自然发酵与直投式菌种发酵红酸汤品质比较研究

常云鹤，白冉冉，宋明发，冯红霞，马立志*，刘晓燕

(1.贵阳学院 食品与制药工程学院，贵阳 550005；2.贵州省果品加工工程技术中心，贵阳 550008)

红酸汤起源于贵州的黔东南地区[1]，大多数是采用传统工艺自然发酵而成的，它是以鲜红辣椒、西红柿为主要原料[2]，经破碎后加入大蒜、生姜、盐、糯米酒等辅助原料，装坛发酵而成。成品红酸汤色泽鲜红、酸辣醇厚、回味酸甜，具有开胃健脾、消食的功效[3]。据报道，红酸汤中富含多种有机酸、矿物质元素、益生菌和番茄红素等[4]，对人体有营养保健的作用，除此之外，红酸汤还具有一定的抗氧化还原能力。红酸汤主要是利用原料中的微生物进行发酵，在发酵的过程中会发生一系列的生化作用。酸汤中的优势菌以乳酸菌属为主，乳酸是红酸汤的特征酸味物质，是红酸汤酸味体系的重要评价指标[5]。贵州优良的生汤，与传统自然发酵对比，测定理化指标、抗氧化活性分析，并对成品进行感官评价与分析，剖析直投式发酵在红酸汤中应用的可行性以及其优势。生态环境、资源环境和气候条件给予辣椒、番茄等原料良好的生长环境，为红酸汤的酿造提供了基础[6]。但也存在着一些制约生产的问题，红酸汤的生产方式一直采用传统自然发酵，在发酵的过程中微生物的种类复杂，进而影响了红酸汤的质量。不仅如此，传统自然发酵还受温度、湿度等外界因素的影响，使得红酸汤的发酵周期长、品质不均匀和质量不稳定，这些都对红酸汤的规模化生产产生了不利影响。基于此，本试验采用直投式菌种发酵方式发酵红酸汤。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

番茄、鲜红辣椒、盐、糯米酒、生姜、大蒜：均采购于当地超市；直投式发酵剂：植物乳杆菌∶嗜酸乳杆菌∶鼠李糖乳杆菌为1∶1∶1)：北京川秀科技有限公司。

邻苯二甲酸氢钾、酒石酸钾钠、乙酸锌、葡萄糖标准溶液、乳糖溶液、亚铁氰化钾、对氨基苯磺酸、盐酸萘乙二胺、亚硝酸钠、FeSO4·7H2O、三羟甲基氨基甲烷(Tris)、邻苯三酚、α-二苯基-β-苦苯肼(DPPH)、硫酸亚铁、水杨酸等：北京百灵威公司。

1.2 仪器与设备

紫外可见光分光光度计 济南海能仪器股份有限公司；料理机 九阳股份有限公司；离心机 长沙平凡仪器仪表有限公司；数显电热恒温培养箱 上海岛韩实业有限公司。

1.3 红酸汤的制作

红酸汤的制作工艺流程：番茄→去蒂、整理→清洗晾干→破碎→加入鲜红辣椒、糯米酒、盐、生姜、大蒜→拌料→密封发酵→红酸汤。

两种不同发酵方式的红酸汤配方见表1。

表1 红酸汤配方Table 1 The formula of red sour soup

1.4 理化指标测定方法

pH值：使用pH计测定；亚硝酸盐含量、酸度、还原糖含量分别参照GB/T 5009.33-2016、GB/T 10467-1989、NY/T 2742-2015进行测定；抗氧化活性：参照鲁青松等[7]的研究方法。

1.5 感官指标测定方法

参考文献[8]的定量描述分析方法对红酸汤的品质进行感官评定。在评定的过程中选择10人进行，对红酸汤的整体、色泽、香气、滋味、质地5个指标采用9分制根据其强度分别进行评分，0分代表非常差，9分代表非常好。采用雷达图表征其定量描述分析结果。红酸汤的感官指标描述见表2。

表2 红酸汤感官指标描述表Table 2 The description of sensory indexes on red sour soup

2 结果与分析

2.1 红酸汤发酵过程中pH的变化

自然发酵与直投式发酵红酸汤pH值在发酵过程中的变化见图1。

图1 自然发酵和直投式发酵过程中红酸汤pH值的变化Fig.1 Changes of pH values of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

在起始的发酵时间(0 d)，传统自然发酵和直投式发酵的pH值是相同的，因为使用的原料都是一样的。由图1可知，在发酵过程中，采用两种不同发酵方式发酵的红酸汤pH均呈现下降的趋势，但直投式菌种发酵红酸汤的下降速度较快，而传统自然发酵红酸汤的下降速度相对较缓慢。导致pH下降速度不一样的原因可能是添加了直投式菌粉，直投式菌粉可加速发酵的进程，而传统自然发酵红酸汤是利用附着于原料上的天然微生物进行发酵，所以发酵的速度较慢。pH值在红酸汤的发酵过程中是一项重要的指标，一般认为红酸汤的pH值在3.2～3.3左右时处于酸味的最盛时期，并且食用风味最佳[9]。直投式发酵的pH降到3.2～3.3左右时仅需要5 d，随后pH值稳定在这个范围内；传统自然发酵的红酸汤pH降到3.2～3.3左右时，需要10 d甚至更久。由此可见，直投式发酵明显能够加快红酸汤的发酵，缩短红酸汤的发酵周期。

2.2 红酸汤发酵过程中总酸的变化

自然发酵与直投式发酵红酸汤总酸含量在发酵过程中的变化见图2。

图2 自然发酵和直投式发酵过程中红酸汤总酸含量的变化Fig.2 Changes of total acid content of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

由图2可知，红酸汤在发酵过程中总酸的含量随着发酵时间的增加逐渐升高，主要是因为在发酵过程中产生了大量的有机酸，比如乳酸、柠檬酸、乙酸、苹果酸等[10]。有机酸是形成红酸汤风味的主要物质，是红酸汤酸味的来源。采用直投式发酵的红酸汤总酸含量较高，而传统自然发酵的红酸汤次之，直投式发酵在发酵的前5 d迅速地增加，最后趋于平稳的状态。由此可知，直投式菌粉可提升红酸汤的发酵速度，加快有机酸的产生速率，提高其总酸含量。由图2可知，对于直投式发酵的红酸汤而言，当发酵5 d后红酸汤总酸含量呈现降低趋势，这主要是由于酸度的增加，导致乳酸菌的生长繁殖受到了抑制，其产酸速度随之降低，随着发酵时间的延长，其酸度逐渐趋于稳定。由此可知，采用直投式菌种发酵可提高红酸汤的发酵速度，且可缩短其发酵周期。

2.3 红酸汤发酵过程中还原糖的变化

自然发酵与直投式菌种发酵红酸汤还原糖含量在发酵过程中的变化见图3。

图3 自然发酵和直投式发酵过程中红酸汤还原糖含量的变化Fig.3 Changes of reducing sugar content of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

由图3可知，在发酵的过程中，两种发酵方式的红酸汤中还原糖含量均随着发酵时间的延长而下降，原因是微生物等利用原料中的还原糖进行生长繁殖，将其分解成其他代谢产物，但是传统自然发酵和直投式发酵在发酵前期还原糖都有上升的趋势，这是因为原料中的多糖物质降解成了还原糖，并且降解的速度大于微生物利用的速度。不论是传统自然发酵还是直投式发酵，在整个发酵过程中，随着微生物对还原糖的利用，还原糖的含量都保持下降的趋势。

2.4 红酸汤在发酵过程中亚硝酸盐的变化

自然发酵与直投式菌种发酵红酸汤亚硝酸盐含量在发酵过程中的变化见图4。

图4 自然发酵和直投式发酵过程中红酸汤亚硝酸盐含量的变化Fig.4 Changes of nitrite content of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

亚硝酸盐会产生致癌物质，对人体产生危害[11]。大量研究表明，腌渍过程中亚硝酸盐含量均会出现NO2-高峰即亚硝峰现象[12]。由图4可知，在发酵过程中亚硝酸盐的含量均呈先升高后下降的趋势，不论是传统自然发酵还是直投式发酵均在第2天出现了“亚硝峰”，并随着发酵时间的延长而呈现下降的趋势。这可能是由于在发酵的过程中，有机酸的不断增加使pH值逐渐下降，而在酸性条件下，亚硝酸盐发生降解，从而加速了亚硝酸盐的降解。

2.5 红酸汤在发酵过程抗氧化活性的变化

研究表明，红酸汤具有一定的抗氧化还原能力，且其抗氧化能力与其有机酸的含量呈现一定的正相关关系。在本研究中，主要通过DPPH自由基的清除率、羟基自由基的清除率、超氧阴离子自由基的清除率考察了红酸汤发酵过程中抗氧化活性的变化，结果见图5～图7。

图5 自然发酵和直投式发酵过程中红酸汤DPPH自由基清除能力的变化 Fig.5 Changes of DPPH free radical scavenging ability of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

图6 自然发酵和直投式发酵过程中红酸汤对羟基自由基清除能力的变化 Fig.6 Changes of hydroxyl free radical scavenging ability of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

图7 自然发酵和直投式发酵过程中红酸汤对超氧阴离子自由基清除能力的变化 Fig.7 Changes of superoxide anion free radical scavenging ability of red sour soup during natural fermentation and direct vat set fermentation

2.5.1 红酸汤发酵过程中DPPH自由基清除率的变化

由图5可知，传统自然发酵和直投式发酵的红酸汤对DPPH自由基的清除率均随发酵时间的延长而逐渐增大，直投式发酵在第9天达到最大清除率61%，而传统发酵在第10天达到最大清除率47%。由此可知，采用直投式发酵可大大提升红酸汤的抗氧化还原能力。

2.5.2 红酸汤发酵过程中羟基自由基清除率的变化

由图6可知，在发酵的过程中，随着发酵时间的延长，两种发酵方式的红酸汤对羟基自由基的清除能力均逐渐增加，且采用直投式发酵的红酸汤的羟基自由基清除率优于传统自然发酵的红酸汤。传统自然发酵和直投式发酵对·OH的最大清除率分别为31%和44%，表明其具有一定的清除羟基自由基的能力。

2.5.3 红酸汤发酵过程中超氧阴离子自由基清除率的变化

超氧阴离子自由基在活性氧的形成中发挥着重要作用，不仅是最具侵害性的自由基之一，而且能促进多种其他自由基的形成，如过氧化氢、羟自由基和单线态氧,这些物质均可以诱导脂类、蛋白质和核酸的氧化损伤[13]。由图7可知，两种方式发酵的红酸汤对超氧阴离子自由基均具有较高的清除能力，但直投式的清除能力更好。在发酵的过程中，随着时间的增加，超氧阴离子自由基的清除率先逐渐增加后趋于平稳。

由此可知，红酸汤对DPPH自由基、羟基自由基、超氧离子等具有较高的清除能力，随着发酵时间的延长，清除能力逐渐提高，红酸汤的整体抗氧化性能也在提高；而且直投式发酵的红酸汤抗氧化活性优于传统发酵的红酸汤。红酸汤对自由基清除能力提高的可能原因是红酸汤随着发酵时间的延长，不断积累了大量的有机酸，由于红酸汤的抗氧化能力与有机酸的含量呈现正相关的关系，因此红酸汤对这3种自由基的清除能力也逐步在提升。

2.6 感官评价结果与分析

两种不同发酵方式的红酸汤的感官评价结果见图8。

图8 自然发酵和直投式发酵红酸汤的感官评定Fig.8 The sensory evaluation of red sour soup by natural fermentation and direct vat set fermentation

红酸汤因为原料和制作方法的不一样，均可能导致感官评价的差异，所以两组红酸汤使用的是同一原料和制作方法，不同的是，传统自然发酵的红酸汤没有添加直投式菌粉。利用感官评定可以分析出两种不同红酸汤的品质区别，是有效的评价方法之一。红酸汤食用以酸味纯正、色泽鲜红、香味醇厚、质地浓郁为佳。从雷达图上看，直投式发酵的红酸汤从整体、色泽、滋味、香气、质地5个方面均优于传统自然发酵的红酸汤。传统自然发酵和直投式发酵这两种发酵方式的感官剖面得分差异较大，尤其是质地、滋味、香气3个剖面，传统自然发酵和直投式发酵的质地、香气剖面得分分别为6分和8分，分差达2分，占总分的25%，传统发酵和直投式发酵的滋味剖面得分分别为5分和7分，分差达2分，占总分的25%。可能的原因是添加直投式菌粉对红酸汤的质地、香气、滋味和整体风味影响较大。郑莎莎等[14]研究发现乳酸菌作为红酸汤的发酵剂，可以改善红酸汤的风味和品质，说明乳酸菌会影响红酸汤的风味，与本研究结果一致。传统发酵和直投式发酵的色泽存在差异，但相对较小，其剖面得分分别为7分和8分，分差达1分，占总分的12.5%。因此，雷达图能更准确地反映感官剖面情况。

3 结论

本研究通过对红酸汤发酵过程中pH、总酸含量、还原糖含量、亚硝酸盐含量及DPPH自由基、羟基自由基、超氧阴离子自由基的清除率的变化规律，对比研究了自然发酵与直投式菌种发酵红酸汤的品质差异，并通过雷达图分别对其成品进行感官评价。结果表明，直投式发酵方式可加快发酵过程中有机酸的产生速度，使用直投式发酵的红酸汤达到食用标准仅需要5 d左右，而传统自然发酵的至少需要10 d。亚硝酸盐均呈现先升高后下降的趋势，在出现明显的“亚硝峰”后逐渐下降，且直投式发酵红酸汤的亚硝酸盐含量低于传统自然红酸汤，在发酵过程中均低于国家标准；两种发酵方式的红酸汤的DPPH自由基、羟基自由基、超氧阴离子自由基的清除率均随着发酵时间的延长而增加，且直投式菌种发酵红酸汤呈现更强的抗氧化活性；由感官评价雷达图结果分析可知，直投式发酵的红酸汤从整体、色泽、滋味、香气、质地5个方面均优于传统自然发酵的红酸汤。综合可知，直投式菌种发酵红酸汤的生产周期较短，且其品质、抗氧化活性、风味均优于传统自然发酵的红酸汤。