外源菌种和辅助碳源发酵糟辣椒条件优化与品质分析评价

2020-02-27宋煜婷王晓芸丁筑红陈思奇杜勃峰肖仕芸余奕宏王翼

食品与发酵工业 2020年3期

宋煜婷，王晓芸，丁筑红*，陈思奇，杜勃峰，肖仕芸，余奕宏，王翼

1(贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州省农畜产品贮藏与加工重点实验室，贵州贵阳，550025)2(新疆阿尔曼食品集团有限责任公司，新疆乌鲁木齐，830052)

糟辣椒是地方传统特色发酵调味品[1]，香味怡人[2]，口感酸辣[3]，但常出现肉质软化[4-5]、褐变[6]、产气[7]等质量问题。乳酸菌是糟辣椒的主要发酵菌种[8]，能延长保质期[9]和缩短发酵周期[10]，同时由于其利用糟辣椒果肉组织中的碳源物质作为主要营养物质，而影响糟辣椒组织状态及感官品质[11-12]。当前有研究发现，通过添加不同糖类能提高发酵黄瓜脆度[13]，改变发酵辣椒汁香气[14]，改善发酵品质[15-16]。因此，本研究利用添加不同种类外源碳源作为糟辣椒发酵过程中乳酸菌的生长底物，通过分析发酵过程中糟辣椒总酸、pH变化及发酵成熟后组织脆度、感官等指标，结合模糊数学法与逼近理想解排序(technique for order perference by similarity to an ideal solution, TOPSIS)法筛选提高糟辣椒脆度及感官的条件，以期减少乳酸菌对果肉组织的作用分解，为解决糟辣椒产品保藏存在的品质问题提供一种实用简单高效的方法，为糟辣椒工业化生产提供理论依据及实用的技术参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

辣椒(本地新鲜红线椒)、生姜、大蒜、食盐，本地农贸市场；发酵乳杆菌(Lactobacillusfermentum),贵州轻化工中心。

MRS乳酸菌培养基：蛋白胨10 g，牛肉膏10 g，酵母粉5 g，葡萄糖5 g，乙酸钠5 g，柠檬酸钠0.05 g，K2HPO42 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，MnSO4·H2O 0.05 g，吐温80 1 mL，琼脂15 g，蒸馏水1 L。调节pH 6.5～6.8，121 ℃，0.1 MPa，灭菌20 min。

1.2 主要仪器设备

STARTER 2C酸度计，奥豪斯(上海)仪器有限公司；HH.SY21-NI8型电热式恒温水浴，北京长源实验设备厂；SHP-250型智能生化培养箱，上海光都仪器设备有限公司；SW-CJ-ZFD型单人单面净化工作台，苏州净化设备有限公司；FA2004电子天平，上海良平仪器仪表有限公司；TA-XT plus质构分析仪，英国Stable Micro System有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 制作工艺

新鲜红色线椒→挑选、整理→清洗晾干→切碎→加8%(质量分数)食盐、5%(质量分数)姜蒜(m(生姜)∶m(大蒜)=1∶1)、0.2%(质量分数)CaCl2、碳源拌匀→接种乳酸菌拌匀→装坛发酵(发酵坛尺寸：口径6 cm、直径14 cm、高20 cm)→封坛发酵→糟辣椒

1.3.2 菌种活化及扩大培养

将菌种接入MRS液体培养基中，30 ℃活化培养24 h，然后接入MRS平板，划线。反复操作2～3次，挑选单个菌落接种至MRS斜面培养基，备用。将活化好的菌种以体积分数2%的接种量接于MRS培养基中，30 ℃培养48 h。将培养好的细胞菌液放入离心管中，4 500 r/min离心1 min，弃去上层培养基，用生理盐水洗涤，作为接种糟辣椒菌液备用。

1.3.3 糟辣椒的发酵

红色线椒切碎，加入8%食盐，5%姜蒜(m(生姜)∶m(大蒜)=1∶1)，0.2% CaCl2，分别加入辣椒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%的果胶，按体积分数接种1%、2%、3%、4%、5%的乳酸菌装坛进行发酵，测定发酵过程中pH值、总酸量；发酵30 d后，测定脆度并进行感官评价。

1.3.4 分析方法

pH值的测定采用精密pH计；总酸含量的测定采用直接滴定法[17]。

脆度的测定[18]：采用多片压缩实验，挑选6 片大小一致、厚度均匀的椒片作为测试对象，3正3反，分3排，平铺在实验台上，用P/50柱形探头执行下压测试Fmax(g)，每个样品重复测定10次，结果取平均值。测定参数：探头P/50，测前速率2 mm/s，测试速率1 mm/s，测后速率10 mm/s，压缩比例80%，压力5 g。

植物组织切片观察：将需要切片的辣椒组织放入固定液中72 h以上，然后参照金银根[19]的方法，进行石蜡切片观察。

1.3.5 评价方法

感官评定：采用模糊数学评分法[20]，由10名食品专业背景的人员组成感官评价小组，从形态、香气、色泽等方面评定样品，具体感官评定标准见表1。

建立模糊数学综合评价模型：以色泽、形态、香气、滋味为因素集，以优、良、中、差为评语集，根据感官评定结果，建立4个单因素评价矩阵，用模糊数学评价方法进行分析。

(1)建立评判集：根据表1对糟辣椒的品质要求进行模糊综合评判，建立评判集。

因素集U=(形态U1，香气U2，色泽U3，滋味U4)；

评语集V=(优V1，良V2，中V3，差V4)；

表1 感官评价得分表Table 1 Standards of sensory evaluation

(2)权重的确定：权重集X=(0.2，0.3，0.2，0.3)，即形态20分，香气30分，色泽20分，滋味30分，共100分。

(3)模糊关系综合评判集：模糊关系综合评判集Y=X×R，其中X为权重集，R为模糊数学评判矩阵。

TOPSIS综合评价[21],具体方法如下：

(1)建立原始数据矩阵

X=(Xij)nm

其中(i=1,2,…,m；j=1,2,…,n)；

(2)构建规范化矩阵

根据公式计算得到规范化矩阵Zij=(Zij)nm，确定理想解Z+=(Zmax1，Zmax2，Zmax3…Zmaxm)，Z-=(Zmin1，Zmin2，Zmin3…Zminm)。

式中：Z+,指标的理想解；Z-,指标的负理想解。

(3)计算到理想解的距离并综合评价

1.4 数据处理

使用Excel、Origin 7.5和Box-Behnken软件进行数据的处理与分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理条件对糟辣椒pH及总酸的影响

由图1～图3可知，乳酸菌接种量或葡萄糖、乳糖添加量越大，发酵速度越快，图4显示果胶添加量小于0.25%时，发酵速度较空白组快。由各图可以看出，pH和总酸的变化趋势有差异，可能是由于不同发酵条件下糟辣椒所产有机酸各自离解氢离子浓度的能力不同[22]，同时可能与滴定时存在人为误差有关。从总体上看，各处理组相同发酵时间点下，添加量梯度越小，组间pH或含酸量差值越大，对糟辣椒发酵速度的影响就越大，如发酵第15天时，以添加质量分数0.75%及1%果胶与1%及2%乳糖为例，质量分数0.25%果胶添加量的变化引起的pH变化(约为0.75)大于质量分数1%乳糖(约为0.5)，因此，各组对糟辣椒发酵速度影响的排序为：果胶组>接种组>乳糖组>葡萄糖组。可能是由于果胶作为增稠剂直接影响发酵液的流动性，而接种乳酸菌影响糟辣椒的产酸量，从而影响糟辣椒的发酵速度；部分乳酸菌添加乳糖产有机酸量及活菌数大于葡萄糖[23-24]。

图1 接种量对糟辣椒发酵产酸的影响Fig.1 Effect of Lactobacillus inoculation amount onacid production of fermented chilies

图2 葡萄糖添加量对糟辣椒发酵产酸的影响Fig.2 Effect of glucose addition on acid production offermented chilies

图3 乳糖添加量对糟辣椒发酵产酸的影响Fig.3 Effect of laccose addition on acid production offermented chilies

图4 果胶添加量对糟辣椒发酵产酸的影响Fig.4 Effect of pectin addition on acid production offermented chilies

2.2 不同处理条件对糟辣椒脆度的影响

由表2可知，接种组、葡萄糖及乳糖处理组以及果胶添加量小于质量分数0.75%时，脆度值大于空白组。其中，乳酸菌接种量超过体积分数3%后乳酸菌大量繁殖，影响了糟辣椒脆度品质[25]；葡萄糖的添加缓解了乳酸菌对辣椒组织碳源物质的利用，因而添加量越大，脆度值越大；由于乳糖转化为半乳糖，乳糖添加量超过质量分数3%后，随着半乳糖浓度增大，影响辣椒组织内外渗透压[26]，导致辣椒失水果皮变软；果胶处理组由于添加量增大，发酵液流动性差，不利于乳酸菌生长，因而添加量<0.75%时脆度值减小，但始终大于空白组。所以，接种乳酸菌、添加葡萄糖或乳糖，果胶添加量<0.75%时有利于提高糟辣椒的脆度。

表2 不同处理条件糟辣椒的脆度Table 2 Fermented chili friability results of fermentedchili under different treatment conditions

注：不同项目处理组号对应接种量(添加量)如表所示(下同)

2.4 不同处理条件感官品质的模糊数学评价结果

2.4.1 感官评定结果及模糊矩阵的建立

感官评价小组对不同处理条件的试验组进行感官评价，结果见表3。

表3 不同处理条件糟辣椒的感官评价Table 3 Senses results of fermented chili under different treatment conditions

根据形态、香气、色泽和滋味4个单因素的票数结果结合权重，建立因素的模糊评价矩阵，0%接种量糟辣椒组的模糊矩阵为：

根据模糊关系综合评判集Y=X×R，其中X=(0.2,0.3,0.2,0.3)，则Y0=X×R0=(0.17, 0.34,0.37, 0.12)，根据感官特殊性设定的评判分值：优为100分，良为80分，中为60分，差为40分，建立感官特殊性数集V=(100,80,60,40)，则样品的模糊综合评判总分为：T=Y×V。得到：T0=(0.165,0.33,0.388,0.117)×(100,80,60,40)=70.86分；同理可得其余处理组的模糊综合评判总分，结果见表4。

由表4可知，葡萄糖及乳糖处理组以及乳酸菌接种组接种量小于3%时感官评分高于对照组，而果胶处理组感官评分均低于对照组。其中，空白组在发酵过程中有“生花”现象；乳酸菌接种组接种量超过体积分数3%后酸味过重；果胶添加组发酵液黏稠。因此，添加葡萄糖或乳糖以及乳酸菌接种量低于3%时能提升糟辣椒的感官品质。

表4 不同处理组感官评价的模糊综合评判结果Table 4 Fuzzy comprehensive evaluation results ofsensory evaluation under different treatment conditions

续表4

项目组号Yi的模糊综合评判矩阵综合评判总分T果胶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法根据多指标综合评价及最优处理条件筛选

结合不同处理条件对糟辣椒各品质指标的分析结果，分别选取不同乳酸菌接种量、葡萄糖及乳糖添加量，以pH、总酸、脆度、感官评分结果为数据来源，根据TOPSIS法，将糟辣椒各指标都量化成可比较的规范化标准值，计算Ci值并按大小排序，选取各组最优处理条件，结果如表5所示。

表5 不同处理条件下糟辣椒的多因素综合评价Table 5 Multi-factor comprehensive evaluation offermented chili under different treatment conditions

从表5可以看出，各处理组排名第一的分别是体积分数2%乳酸菌接种量、质量分数5.0%葡萄糖添加量、质量分数3%乳糖添加量，Ci值分别为0.643 3、0.910 8、0.872 2，最接近理想解，因此，选取体积分数2%乳酸菌接种量、质量分数5.0%葡萄糖添加量、质量分数3%乳糖添加量为最优处理条件。

2.6 优化条件下糟辣椒感官评价结果

依据筛选得到的最佳发酵条件，按表6作为处理条件进行验证，发酵30 d后测定脆度值、植物组织切片观察及根据模糊数学法进行感官综合评判。

表6 优化试验结果Table 6 Optimization of test results

由表6及表7可知，优化组糟辣椒的脆度及感官品质优于对照组，由图6及图7可看出，优化组较对照组辣椒细胞结构更完整，细胞壁更平滑，虽然细胞呈不规则多边形，但大部分细胞排列较为紧密，且细胞壁的不规则褶皱现象没有对照组明显，说明细胞壁破坏较少，辣椒的脆度得到提高。所以，接种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质。

3 结论

糟辣椒在发酵过程中，产品形态、色泽和脆度都随着发酵时间的延长呈现出不良变化。通过辣椒发酵前期添加葡萄糖或乳糖，能进一步加快发酵速度，保持辣椒组织状态，改善糟辣椒的品质，而果胶虽在添加量小于0.75%时能提高糟辣椒的脆度，但其感官品质较差，因此不宜添加果胶作为外源碳源；模糊数学-TOPSIS法综合分析结果显示，在糟辣椒制作时，接种体积分数2%乳酸菌、添加质量分数5.0%葡萄糖或质量分数3%乳糖有利于促进发酵液中乳酸菌的生长及糟辣椒脆度的保持，成品品质最优，进一步通过验证实验表明，模糊数学-TOPSIS法筛选外源物质在糟辣椒发酵中应用的工艺参数具有可靠性。本研究通过多因素综合评价，得到具有优良发酵品质、更适合工业生产使用的加工方法，为解决糟辣椒品质问题及增加糟辣椒产品的货架品质及市场竞争性，提供了理论依据及技术参考。