒目前處于作坊式生產且沒有發酵型糍粑辣椒的相關技術現狀研究報道，本實驗對糍粑辣椒進行發酵，以期通過對不同發酵時間的樣品進行研究，探究發酵過程中揮發性風味物質的變化規律，為標準化生產發酵型糍粑辣椒奠定科學基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

樣品取自四川某工廠，將發酵時間為0，15，30，50，75，160 d的糍粑辣椒分別標記為A～F。從發酵壇中取樣1 kg，放入0～2 ℃冰箱中低溫保存。

甲醛、氫氧化鈉、硝酸、硝酸銀、鉻酸鉀、甲醇、四氫呋喃：均為色譜純。

1.2 儀器與設備

SQ680氣相色譜-質譜聯用儀 美國珀金埃爾默儀器有限公司；Seven Excellence多參數測試儀 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；液相色譜-串聯三重四級桿質譜聯用儀（HPLC-MS） AB SCIEX公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 理化指標的測定

水分含量的測定：參照GB 5009.3—2016；pH值的測定：參照GB 5009.237-2016；總酸的測定：參照GB 12456—2021中第二法pH計電位滴定法；氨基酸態氮的測定：參照GB 5009.235—2016中第一法酸度計法;鹽含量的測定：參照GB 5009.44—2016中第三法銀量法；辣椒素的測定：參照GB/T 21266—2007及“火鍋常用不同品種干辣椒感官品質差異研究”中辣椒素的測定方法[23]。

1.3.2 GC-MS分析條件

稱取1 g發酵糍粑辣椒樣品于15 mL樣品瓶中，70 ℃平衡30 min，250 ℃解吸5 min。

GC條件：以He＞99.99%為載氣，流速1.0 mL/min;分流比10∶1；MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）;進樣口溫度250 ℃。起始溫度70 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升至130 ℃，再以20 ℃/min升至250 ℃，保持2 min。

MS條件：EI離子源，電子轟擊能量70 eV；離子源溫度250 ℃；質量掃描范圍（m/z）40～450。

1.3.3 LC-MS分析條件

甲醇四氫呋喃混合溶液（甲醇∶四氫呋喃為1∶1）

稱取0.5 g的辣椒粉于100 mL燒杯中，加入甲醇四氫呋喃混合溶液的混合液20 mL，用封口膜密封并留氣空，于60 ℃水浴加熱超聲波浸提15 min。用濾紙過濾，收集濾液至容量瓶中密封，將濾紙和濾渣重新加入20 mL甲醇四氫呋喃混合溶液再次提取10 min，重復2次。將3次過濾收集的濾液合并，定容至50 mL，0.22 μm濾膜過濾后裝入液相色譜-質譜聯用儀專用瓶中。

色譜柱C18；流速0.4 mL/min；流動相A為0.1%甲酸-水，B為甲醇溶液。質譜條件：ESI離子源；噴霧電壓；正離子（[M+H]+）掃描模式。

1.3.4 數據分析與處理

運用Excle 2010進行數據統計，采用Origin 2021、IBM SPSS 26和Heml作圖。

2 結果與分析

2.1 糍粑辣椒發酵過程中理化性質的變化

2.1.1 發酵過程中水分、氨基酸態氮、鹽含量的變化

為檢測糍粑辣椒在發酵過程中環境的穩定性，對不同發酵階段的樣品中水分含量、鹽含量、氨基酸態氮含量變化進行了研究，由圖1中a可知，糍粑辣椒的水分含量范圍穩定在75%且發酵過程中基本不存在水分的損失；發酵過程中含鹽量基本保持不變；糍粑辣椒鹽含量在1.4%～1.5%之間，屬于低鹽型發酵辣椒制品[24]。

氨基酸態氮含量在15～30 d有少量升高隨即降低，可能是微生物代謝過程所積累的酶將植物蛋白降解為氨基酸、多肽等，使得氨基酸態氮含量有所增加，隨著發酵后期微生物消耗速率的加快，氨基酸態氮含量降低后穩定在一定范圍內，該研究結果與李愛君等[25]的結論一致。

2.1.2 糍粑辣椒發酵過程中總酸含量與pH值的變化

pH值和總酸與發酵食品中物質成分、含量、微生物種類及成熟度有關，酸類物質會為發酵型糍粑辣椒提供酸味以及協調其他風味。由圖1中b可知，隨著發酵時間的延長，糍粑辣椒的pH值先不斷降低到后期下降速度變緩，而總酸含量持續上升到后期上升速度減緩，可能是微生物將原料中的糖類物質轉化為酸類物質，從而提高了糍粑辣椒的總酸含量[26]，賦予發酵風味。

2.1.3 糍粑辣椒發酵過程中辣椒素與二氫辣椒素含量的變化

辣椒素含量是辣味程度的評級指數[27-28]，為了探究發酵對辣椒素含量的影響，本實驗使用高辣（辣椒素物質含量為0.486～0.681 g/kg）[29]的干辣椒作為原料，采用液相色譜與質譜聯用的方法監測發酵過程中辣椒素含量的變化情況，辣椒素回歸曲線：y=206 876.77x+327.16，R2=0.999，二氫辣椒素回歸曲線：y=586 460x，R2=0.998。由圖1中c可知，隨著發酵時間的延長，辣椒素的含量在0～15 d有輕微上升，可能是辣椒素在0～15 d從辣椒內向外溶出導致含量增加，15 d后辣椒素含量開始降低并于75 d穩定在0.340 g/kg，辣度降低，辣椒總堿（辣椒素與二氫辣椒素之和）相對發酵前降低約31%，說明發酵會降低辣椒中辣椒素的含量，從而降低辣椒對口腔的刺激，可能是發酵過程中微生物消耗以及酸堿中和反應所致。

2.2 糍粑辣椒發酵過程中揮發性風味物質的變化

由圖2中a可知，發酵型糍粑辣椒的揮發性風味化合物由酯類、酸類、醇類、烷烴類、烯烴類、醚類以及少量其他風味化合物構成，其中以酯類化合物相對含量最多，為主要揮發性風味物質，其次是烯烴和烷烴等烴類化合物以及發酵過程中產生的酸類和醇類化合物。為了直觀地看出不同發酵階段各類化合物的種類變化，通過圖2中b對不同階段各類化合物進行數量統計。結果表明，酯類、烯烴類、烷烴類種類數較多，隨著發酵時間的延長，酸類和醇類化合物數量增多。酯類物質以正己酸乙酯、硝酸甲酯、乙酸芳樟酯、乙酸乙酯為主，酯類化合物是辣椒果香和花香的主要來源，發酵過程中相對含量輕微下降，酸類化合物從B階段開始出現并逐漸累積增多，醇類化合物相對含量呈上升趨勢。

為了更直觀地看出單一化合物在不同階段相對含量的變化情況，實驗通過熱圖對不同階段化合物含量進行統計，結果見圖3。隨著發酵時間的延長，酯類物質中主要的風味化合物正己酸乙酯相對含量從39.5%降至33%，乙酸芳樟酯相對含量從2.2%降至0.1%，硝酸甲酯、乙酸乙酯等其他酯類化合物相對含量較少且變化不大，因此隨著發酵時間的延長，酯類化合物相對含量降低；醇類化合物以桉葉油醇和乙醇為主，發酵過程中桉葉油醇含量降低，丙醇與乙醇的含量增多；烷烴類化合物以2-氟丙烷、環氧氟丙烷為主，烯烴類化合物以（Z）-二氟二氮烯、D-檸檬烯、α-姜黃烯、γ-松油烯、莰烯、β-蒎烯、（－）-β-蒎烯、萜品油烯為主并且無較大變化。

通過歐氏距離可以看出A樣品與B樣品相似度較高，C樣品與E樣品相似度較高，D樣品與F樣品相似度較高，A、B、C、E 4個樣品相似，與D、F樣品之間差異較大，糍粑辣椒的揮發性風味物質隨著發酵時間的延長而發生變化。

為了探究糍粑辣椒風味中的主體化合物，實驗對樣品中共有的化合物進行統計，并進行香氣特征描述。由表1可知，6個樣品中共有的化合物相對含量約占總量的60%～70%，是樣品中主要的共有揮發性化合物，是發酵型糍粑辣椒的主體風味物質；相對含量較高的烴類化合物有14種，莰烯（具有類似樟腦香氣）、γ-松油烯（柑橘和檸檬香氣）、β-蒎烯（具有特有的松節油香氣、干燥木材和松脂氣味）、D-檸檬烯（檸檬香氣）、α-姜黃烯、（Z）-二氟二氮烯、硝基甲烷等；醇類化合物以乙醇（醇香）、桉葉油醇（樟腦樣香氣）、4-甲基-1-戊醇、1-戊醇（有雜醇油氣味）等化合物為主；酯類以正己酸乙酯（水果香味）、硝酸甲酯、乙酸芳樟酯、乙酸乙酯、異戊酸乙酯、癸酸乙酯為主。樣品共有揮發性風味化合物香氣特征以柑橘、檸檬、酒曲醇香、樟腦和松脂的風味為主，異戊醇隨著發酵時間的延長而降低，從而降低了糍粑辣椒的辛辣味。

為了探究發酵過程中揮發性風味物質的變化，本實驗對發酵過程中化合物相對含量＞0.5%的風味化合物進行皮爾遜相關性分析來探究化合物之間的相互性，見圖4。

顏色越深代表兩種化合物的相關性越強；“*”表示相關性顯著。烯烴類化合物中（Z）-二氟二氮烯與其他烯烴類化合物皆呈負相關，隨著（Z）-二氟二氮烯相對含量的降低，其他烯類化合物的相對含量增加；正己酸乙酯與O-甲基羥胺和乙酸乙酯呈顯著負相關，與桉葉油醇呈顯著負相關，桉葉油醇與O-甲基羥胺又存在顯著負相關，說明O-甲基羥胺和乙酸乙酯在參與正己酸乙酯生成的同時也參與了桉葉油醇的反應。甲酸與異戊酸乙酯、癸酸乙酯、壬酸乙酯呈正相關，隨著甲酸相對含量的上升，戊酸乙酯、癸酸乙酯、壬酸乙酯的相對含量也增加，說明它們在發酵過程中有著相似的轉化條件。具有相關性的兩者之間相互會有不同程度的影響，表明發酵過程中香氣物質在不同條件下相互轉換形成新的特征風味，也導致在不同發酵時間下糍粑辣椒具有不同的感官風味。

2.3 發酵過程中理化性質與揮發性化合物含量變化

為了探究發酵過程中發酵時間與總酸、pH值及揮發性風味物質之間的關系，對發酵過程中理化性質及揮發性香氣成分展開皮爾遜相關性分析，結果表明，pH值與發酵時間呈負相關，與總酸呈正相關，與理化數據結果一致；pH值與揮發性風味物質呈負相關，總酸與pH值呈顯著負相關，除酯類化合物外，總酸與揮發性化合物呈正相關；發酵時間與醇類呈顯著正相關，說明隨著發酵時間的延長，醇類化合物相對含量顯著增加；通過各類揮發性風味化合物之間的相關性可以看出，在不同發酵階段，揮發性化合物相互影響，形成新的香氣。發酵過程中理化性質與揮發性風味物質之間具有相關性，隨著揮發性風味物質的組成結構的變化而變化。

3 結論

對發酵過程中糍粑辣椒的理化指標、揮發性風味物質差異以及發酵時間與酸類、揮發性風味物質之間的相關性進行分析表明，氨基酸態氮含量、水分含量、鹽含量在發酵過程中基本保持不變，發酵過程中可通過氨基酸態氮含量的變化來監控糍粑辣椒的發酵狀態；發酵過程會使辣椒素與二氫辣椒素含量降低，辣度降低，辣味更柔，可能是微生物作用以及生化反應所致；在發酵過程中隨著總酸含量的上升，發酵糍粑辣椒中酸類和醇類化合物相對含量增加，賦予發酵型糍粑辣椒獨特的酸香和醇香，酯類、烷烴烯、烴類化合物減少，以正己酸乙酯，從而使辣椒的辛辣氣味減少。在整個發酵過程中，化合物的種類變化差異不大，只是存在相對含量的變化與部分含量較低的化合物之間的差異。不同發酵階段的糍粑辣椒風味具有較大的差異，可能是由于發酵的進行的使新物質產生以及發生一系列的生化反應，使得揮發性風味化合物的組成結構發生了變化。

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