外源菌種和輔助碳源發酵糟辣椒條件優化與品質分析評價

宋煜婷，王曉蕓，丁筑紅*，陳思奇，杜勃峰，肖仕蕓，余奕宏，王翼

1(貴州大學 釀酒與食品工程學院，貴州省農畜產品貯藏與加工重點實驗室，貴州 貴陽，550025)2(新疆阿爾曼食品集團有限責任公司，新疆 烏魯木齊，830052)

糟辣椒是地方傳統特色發酵調味品[1]，香味怡人[2]，口感酸辣[3]，但常出現肉質軟化[4-5]、褐變[6]、產氣[7]等質量問題。乳酸菌是糟辣椒的主要發酵菌種[8]，能延長保質期[9]和縮短發酵周期[10]，同時由于其利用糟辣椒果肉組織中的碳源物質作為主要營養物質，而影響糟辣椒組織狀態及感官品質[11-12]。當前有研究發現，通過添加不同糖類能提高發酵黃瓜脆度[13]，改變發酵辣椒汁香氣[14]，改善發酵品質[15-16]。因此，本研究利用添加不同種類外源碳源作為糟辣椒發酵過程中乳酸菌的生長底物，通過分析發酵過程中糟辣椒總酸、pH變化及發酵成熟后組織脆度、感官等指標，結合模糊數學法與逼近理想解排序(technique for order perference by similarity to an ideal solution, TOPSIS)法篩選提高糟辣椒脆度及感官的條件，以期減少乳酸菌對果肉組織的作用分解，為解決糟辣椒產品保藏存在的品質問題提供一種實用簡單高效的方法，為糟辣椒工業化生產提供理論依據及實用的技術參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

辣椒(本地新鮮紅線椒)、生姜、大蒜、食鹽，本地農貿市場；發酵乳桿菌(Lactobacillusfermentum),貴州輕化工中心。

MRS乳酸菌培養基：蛋白胨10 g，牛肉膏10 g，酵母粉5 g，葡萄糖5 g，乙酸鈉5 g，檸檬酸鈉0.05 g，K2HPO42 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，MnSO4·H2O 0.05 g，吐溫80 1 mL，瓊脂15 g，蒸餾水1 L。調節pH 6.5～6.8，121 ℃，0.1 MPa，滅菌20 min。

1.2 主要儀器設備

STARTER 2C酸度計，奧豪斯(上海)儀器有限公司；HH.SY21-NI8型電熱式恒溫水浴，北京長源實驗設備廠；SHP-250型智能生化培養箱，上海光都儀器設備有限公司；SW-CJ-ZFD型單人單面凈化工作臺，蘇州凈化設備有限公司；FA2004電子天平，上海良平儀器儀表有限公司；TA-XT plus質構分析儀，英國Stable Micro System有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 制作工藝

新鮮紅色線椒→挑選、整理→清洗晾干→切碎→加8%(質量分數)食鹽、5%(質量分數)姜蒜(m(生姜)∶m(大蒜)=1∶1)、0.2%(質量分數)CaCl2、碳源拌勻→接種乳酸菌拌勻→裝壇發酵(發酵壇尺寸：口徑6 cm、直徑14 cm、高20 cm)→封壇發酵→糟辣椒

1.3.2 菌種活化及擴大培養

將菌種接入MRS液體培養基中，30 ℃活化培養24 h，然后接入MRS平板，劃線。反復操作2～3次，挑選單個菌落接種至MRS斜面培養基，備用。將活化好的菌種以體積分數2%的接種量接于MRS培養基中，30 ℃培養48 h。將培養好的細胞菌液放入離心管中，4 500 r/min離心1 min，棄去上層培養基，用生理鹽水洗滌，作為接種糟辣椒菌液備用。

1.3.3 糟辣椒的發酵

紅色線椒切碎，加入8%食鹽，5%姜蒜(m(生姜)∶m(大蒜)=1∶1)，0.2% CaCl2，分別加入辣椒0.5%、1.0%、3.0%、5.0%、7.0%的葡萄糖，1%、2%、3%、4%、5%的乳糖，0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1%的果膠，按體積分數接種1%、2%、3%、4%、5%的乳酸菌裝壇進行發酵，測定發酵過程中pH值、總酸量；發酵30 d后，測定脆度并進行感官評價。

1.3.4 分析方法

pH值的測定采用精密pH計；總酸含量的測定采用直接滴定法[17]。

脆度的測定[18]：采用多片壓縮實驗，挑選6 片大小一致、厚度均勻的椒片作為測試對象，3正3反，分3排，平鋪在實驗臺上，用P/50柱形探頭執行下壓測試Fmax(g)，每個樣品重復測定10次，結果取平均值。測定參數：探頭P/50，測前速率2 mm/s，測試速率1 mm/s，測后速率10 mm/s，壓縮比例80%，壓力5 g。

植物組織切片觀察：將需要切片的辣椒組織放入固定液中72 h以上，然后參照金銀根[19]的方法，進行石蠟切片觀察。

1.3.5 評價方法

感官評定：采用模糊數學評分法[20]，由10名食品專業背景的人員組成感官評價小組，從形態、香氣、色澤等方面評定樣品，具體感官評定標準見表1。

建立模糊數學綜合評價模型：以色澤、形態、香氣、滋味為因素集，以優、良、中、差為評語集，根據感官評定結果，建立4個單因素評價矩陣，用模糊數學評價方法進行分析。

(1)建立評判集：根據表1對糟辣椒的品質要求進行模糊綜合評判，建立評判集。

因素集U=(形態U1，香氣U2，色澤U3，滋味U4)；

評語集V=(優V1，良V2，中V3，差V4)；

表1 感官評價得分表Table 1 Standards of sensory evaluation

(2)權重的確定：權重集X=(0.2，0.3，0.2，0.3)，即形態20分，香氣30分，色澤20分，滋味30分，共100分。

(3)模糊關系綜合評判集：模糊關系綜合評判集Y=X×R，其中X為權重集，R為模糊數學評判矩陣。

TOPSIS綜合評價[21],具體方法如下：

(1)建立原始數據矩陣

X=(Xij)nm

其中(i=1,2,…,m；j=1,2,…,n)；

(2)構建規范化矩陣

根據公式計算得到規范化矩陣Zij=(Zij)nm，確定理想解Z+=(Zmax1，Zmax2，Zmax3…Zmaxm)，Z-=(Zmin1，Zmin2，Zmin3…Zminm)。

式中：Z+,指標的理想解；Z-,指標的負理想解。

(3)計算到理想解的距離并綜合評價

1.4 數據處理

使用Excel、Origin 7.5和Box-Behnken軟件進行數據的處理與分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理條件對糟辣椒pH及總酸的影響

由圖1～圖3可知，乳酸菌接種量或葡萄糖、乳糖添加量越大，發酵速度越快，圖4顯示果膠添加量小于0.25%時，發酵速度較空白組快。由各圖可以看出，pH和總酸的變化趨勢有差異，可能是由于不同發酵條件下糟辣椒所產有機酸各自離解氫離子濃度的能力不同[22]，同時可能與滴定時存在人為誤差有關。從總體上看，各處理組相同發酵時間點下，添加量梯度越小，組間pH或含酸量差值越大，對糟辣椒發酵速度的影響就越大，如發酵第15天時，以添加質量分數0.75%及1%果膠與1%及2%乳糖為例，質量分數0.25%果膠添加量的變化引起的pH變化(約為0.75)大于質量分數1%乳糖(約為0.5)，因此，各組對糟辣椒發酵速度影響的排序為：果膠組>接種組>乳糖組>葡萄糖組。可能是由于果膠作為增稠劑直接影響發酵液的流動性，而接種乳酸菌影響糟辣椒的產酸量，從而影響糟辣椒的發酵速度；部分乳酸菌添加乳糖產有機酸量及活菌數大于葡萄糖[23-24]。

圖1 接種量對糟辣椒發酵產酸的影響Fig.1 Effect of Lactobacillus inoculation amount onacid production of fermented chilies

圖2 葡萄糖添加量對糟辣椒發酵產酸的影響Fig.2 Effect of glucose addition on acid production offermented chilies

圖3 乳糖添加量對糟辣椒發酵產酸的影響Fig.3 Effect of laccose addition on acid production offermented chilies

圖4 果膠添加量對糟辣椒發酵產酸的影響Fig.4 Effect of pectin addition on acid production offermented chilies

2.2 不同處理條件對糟辣椒脆度的影響

由表2可知，接種組、葡萄糖及乳糖處理組以及果膠添加量小于質量分數0.75%時，脆度值大于空白組。其中，乳酸菌接種量超過體積分數3%后乳酸菌大量繁殖，影響了糟辣椒脆度品質[25]；葡萄糖的添加緩解了乳酸菌對辣椒組織碳源物質的利用，因而添加量越大，脆度值越大；由于乳糖轉化為半乳糖，乳糖添加量超過質量分數3%后，隨著半乳糖濃度增大，影響辣椒組織內外滲透壓[26]，導致辣椒失水果皮變軟；果膠處理組由于添加量增大，發酵液流動性差，不利于乳酸菌生長，因而添加量<0.75%時脆度值減小，但始終大于空白組。所以，接種乳酸菌、添加葡萄糖或乳糖，果膠添加量<0.75%時有利于提高糟辣椒的脆度。

表2 不同處理條件糟辣椒的脆度Table 2 Fermented chili friability results of fermentedchili under different treatment conditions

注：不同項目處理組號對應接種量(添加量)如表所示(下同)

2.4 不同處理條件感官品質的模糊數學評價結果

2.4.1 感官評定結果及模糊矩陣的建立

感官評價小組對不同處理條件的試驗組進行感官評價，結果見表3。

表3 不同處理條件糟辣椒的感官評價Table 3 Senses results of fermented chili under different treatment conditions

根據形態、香氣、色澤和滋味4個單因素的票數結果結合權重，建立因素的模糊評價矩陣，0%接種量糟辣椒組的模糊矩陣為：

根據模糊關系綜合評判集Y=X×R，其中X=(0.2,0.3,0.2,0.3)，則Y0=X×R0=(0.17, 0.34,0.37, 0.12)，根據感官特殊性設定的評判分值：優為100分，良為80分，中為60分，差為40分，建立感官特殊性數集V=(100,80,60,40)，則樣品的模糊綜合評判總分為：T=Y×V。得到：T0=(0.165,0.33,0.388,0.117)×(100,80,60,40)=70.86分；同理可得其余處理組的模糊綜合評判總分，結果見表4。

由表4可知，葡萄糖及乳糖處理組以及乳酸菌接種組接種量小于3%時感官評分高于對照組，而果膠處理組感官評分均低于對照組。其中，空白組在發酵過程中有“生花”現象；乳酸菌接種組接種量超過體積分數3%后酸味過重；果膠添加組發酵液黏稠。因此，添加葡萄糖或乳糖以及乳酸菌接種量低于3%時能提升糟辣椒的感官品質。

表4 不同處理組感官評價的模糊綜合評判結果Table 4 Fuzzy comprehensive evaluation results ofsensory evaluation under different treatment conditions

續表4

項目組號Yi的模糊綜合評判矩陣綜合評判總分T果膠0(0.37,0.36,0.25,0.02)81.61(0.34,0.27,0.30,0.09)77.22(0.22,0.23,0.43,0.12)713(0.09,0.39,0.35,0.17)684(0,0.27,0.46,0.27)605(0,0.18,0.41,0.41)55.4

2.5 基于TOPSIS法根據多指標綜合評價及最優處理條件篩選

結合不同處理條件對糟辣椒各品質指標的分析結果，分別選取不同乳酸菌接種量、葡萄糖及乳糖添加量，以pH、總酸、脆度、感官評分結果為數據來源，根據TOPSIS法，將糟辣椒各指標都量化成可比較的規范化標準值，計算Ci值并按大小排序，選取各組最優處理條件，結果如表5所示。

表5 不同處理條件下糟辣椒的多因素綜合評價Table 5 Multi-factor comprehensive evaluation offermented chili under different treatment conditions

從表5可以看出，各處理組排名第一的分別是體積分數2%乳酸菌接種量、質量分數5.0%葡萄糖添加量、質量分數3%乳糖添加量，Ci值分別為0.643 3、0.910 8、0.872 2，最接近理想解，因此，選取體積分數2%乳酸菌接種量、質量分數5.0%葡萄糖添加量、質量分數3%乳糖添加量為最優處理條件。

2.6 優化條件下糟辣椒感官評價結果

依據篩選得到的最佳發酵條件，按表6作為處理條件進行驗證，發酵30 d后測定脆度值、植物組織切片觀察及根據模糊數學法進行感官綜合評判。

表6 優化試驗結果Table 6 Optimization of test results

由表6及表7可知，優化組糟辣椒的脆度及感官品質優于對照組，由圖6及圖7可看出，優化組較對照組辣椒細胞結構更完整，細胞壁更平滑，雖然細胞呈不規則多邊形，但大部分細胞排列較為緊密，且細胞壁的不規則褶皺現象沒有對照組明顯，說明細胞壁破壞較少，辣椒的脆度得到提高。所以，接種2%乳酸菌、添加5%葡萄糖及3%乳糖可以提高糟辣椒的脆度及感官品質。

3 結論

糟辣椒在發酵過程中，產品形態、色澤和脆度都隨著發酵時間的延長呈現出不良變化。通過辣椒發酵前期添加葡萄糖或乳糖，能進一步加快發酵速度，保持辣椒組織狀態，改善糟辣椒的品質，而果膠雖在添加量小于0.75%時能提高糟辣椒的脆度，但其感官品質較差，因此不宜添加果膠作為外源碳源；模糊數學-TOPSIS法綜合分析結果顯示，在糟辣椒制作時，接種體積分數2%乳酸菌、添加質量分數5.0%葡萄糖或質量分數3%乳糖有利于促進發酵液中乳酸菌的生長及糟辣椒脆度的保持，成品品質最優，進一步通過驗證實驗表明，模糊數學-TOPSIS法篩選外源物質在糟辣椒發酵中應用的工藝參數具有可靠性。本研究通過多因素綜合評價，得到具有優良發酵品質、更適合工業生產使用的加工方法，為解決糟辣椒品質問題及增加糟辣椒產品的貨架品質及市場競爭性，提供了理論依據及技術參考。

表7 優化試驗感官評價的模糊評判結果Table 7 Fuzzy evaluation results of sensory evaluation of optimization test

A-糟辣椒果皮(×100);B-糟辣椒果肉(×100);C-糟辣椒果肉(×400)圖6 對照組糟辣椒細胞結構Fig.6 The cellular structure of fermented chilies ofcontrol group

A-糟辣椒果皮(×100);B-糟辣椒果肉(×100);C-糟辣椒果肉(×400)圖7 優化組糟辣椒細胞結構Fig.7 The cellular structure of fermented chilies ofoptimum group