鹽含量對泡辣椒發酵過程中質構劣化及相關理化指標變化的影響

趙 楠，葛黎紅，郭 壯，鄧 風，賴海梅，王雅利，，黃玉立，，盧 偉，黃巧蓮，朱永清*

（1.四川省農業科學院農產品加工研究所，四川成都 610066；2.四川師范大學生命科學學院，四川成都 610101；3.湖北文理學院食品科學技術學院鄂西北傳統發酵食品研究所，湖北襄陽 441053；4.四川老壇子食品有限公司，四川眉山 620010）

泡辣椒是我國傳統發酵食品中極具特色的一種，以新鮮辣椒為原料，加入食鹽，在密封壇子中發酵而成[1]。在發酵過程中，乳酸菌和真菌活躍的代謝活動為泡辣椒中天然有機酸等風味物質的積累創造了適宜條件，賦予了產品酸香爽脆的感官特色[2]。但是活躍的微生物代謝活動也會破壞原料蔬菜組織細胞的完整性，使得組織機械強度下降，造成產品質構劣化[3-4]。

發酵蔬菜的質構主要與組織細胞壁的完整性有關，果膠是維持蔬菜組織細胞壁機械強度的關鍵組成成分。在泡辣椒發酵過程中，隨著有機酸的積累，體系的pH、離子強度等理化性質逐漸變化，隨之改變的還有細胞壁中水分的存在狀態，且微生物也代謝產生并分泌果膠降解酶系至體系中，這一系列內外部因素都將影響組織細胞壁中果膠的穩定性及存在狀態，因而也是影響發酵蔬菜產品質構品質的主要因素[4-7]。食鹽作為泡辣椒生產中重要的配料，能夠抑制腐敗微生物的生長，為乳酸菌和真菌的增殖提供優勢環境，通過調節微生物的生長代謝活動間接影響發酵蔬菜的質構品質[8]。更進一步地，食鹽在發酵體系中的離子效應也將直接影響植物組織細胞壁中果膠的帶電狀態以及水分結合形式，進而直接決定發酵蔬菜的質構形成過程[9]。在傳統工藝中，泡辣椒食鹽含量大多高于10%，大量食鹽的添加有利于產品保存，但不利于人體健康。隨著大健康時代的來臨，泡辣椒減鹽化發酵理論逐漸受到關注[10]。一般來說，食鹽含量低于8%的泡辣椒稱為低鹽泡辣椒[11]。由于食鹽含量對泡辣椒發酵進程中質構品質的形成具有重要作用，泡辣椒減鹽化操作也將引起產品質構特性的改變，目前有關食鹽含量對泡辣椒在發酵過程中質構形成機制的影響還不明確。

本研究通過考察不同食鹽含量下泡辣椒發酵過程中質構劣化進程與微生物數量、pH、水分存在狀態和總果膠酶活力變化之間的關系，研究食鹽含量對泡辣椒質構品質形成的影響機制。以期為低鹽化發酵食品質構調控技術的開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮紅辣椒：購于襄陽市農貿市場；食鹽：中鹽上海市鹽業有限公司；氫氧化鈉（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；MRS培養基、孟加拉紅培養基：青島海博生物技術有限公司；果膠酶活性檢測試劑盒：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設備

ME3002E型電子天平、SevenCompact S210型pH計、HE53型水分測定儀：梅特勒-托利多國際貿易（上海）有限公司；TA.XTPlus型物性分析儀：英國Stable Micro System有限公司；NMI20-025V-I核磁共振分析儀：上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發酵辣椒制備

配制食鹽含量為0、2%、4%、6%、8%的鹽水各1 800 mL，并分別加入400 g鮮辣椒，鹽含量按辣椒與水的總質量計算，將泡菜壇水封后放入25 ℃培養箱進行發酵，7 d后取樣用于指標測定。

1.3.2 水分含量和水分活度測定[12]

將3 g樣品搗碎后放入測量盒中，水分含量和水分活度由水分測定儀測定。

1.3.3 水分分布分析[12]

采用低場核磁共振儀分析泡辣椒中不同結合態水分的組成。測定條件設置為：等待時間3 000 ms，回波時間0.8 ms，前置放大倍數1，回波個數10 000，累加次數8。采用PQ001分析軟件及Q-CPMG 序列進行T2信號采集。

1.3.4 質構剖面分析[1]

參數設置：探頭型號P2，測前速度1 mm/s，測試速度1 mm/s，測后速度2 mm/s，穿刺距離15 mm。選擇尺寸相近辣椒樣品的中部位置進行質構測定。

1.3.5 pH值[11]

用pH計測定泡辣椒鹵水pH值。

1.3.6 微生物指標[11]

取5 g樣品搗碎后加入5倍體積無菌生理鹽水混合后均勻，經梯度稀釋后，分別涂布于MRS平板，厭氧條件下37 ℃經72 h培養后計數乳酸菌含量，采用孟加拉紅平板，30 ℃條件下培養72 h后計數真菌數量。

1.3.7 果膠酶活力測定

取1 g樣品與10 mL試劑盒提取液混合后均質，10 000×g離心10 min，取上清置于冰上待測，然后根據說明書進行果膠酶活力測定，酶活力單位為U/g樣品[13]。

1.3.8 數據分析

除質構采用8組平行外，其余指標均采用3組平行，數據表示為平均值±標準差。采用SPSS 20.0軟件分析數據之間的差異顯著性，顯著性分析水平選取P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 食鹽含量對泡辣椒水分含量的影響

食鹽可通過改變體系離子強度而影響辣椒細胞中水分存在狀態，而細胞水分存在狀態是決定泡辣椒質構的重要因素。如圖1可知，泡辣椒水分含量隨食鹽含量增加而逐漸下降。這可能是因為食鹽含量越高，環境滲透壓越高，辣椒表皮組織細胞中水分滲出量越大[14]，致使樣品水分含量降低。當食鹽含量升至4%～8%時，樣品的水分含量比對照組低4.00%～4.80%。

圖1 不同食鹽含量的泡辣椒在發酵7 d后的水分含量Fig.1 Water contents of pickled pepper with different salt contents after fermentation for 7 d

2.2 食鹽含量對泡辣椒質構的影響

硬度、脆性和咀嚼性是反映泡辣椒質構的主要指標。如圖2所示，在不同食鹽含量下，泡辣椒的硬度、脆性和咀嚼性均有較大差異。當不添加食鹽時，樣品硬度和咀嚼性均在各處理組中最低，但脆性最高。食鹽含量4%～6%樣品的咀嚼性和硬度最高，在食鹽含量為4%和6%時，樣品硬度分別較對照組高16.46%和34.41%，當食鹽含量為4%和6%時，樣品咀嚼性分別比對照組高43.98%和32.48%。這與水分含量結果相對應，當食鹽含量＞4%時，水分含量明顯降低（圖1），因而胞液濃縮效應引起硬度和咀嚼性增加。當食鹽含量進一步升至8%時，辣椒細胞失水導致組織萎縮變形，對應的是該組樣品的硬度和咀嚼性顯著低于4%和6%食鹽含量組，且與0和2%食鹽含量組樣品的硬度無顯著差異（P＞0.05），而咀嚼性明顯高于0和2%食鹽含量組，這可能時由于高鹽條件下的細胞萎縮，使得細胞結構壓縮，導致咀嚼性相對較高。相較于2%和8%食鹽處理組，食鹽含量為4%～6%時樣品脆性有所提升。辣椒的脆性與細胞膨壓有關，由于辣椒細胞在高鹽環境下失水，導致細胞膨壓降低，因此相較于對照組，添加食鹽組樣品的脆性有所下降。因此，綜合分析硬度、脆性和咀嚼性這三個指標結果，食鹽含量4%～6%時樣品的質構較好。

圖2 不同食鹽含量的泡辣椒在發酵過程中硬度（A）、脆性（B）和咀嚼性（C）變化Fig.2 Changes of the hardness (A),crispness (B) and chewiness (C) of pickled pepper with different salt contents during fermentation process

2.3 食鹽含量對泡辣椒pH的影響

環境pH可通過改變細胞表面大分子的帶電狀態，影響泡辣椒組織機械結構；此外，果膠酶的活性受pH影響，進而改變細胞壁果膠成分的降解程度。由圖3可知，泡辣椒發酵過程中pH呈現不斷下降的趨勢。當食鹽含量≤6%時，泡辣椒發酵7 d內pH下降至4.10左右，且與對照組無顯著性差異。當食鹽含量為8%時，樣品pH緩慢下降，產品最終pH在4.50以上。這說明食鹽含量≤6%可在抑制雜菌的同時為乳酸菌提供適宜環境，促進發酵進行，而食鹽含量為8%時，乳酸菌受到抑制而發酵進程受阻。

圖3 不同食鹽含量的泡辣椒在發酵過程中pH變化Fig.3 Changes of pH of pickled pepper with different salt contents during fermentation process

2.4 食鹽含量對泡辣椒發酵過程中乳酸菌和真菌總數的影響

微生物是泡辣椒發酵過程的主要參與者，微生物產生的果膠酶可直接影響泡辣椒質構特性。在發酵過程中，食鹽對微生物增殖過程的影響也將引起泡辣椒質構的差異。泡辣椒發酵產酸過程中的優勢菌種為乳酸菌，不同食鹽含量的泡辣椒在發酵過程中的乳酸菌總數和真菌總數變化見圖4。如圖4（a）所示，乳酸菌在發酵1 d內迅速繁殖，各組樣品的乳酸菌均增長了4～5個數量級，而后逐漸趨于平穩，低于6%食鹽處理組的最終乳酸菌數量與對照組無顯著性差異。而8%食鹽樣品中乳酸菌增長緩慢且明顯低于對照組。

泡辣椒中的真菌所占比例低于乳酸菌，但其因豐富的果膠降解酶系而對泡辣椒質構的形成具有重要貢獻。由圖4（b）可知，在各組樣品中，真菌的數量均呈現先增加而后下降至消失的趨勢。當食鹽含量為0和2%時，初始真菌含量分別為3.89和3.78，而當食鹽數量對數值進一步增加至4%以上時，未檢出初始真菌，這可能是由于高鹽含量（＞4%）對真菌具有較強抑制作用。隨著樣品鹽含量的增加，發酵1 d時的真菌數量逐漸下降，這表明相較于乳酸菌，食鹽對真菌的抑制作用更為明顯，這與現有報道一致[15]。食鹽對微生物的抑制作用在一定程度上減緩了代謝活動造成的辣椒組織的破壞，進而有助于提升辣椒質構。

圖4 不同食鹽含量的泡辣椒在發酵過程中乳酸菌（A）和真菌（B）總數變化Fig.4 Changes of the total counts of lactic acid bacteria (A) and fungi (B) in pickled pepper with different salt contents during fermentation process

2.5 食鹽含量對泡辣椒水分活度和水分分布的影響

水分活度是表征食品內水分結合狀態的指標。一方面，在高滲環境中，泡辣椒組織失水導致自由水減少；另一方面，食鹽可改變細胞表面蛋白質、多糖等大分子的電荷狀態，從而束縛住更多水分，使得結合水比例增加[16]。因此食鹽具有促進辣椒中水分由游離狀態向結合狀態轉化的作用，這與實驗結果中食鹽含量的增加顯著降低了樣品水分活度相對應（見圖5a），當食鹽含量≤2%時，樣品的水分活度與對照組無顯著性差異（P＞0.05），當食鹽含量增加至4%～8%時，水分活度比對照組低了2.31%～2.80%（P＜0.05）。

不同鹽含量樣品的水分分布情況見圖5b。由圖5b可知，泡辣椒中的水分可分為三部分，結合水主要與細胞大分子中的極性基團緊密結合[12]；不易流動水主要位于細胞內部；自由水主要游離于細胞間隙中[17]。對照組的自由水比例以及水分含量均最高，該條件下植物細胞處于膨脹狀態，這與該組樣品脆性最高相對應（圖2）。隨著食鹽含量增加，不易流動水的增加趨勢相較于其他水組分更為明顯，且結合水所占比例也略有增加，說明食鹽含量的增加使得泡辣椒中水分的流動性和自由度逐漸降低[18]。這與樣品的水分含量下降而水分活度增加相對應（圖1和圖5a），進一步證明在食鹽作用下，泡辣椒主要失去了自由水[19]。食鹽含量≥4%時，細胞水合作用的增強可在一定程度上增加組織機械強度，因而樣品硬度和咀嚼性顯著高于對照組（見圖2）。

圖5 不同食鹽含量的泡辣椒在發酵7 d后的水分活度（A）和水分分布（B）Fig.5 Water activity (A) and water distribution (B) of pickled pepper with different salt contents after fermentation for 7 d

2.6 果膠酶活性

果膠是決定辣椒組織機械特性的重要組分[4]。在發酵過程中，辣椒中的內源果膠酶和微生物代謝酶系均可降解果膠[20-21]，導致泡辣椒質構劣化，食鹽具有抑制果膠酶活性的作用[22]。如圖6所示，當食鹽含量≤2%時，食鹽對果膠酶的活性無顯著影響（P＞0.05），當食鹽含量增至4%、6%和8%后，果膠酶活性分別較對照組低67.42%、75.43%和78.11%，差異顯著（P＜0.05），食鹽對果膠酶的抑制可能與高離子強度和酸環境下果膠酶分子結構的變化有關[22]。

圖6 不同食鹽含量的泡辣椒在發酵7 d后的總果膠酶活性Fig.6 Total pectinase activity of pickled pepper with different salt contents after fermentation for 7 d

2.7 不同食鹽含量下泡辣椒質構形成與理化性質之間的關系

泡辣椒的質構特性受環境pH、離子強度、微生物代謝活動、組織水分存在狀態以及果膠酶活性等因素影響。當食鹽含量≤2%時，發酵體系中果膠酶活力高，造成組織結構穩定性下降，因而辣椒硬度和咀嚼性降低。當食鹽含量升至4%～6%時，高滲環境下細胞中自由水或被釋放或轉化為不易移動水，水分活度下降，細胞水合作用增強使得樣品脆性升高，進而增加了機械強度；同時，高離子強度和低pH環境均可抑制果膠酶活力，進而改善質構。因此，該食鹽含量可顯著提高泡辣椒硬度、脆性和咀嚼性。當食鹽含量進一步升至8%時，辣椒組織失水過多導致細胞萎縮，對應的是硬度、脆性和咀嚼性的下降。

3 結論

在不同食鹽含量中，4%～6%食鹽可抑制泡辣椒質構劣化。在此條件下，泡辣椒形成低酸性體系，在高滲作用下辣椒細胞的水合作用增強而水分活度下降，有助于保持脆性，且果膠酶活性受到顯著抑制，易于保持完整細胞壁結構，從而減緩泡辣椒硬度、咀嚼性和脆性的劣化。