传统发酵辣椒酱作为我国传统发酵调味品的重要品类,依托自然发酵工艺形成了独特风味,其发酵过程易受环境温度、微生物群落组成等因素的影响,导致发酵周期普遍长达3～6个月,部分自然发酵产品甚至需1年以上,存在发酵周期长、风味不稳定等问题[1-3]。同时,传统固态发酵方式存在杂菌污染风险,对产品安全性构成潜在威胁。随着现代食品工业对标准化、高效化生产及风味精准调控需求的不断提升,开发基于微生物定向接种的发酵控制技术已成为推动辣椒酱产业升级的重要方向。
乳酸菌作为一类能够高效利用碳水化合物产生乳酸的微生物,已被广泛应用于酸奶、泡菜等发酵食品中[4]。近年来,利用乳酸菌发酵辣椒酱逐渐成为研究热点[5-9]。研究表明,乳酸菌应用于发酵调味品不仅可以抑制杂菌生长,提高发酵辣椒的微生物安全性与贮藏稳定性,还能缩短发酵周期、改善质地、促进发酵辣椒酱形成愉悦的风味感官特征[10-11]。然而,现有研究多聚焦于单一菌株的发酵效果,针对多菌种协同发酵的菌株筛选、复配优化及风味形成机制仍缺乏系统探究。
本研究以新疆辣椒为原料,开展乳酸菌发酵辣椒酱的工艺研究,旨在通过乳酸菌菌种的筛选与复配,结合现代风味组学技术,系统研究发酵过程中的品质与风味变化,以期为传统发酵辣椒酱的现代化升级与品质提升提供理论依据,同时拓展乳酸菌在植物基底发酵产品中的应用前景。
1 材料与方法
1.1 供试材料
辣椒原酱,中粮新疆屯河加工番茄工程技术研究中心(有限公司);植物乳植杆菌Lp-G18、格氏乳杆菌LG-G12、长双歧杆菌长亚种BL-G301、鼠李糖乳酪杆菌Lr-G14,均瑶润盈生物科技(上海)有限公司;短双歧杆菌CCFM1025、鼠李糖乳酪杆菌MP108、副干酪乳酪杆菌CCFM1074、瑞士乳杆菌RE-78、约氏乳杆菌MH-68、植物乳植杆菌TSP05、发酵粘液乳杆菌TSF331、两歧双歧杆菌VDD088,Bioflag锦旗生物。
1.2 仪器及设备
DL-CJ-2ND-I洁净工作台,北京东联哈尔仪器制造有限公司;GHP-9270隔水式恒温培养箱,上海一恒科学仪器有限公司;Fox4000电子鼻,Alpha M.O.S公司;手持pH计,梅特勒-托利多仪器有限公司;8890-5977C GC-MS,安捷伦科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 发酵辣椒酱的制备
称取80 g辣椒原酱, 95 ℃水浴15 min加热灭菌。降温至物料温度35 ℃以下,按试验设计的菌种添加量将菌粉投入降温后的辣椒原酱中,搅拌均匀,将辣椒原酱放至在35 ℃的恒温培养箱中进行发酵,发酵结束后采用95 ℃水浴15 min加热灭菌,制备得发酵辣椒酱。
1.3.2 菌种初筛与复配方案
基于团队前期的研究,将12株初选乳酸菌分别接种于辣椒原酱中,接菌种量为0.02%(质量分数),发酵时间5 d,发酵温度37 ℃,以不接种的辣椒酱作为空白对照。在相同条件下进行发酵。测定各样品的pH值、总酸含量,并采用GC-MS对单菌发酵辣椒酱的风味物质进行测定,选取pH值下降快速、产酸能力强、产风味物质较多的单菌进行复配优化辣椒酱的工艺。
1.3.3 乳酸菌发酵辣椒酱单因素试验
分别进行菌种复配比例、菌种添加量、发酵时间的单因素试验,通过测定发酵辣椒酱的pH值、总酸含量确定各单因素的最佳范围,试验中所用的菌株均为商业化菌株,菌株状态为粉体。
在菌种添加量为发酵体系总质量的0.02%、发酵时间3 d时,发酵温度37 ℃,测定副干酪乳杆菌CCFM1074、格氏乳杆菌LG-G12、植物乳植杆菌Lp-G18、瑞士乳杆菌RE-78的菌种复配比例分别为5∶5∶5∶1(编号:F-1)、2∶2∶3∶1(编号:F-2)、1∶1∶1∶1(编号:F-3)、1∶2∶2∶3(编号:F-4)、1∶5∶5∶5(编号:F-5)时制备发酵辣椒酱的pH值及总酸含量。
在菌种复配比例为1∶1∶1∶1、发酵时间为3 d时,测定接菌量分别为发酵体系总质量的0.005%、0.02%、0.04%、0.08%、0.1%时制备发酵辣椒酱的pH值及总酸含量。
在菌种复配比例为1∶1∶1∶1、菌种添加量为发酵体系总质量的0.02%时,测定发酵时间分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 d时制备发酵辣椒酱的pH值及总酸含量。
1.3.4 响应面法试验设计
在上述单因素试验结果的基础上,进一步使用Box-Behnken响应面法以确定制备发酵辣椒酱的最优工艺参数,以复配菌种比例、菌种添加量、发酵时间为影响因素,总酸含量为响应值进行三因素三水平响应面试验。响应面试验因素与水平见表1。
表1 响应面试验因素水平表
Table 1 Response surface experimental design factors and levels
水平因素A(复配菌种比例)B(菌种添加量)/%C(发酵时间)/d-12∶2∶3∶10.05501∶1∶1∶10.2611∶2∶2∶317
1.3.5 发酵辣椒酱pH值测定
参考GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》,将发酵完成的发酵辣椒酱从培养箱取出,在超净台内搅拌均匀,无菌取样,使用pH计测定样品的pH值。
1.3.6 发酵辣椒酱总酸测定
参考GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定(含第1号修改单)》中的第二法pH计电位滴定法,取25 g的1.3.5节中所述发酵辣椒酱样品,用0.01 mol/L NaOH标准溶液进行滴定,记录pH值中和至8.2时的碱液消耗量并以此计算样品总酸含量(以乳酸计)。
1.3.7 电子鼻评价方法
精准称取2 g辣椒酱样品置于15 mL顶空瓶中,用于FOX 4000电子鼻分析。该电子鼻包含3个传感器室,共17根传感器(LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/gCTL、LY2/gCT、T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、T40/2、T40/1、TA/2)。分析时,顶空振荡温度50 ℃,振荡速度500 r/min,采用间歇模式(振荡5 s、停2 s),总振荡时间120 s;进样器注射器温度60 ℃,进样体积5.0 mL,进样速度3.000 μL/s,填充速度500 μL/s,吹扫时间120 s,采集延迟1 080 s。数据采集阶段持续120 s,采样间隔1 s(即采集速率为1次/s),气流流速150 mL/min。整个分析过程以200 s为时间窗口,取该时间段内17根传感器响应曲线的最高点数值用于后续分析,每个样品在上述条件下重复测定4次。
1.3.8 挥发性风味物质GC-MS分析条件
精确称取1.25 g发酵辣椒样品,加入3 g饱和食盐水和20 μL 3-甲基-2-庚酮。色谱柱为DB-Wax(30 m×0.23 mm×0.25 μm);样品加热时间30 min,加热箱温度60 ℃,GC循环时间50 min;升温程序为初始40 ℃,保持3 min,10 ℃/min升温至230 ℃,保持5 min。老化温度270 ℃,老化时间30 min。EI电离源,电离能量70 eV,离子源温度230 ℃,传输线温度250 ℃,质量扫描范围35～450 m/z,采用全扫描模式,NIST谱库检索定性。
1.3.9 感官评价方法
参考颜宇鸽等[12]的方法,取适量辣椒酱放在白色器皿中,观察其形态色泽、形态,闻其气味,用温水漱口后品尝其口感,按表2对辣椒酱的颜色、形态、气味、口感进行评价。
表2 感官评分表
Table 2 Sensory scoring table
指标评分参考标准分值/分颜色(30分)色泽均匀,呈鲜亮红褐色或深红色,无氧化变暗或异常色斑21～30表面有轻微褐变或褪色的红色11～20红褐色,表层褐变或褪色较重1～10形态(20分)质地细腻均匀,黏稠度适中,无分层或析水14～20轻微析水7～13严重分层、结块或有霉变悬浮物1～6气味(20分)香气浓郁,发酵香味扑鼻,气味协调,伴随辣椒清香、无异味(酸败、霉味、腐臭)14～20香气较好,发酵气味较淡,协调性较差,无异味7～13气味协调性差,强酸性或柔和的味道,有难闻的气味1～6口感(30分)酸味柔和,辣味持久但不刺激,无苦涩/金属味21～30过酸或过淡,辣味突兀,有轻微苦味11～20明显苦味、涩味、化学异味或腐败味,酸甜咸味均失调,且有杂味1～10
1.4 数据分析处理
所有数据以“平均值±标准差”表示,所有指标均重复测定3次。使用Design-Expert 8.0.6 Trial软件进行响应面试验设计。利用SPSS 26软件进行单因素方差分析,采用Origin 2022软件进行数据分析、图表处理。
2 结果与分析
2.1 实验方法菌种筛选过程中相关指标的变化
2.1.1 不同菌种发酵过程中总酸含量变化
如图1所示,12株乳酸菌发酵过程中,随着发酵时间的延长,总酸含量呈现上升的趋势。初始辣椒酱总酸含量约为1.10 g/100 g,发酵5 d后,总酸含量最高的样品达到2.80 g/100 g,张郁松[13]采用乳酸菌发酵辣椒酱,发酵18 d后,总酸的含量为1.26 g/100 g,与本研究的结果差异较大,主要原因为本研究所用的辣椒酱为已使用醋酸调整酸度,旨在延长货架期的辣椒酱原料,其初始总酸含量约为1.10 g/100 g,发酵5 d后,发酵最快菌株的总酸含量增加了1.70 g/100 g,主要原因为乳酸菌通过同型或异型发酵,产生乳酸、醋酸、丙酸等有机酸,其中最主要的有机酸为乳酸[14],因此,辣椒酱发酵后总酸含量呈现了上升的趋势。12株菌种中发酵速度较快的菌种为副干酪乳酪杆菌CCFM1074、约氏乳杆菌MH-68、鼠李糖乳酪杆菌MP108、鼠李糖乳酪杆菌Lr-G14、植物乳植杆菌Lp-G18、格氏乳杆菌LG-G12、植物乳植杆菌TSP05,主要原因为,发酵过程中这些菌通过同型发酵快速产酸,形成有利于自身增殖的酸性微环境,在逐步酸化的条件下保持活性,加速代谢循环;而长双歧杆菌长亚种BL-G301、短双歧杆菌CCFM1025、两歧双歧杆菌VDD088、发酵粘液乳杆菌TSF331整体发酵速度比较慢,主要原因为,双歧杆菌为厌氧菌,辣椒酱发酵初期氧含量相对较高,抑制其初期增殖;粘液乳杆菌的异型发酵路径产酸效率较低,且可能更依赖复杂碳源,与乳杆菌属存在营养竞争时处于劣势,导致整体发酵进程滞后。
图1 不同菌种发酵过程中总酸含量的变化
Fig.1 Changes in total acid content during the fermentation of different strains
2.1.2 不同菌种发酵过程中pH值含量变化
如图2所示,12株乳酸菌发酵期间pH值均随发酵时间延长呈显著下降趋势,与总酸含量的上升趋势形成明确负相关,符合乳酸菌发酵过程中有机酸积累导致体系酸碱度变化的基本规律。初始阶段辣椒酱pH值为4.50,发酵初期(0～24 h)pH值下降速率存在差异,部分菌株已呈现明显酸化趋势。发酵至5 d时,体系pH值最低降至3.80,其中副干酪乳酪杆菌CCFM1074、约氏乳杆菌MH-68、鼠李糖乳酪杆菌MP108等7株发酵速度较快的乳杆菌属菌株,pH值下降幅度更为显著。这一现象与该类菌株的代谢特性密切相关,其通过同型发酵快速产生乳酸等有机酸,高效降低体系pH值。长双歧杆菌长亚种BL-G301、短双歧杆菌CCFM1025等4株发酵速度较慢的菌株,对应的pH值下降速率相对平缓,原因同2.1.1节发酵过程中4株菌株总酸积累慢一致。pH值的降低不仅是乳酸菌代谢活动的直观体现,更对辣椒酱的品质形成具有重要意义。发酵后期pH值稳定在3.80～4.20,该酸性环境可有效抑制腐败微生物的生长繁殖,延长产品货架期,同时酸性条件还能促进辣椒酱中风味物质的形成,提升产品感官品质[15]。
图2 不同菌种发酵过程中pH值的变化
Fig.2 Changes in pH value during the fermentation of different strains
2.1.3 不同菌种发酵过程中挥发性风味化合物的变化
图3结果表明,不同菌种发酵过程中风味化合物总数量及各类风味物质的分布具有显著特异性,接种格氏乳杆菌LG-G12发酵辣椒酱的风味物质数量最高(73种),在风味物质的合成上表现出突出优势;植物乳植杆菌Lp-G18、瑞士乳杆菌CCFM1074、格式乳杆菌LG-G12等在酯类物质数量上相对突出;副干酪乳酪杆菌CCFM1074、鼠李糖乳酪杆菌MP108等乳酪杆菌组在酸类物质数量上呈现一定优势,而双歧杆菌组酸类数量相对较少;同时,酮类物质在各菌种组中占比稳定,醛类整体处于较低水平且组间差异不大。这些差异体现了不同菌种代谢活性与路径的多样性[16],为辣椒酱发酵菌种筛选和风味定向调控提供了理论依据。
图3 不同菌种发酵过程中挥发性风味化合物种类
Fig.3 Types of volatile flavor compounds during fermentation by different strains
2.1.4 不同菌种筛选结果
通过不同菌种发酵辣椒酱的筛选实验,发现12株菌株中,发酵速度最快的菌为副干酪乳酪杆菌CCFM1074;产挥发性风味物质种类最多的菌为格氏乳杆菌LG-G12;植物乳植杆菌Lp-G18产酯类物质较多,且产酸速度也较快;瑞士乳杆菌RE-78产烯烃类化合物较多。因此,综合不同菌株的产酸和产风味物质差异,在后续辣椒酱的发酵工业优化中,以这4株菌进行复配进行单因素及响应面优化试验。
2.2 发酵辣椒酱单因素试验
2.2.1 不同菌种复配比例发酵辣椒酱相关指标变化
如图4所示,从总酸含量变化来看,5组复配菌种发酵的辣椒酱总酸含量均显著高于初始值(约1.10 g/100 g),且组间差异明显。F-1组、F-3组总酸含量无显著差异,F-1组、F-2组、F-4组、F-5组之间总酸含量具有显著差异(P<0.05),F-3组总酸含量最高(2.33 g/100 g),此时,副干酪乳酪杆菌 CCFM1074、格氏乳杆菌LG-G12、植物乳植杆菌Lp-G18、瑞士乳杆菌RE-78 菌种的比例为1∶1∶1∶1,主要原因可能是该比例条件下,4株菌种可协同促进发酵。从pH值变化来看,各组pH值与总酸含量变化呈显著负相关(P<0.05),这一结果符合乳酸菌发酵的基本规律,即体系中H+浓度越高,pH值越低。F-3组pH值最低,为3.92;F-4组pH值最高(4.01),主要原因与4种菌种比例适配性不足、碳源利用效率低及环境胁迫影响代谢活性有关。本文选择副干酪乳酪杆菌CCFM1074、格氏乳杆菌LG-G12、植物乳植杆菌Lp-G18、瑞士乳杆菌RE-78菌种2∶2∶3∶1、1∶1∶3∶1、2∶2∶2∶3进行响应面优化试验。
图4 不同菌种复配比例发酵辣椒酱的总酸含量和pH值的变化
Fig.4 Changes in total acid and pH value of chili sauce fermented with different compound ratios of strains
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
2.2.2 不同菌种添加量发酵辣椒酱相关指标变化
如图5所示,总酸含量随菌种添加量增加呈先升后降的趋势,pH值则呈现先降后升的变化。当菌种添加量在0.05%～0.2%范围时,总酸由2.15 g/100 g显著增加至2.33 g/100 g(P<0.05),对应pH值从3.95降至3.90,这是因为此阶段菌种添加量提升为发酵过程提供了更充足的副干酪乳酪杆菌 CCFM1074、格氏乳杆菌LG-G12等功能菌株,其代谢活动增强,将碳水化合物高效转化为有机酸,既推动总酸含量上升,又使体系pH值降低;菌种添加量在0.2%～0.8%时,总酸含量无显著差异(P>0.05),pH值稳定在3.88～3.90,说明此时菌种数量相对饱和,菌株间代谢活动趋于平衡,有机酸生成与消耗动态稳定;当菌种添加量增至1%时,总酸显著降低(P<0.05),pH值回升至3.95,这是由于过高的菌种添加量导致菌株竞争加剧,且代谢产物积累或营养物质过度消耗抑制了菌种正常代谢,有机酸生成减少,总酸含量下降,pH值随之回升。pH值的动态变化与总酸含量的演变共同反映了菌种添加量对辣椒酱发酵代谢的调控作用。本研究后续选取0.05%、0.2%、1%的菌种添加量进行响应面优化试验。
图5 不同菌种添加量发酵辣椒酱的总酸含量和pH值的变化
Fig.5 Changes in total acidity and pH value of fermented chili sauce with different addition levels of strains
2.2.3 不同发酵时间发酵辣椒酱相关指标变化
结合总酸含量与pH值的变化趋势可更全面解析辣椒酱发酵过程的代谢特征。由图6可知,总酸含量随发酵时间延长呈先升后稳的趋势,而pH值则呈持续下降后趋于平稳的变化。发酵0～3 d内,总酸含量显著升高(P<0.05),对应pH值从4.5快速降至3.9,这是由于副干酪乳酪杆菌CCFM1074、格氏乳杆菌LG-G12等菌株在发酵初期活性强,快速代谢碳水化合物产生大量有机酸,既推动总酸含量上升,又使体系pH值显著降低;3～4 d总酸含量无显著差异(P>0.05),pH值也维持在3.9左右,说明此时菌种代谢产酸与酸消耗速率达成短暂平衡;4～6 d总酸含量再次显著升高(P<0.05),pH值进一步降至3.8,是因为菌株适应环境后进入二次高效代谢阶段,持续产酸使总酸累积、pH值持续下降;7～10 d总酸含量趋于平缓,pH值稳定在3.8～3.9,这是由于可发酵底物逐渐消耗,菌种代谢活性减弱,有机酸生成速率降低,总酸维持高位且pH值不再显著变化。pH值的动态变化与总酸含量的演变相互印证,共同反映了辣椒酱发酵过程中微生物代谢的阶段性特征,也为后续发酵时间的选择提供了多指标的科学依据,本文选取发酵时间5、6、7 d进行响应面优化试验。
图6 不同发酵时间发酵辣椒酱的总酸含量和pH值的变化
Fig.6 Changes in total acidity and pH value of fermented chili sauce at different fermentation times
2.3 响应面实验结果
2.3.1 响应面涉及结果及回归模型方差分析
根据单因素试验结果,选择复配菌种比例(A)、菌种添加量(B)、发酵时间(C)为考察对象,以发酵辣椒酱中的总酸(Y)为响应值,采用软件Design-Expert 8.0.6 Trial对乳酸菌发酵新疆辣椒酱的工艺进行优化,表3为响应面试验设计及结果。通过回归拟合得复配比例、菌种添加量、发酵时间分析模型的二次多元回归方程为:
Y=2.85+0.029A+0.12B+0.06C-0.03AB+0.01AC-0.04BC-0.07A2-0.01B2-0.13C2
表3 响应面试验设计结果
Table 3 Test design and result of response surface methodology
实验号ABC总酸含量/(g/100 g)101-12.7120002.773-10-12.4540002.7951012.696-1102.8670112.7780002.7890-112.63101102.75111-102.5612-1012.5113-1-102.53140002.681510-12.58160002.75170-1-12.39
由表4回归方程的方差分析结果可知,该模型拟合效果优异且试验数据可靠,具体表现为:模型F=7.00、P<0.01,差异高度显著,能有效反映发酵辣椒酱与各影响因素的关联;失拟项F=3.35、P=0.136 7>0.05,差异不显著,说明模型与试验因素拟合良好,可用于乳酸菌发酵辣椒酱发酵工艺的优化;决定系数 R2=0.900 0,在响应面方差分析中该值越大,实际值与模型预测值的相关性越高,进一步佐证了模型的拟合精度较高。以F值衡量各因素影响强度(F值越大影响越强),结果显示菌种添加量和发酵时间对乳酸菌发酵产总酸的影响均显著(P<0.05),对产乳酸的影响强度排序为菌种添加量>发酵时间>复配菌种比例;同时,本试验变异系数=2.41%(该值越小试验可靠性越高),精密度=8.245>4,均表明试验结果稳定可信。
表4 响应面二次模型方差分析
Table 4 Analysis of variance of response surface quadratic mode
注:P值<0.05表明模型或各因素影响显著,以*表示;P值<0.01表明模型或因素影响高度显著,以**表示;P值<0.001表明模型或因素影响极显著,以***表示。
方差来源平方和自由度均方差F值P值显著性模型0.257 690.028 67.000.008 9∗∗A-复配菌种比例0.006 610.006 61.620.243 3B-菌种添加量0.116 910.116 928.590.001 1∗∗C-发酵时间0.028 510.028 56.970.033 4∗AB0.004 610.004 61.120.324 4AC0.000 610.000 60.150 60.709 5BC0.007 710.007 71.900.211 1A20.021 510.021 55.250.055 7B20.000 110.000 10.013 60.910 4C20.066 010.066 016.150.005 1残差0.028 670.004 1失拟项0.020 530.006 83.350.136 7存误差0.008 140.002 0总和0.286 316R2=0.900 0 Radj=0.771 4
2.3.2 因素交互作用
响应面3D曲面图基于Box-Behnken试验建立的多元二次回归模型绘制,可在固定其他试验因素的条件下,直观反映交互项对响应值的影响及因素间的交互作用,且曲面陡峭程度与因素影响大小正相关——曲面越陡峭,因素影响越显著。图7为各因素交互作用对发酵辣椒酱总酸含量影响的3D曲面图,其中菌种添加量与发酵时间、复配菌种比例与菌种添加量的交互作用项曲面较其他交互项更陡峭,表明这2组交互作用对总酸含量的影响更为突出,该结果与表3方差分析中回归模型系数显著性检验结果一致,且根据表3数据,各交互因素对总酸含量的影响程度排序为BC>AB>AC;同时,研究建立的模型存在最大值,经模型拟合得到乳酸菌发酵辣椒酱的最优工艺参数为复配菌种比例2∶2∶3∶1、菌种添加量0.076%、发酵时间6 d,此条件下总酸预测值为2.90 g/100 g。为验证模型可靠性,按优化工艺进行3次平行发酵试验,实际测得总酸含量为2.95 g/100 g,与预测值仅相差0.05 g/100 g,说明模型重复性良好,基于响应面试验所得的优化工艺参数具备实际应用价值。
a-菌种添加量和复配菌种比例;b-发酵时间和复配菌种比例;c-发酵时间和菌种添加量
图7 各因素交互作用对乳酸菌发酵辣椒酱的响应面图
Fig.7 Response surface plots of the interactive effects of various factors on lactic acid bacteria - fermented chili sauce
2.4 电子鼻测试结果
2.4.1 主成分分析(principal component analysis,PCA)结果
为了评估短时间发酵辣椒酱与传统发酵辣椒酱之间风味物质的差异,采用电子鼻对发酵辣椒酱的挥发性风味物质进行分析,电子鼻作为新型电子感官,是风味分析较为直观的方法之一[17]。采用电子鼻分析未发酵辣椒酱(1#)、优化工艺发酵6 d辣椒酱(2#)、传统发酵辣椒酱(3#)的电子鼻PCA结果如图8-a所示,1#样品、2#样品、3#样品呈显著的聚类分离,无交叉重叠,表明电子鼻可有效区分不同发酵阶段的样品。这源于发酵过程中微生物代谢对挥发性风味物质的调控,未发酵样品(1#)风味组成单一,集中位于第三象限;2#和3#样品因发酵进程中风味物质的生成与转化,分别聚于第一象限和第四象限,且二者间也存在空间差异,体现发酵时间对风味的梯度影响,2#样品挥发性风味物质靠近传统发酵辣椒酱,但是与传统发酵辣椒酱的挥发性风味物质存在一定差距,后续研究需进一步探索短时间发酵工艺,以使产品风味与传统长期发酵辣椒酱达到一致。发酵辣椒酱电子鼻PCA第1主成分的贡献率为90.0%,第2主成分的贡献率为9.3%,2个主成分的累计贡献率为99.3%(>85%),说明这些主成分已捕获样品挥发性风味信息的绝大多数变异,该分析可为探究辣椒酱发酵风味演化、优化发酵工艺及品质调控提供可靠依据。
a-PCA得分图;b-香气雷达图
图8 不同样品的电子鼻PCA得分图和香气雷达图
Fig.8 PCA score plot and aroma radar plot of different samples
注:1#-发酵辣椒酱;2#-优化工艺发酵6 d辣椒酱;3#-传统发酵辣椒酱(下同)。
2.4.2 香气雷达图
香气雷达图(图8-b)直观呈现了未发酵辣椒酱(1#)、优化工艺发酵6 d辣椒酱(2#)和传统发酵辣椒酱(3#)在电子鼻各传感器(涵盖对烷烃、芳香烃、醇类、醛酮类、酯类等挥发性物质的响应)响应值的不同,说明其挥发性风味物质的组成及相对含量存在差异性。1#样品在部分传感器上呈现较高响应,这一结果可归因于其原始风味组分的贡献;2#和3#样品则在多类传感器上呈现不同的响应模式,体现发酵过程中微生物代谢(如乳酸菌、酵母菌的作用)促使醛酮、挥发性酸、酯类等风味物质发生合成与转化。张锦峰[18]的研究表明,通过发酵可调控代谢路径,促进辣椒中类胡萝卜素的稳定保留,同时合成酯类、醇类等特征风味物质。这种差异为解析辣椒酱发酵过程中风味的形成机制、筛选关键风味贡献物质及优化发酵工艺提供了可视化依据。
2.5 感官评价结果
图9显示,未发酵辣椒酱(1#)、优化工艺发酵6 d辣椒酱(2#)及传统发酵3个月辣椒酱(3#)在颜色、形态、气味、口感4项指标上具有差异,且评分趋势与电子鼻风味分析高度契合。1#样品感官评分总分为(73.3±2.5)分,2#样品总分达(81.7±2.3)分,3#样品总分达(82.6±2.5)分。2#样品的评分与3#样品非常接近,颜色均呈鲜亮深红色,无褐变,质地细腻无分层,发酵香气与辣椒清香协调,口感酸辣柔和无异味。说明通过复配菌种发酵后的辣椒酱与传统发酵辣椒酱风味较为接近,优化工艺发酵的辣椒酱实现了短周期对传统发酵产品的品质与风味升级。在牟中惠[19]的研究中也表明,未发酵辣椒制品因缺乏微生物代谢转化,不仅易出现质地松散、风味单调等问题,还可能因原料中固有刺激性物质未被降解而影响口感,而接种菌种发酵后,乳酸菌产酸可快速改善质地稳定性,酵母菌则辅助提升风味层次,使感官评分显著提升。
图9 不同样品的感官评价结果
Fig.9 Results of sensory evaluation of different samples
3 结论
本研究以辣椒酱为研究对象,系统探究了菌种类型、菌种复配比例、菌种添加量、发酵时间对发酵辣椒酱理化品质及风味特征的影响,并通过单因素结合响应面法优化乳酸菌发酵辣椒酱工艺,结合电子鼻技术分析风味差异,筛选出发酵效果比较好的副干酪乳酪杆菌CCFM1074、格氏乳杆菌LG-G12、植物乳植杆菌Lp-G18、瑞士乳杆菌RE-78进行复配发酵辣椒酱。通过响应面法优化,确定最佳发酵工艺为副干酪乳酪杆菌CCFM1074、格氏乳杆菌LG-G12、植物乳植杆菌Lp-G18、瑞士乳杆菌RE-78复合菌种复配比例为2∶2∶3∶1,菌种添加量0.076%,发酵时间6 d。此条件下制备的发酵辣椒酱总酸含量适宜、pH值稳定,风味特征鲜明,兼具发酵香气与辣椒特征风味。电子鼻PCA与香气雷达图验证了发酵工艺对风味的调控效果,未发酵样品、优化工艺发酵6 d样品与传统发酵样品的挥发性风味物质组成存在显著差异,聚类分离明显,且特征风味物质(如酯类、酸类、醇类)的相对含量随发酵条件变化呈现规律性演变,体现了乳酸菌代谢对风味形成的关键作用,感官评价结果进一步表明了优化工艺发酵的辣椒酱与传统发酵辣椒酱风味较为接近。本研究明确了发酵参数对辣椒酱品质的调控机制,建立的工艺优化方法及风味评价体系,可为发酵辣椒酱的工业化生产提供技术支撑,同时为乳酸菌在发酵果蔬制品中的应用提供理论参考,后续可进一步探究微生物群落演替与特征风味物质的相关性,为产品品质的精准调控提供更全面的依据。
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