红酸汤作为贵州最具有代表性的特色“酸食”之一,其酸味醇厚、色泽红亮,具有改善心血管功能、抑制炎症、增强免疫力等功效[1-3],以其独特的风味而深受消费者的喜爱。红酸汤是由辣椒、番茄辅以一定量的调味料分别发酵后再按照一定比例混合二次发酵而成[4],“番茄浆”作为生产红酸汤重要的半成品,是以番茄为主要原料,辅以一定调味料经传统自然发酵制得,不仅富含维生素、番茄红素、多酚、黄酮等营养成分,而且具有预防心血管疾病等潜在功效,营养价值极高[5-6]。

原料的不同特性对红酸汤品质有极大影响。红酸汤发酵过程包括一系列复杂的生理生化反应,番茄原料中所含各种成分不仅能为微生物生长代谢及其酶系生化反应提供基础物质,而且通过发酵会产生大量番茄的香气成分带入红酸汤中,最终形成了红酸汤有别于其他发酵制品的独特风味[7]。另一方面我国番茄品种资源十分丰富,众多研究表明不同产地、颜色、品种番茄的品质及营养特性均存在显著差异,而原料化学成分、加工特性等方面的差异会对其加工产品的品质产生重要影响[8-9]。以往的报道主要针对番茄理化特性和营养价值进行研究[10],鲜有对其发酵适用性进行着重分析,对发酵番茄品种适用性少有明确规定。而近年来对于红酸汤的研究主要集中于加工工艺、风味特征和微生物分析及筛选等方面[11-13],而番茄作为红酸汤重要的发酵原料,其理化性质对红酸汤半成品番茄浆的质量有着重要的影响[14],但其对红酸汤品质的作用尚不明确,关于番茄原料品质特性与红酸汤发酵品质间的相关性研究较少,番茄原料中影响红酸汤品质的重要因素有待研究。

因此,本研究通过对不同品种番茄原料分别发酵制得的红酸汤半成品“番茄浆”品质特性进行分析,采用主成分分析构建红酸汤半成品“番茄浆”品质综合评价模型,在此基础上采用聚类分析法基于品质指标对不同品种发酵番茄浆分类,并通过相关性分析构建番茄原料与番茄浆品质指标之间的关系,以确定不同品种番茄发酵番茄浆的适宜性,为红酸汤综合品质评价及加工常用番茄品种的筛选提供一定的理论指导和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

选取成熟度适中、外观完整、色泽红亮均一的12个不同品种新鲜番茄,分别为千禧(QX)、釜山88(FS)、贝贝(BP)、毛辣果(ML)、樱桃(YT)、云南圣女果(YN)、马蹄(MT)、挪威三号(NW)、透心红(TX)、普罗旺斯(PL)、大红沙瓤(DH)、红宝石(HB)为试验原材料。

食盐(食品级),四川久大制盐有限公司;对氨基苯磺酸、盐酸萘乙二胺、硼酸钠、酒石酸钾钠,成都金山化学试剂有限公司;酚酞、基准邻苯二甲酸氢钾,天津市瑞金特化学品有限公司;氢氧化钠、甲醛(36%～38%)(均为分析纯),天津科密欧;葡萄糖标品,北京索莱宝;3,5-二硝基水杨酸、苯酚、亚硫酸钠、亚硝酸钠标准品,罗德生物科技有限公司;有机酸标准品、番茄红素标准品(色谱级),北京坛墨质检科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

FA2002B型电子精密天平,上海越平科学仪器有限公司;722分光光度计,上海佑科仪器仪表有限公司;HH-1电热恒温水浴锅,天津市泰斯特仪器有限公司;HP-2136便携式色差仪,上海临嘉科教仪器有限公司;SIGMA2-16K高速离心机,德国西格玛公司;1260高效液相色谱仪,美国安捷伦公司。

1.3 实验方法

1.3.1 红酸汤半成品番茄浆的制作工艺

红酸汤半成品番茄浆制作工艺:

新鲜番茄→取蒂→清洗→晾干→打浆→加入辅料→混匀→装坛→密封发酵

操作要点:本实验选用自然发酵法,称取500 g番茄,打浆后加入食盐4%、大蒜1%、生姜2%混匀装入陶坛进行密封发酵30 d,并以水封坛,每发酵5 d取1次,上中下部分混匀后取样,每次取3个平行。

1.3.2 理化指标的测定

pH值:根据GB 10468—89《水果和蔬菜产品pH值的测定方法》测定;总酸含量:根据GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》中酸碱指示剂法测定;亚硝酸盐含量:根据GB 5009.33—2016《食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》;氨基酸态氮含量:根据GB 5009.235—2016《食品中氨基酸态氮的测定》中酸度计法测定;可溶性固形物含量:根据NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的测定 折射仪法》测定;还原糖含量:根据NY/T 2742—2015《水果及制品可溶性糖的测定3, 5-二硝基水杨酸比色法》测定;色泽测定:使用基于CIE L*a*b*均匀色系统的全自动HP—2136便携式色差仪对番茄浆进行色泽的测定,平行测定10次,取其平均值,ΔE为色差,表示所测样品与新鲜番茄样品之间色泽的差值,ΔE值越小则发酵番茄浆的色泽损失越小。ΔE的计算如公式(1)所示:

(1)

式中:L、a、b分别为新鲜番茄样品的亮度值、红绿度值、黄蓝度值;L*、a*、b*分别为样品亮度值、红绿度值、黄蓝度值。

1.3.3 番茄红素的测定

采用高效液相色谱法结合单标定量进行测定。色谱条件:反相C18色谱柱(200 mm×4.6 mm,5 μm);流动相为乙酸乙酯-乙腈;流速1.0 mL/min;检测波长475 nm;进样量10 μL;柱温25 ℃。以番茄红素质量浓度为横坐标X,色谱峰面积为纵坐标Y绘制标准曲线得Y=29.795X-82.44,R2=0.999。

1.3.4 有机酸含量的测定

a)色谱条件:C18色谱柱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);PDA二极管阵列检测器;检测波长:210 nm,流速:0.8 mL/min;柱温:30 ℃;自动进样,进样量10 μL;流动相∶甲醇(A)∶0.05 mol/L pH 2.4磷酸二氢钾水溶液(B)=0.8∶99.2等度洗脱。

b)标准曲线的绘制:参考吴凯等[15]的方法绘制有机酸标准曲线,以有机酸质量浓度为横坐标X,色谱峰面积为纵坐标Y,绘制出有机酸标准曲线如表1所示。

c)样品处理:精密称取1.00 g样品,加2 mL水,密封,摇匀,超声提取30 min,10 000 r/min,4 ℃离心10 min,取出0.45 μm滤膜过滤,得到待测样品。

1.3.5 感官评价

发酵红酸汤半成品番茄浆的感官评定参照文献[13]的方法并加以改进,组织10名食品相关专业的品评人员分别从发酵番茄浆的色泽、质地、风味、口感4个方面进行评价,满分100分,评价标准见表2。

1.4 数据处理及分析

利用Excel 2010、SPSS 26.0软件对数据分析,Origin 2021绘制图形,在相同条件下对每个指标的测定次数不少于3次,数据记录方式为平均数±标准差,用不同小写字母表示P<0.05的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同品种番茄发酵过程中pH与总酸含量变化分析

pH和总酸含量的变化可以反映番茄的发酵情况,是不同微生物代谢活动的综合指标[16],结果如图1所示。

由图1可知,不同品种番茄在发酵过程中pH与总酸含量具有明显差异(P<0.05),NW、TX、PL、DH、HB的pH变化趋势一致,pH在发酵前5 d迅速下降,总酸含量在发酵前期迅速增加,由最初的1.8～6.12 g/kg迅速上升至5.94～14.6 g/kg,而后期由于番茄发酵液中营养物质的消耗以及发酵的酸性环境抑制了大部分微生物的生长,使得pH值及总酸含量随着发酵时间的延长逐渐趋于稳定[17]。QX、BP、ML在发酵过程中pH与总酸含量变化趋势不明显,而MT前期pH下降而后期逐渐上升。不同品种番茄在发酵过程中总酸含量上升幅度不同,主要是发酵前期番茄中的柠檬酸、苹果酸和乳酸等有机酸逐渐向发酵液中渗透,而不同品种间有机酸等含量存在差异,因此导致总酸上升幅度不同[18]。

2.2 不同品种番茄发酵过程中色泽变化分析

番茄外观色泽是发酵制品重要的品质特性之一,直接影响消费者的购买欲望[19],发酵过程中番茄的外观颜色指标(L*值、a*值、b*值、ΔE值)如图2所示(详见附表1,https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037272)。

如图2所示,不同品种新鲜番茄的L*值、a*值和b*值分别为24.43～36.86、17.33～28.02和2.89～15.73,其中FS、YN的L*、a*和b*值最大。对于发酵番茄浆样品来说,L*值、a*值、b*值分别为24.49～29.68、13.34～22.43和1.70～11.34,在发酵过程中各样品的a*值、b*值具有显著性差异(P<0.05),其中MT、YN、TX是经发酵后L*值增加的品种,表明其经发酵后明亮度增加。发酵后各样品的ΔE值均高于3.00,其中QX、FS、YN、NW、PL、DH番茄的ΔE值高于6.00,表明其色泽损失较大。发酵过程中番茄的亮度和红度显著降低,黄度变化不明显,说明发酵均使酸汤发生了不同程度的褐变,主要是由于抗坏血酸的降解和多酚的氧化聚合使酚类化合物被多酚氧化酶转化为棕色色素,在酸性环境下容易发生酶促褐变[20-21]。

2.3 不同品种番茄发酵过程中亚硝酸盐含量变化分析

亚硝酸盐是衡量发酵蔬菜制品安全性的重要指标之一[22],不同品种番茄发酵过程中亚硝酸盐含量变化如图3所示。

由图3可知,品种会明显影响发酵番茄浆中亚硝酸盐的生成速率和生成总量,其中BP、ML、TX、DH中亚硝峰出现在第15天,分别为1.81、3.02、1.62、1.33 mg/kg,QX、FS、PL中亚硝峰出现在第10天,分别为3.14、4.02、1.22 mg/kg,而YT、YN、MT、NW、HB中亚硝峰出现在第5天,分别为5.52、4.18、3.23、2.96、1.29 mg/kg,发酵过程中PL、DH和HB中亚硝酸盐含量均较低,可能是由于其总酸含量高,番茄发酵液中糖分降低以及发酵的酸性环境可抑制大部分有害微生物产生亚硝酸盐,而番茄表面附着的真菌和硝酸盐还原细菌的数量差异在不同原料品种间引起发酵适应性的差异使得不同品种番茄中亚硝酸盐的生成速率具有明显差异[23]。

2.4 不同品种番茄发酵过程中氨基酸态氮含量变化分析

氨基酸是评价发酵食品营养价值和风味的重要指标之一,理论上通常用氨基酸态氮表示氨基酸的变化[24],结果如图4所示。

由图4可知,氨基酸态氮含量在发酵前期逐渐增加,发酵中后期ML、YT、YN、TX、DH中含量最高可达0.55、0.56、0.53、0.51、0.54 g/100 g,其中MT在前20 d含量逐渐下降,后期上升趋于稳定至0.40 g/100 g左右,而QX、FS、BP、MT、NW、PL、HB中氨基酸态氮含量差异不明显,变化趋势较为相似。氨基酸态氮主要来源于原料中蛋白质的分解,是反映酸汤中氨基酸及小分子肽总体水平的重要指标,含量的高低影响红酸汤的品质与整体风味,而正是由于多种氨基酸和鲜味肽、苦味肽、甜味肽等小分子呈味肽的相互作用赋予了红酸汤风味协调、鲜美浓郁的味感[25-26]。

2.5 不同品种番茄发酵过程中可溶性固形物变化、还原糖及番茄红素含量分析

由图5可知,FS中可溶性固形物含量始终维持在较高水平(14.92%～9.44%),YN的变化趋势与其他品种差异明显,HB与DH可溶性固形物中含量较低,主要是随着发酵时间的延长,发酵番茄浆在发酵体系中逐渐建立优势菌群,其生长繁殖快,能快速利用酸汤中的可溶性物质使含量降低[27]。不同品种发酵番茄浆中还原糖含量差异明显(P<0.05),YN、YT、HB中含量较高分别为0.60%、0.57%、0.57%,不同品种番茄在含量方面存在不同的差异,主要是由原料品种的差异及工艺之间的协同作用引起。番茄红素是一种多不饱和脂溶性类胡萝卜素,可作为一种天然的色素或生物活性成分,QX、YN、NW中含量较高分别为5.03、4.83、5.03 μg/g,FS与ML中含量较为接近为3.42、3.03 μg/g,由原料品种不同引起番茄红素含量的差异主要是由于自然发酵酸汤作为混菌发酵体系,微生物之间有相互竞争作用,且随着发酵环境的酸化可能会影响微生物及胞外酶的活性,从而影响发酵过程中番茄红素含量的变化,另外由于番茄红素在酸性环境中极易氧化降解和构型转化且具有水不不溶性的特点[27],使得不同品种发酵番茄浆中番茄红素含量具有显著性差异。

2.6 不同品种发酵番茄浆中有机酸含量分析

大分子物质水解以及微生物发酵会产生大量有机酸,经前期相关研究发现,发酵型红酸汤中的微生物在代谢过程中会产生大量乳酸、乙酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸等有机酸[4,11,13],可为发酵食品提供独特的风味,结果如表3所示。

由表3可知,YN、YT、ML、TX、NW中有机酸含量十分丰富,发酵番茄浆中有机酸以乳酸、乙酸为主,除ML以外的样品均以酸味柔和、酸感强的乳酸含量为优势有机酸,其中YN中苹果酸、乳酸、琥珀酸含量最高分别可达760.18、8 660.51、250.22 mg/kg,而MT中乳酸含量最低为140.19 mg/kg;ML中酒石酸含量(320.17 mg/kg)、乙酸含量(8 660.23 mg/kg)显著高于其他样品,乙酸的酸味有很强的刺激性,但少量的乙酸可与醇类物质生成具有芳香味的酯类物质,可给红酸汤增添独有的香味和滋味[26];草酸以FS中含量最高为180.27 mg/kg,柠檬酸中含量以YT中最高为250.32 mg/kg。根据有机酸的阈值和水稀释效应,乳酸和乙酸可作为发酵番茄浆酸味的主要贡献者[24],正是多种有机酸的共同作用,形成了酸汤鲜酸爽口的特点。

2.7 不同品种发酵番茄浆感官评价分析

由表4可知,整体而言感官评分较高的是YN、ML、HB、TX,其色泽鲜红有光泽,酱体细腻,组织均匀且发酵香气浓郁,风味协调性好,酸咸鲜适度,整体风味接受度较高。其次是FS、NW、QX、YT色泽较好,组织细腻无均匀分层,发酵香味较浓郁,品质较好。而BP、MT、PL、DH发酵番茄浆酱体流动性强,质地较软,适口性差,容易分层,其发酵风味协调性不足,导致综合感官评分较低。

2.8 不同品种发酵番茄浆品质综合分析

2.8.1 不同品种发酵番茄浆品质的主成分分析

主成分分析(principal component analysis,PCA)是一种降维统计方式[28-29],将12个品种发酵番茄浆中的19个品质指标作为自变量,对其进行主成分分析,得出主成分因子的特征值、方差贡献率以及累计贡献率,判断对于酸汤品质有主要贡献作用的影响指标,结果如表5所示。

对19个品质指标进行主成分分析,以特征值大于1为标准,提取到5个主成分,方差贡献率依次为40.384%、23.565%、10.775%、7.335%、5.710%,累计方差贡献率达87.769%,说明这5个主成分可以反映大部分筛选信息。其中主成分1贡献率最大为40.384%,表明主成分1对酸汤品质影响程度最大,主要影响因子是总酸、琥珀酸、乳酸、a*值;第二主成分主要影响因子是b*值、L*值、pH;第三主成分主要影响因子是ΔE值、可溶性固形物含量;第四主成分主要影响因子是番茄红素,第五主成分主要影响因子是氨基酸态氮,主要反映酸汤中的鲜味成分因子。具体见图6。

2.8.2 不同品种番茄酸汤品质的综合评价分析

根据因子得分系数矩阵及其对应的主成分,计算得5个主成分因子得分公式如公式(1)～公式(5)所示:

F1=0.329X1-0.049X2-0.022X3+0.290X4+…+0.317X18+0.237X19

(1)

F2=-0.111X1+0.406X2+0.414X3+0.098X4+…-0.177X18+0.070X19

(2)

F3=-0.014X1-0.116X2-0.053X3+0.165X4+…-0.084X18-0.326X19

(3)

F4=-0.177X1-0.065X2-0.028X3-0.085X4-…+0.077X18+0.233X19

(4)

F5=-0.014X1+0.292X2+0.189X3-0.115X4+…-0.090 X18+0.311 X19

(5)

式中:X1～X19分别表示总酸、pH、L*、a*、b*、ΔE、氨基酸态氮、亚硝酸盐、还原糖、番茄红素、可溶性固形物、草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸、感官评分。以各主成分特征值比率为权重,构建12个品种品质综合评价得分函数为F=0.403 8F1+0.235 7F2+0.107 8F3+0.073 4F4+0.057 1F5,不同品种番茄发酵红酸汤半成品番茄浆品质指标主成分及综合得分如表6所示。

由表6可知,在F1得分中,FS、ML、YN、YT得分比较高,均大于1,说明这4种番茄浆中总酸含量高、富含有机酸且亚硝酸盐含量较低,整体品质较好;F2得分中FS、BP、ML得分较高,说明这3种发酵番茄浆色泽鲜红明亮;F3得分中FS、YT得分较高,说明其色泽损失较小;在F4得分中YN、NW得分较高,说明其发酵番茄浆中番茄红素含量较高;而F5得分中FS、ML、YN中得分较高。根据综合得分并排名依次为YN、FS、ML、YT、QX、NW、BP、TX、HB、PL、MT和DH。

2.8.3 不同品种番茄酸汤品质的综合评价分析

为了筛选适宜加工红酸汤半成品番茄浆的番茄品种,对番茄浆品质指标特征主成分进行综合评价的同时,对其进行了系统聚类分析,以便充分利用主成分实验结果,不同品种发酵番茄浆聚类分析结果如图7所示。

采用平均欧氏距离对不同品种番茄浆的19项品质指标进行系统聚类分析[30],依据综合得分越大越好,将发酵番茄浆品质分为优良、中等和一般三类,与之对应的番茄原料同样被划分为适宜加工、基本适宜、一般适宜加工三类,由图7可知,系统聚类将番茄总的分为两大类,当平方欧氏距离为10时,能够将12个品种发酵番茄浆划分为四小类,第一类包含4个样品,分别为BP、TX、HB、NW,综合得分为-0.68～-0.2;第二类包含3个样品,分别为MT、DH、PL,综合得分较低为-1.64～-1.06,表明对应品种番茄不太适宜发酵番茄浆加工;第三类包含4个样品,分别为ML、YT、QX、FS,综合得分为0.53～1.41,表明对应番茄品种基本适宜番茄浆加工;第四类包含1个样品为YN,综合得分最高为2.34,产品各项品质指标均较好,对应品种番茄最适宜红酸汤半成品番茄浆加工。

3 结论

本文研究了12种番茄原料在发酵过程中的品质变化并对品质指标进行了综合评价,结果表明,不同品种番茄原料品质差异较大,番茄品种对红酸汤半成品番茄浆品质影响显著(P<0.05),番茄在发酵过程中色泽、pH、可溶性固形物含量逐渐降低直至稳定,而总酸和氨基酸态氮含量逐渐上升直至稳定,亚硝酸盐含量则整体呈现先升高后下降的趋势,‘大红沙瓤’、‘红宝石’、‘普罗旺斯’中总酸含量最高分别可达14.6、13.88、14.76 g/kg,‘毛辣果’、‘樱桃’、‘大红沙瓤’中氨基酸态氮含量最高分别可达0.55 g/100 g、0.56 g/100 g、0.54 g/100 g,‘釜山88’中可溶性固形物含量始终维持在较高水平(14.92%～9.44%),不同品种发酵番茄浆中还原糖、番茄红素、有机酸含量存在显著差异(P<0.05),发酵番茄浆中以乳酸、乙酸为优势特征酸,有机酸总含量为581.28～16 591.72 mg/kg,‘云南’、‘樱桃’、‘红宝石’中还原糖含量较高分别为0.60%、0.57%、0.57%,而‘千禧’、‘云南圣女果’、‘挪威’中番茄红素含量较高为5.03 μg/g、4.83 μg/g、5.03 μg/g,‘云南圣女果’、‘毛辣果’、‘红宝石’、‘透心红’的综合感官评分较高,进一步通过主成分分析得到pH、总酸、琥珀酸、乳酸、苹果酸、乙酸、亚硝酸盐、色泽、可溶性固形物、番茄红素、氨基酸态氮对酸汤品质影响程度大,并由各个主成分的综合评分得到‘云南圣女果’、‘釜山88’和‘毛辣果’综合品质更佳。研究结果可为后续基于番茄原料品质特性开发发酵制品以及控制最终产品的品质特性提供依据。

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Screening of tomato varieties and comprehensive evaluation of fermentation quality of red sour soup

XU Jiuhong1,2, WANG Xiujun1,2,3*, LI Jiamin1,2, HU Rongnian1,2, ZHANG Lu1,2

1(School of Liquor and Food Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China)2(Guizhou Provincial Key Laboratory of Fermentation Engineering and Biopharmacy, Guiyang 550025, China)3(Industrial Technology Institute of Pepper, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

ABSTRACT To explore the effects of different tomato raw material varieties on the quality characteristics of red sour soup, the relevant quality indexes and sensory qualities of 12 varieties of tomatoes were analyzed during the fermentation process.Principal component analysis (PCA) and cluster analysis were used to comprehensively evaluate the relationship between the characteristics of tomato varieties and the quality of red sour soup.Results showed that tomato raw materials had a significant effect on the quality characteristics of red sour soup (P<0.05).Through PCA, the 19 quality indicators of fermented tomato pulp were reduced to five principal factors, which contributed cumulatively to 87.769% of the total variation, and the comprehensive evaluation model of fermented tomato pulp quality was constructed as F=0.403 8F1+0.235 7F2+0.107 8F3+0.073 4F4+0.057 1F5.The 12 fermented tomato pulps were divided into three groups by cluster analysis.The comprehensive analysis concluded that ‘YN’, ‘FS’, and ‘ML’ had a bright red color, a typical lactic acid fermentation aroma, and high contents of reducing sugar, amino acid nitrogen, and lycopene, the three varieties of tomatoes were also rich in organic acids and maintained the excellent quality of comprehensive fermentation.This provides a theoretical basis for the fermented sour soup industry to better understand the characteristics of raw materials and control the quality of final products.

Key words tomato; breed; quality; red sour soup; comprehensive evaluation

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037272

引用格式：许九红,王修俊,李佳敏,等.红酸汤原料番茄品种的筛选及发酵品质的综合评价[J].食品与发酵工业,2024,50(16):193-201.

XU Jiuhong,WANG Xiujun,LI Jiamin, et al.Screening of tomato varieties and comprehensive evaluation of fermentation quality of red sour soup[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(16):193-201.

第一作者：硕士研究生(王修俊教授为通信作者,E-mail:775298123@qq.com)

基金项目：贵州省人才平台项目(贵州省平台人才[2020] 2102号);贵州省科技计划重点项目(黔科合支撑〔2022〕重点010号);贵州省朝天椒产业集群建设项目(黔农财〔2022〕89号)

收稿日期：2023-09-05,改回日期:2023-10-07