混合菌发酵番茄辣椒酱工艺研究

摘要：选用新鲜辣椒与无任何添加的番茄酱为主料，先后添加乳酸菌粉、酵母菌粉进行混合发酵制作番茄辣椒酱。以pH值、总酸含量和感官评分为评价指标，以番茄酱添加量、白砂糖添加量、白酒添加量、酵母菌粉添加时间、酵母菌粉添加量为单因素，进行响应面试验，优化番茄辣椒酱的发酵工艺，并采用低场核磁共振技术对其水分迁移进行测定。结果表明，番茄辣椒酱发酵的最佳工艺条件为番茄酱添加量35.6%、白酒添加量1.5%、酵母菌粉添加时间122 h、酵母菌粉添加量0.54%，该条件下总酸含量为14.7 g/kg，添加菌种发酵后结合水与自由水变化较稳定，所得番茄辣椒酱酯香味浓郁、色泽鲜红、酸辣适中。

关键词：番茄酱；辣椒酱；工艺；响应面

中图分类号：TS264.24 文献标志码：A 文章编号：1000-9973（2025）01-0176-06

Study on Fermentation Process of Tomato Chili Sauce with Mixed Bacteria

LI Xin¹， LI Shu-ting¹， LI Yang-guang¹， LI Zhi-meng¹， DONG Zhi-han¹， FAN Zhi-hua^2*， WANG Bu-jiang¹

（1.College of Food Science and Biological Engineering， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384， China; 2.Tianjin Engineering Center for Deep Processing Technology

of Agricultural By-products， Tianjin 300384， China）

Abstract： Fresh chili and tomato sauce without any additives are selected as the main raw materials， and Lactobacillus powder and yeast powder are added successively for mixed fermentation to make tomato chili sauce. With pH value， total acid content and sensory score as the evaluation indexes， tomato sauce addition amount， white granulated sugar addition amount， Baijiu addition amount， yeast powder addition time and yeast powder addition amount as the single factors， response surface test is carried out to optimize the fermentation process of tomato chili sauce， and low-field nuclear magnetic resonance technology is used to determine the moisture migration. The results show that the optimal process conditions for the fermentation of tomato chili sauce are tomato sauce addition amount of 35.6%， Baijiu addition amount of 1.5%， yeast powder addition time of 122 h and yeast powder addition amount of 0.54%. Under such conditions， the total acid content is 14.7 g/kg. After adding strains for fermentation， bound water and free water change more stably， and the obtained tomato chili sauce has rich ester aroma， bright red color， and moderate sourness and spiciness.

Key words： tomato sauce; chili sauce; process; response surface

收稿日期：2024-07-26

基金项目：天津市研究生科研创新项目（2020YJSS125）；川菜发展研究中心科研项目（CC22Z11）

作者简介：李芯（1998—），女，硕士，研究方向：食品安全检测与质量管理。

*通信作者：范志华（1972—），男，副教授，硕士，研究方向：微生物发酵加工安全。

辣椒酱（chili sauce）是日常生活中最常见的辣味调味品之一，具有独特的风味且富含多种营养物质。随着人们生活水平的提高、口味的多样化以及饮食观念的改变，人们逐渐对辣椒及其相关产品产生了兴趣。辣椒的辣味能够更好地刺激人们的味蕾，增强食欲，可以缓解消化不良，还可以温胃驱寒。辣椒作为可以鲜食的蔬菜，营养价值很高，季节性较强，因而将新鲜辣椒加工开发成各种类型的辣椒制品成为市场所需。

番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）富含胡萝卜素、有机酸、维生素B、维生素C、钙、铁、镁、锌等多种元素，营养价值极高^[1]，番茄中的番茄红素具有极强的抗氧化能力，可降低血压，预防癌症^[2]。随着现代加工技术的发展，番茄风味相关产品越来越受到人们的关注，为了便于储存、延长产品的供应期，可将新鲜番茄加工成各种各样的产品^[3]。现今市面上的番茄产品多以番茄汁、番茄酱、番茄沙司、番茄罐头为主，其中番茄酱的开发最广泛^[4]，番茄酱作为番茄的浓缩产物，其营养成分更易被人体吸收^[5]。

近年来，随着辣椒产业的不断发展与扩大，市场上各种风味的发酵型辣椒制品不断出现。新鲜的番茄含水量较大，考虑到在发酵过程中会产生大量的汁水而影响辣椒酱的口感和风味，因此，本文在传统发酵辣椒酱的基础上，选用新鲜辣椒与无任何添加的番茄酱进行发酵；但由于目前自然发酵辣椒酱品质不稳定，而工业化发酵辣椒酱的口感和风味不佳，所以采用乳酸菌粉和酵母菌粉进行混合发酵，开发出具有酯香风味、酸辣可口的特色番茄辣椒酱。

1 材料与方法

1.1 材料

食盐、白砂糖：均为市售;新鲜美人椒：云南省楚雄彜族自治州;番茄酱：新疆笑厨食品有限公司;乳酸菌发酵粉：北京川秀国际贸易有限公司;安琪高活性干酵母、酵母抽提物：安琪酵母股份有限公司。

1.2 仪器与试剂

PX224电子天平 奥豪斯仪器（常州）有限公司;DHP-9162恒温培养箱 上海博泰实验设备有限公司;PHS-3C酸度计 上海仪电科学仪器股份有限公司;HJ-4A磁力搅拌器 深圳市鼎鑫宜实验设备有限公司;NMI20-Analyst核磁共振分析仪 上海纽迈电子科技有限公司;NaOH 国药集团化学试剂有限公司。

1.3 基础配方

乳酸菌粉添加量为0.6%，食盐添加量为4%，发酵温度为33℃，发酵时间为15 d，番茄酱添加量、白砂糖添加量、白酒添加量、酵母菌粉添加时间和酵母菌粉添加量通过单因素试验确定。

1.4 工艺流程及操作要点

1.4.1 工艺流程

新鲜辣椒切碎→加入番茄酱→加入食盐、白砂糖、白酒、乳酸菌粉→混匀→发酵→添加酵母菌粉→发酵→成品。

1.4.2 操作要点

采用无任何添加的番茄酱。将酵母菌粉用35℃左右温水活化，加入辣椒酱，混匀。

1.5 试验设计

1.5.1 单因素试验

1.5.1.1 番茄酱添加量对辣椒酱品质的影响

以新鲜辣椒和番茄酱的重量计，向辣椒酱中添加番茄酱，其添加量分别为20%、30%、40%、50%、60%，乳酸菌粉添加量为0.6%，白砂糖添加量为4％，食盐添加量为4％，白酒添加量为1.5%，在33℃条件下发酵144 h后，添加0.6%的酵母菌粉，继续发酵至15 d。

1.5.1.2 白砂糖添加量对辣椒酱品质的影响

以新鲜辣椒和番茄酱的重量计，向辣椒酱中添加白砂糖，其添加量分别为2%、3%、4%、5%、6%，番茄酱添加量为40%，乳酸菌粉添加量为0.6%，食盐添加量为4％，白酒添加量为1.5%，在33℃条件下发酵144 h后，添加0.6%的酵母菌粉，继续发酵至15 d。

1.5.1.3 白酒添加量对辣椒酱品质的影响

以新鲜辣椒和番茄酱的重量计，向辣椒酱中添加白酒，其添加量分别为1.0%、1.2%、1.5%、1.8%、2.0%，番茄酱添加量为40%，乳酸菌粉添加量为0.6%，白砂糖添加量为4％，食盐添加量为4％，在33℃条件下发酵144 h后，添加0.6%的酵母菌粉，继续发酵至15 d。

1.5.1.4 酵母菌粉添加时间对辣椒酱品质的影响

以新鲜辣椒和番茄酱的重量计，番茄酱添加量为40%，白砂糖添加量为4％，食盐添加量为4％，白酒添加量为1.5%，乳酸菌粉添加量为0.6%，在33℃条件下发酵48，72，96，120，144 h后，添加0.6%的酵母菌粉，继续发酵至15 d。

1.5.1.5 酵母菌粉添加量对辣椒酱品质的影响

以新鲜辣椒和番茄酱的重量计，番茄酱添加量为40%，白砂糖添加量为4％，食盐添加量为4％，白酒添加量为1.5%，乳酸菌粉添加量为0.6%，在33℃条件下发酵144 h后，向辣椒酱中添加酵母菌粉，其添加量分别为0.0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%，装料量为80%，继续发酵至15 d。

1.5.2 响应面优化试验

在单因素试验的基础上，选取番茄酱添加量、白酒添加量、酵母菌粉添加时间、酵母菌粉添加量作为影响因素，以总酸含量和感官评分为响应值，进行Box-Behnken响应面试验设计，对番茄辣椒酱发酵工艺条件进行优化，具体因素与水平见表1。

1.6 测定方法

1.6.1 pH值的测定

取10 g番茄辣椒酱样品放入50 mL小烧杯中，加入10 mL蒸馏水，使用pH计连续测定3次，取平均值。

1.6.2 总酸含量的测定

按照GB 12456—2021中直接滴定法进行测定。

1.6.3 感官评价

挑选10名食品相关专业的学生和老师进行专业培训，以色泽、形态、风味、口感4个方面为评价指标并参考表2中的标准对番茄辣椒酱进行感官评价，结果取10人评分的平均值。番茄辣椒酱感官评价标准见表2。

1.6.4 低场核磁共振水分分布的测定

称取3 g番茄辣椒酱放入核磁管内，置于磁体腔中，利用低场核磁共振测定样品中的含水量。在FID序列下校准样品并寻找最佳参数，选择Q-CPMG序列采集样品的横向弛豫时间（T₂）^[6]，通过核磁共振信号反演得到T₂反演图谱。

1.6.5 数据处理

所得数据采用Origin 2022软件进行分析。利用Design-Expert 12.0软件进行响应面优化设计分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 番茄酱添加量对番茄辣椒酱品质的影响

由图1可知，随着番茄酱添加量的增加，pH值逐渐下降，总酸含量逐渐上升。番茄酱添加量过高时，发酵环境变酸，使pH值降低、总酸含量上升，番茄辣椒酱汁液过多，口感偏酸，口味接受程度偏低，感官评分降低；当番茄酱添加量较少时，会突出辣味，番茄味道不明显，pH值较高，总酸含量较低。因此，选择番茄酱添加量为30%、40%、50%进行响应面优化。

2.1.2 白砂糖添加量对番茄辣椒酱品质的影响

由图2可知，乳酸菌利用糖类产生的乳酸促进了酵母菌的发酵，酵母菌发酵和代谢产物又影响了乳酸菌的生长和繁殖代谢^[7]，乳酸菌的生长繁殖会因为白砂糖添加量的增加而受到抑制^[8]，使得pH值上升、总酸含量下降。当白砂糖添加量较低时，口味偏酸，pH值较低，总酸含量较高，感官评分下降，结合以上分析，最佳白砂糖添加量为4%。

2.1.3 白酒添加量对番茄辣椒酱品质的影响

由图3可知，当白酒添加量为1.0%～1.5%时，总酸含量随着白酒添加量的增加而降低，pH值升高，当白酒添加量为1.5%时，产品的pH值和感官评分最高，总酸含量最低，分别为4.10、91.4分、14.82 g/kg，因为白酒可以杀菌和增强产品的风味，因此，选择白酒添加量为1.2%、1.5%、1.8%进行响应面优化。

2.1.4 酵母菌粉添加时间对番茄辣椒酱品质的影响

由图4可知，随着酵母菌粉添加时间的增加，总酸含量先上升后下降，当酵母菌粉添加时间为120 h时，总酸含量最低，为15.89 g/kg，pH值为3.84，感官评分为91.8分，乳酸菌在发酵过程中会产生有机酸，增加总酸度^[9]，酯化作用会促进酸的消耗，所以在120 h时添加酵母菌粉，总酸含量最低，产品的酸味适中，口感柔和，酱香味浓郁。

2.1.5 酵母菌粉添加量对番茄辣椒酱品质的影响

由图5可知，番茄辣椒酱中酵母菌粉添加量的增加使总酸含量呈先下降后上升的趋势，pH值呈先下降后上升再下降又上升的趋势，在酵母菌粉添加量为0.6%时，辣椒酱的总酸含量最低，为16.25 g/kg，pH值最高，为3.71，乳酸菌和代谢产物抑制了杂菌的生长，酵母菌产生的乙醇抑制了细菌的生长繁殖，酯化作用促进了总酸含量的消耗。当酵母菌粉添加量为0.6%时，辣椒酱的酯香味最浓郁，酸度适中，感官评分较高，为91.8分。因此，选择酵母菌粉添加量为0.3%、0.6%、0.9%进行响应面优化。

2.2 响应面试验结果及分析

2.2.1 响应面试验结果

根据单因素试验结果和Box-Behnken中心组合设计原理，对番茄辣椒酱进行四因素三水平的响应面试验设计，结果见表3。

2.2.2 模型建立与方差分析

运用Design-Expert 12.0软件对表3中的试验结果进行多元回归拟合分析，以番茄酱添加量（A）、白酒添加量（B）、酵母菌粉添加时间（C）、酵母菌粉添加量（D）为响应因素，以总酸含量（Y）为响应变量，得到回归方程：Y=13.81+1.31A+0.093 3B-0.061 7C+0.525 0D-0.105 0AB+0.005 0AC-0.455 0AD+0.045 0BC+1.03BD+0.370 0CD+1.78A²+1.25B²+0.991 2C²+1.13D²。

对模型进行方差分析，结果见表4。

由表4可知，回归模型极显著（Plt;0.000 1），失拟项不显著（P=0.053 2gt;0.05），该方程的相关系数R²=0.967 0，说明该模型的拟合度较好，试验误差较小。由P值可知A、D、BD、A²、B²、C²、D²对番茄辣椒酱品质的影响均极显著，各响应因素对番茄辣椒酱品质的影响顺序为Agt;Dgt;Bgt;C，即番茄酱添加量gt;酵母菌粉添加量gt;白酒添加量gt;酵母菌粉添加时间。

2.2.3 响应面分析

通过上述回归模型发现交互因素AB、AC、BC、CD对总酸含量的影响均不显著，交互因素AD对总酸含量的影响显著，交互因素BD对总酸含量的影响极显著，AD、BD对响应值总酸含量的影响见图6和图7。

由图6可知，等高线图趋于椭圆形，表明番茄酱添加量和酵母菌粉添加量的交互作用较明显^[10]，等高线图由蓝变绿速率较快，坡度越大说明对试验结果的影响越显著^[11]。从3D响应面图可以看出，响应面倾斜度较大，表明番茄酱添加量和酵母菌粉添加量的交互作用对响应值的影响较大。由图7可知，等高线图呈椭圆形，3D响应面图较陡峭，通过等高线图的趋势和3D响应面图的弯曲程度可以得出，酵母菌粉添加量对总酸含量的影响大于白酒添加量。

2.3 最佳发酵工艺条件验证试验

最终结果显示番茄辣椒酱最佳发酵工艺条件为番茄酱添加量35.55%、白酒添加量1.49%、酵母菌粉添加时间122.33 h、酵母菌粉添加量0.54%，在此条件下总酸含量为13.525 7 g/kg。根据实际试验情况进行修正，将最佳工艺条件调整为番茄酱添加量35.6%、白酒添加量1.5%、酵母菌粉添加时间122 h、酵母菌粉添加量0.54%，在此发酵工艺条件下进行3次平行试验，得到总酸含量平均值为14.7 g/kg，相对误差为8.6%，与模型的预测值基本吻合，表明该响应面模型对番茄辣椒酱工艺条件具有一定的可行性。

2.4 混合菌发酵番茄辣椒酱水分的变化

采用低场核磁共振技术对混合菌发酵番茄辣椒酱发酵过程中水分分布及其含量进行测定，见图8。番茄辣椒酱在进行Q-CPMG序列反演后的弛豫图中显示共有两个峰，分别处于T₂₁（1～10 ms）、T₂₂（100～1 000 ms）区间。

由图8可知，在水分测定过程中，番茄辣椒酱中大部分为自由水，其次为结合水。混合菌发酵辣椒酱在第122 h时添加酵母菌发酵后，自由水与结合水呈降低趋势，随着发酵菌种的生长，在第11 d时逐渐稳定，说明乳酸菌和酵母菌的添加使番茄辣椒酱中的水分变化较稳定。

3 总结

通过单因素试验研究番茄酱添加量、白砂糖添加量、白酒添加量、酵母菌粉添加时间、酵母菌粉添加量对感官评分、pH值和总酸含量的影响。在单因素试验的基础上筛选出4个较重要的因素，进行响应面试验，各因素对混合菌发酵番茄辣椒酱品质的影响顺序为番茄酱添加量gt;酵母菌粉添加量gt;白酒添加量gt;酵母菌粉添加时间，较适宜的工艺条件为番茄酱添加量35.6%、白酒添加量1.5%、酵母菌粉添加时间122 h、酵母菌粉添加量0.54%，得到总酸含量为14.7 g/kg。通过利用低场核磁共振技术检测番茄辣椒酱的水分分布及其含量可以说明乳酸菌和酵母菌的添加会使番茄辣椒酱中的水分变化较稳定。该研究结果可为混合菌发酵番茄辣椒酱制作工艺的工业化应用提供参数依据。

参考文献：

[1]密森.番茄果实主要芳香物质含量和营养品质组成变化的研究[D].扬州：扬州大学，2013.

[2]武进雨，季小康，赵苏源，等.乳酸菌发酵番茄酱的加工工艺研究[J].农产品加工，2022（22）：44-48.

[3]张彩霞.世界番茄贸易特征及我国番茄出口贸易地位[J].国际商务（对外经济贸易大学学报），2010（3）：20-25.

[4]李青卓，王嘉瑞，孙莉，等.不同产地番茄酱中挥发性风味成分比较分析[J].中国调味品，2020，45（2）：1-5.

[5]RAJCHL A， VOLDRˇICH M， CˇÍZˇKOVÁ H， et al. Stability of nutritionally important compounds and shelf life prediction of tomato ketchup[J].Journal of Food Engineering，2010，99（4）：465-470.

[6]谢安国，王满生，石晓微，等.牛肉加热过程中低场核磁驰豫信号与品质特征的动态分析[J].食品与机械，2020，36（7）：23-27，71.

[7]苏东民，胡丽花，苏东海，等.馒头发酵过程中酵母菌和乳酸菌的代谢作用[J].食品科学，2010，31（13）：200-204.

[8]陈景鑫.柠檬绿茶发酵乳饮料制备工艺研究[J].江苏调味副食品，2022（1）：15-17.

[9]周相玲，朱文娴，汤树明，等.人工发酵与自然发酵泡菜中亚硝酸盐含量的对比分析[J].中国酿造，2007（11）：51-52.

[10]程晓齐.干辣椒制作发酵型辣椒酱的研究[D].咸阳：西北农林科技大学，2022.

[11]杨金梅，李冠文，王辉敏，等.微生物发酵技术对粉葛化学成分的影响[J].食品工业科技，2022，43（23）：153-160.