不同淀粉配料制备鲊海椒酸味形成及其酸味特性的研究

赵欠，葛平珍，王丹，周才琼

(西南大学 食品科学学院，重庆，400715)



不同淀粉配料制备鲊海椒酸味形成及其酸味特性的研究

赵欠，葛平珍，王丹，周才琼*

(西南大学 食品科学学院，重庆，400715)

为研究不同淀粉配料对鲊海椒发酵过程中酸味形成及酸味特性的影响，以粳米、玉米、芋头-玉米为淀粉配料制备鮓海椒，比较发酵过程中酸味形成及与糖代谢关系。结果显示：3种鲊海椒总糖、淀粉、可溶性总糖和还原糖均随发酵下降，总酸、乳酸、乙酸、苹果酸和酒石酸增加，且总糖、淀粉和还原糖下降与总酸、乳酸和乙酸升高显著相关(P<0.05)。3种淀粉配料制备鲊海椒酸味强度分析显示，粳米样品酸味强度快速升高，影响粳米鲊海椒酸味特性的主要是乳酸、乙酸和柠檬酸，玉米样品和芋头-玉米样品主要是乙酸、乳酸和苹果酸；主成分分析发现，粳米鲊海椒综合得分最高，表明添加不同淀粉配料会影响发酵产品酸味强度和味感特性。

鲊海椒；酸味形成；酸味特征；自然发酵；淀粉配料

鲊海椒是西南地区少数民族或汉族与少数民族杂居地区以当地淀粉资源如粳米、玉米、芋头和新鲜辣椒一起经过厌氧发酵形成的一种特色地方美食[1]，酸味感是鲊海椒发酵的特征味感。食品经过发酵会产生醇类及酸类，在发酵过程中，食品原料中的大分子物质降解为小分子物质(如有机酸、单糖等)，利于人体消化吸收；通过发酵改变食品原料原有风味和结构，增加食品的种类[2-6]。有少量玉米鲊海椒微生物分离及对市售鲊海椒风味品质及纯种发酵技术等的研究报道[7-9]。有报道称发酵辣椒制品中的微生物主要是乳酸菌、芽孢杆菌等[10-13]。枯草芽孢杆菌能将部分淀粉分解为小分子糖，不仅为其他微生物生长提供能量，也为微生物发酵产生发酵产物提供基料，例如厌氧条件下，葡萄糖经糖酵解途径产生的丙酮酸能生成乳酸和醋酸等有机酸[8]。而对于传统发酵过程中不同淀粉配料对鲊海椒发酵过程中有机酸形成的影响研究未见报道。因此，本研究拟采用鲊海椒制备中常用淀粉配料制备鲊海椒并自然发酵，对其发酵过程中主要酸味成分形成及与碳水化合物代谢进行比较研究。

1 材料与方法

1.1 实验材料及处理

鲜红辣椒(二荆条)、芋头，购于重庆市北碚区天生农贸市场；粳米、黄玉米、食盐，购于重庆市北碚区永辉超市。辣椒洗后沥干，粉碎成约0.3 mm×0.3 mm块状；芋头去皮切成细丝；粳米和玉米炒至微黄后，分别用粉碎机粉碎后过40目筛。

1.2 主要试剂和仪器设备

葡萄糖、DL-苹果酸、DL-酒石酸、柠檬酸、草酸、乳酸、乙酸、3,5-二硝基水杨酸，等，均为分析纯，成都市科龙化工试剂厂；甲醇，色谱纯，成都市科龙化工试剂厂。

FA2004A电子天平(上海精天电子仪器有限公司)；RE-52A旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)；722型可见分光光度计(上海菁华科技仪器有限公司)；UV-2450 紫外-可见分光光度计(日本岛津公司)；LC-20A高效液相色谱仪(日本岛津公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 鲊海椒的制备

3种鲊海椒原料配比如下：辣椒∶粳米面、辣椒∶玉米面、辣椒∶(玉米面与芋头丝各一半)均为质量比1∶1，盐5%。将各种原料按配比混合均匀后，装入罐中，倒置水密封，温度15 ℃±5 ℃下发酵，取不同发酵时间样品分析。

1.3.2 有机酸的测定[14]

(1)色谱条件。色谱柱：Kromasil C18(5 μm，250 mm×4.6 mm)；进样量：10 μL；流动相：2.0%甲醇-0.05 mol/L KH2PO4磷酸盐缓冲液(pH 2.8 用磷酸调pH值)；流速：0.8 mL/min；柱温：30 ℃；检测波长：214 nm。

(2)标准曲线绘制。分别配制浓度均为5 g/L的草酸、苹果酸、琥珀酸、酒石酸、乙酸、柠檬酸作为母液，按比例稀释至浓度梯度为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，作为母液，按比例稀释至其他有机酸各梯度浓度的2倍，经0.45 μm滤膜过滤后，进行色谱分析。以质量浓度ρ(g/L)对峰面积Y做图，绘制标准曲线，求回归方程及相关系数。

(3)样品前处理及定性和定量分析 称取2.500 g样品，加入50 mL纯水，75 ℃水浴20 min，冷却后补足水分过滤，滤液离心20 min(4 000 r/min)。上清液经0.45 μm微孔滤膜过滤后直接进样分析。采用保留时间定性，以峰面积外标法定量。

1.3.3 淀粉、总糖及还原糖测定[15-16]

(1)葡萄糖标准曲线制备 取编号的25 mL具塞试管7支，分别按表1加入试剂和操作。冷却后各管定容至25 mL。将上述各管溶液摇匀，分光光度计上于波长540 nm处比色测定，空白管(1号管)溶液调零点，记录吸光度值A540nm。以葡萄糖含量为横坐标、吸光度为纵坐标绘制标准曲线。

表1 葡萄糖标准曲线制作

(2)样品前处理，还原糖提取：准确称取样品1.0 g，研钵中磨成匀浆，转入三角瓶中，用约30 mL水冲洗研钵2～3次，洗液一并转入三角瓶中。50 ℃恒温水浴提取20 min，冷却后离心10 min(3 000 r/min)，20 mL水冲洗残渣，重复以上操作再提取1次，合并2次滤液，转移到50 mL容量瓶中，纯水定容后作样品液备用。样品总糖的水解及提取：准确称取样品1.0 g于研钵中，加约2 mL水磨成浆状，转入圆底烧瓶中，水冲洗研钵2～3次，洗液一并转入。再向三角瓶中加入6 mol/L HCl溶液 15 mL，装上回流装置，沸水浴中水解60 min，用KI淀粉试纸检查样品水解是否完全，直至试纸不显蓝色方停止加热。水解完全后取出圆底烧瓶，冷却后用6 mol/L NaOH调pH值至中性。转移至100 mL容量瓶中并用纯水定容，溶液过滤后待测。样品淀粉测定的处理：称取1.0 g样品置于三角瓶中，加入30 mL体积分数85%乙醇，80 ℃水浴30 min以除去样品可溶性糖，将样品液过滤，弃上清液，沉淀用纯水冲洗。用与总糖相同的酸水解法对沉淀进行处理，水解液转移至100 mL容量瓶中并用纯水定容，水解液过滤后待测。

1.3.4 其他成分分析

水分含量：GB 5009.3—2010，直接干燥法[18]；可溶性总糖旳测定：蒽酮比色法[19]。

1.3.5 数据分析和酸味强度计算[17]

每个样品重复测定3次，试验结果以(mean±SD)表示，用Origin制图软件及SPSS 17.0对数据进行分析。

(1)

2 结果与分析

2.1 不同淀粉配料制备鲊海椒发酵过程中含水量的变化

水分含量变化如表2所示。3种不同淀粉配料制备鲊海椒水分含量均显著下降(P<0.01)，芋头-玉米样品水分含量明显高于其他2种样品。含水量差异和碳水化合物组成结构的差异会影响微生物的生长繁殖及鲊海椒发酵产酸，而形成不同的酸味味感特征。

表2 鲊海椒发酵过程中水分含量旳变化

2.2 不同淀粉配料制备鲊海椒发酵过程中碳水化合物含量变化

2.2.1 不同淀粉配料制备鲊海椒发酵过程中总糖和淀粉的变化

3种不同淀粉配料制备鲊海椒总糖、淀粉随着发酵快速下降，总糖和淀粉含量分别在发酵30 d和15 d后即显著低于发酵0d的样品(图1～图2)。发酵90 d后，粳米、玉米及芋头-玉米鲊海椒总糖含量为发酵0 d时的84.0%、80.3%和58.4%，淀粉含量为发酵0d时的82.6%、84.4%和63.9%。芋头-玉米鲊海椒总糖、淀粉均降低最多，这可能与芋头本身总糖特点或含有一些分解酶有关。

图1 鲊海椒发酵过程中总糖含量变化Fig.1 Change of macronutrients in the fermentation process of Zha-chili

图2 鲊海椒发酵过程中淀粉含量变化Fig.2 Change of starch in the fermentation of Zha-chili

2.2.2 不同淀粉配料制备鲊海椒发酵过程中可溶性总糖和还原糖的变化

在加工过程中，复杂碳水化合物降解产生的可溶性总糖和还原糖除能给予食品甜味外，同时也是微生物的营养物质。实验显示可溶性总糖和还原糖随发酵进行快速下降(图3、图4)，其中芋头-玉米和玉米样品还原糖含量在发酵前30 d显著下降(P<0.05)，发酵30 d后降低趋缓；粳米样品在发酵前60 d还原糖含量显著下降(P<0.05)，60 d后趋缓。芋头-玉米样品可溶性总糖和还原糖初始含量最高，发酵15 d后即快速下降，发酵30 d时均显著低于粳米和玉米样品可溶性总糖和还原糖(P<0.05)。发酵90 d时，粳米、玉米及芋头-玉米鲊海椒可溶性总糖为发酵0 d时的54.2%、52.3%和8.4%，还原糖为发酵0 d时的31.9%、39.8%和5.5%。糖是微生物重要的碳源及能源物质，葡萄糖参与糖代谢共同分解途径—糖酵解途径，厌氧乳酸菌和酵母菌在厌氧条件下能利用糖酵解途径产生的丙酮酸合成乳酸和乙醇[20]，本研究中鲊海椒还原糖含量随发酵进行逐渐下降的变化趋势与相关报道一致[21-22]。

图3 鲊海椒发酵过程中可溶性总糖含量变化Fig.3 Change of soluble total sugar in the fermentation process of Zha-chili

图4 鲊海椒发酵过程中还原糖含量变化Fig.4 Change of reducing sugar in the fermentation process of Zha-chili

2.3 不同淀粉配料制备鲊海椒发酵过程中酸味形成

2.3.1 不同淀粉配料制备鲊海椒发酵过程中有机酸组成及变化

食品中有机酸旳种类、含量及构成对其风味有很大影响，传统鲊海椒利用附在原料表面旳微生物进行自然发酵，会产生多种酸味物质，但对酸味起主要效用的是乳酸、柠檬酸、乙酸、苹果酸、琥珀酸、酒石酸等有机酸[23]。代谢产物乳酸、乙酸等有机酸，既具防腐作用，又有助于良好风味旳形成[24]。为此，研究针对鲊海椒发酵使用原配料、厌氧发酵特点及乳酸菌为主的微生物生长繁殖可能的生化反应，检测了7种有机酸(未发现琥珀酸)，结果如表3所示。芋头-玉米鲊海椒草酸初始含量最高，分别是粳米鲊海椒和玉米鲊海椒的3.3倍和6.5倍。草酸在发酵过程中均呈快速下降后稳定的趋势，发酵15 d时，粳米鲊海椒、玉米鲊海椒、芋头-玉米鲊海椒草酸含量仅为发酵0 d时的59.7%、76.3%和29.1%。表明芋头配料含草酸较高，发酵可降低草酸含量，改善酸涩口感，并可能提升矿物质的利用度。

表3 鲊海椒发酵过程中有机酸含量变化

注：—，未检出。

乳酸是厌氧发酵的重要产物，粳米、玉米、芋头-玉米鲊海椒乳酸量随发酵进行迅速增加后保持稳定，发酵30～90 d，乳酸含量分别为发酵0d时的7.4～8.5、2.2～2.5和3.8～4.2倍，各乳酸峰值出现时间分别为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。表明不同淀粉配料会影响微生物生长繁殖而影响乳酸的形成。

苹果酸和酒石酸随发酵时间延长总体呈增加趋势，发酵90 d时粳米、玉米、芋头-玉米鲊海椒苹果酸含量分别为7.47、22.77、12.35 g/kg干基，酒石酸含量分别为4.63、3.01和4.13 g/kg干基。柠檬酸含量成降低趋势，玉米及芋头-玉米鲊海椒分别在发酵60 d和15 d后检测不到柠檬酸。乙酸随着发酵时间延长逐渐增加，发酵45d以后增势趋缓，峰值出现在发酵90 d，粳米、玉米、芋头-玉米鲊海椒乙酸含量分别为12.26、4.87和9.08 g/kg干基，以粳米鲊海椒含量最高。这与报道的植物乳杆菌能将柠檬酸降解为乙酸，从而使柠檬酸含量下降，醋酸含量增加吻合[25]。

本研究中乳酸和乙酸增幅最高，可能与发酵过程中乳酸菌与醋酸菌的代谢有关，与邵伟等研究结果一致[9]。实验结果还显示，添加粳米淀粉作为配料制备的鲊海椒在发酵过程中除苹果酸较低外，乙酸、乳酸、酒石酸和柠檬酸均高于其他2种淀粉配料制备鲊海椒，这形成了粳米鲊海椒丰富的酸味味感[26]。有报道不同菌种对以葡萄糖、果糖、麦芽糖和蔗糖为单一碳源或结合葡萄糖旳碳源旳利用不同，碳源种类对啤酒酵母有机酸代谢有影响，对酒石酸、苹果酸和柠檬酸含量影响比对琥珀酸含量旳影响更大[20-21]。因而三种不同淀粉配料制备的鲊海椒在发酵过程中可利用碳源上旳差异及微生物对不同碳源底物旳利用必然对鲊海椒有机酸旳代谢产生很大影响。

经对鲊海椒发酵过程中总酸及乳酸占总酸比例的变化进行分析，结果见图5、图6。

图5 鲊海椒发酵过程总酸含量变化Fig.5 Chang of total acid in the fermentation process of Zha-chili

图6 鲊海椒发酵过程乳酸占总有机酸的比例Fig.6 The ratio of lactic acid in total acid in the fermentation process of Zha-chili

随发酵时间延长总酸快速增加，发酵45 d后增势趋缓，粳米、玉米、芋头-玉米鲊海椒总有机酸峰值分别出现在发酵45、90和60 d，此时总酸含量分别为7.22、5.41和7.25 g/kg干基。乳酸是鲊海椒发酵过程中主要的有机酸，粳米、玉米及芋头-玉米鲊海椒中乳酸占总酸的比重快速上升后缓慢下降，峰值分别出现在发酵30 d、15 d和15 d，占比分别为74.91%、68.18%和78.48%。这与发酵过程中乳酸菌大量繁殖、糖发酵产酸有关[27]。乳酸占比最多，这可能是由于鲊海椒在发酵过程中以同型乳酸发酵为主，大部分葡萄糖转化为乳酸的结果[28]。

2.3.2 不同淀粉配料制备鲊海椒发酵过程中糖的变化与有机酸形成相关分析

邵伟等[9]报道鲊海椒中分离出的枯草芽孢杆菌能将基料中淀粉分解为小分子糖类供微生物生长利用，同时厌氧环境中酵母菌及醋酸菌还能利用这些小分子糖类产酸。因此，糖的降解与酸的形成有关。经对鲊海椒发酵过程中糖类变化与各有机酸变化进行相关分析，结果如表4所示。总糖、淀粉的降解与总酸、乳酸、酒石酸及乙酸显著负相关(P<0.05)，还原糖与总酸、乳酸和乙酸的产生显著负相关(P<0.05)。这与糖及乳酸菌代谢特点有关，可溶性总糖和还原糖一方面来自复杂碳水化合物的降解，同时又是微生物代谢的碳源，发酵前期总酸含量快速上升，说明在此期间乳酸菌利用糖发酵生成乳酸程度较高；发酵中后期，乳酸菌活动随发酵体系中酸度的增加受到一定限制，产酸能力下降。

表4 碳水化合物发酵降解与有机酸产生的相关性分析

注：*，表示P<0.05，在 0.05 水平上显著相关；**，表示P<0.01，在 0.01 水平上显著相关。

2.4 不同淀粉配料制备鲊海椒酸味特性及分析

2.4.1 不同淀粉配料制备鲊海椒酸味味觉强度构成分析

经计算不同发酵时段发酵样品各有机酸的味觉强度，结果如表5所示。3种淀粉配料制备鲊海椒酸味成分味觉强度指数以玉米样品初始值最高，粳米样品初始值最低，但随着发酵的进行，粳米样品味觉强度指数快速升高，发酵15～90 d时，其味觉强度指数分别是玉米样品和芋头-玉米样品的1.8～1.5倍和1.2～1.3倍，各发酵时段酸味感均最强。草酸由于较高的味觉阈值，加上发酵过程中快速下降，其味觉强度较低。影响粳米鲊海椒和芋头-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苹果酸，表明不同淀粉配料制备鲊海椒会在很大程度上影响酸味味感强度和味感特性。

表5 鲊海椒发酵过程中有机酸味觉强度指数变化1)

注：1)味觉阈值[29-30]。

2.4.2 不同淀粉配料制备鲊海椒酸味味觉强度主成份分析

对不同发酵时段鲊海椒各有机酸味感贡献进行主成份分析，相关矩阵特征值如表6所示。粳米鲊海椒主成份贡献率75.49%，玉米鲊海椒主成分1、2累积贡献率93.12%，芋头-玉米鲊海椒主成分1、2累积贡献率为98.25%。

表6 不同食品配料发酵鲊海椒主成分的特征值及贡献率

各有机酸味觉强度指数载荷及特征向量见表7，由于粳米鲊海椒只有一个主成分，没有载荷图，其他2个的味觉强度指数载荷图如图6、图7。

结合表7和图6可以看出，粳米鲊海椒以乙酸、乳酸、苹果酸和酒石酸贡献显著，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贡献率75.03%，主要反映乙酸、乳酸变异信息，主成分2贡献率18.09%，主要反映苹果酸变异信息。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。芋头-玉米鲊海椒主成分1贡献率74.83%，主要反映乳酸变异信息，主成分2贡献率23.42%，主要反映苹果酸变异信息。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。且由图6、图7可知，各种酸距离中心点较远，说明它们对酸味强度均重要。

表7 不同配料制备鲊海椒主成份载荷及特征向量

图6 玉米鮓海椒味觉强度指数载荷图Fig.6 load diagram of taste intensity index in corn Zha-Chili

图7 芋头-玉米鮓海椒味觉强度指数载荷图 Fig.7 load diagram of taste intensity index in taro-corn Zha-Chili

3种不同配料制备鲊海椒不同发酵时段酸味味觉强度指数标准化后主成分得分见表8。粳米、玉米、芋头-玉米3种淀粉配料制备鲊海椒综合得分在发酵60～90 d较高，高值分别在发酵60、90和90 d，以粳米鲊海椒综合得分最高，芋头-玉米鲊海椒综合得分最低。

表8 不同配料制备鲊海椒不同发酵时段标准化后主成分得分

3 结论

不同淀粉配料由于淀粉结构特性及含水量差异会影响发酵过程中糖的降解及各有机酸的消长。发酵15 d后，总酸以粳米样品含量最高，玉米和芋头-玉米配料发酵产酸较少。有机酸组成方面，含玉米配料的样品形成较多苹果酸；粳米配料产生较多乳酸和乙酸，并残留一定量柠檬酸，给粳米鲊海椒带来爽口浓郁的酸味感，而芋头-玉米配料有较高的草酸。味感强度指数分析显示粳米样品有最高的味感强度，玉米样品最低，影响粳米鲊海椒酸味特性的主要是乳酸和乙酸，还有独特的柠檬酸，玉米鲊海椒和芋头-玉米鲊海椒主要是乙酸、乳酸和苹果酸，表明3种不同旳淀粉配料制成旳鲊海椒在发酵过程中可利用碳源上旳差异以及微生物对不同碳源底物旳利用速度旳不同对鲊海椒中微生物及有机酸旳代谢产生很大影响，从而影响发酵产品酸味味感强度和味感特性。粳米、玉米、芋头-玉米3种淀粉配料制备鲊海椒综合得分以粳米鲊海椒综合得分最高，芋头-玉米鲊海椒综合得分最低。

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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

硕士研究生(周才琼教授为通讯作者,E-mail：zhoucaiqiong@swu.edu.cn)。

重庆市特色食品工程技术研究中心能力提升项目(cstc2014pt-gc8001)

2015-11-23，改回日期：2016-03-15