发酵辣椒酱加工工艺及相关技术研究进展

王玥玮,李佳佳,赵蕾,郝惠阳,唐延东,王穆峰*,刘元*

(天津食品研究院有限公司,天津 300435)

摘 要: 发酵辣椒酱是在自然或人工控制的条件下利用微生物发酵辣椒,其富含各种有机酸、氨基酸态氮、挥发性风味物质等,香辣适口、酱香浓郁、风味独特。该文对发酵辣椒酱的辣椒原料品种及加工适应性、乳酸菌和酵母菌对产品品质及风味影响、发酵工艺技术、发酵机制原理、品质安全等方面进行介绍,以期对发酵辣椒酱的产品研究开发、科学生产加工提供参考,促进发酵辣椒酱行业持续健康、稳定发展。

关键词: 辣椒酱;发酵;加工;安全;研究

辣椒(Capsicum annuum L.)是重要的蔬菜作物,也是常用的调味品,目前已成为我国农业中非常重要的经济作物之一。辣椒中含有辣椒碱、蛋白质、维生素、矿物质等多种营养物质。作为传统的发酵食品,发酵辣椒酱融合了辣椒的辛辣与发酵的醇厚,营养丰富、香辣可口、风味浓郁[1-2]

发酵辣椒酱作为传统调味品在饮食上有着广泛的应用,深受消费者喜爱。近年来,随着人们生活水平的不断提高,消费者在追求美味的同时对于食品安全及营养健康方面的关注度也逐渐增加。目前发酵辣椒酱依然存在亚硝酸盐、食盐含量偏高及产品品质稳定性稍差等问题[3],本文对原料、发酵工艺、菌种选择、品质安全等方面进行综述,以期对发酵辣椒酱产品的科学加工及品质提升提供理论指导。

1 辣椒品种及加工适应性

辣椒在我国广泛种植,产地主要分布于贵州、新疆、河南、湖南、四川、云南等地区。不同品种的辣椒对发酵辣椒酱的品质及风味有很大影响。

彭粲等[4]以二荆条、美国红和千斤红中的一种或两种为原料自然发酵5 个月制备豆瓣酱,发现二荆条和美国红混配制备的豆瓣酱品质较佳。对湖南不同品种辣椒制备的剁辣椒产品研究发现,辣椒原料与发酵剁辣椒产品品质呈一定相关性,蛋白质、氨基酸态氮、总酸和原果胶含量较高的品种发酵后可形成丰富的挥发性风味物质,可作为加工制备剁辣椒的适宜品种[5]。郑容等[6]研究利用小米辣、二荆条发酵制作剁辣椒,通过监测发酵过程中pH 值、总糖、氨基酸态氮、有机酸等理化指标的变化,得出二荆条发酵剁辣椒产品的品质及风味优于小米辣。程晓齐[7]以陕西朝天椒(干辣椒)为原料,通过热烫预处理,选择植物乳杆菌 PC8 进行接种发酵,接种量3%,33 ℃发酵5 d 制备发酵辣椒酱,产品中特征性香气成分为壬酸、癸酸甲酯、2-甲基丁酸甲酯等,为产品提供了草本香气、坚果香气和成熟脂肪香气。程方方[8]以新疆辣椒为原料,利用菌株Y20和C27(1∶1,体积比)进行发酵,辣椒酱总酸含量为1.35 g/100 g,香味浓郁,酸辣味柔和,风味独特。

辣椒中辣椒素、蛋白质、维生素等物质含量均会对产品品质及风味产生影响,因此研究不同品种辣椒的营养品质、成分组成、发酵过程中感官及理化指标,了解辣椒的加工适应性,对于提升发酵辣椒酱产品品质、完善我国辣椒产业链具有重要意义。此外,不同品种辣椒中的营养成分及其含量的差异会影响微生物生长,从而影响发酵辣椒酱的营养成分和特殊风味物质。因此,可针对不同品种辣椒发酵的辣椒酱中的微生物多样化开展更深入的研究。

2 乳酸菌及酵母菌在发酵辣椒酱中的应用

不同微生物具有不同的代谢途径和产物,微生物的相对丰度及其相互作用决定了最终发酵食品的品质及风味[9]。Xu 等[10]利用高通量测序法及气相色谱-质谱联用技术对辣椒在发酵过程中微生物和挥发性代谢物的变化进行监测,结果显示乳酸菌和酵母菌对产品中的特殊风味物质形成起到关键作用。

2.1 乳酸菌在发酵辣椒中的应用

乳酸菌发酵是一种相对天然的加工方式,与化学或物理改性方法相比更安全。利用乳酸菌发酵辣椒酱,可产生醇类和萜烯类等[11],不仅可以保证产品风味、缩短发酵周期,而且可以延长保质期、提升产品品质。Medeiros 等[12]从自然发酵的辣椒产品中分离出3 株乳酸菌:短乳杆菌P. 16564、短乳杆菌P. 36564 和罗氏乳杆菌P. 26562,研究结果显示,3 株乳酸菌具有益生潜力,经16S rRNA 基因扩增鉴定,所有菌株经模拟胃液和胰液处理后均表现出明显的活力,且对大肠杆菌和沙门氏菌表现出抗菌活性,可用于发酵辣椒或其他食品的制备。López-Salas 等[13]研究了不同分离来源的植物乳杆菌在哈巴尼罗辣椒发酵过程中的差异,研究表明,野生菌株WIL 发酵的特征挥发物为2,3 -丁二酮,商品化菌株COM 发酵的特征挥发物为柠檬烯、顺-3 -己烯基己酸酯和1 -己醇。史婷等[14]研究利用混合菌(发酵乳杆菌+嗜酸乳杆菌+植物乳杆菌)发酵盐度6% 坯辣椒,32 ℃发酵15 d,所得剁辣椒产品的总酸、可溶性蛋白、可溶性固形物及总酚含量较自然发酵和双菌发酵的剁辣椒均显著增加,通过顶空固相微萃取气相色谱质谱联用技术鉴定出发酵剁辣椒中共有71 种9 类挥发性风味成分(volatile organic compounds,VOC),包括酯类、醇类、酚类、烯类、酸类、酮类、醛类等,给剁辣椒产品提供了独特的白兰地酒香、果香、木香等香气,明显改善产品风味。王新惠等[15]研究植物乳杆菌对辣椒酱品质的影响,结果表明植物乳杆菌试验组总酸含量比对照组高5.22%,发酵环境中的pH 值降低迅速,且试验组亚硝酸盐含量较对照组降低了15.36%,进一步证明添加植物乳杆菌可使发酵辣酱风味更好、安全性更高。高逸等[16]分离出乳酸菌CICC 6282,研究其生物学特性及发酵特性,结果表明该菌为耐乙醇片球菌,具有耐酸耐盐的特性,接种菌株CICC 6282 的发酵辣椒总酸含量高于自然发酵辣椒,亚硝酸盐含量和生物胺总量降低,菌株CICC 6282 可有效提高发酵辣酱产品的安全性。

乳酸菌作为发酵剂,可提高辣椒酱产品营养价值、改善其风味和质地、降低亚硝酸盐含量、提升发酵效率。随着科研技术的不断进步,越来越多的乳酸菌菌株通过分离、鉴定被筛选出来,其耐盐耐酸能力、产酸速率、亚硝酸盐降解能力、抑菌活性等方面的特性研究,为改善发酵辣椒酱香气[17]、优化品质及安全性提供参考。

2.2 酵母菌在发酵辣椒中的应用

在乳酸菌发酵过程中,乳酸菌的代谢产物——半乳糖能够促进酵母菌的生长,酵母菌也可以为乳酸菌提供生长所需的营养因子,形成互利共生的关系。因此,酵母菌也被广泛地应用于发酵食品中,酵母菌可产生醇类和酯类风味物质,在制备发酵辣椒酱产品时,添加酵母菌可提高产品风味和改善发酵品质。

Lu 等[18]对埃切假丝酵母(Condida etchellsii)在盐胁迫下的生理特性、产酯能力和基因表达进行了研究,结果表明该菌株诱导产生多种调控用来抵御高盐胁迫。在盐胁迫下,C. etchellsii 会积累胞内甘油、Na+和K+来平衡渗透压。该菌株在5%和20% NaCl 处理后,无论是在酯化还是醇解体系中,均表现出较强的产己酸乙酯和乙酸己酯的能力。Liu 等[19]采用宏基因组测序技术分析发酵过程中微生物组成、功能及其与风味物质形成的相关性,特别是通过接种不同阶段的原位微生物组进行体外辣椒酱发酵,以确认关键微生物的功能性。结果表明,参与辣椒酱发酵的原代细菌包括泛菌、乳酸杆菌、乳球菌、明串珠菌、魏斯氏菌、小球菌,原代真菌包括结合酵母、毕赤酵母、啤酒酵母、德巴利酵母。乳酸杆菌、小球菌、魏斯氏菌和毕赤酵母在辣椒酱发酵过程中与多种有机酸和风味物质的形成具有较高相关性,是风味物质产生的核心微生物。唐鑫等[20]用乳酸克鲁维酵母和植物乳杆菌中的任意一种或两种组合制备发酵辣椒制品,经检测发现各组之间挥发性风味物质种类差异显著,有24 种化合物的产生与乳酸克鲁维酵母和植物乳杆菌有关。经分析,大多挥发性化合物与植物乳杆菌呈负相关性,因此乳酸克鲁维酵母是发酵辣椒产品中风味物质形成的关键,添加乳酸克鲁维酵母可有效提升发酵辣椒的感官品质。颜宇鸽[21]研究毕赤酵母、美极梅奇酵母、热带假丝酵母、葡萄汁有孢汉逊酵母与植物乳植杆菌 XZ3 混合发酵牛角椒制备发酵辣椒产品,结果显示,美极梅奇酵母+植物乳植杆菌、热带假丝酵母+植物乳植杆菌混合发酵辣椒酱中酯类含量高于植物乳酸菌发酵辣椒酱。其中热带假丝酵母+植物乳植杆菌组合菌发酵效果相对较好,在发酵的过程中醇类、酯类、酮类物质逐渐增多,形成发酵辣椒酱的风味物质,具有独特的花香及果香。Xiao 等[22]研究发现,接种毕赤酵母可加快辣椒的发酵过程,且主要通过与氨基酸相关的代谢途径释放产生芳樟醇、苯乙醇、4-乙基愈创木酚和 2-甲氧基-4-甲基苯酚等特征风味物质影响发酵辣椒的风味。

乳酸菌与酵母菌在发酵辣酱中产生的挥发性香气物质及其发挥的作用见表1。

表1 乳酸菌及酵母菌在发酵辣椒酱中产生的挥发性香气物质及其发挥的作用
Table 1 Volatile aroma substances produced by lactic acid bacteria and yeast in the fermented chili sauce and their functions

菌种植物乳杆菌发酵乳杆菌毕赤酵母发酵乳杆菌+嗜酸乳杆菌+植物乳杆菌植物乳杆菌+乳酸克鲁维酵母植物乳植杆菌+热带假丝酵母植物乳杆菌+季也蒙迈耶氏酵母植物乳杆菌+双孢合子酵母+矮小假丝酵母嗜盐四芽球菌+鲁氏接合酵母+多面假丝酵母挥发性风味成分醛类、烃类、酯类等醇类、酯类、烯烃类等醇类、酚类、酯类等酯类、醇类、酚类等酯类、醇类、酸类等酯类、醇类、酮类酯类、酸类、醇类等酸类、醇类等醇类、酯类等主要香气花果香、木香等白兰地酒香、花果香等柑橘香、花香等白兰地酒香、果香、木香等甜香、玫瑰香等花果香乳酸香、花果香等果香、铃兰香花果香主要作用降解亚硝酸盐增强产酸能力加速发酵过程、降低亚硝酸盐含量增强产酸能力、提高产品可溶性蛋白含量抑制有害微生物生长,增加产品维生素C 含量增加产品总酚、总黄酮含量增加产品总酸、有机酸、氨基酸态氮含量,抑制杂菌生长有利于关键香气成分的形成降低还原糖、氨基酸氮含量,增加紫罗酮含量文献[23][24][22][14][20][21][25][26][27]

随着研究的深入,发酵辣椒酱的制备已经从利用新鲜辣椒表面的天然微生物进行自然发酵发展到筛选适合辣椒发酵的优良菌种进行单菌或多菌混合发酵。与单菌发酵相比,乳酸菌和酵母菌共同培养发酵能产生更为丰富的菌群代谢产物,酵母菌可有效利用乳酸发酵过程中产生的有机酸作为产酯的前体物质,可以产生更加丰富的挥发性风味物质,在改善发酵辣椒酱品质及风味方面存在显著优势。根据发酵辣酱产品特点,复合菌种的筛选、配比、发酵条件及其相互作用机制都有待进一步深入研究。

3 发酵工艺

我国传统发酵辣椒酱的制作工艺一般采用食盐腌制且盐度较高(18%~27%),利用环境中天然菌群进行发酵,发酵周期长,产品品质参差不齐。近年来人们对发酵辣椒酱的研究逐步加深,主要发酵工艺为辣椒→筛选去蒂→清洗晾干→切碎→添加食用盐、大蒜等辅料→筛选菌种发酵→巴氏灭菌→辣椒酱成品。目前,辣椒酱制作工艺的提升和改进主要集中在新型辅料添加、复合菌种筛选配比、发酵条件优化等方面。

3.1 新型辅料添加

研究表明,在传统辣椒酱制作工艺的基础上,添加苦藠、木姜子能够在一定程度上使pH 值降低缓慢,总酸含量减少。在风味方面产生中硫及硫醚类、烷烃及烯烃类、醇类、醛类等18 种挥发性物质成分,其中2-(叠氮甲基)-1,3,3-三甲基环己烯、(-)-4-萜品醇为两种特有的风味物质,形成产品独特的香气和风味,并且可控制发酵辣椒酱中亚硝酸盐的生成[2,28]。添加铁皮石斛对发酵辣椒酱的活性成分和挥发性风味物质的产生均有一定的影响。经测定添加铁皮石斛可明显增加发酵辣椒酱中多糖、黄酮类、酚类和石斛碱等天然活性成分的含量,并且能够使发酵辣椒酱的感官风味层次更为丰富,具有独特的花果、草本植物芳香风味,关键物质为肉豆蔻酸乙酯、棕榈酸乙酯、十五酸乙酯、月桂酸乙酯、亚油酸乙酯、β-月桂烯、α-法呢烯、橙花醇、异香叶醇、桉叶油、橙花醛[29]。骆扬等[30]以小米辣为原料,添加白酒、生姜、大蒜等,室温发酵18 d,再额外辅以海带、虾皮、花生、香菇,经调配制作出的辣椒酱酱体形态均匀不分层,香气与滋味浓郁。

3.2 复合菌种筛选配比及发酵条件优化

颜宇鸽[21]优化的发酵工艺为热带假丝酵母∶植物乳植杆菌XZ3= 1∶1(体积比)、添加量2%、食盐添加量3%、发酵4 d。优化后总酚、总黄酮的增长率为25%、13%,醇、醛类物质转变为酯类、醇类、酮类物质,赋予辣椒酱独特的果香、花香,成为特征风味物质。贺子玉等[25]选用植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)与季也蒙迈耶氏酵母(Meyerozyma guilliermondii)1∶1(体积比)混合进行低盐(盐度8%)发酵,结果表明,混菌发酵辣椒酱中总酸、有机酸、氨基酸态氮等含量与自然发酵对照组相比显著增加,其挥发性风味物质有92 种,其中乙酸己酯、乳酸、苯乙醇、乙酸、芳樟醇、正己醛、十一醛等是主要的特征风味物质,使发酵辣椒酱呈现出特殊的甜果香和花香。

辣椒酱作为深受消费者喜爱的调味品,其工艺技术也随着消费者的需求不断提升,关键技术点主要为菌种(乳酸菌、酵母菌)筛选、菌种混合比例及接种量、盐度、辅料添加量、发酵时间等。研究者通过考察辣椒酱感官品质、特征风味物质富集、亚硝酸盐和生物胺等有害物质含量开展关键技术参数的深入研究,在风味品质提升、低盐低硝、延长保质期等方面不断创新改进。为了更好地提升产品品质,可根据所需产品特点定向筛选新的菌种,并优化其发酵条件,深入研究发酵机制,为发酵辣椒酱产业链不断延伸提供数据支持。

4 新技术在发酵辣椒酱中的应用

随着科技的发展,有学者利用代谢组学、基因组学、风味组学等研究发酵辣椒酱的发酵机制、微生物对风味物质的影响等,也为发酵辣椒酱品质提升提供了数据支持。

Zhang 等[31]利用宏基因组测序和生物信息学分析的方法,对自然发酵过程中使用不同卤水和容器生产的发酵辣椒的核心菌群及其可能的代谢途径进行了比较分析。结果表明,卤水主要影响真菌组成、丰度、微生物多样性和功能,且陈年卤水中含有的微生物数量更多,稳定性更强,容器主要影响细菌组成和丰度。Liu 等[32]利用风味组学和宏基因组学探讨了不同发酵年限的发酵辣椒风味、挥发性香气和微生物群落的变化及其相互关系。结果表明,辣椒发酵过程中有机酸含量逐渐增加,游离氨基酸和辣椒素在发酵1 年后趋于稳定。发酵2 年和4 年的辣椒酱具有更多的差异挥发物,气味活性值大,风味更佳。植物乳杆菌和鲁氏接合酵母为优势细菌和真菌。Li 等[33]通过分析扩增子序列数据,发现低盐发酵红辣椒酱中促生乳杆菌属、伴生乳杆菌属和假丝酵母菌属为核心优势菌属。通过高效液相色谱法、顶空固相微萃取气质联用技术和超高效液相色谱-质谱联用分别鉴定出18 种挥发性风味物质和40 种非挥发性风味物质。结合代谢组学和宏基因组学数据分析结果表明,各种氨基酸的代谢是风味物质形成的主要途径,伴生乳杆菌属和假丝酵母菌属为风味物质形成的核心菌属。

以上研究为了解微生物如何影响发酵辣椒酱的发酵进程及风味特征提供了新的视角,通过新技术可对发酵过程中微生物代谢途径有更深入的探究,筛选出优势菌种为进一步定向调控产品风味及品质提供技术支持。

5 发酵辣椒酱的品质安全

近年来,不论是国家对于食品安全的重视,还是广大消费者对于食品安全关注度的提高,都对加工食品的食品安全提出了更高的要求,且随着人们对于健康饮食、绿色饮食的需求逐渐增加,发酵辣椒酱作为一种广受欢迎的调味品,其品质安全与人体健康密切相关[34]。传统发酵辣椒酱由于自然发酵过程中微生物的复杂多样使产品品质不稳定,甚至存在亚硝酸盐、生物胺等有害物质超标的风险。为满足消费者对产品风味及品质安全方面的要求,其生产技术水平不断发展提升。

陈蓉等[35]在添加传统原辅料的基础上,额外添加米酒、酵素、香辛料等,在低盐条件下发酵3 个月,经检测该工艺发酵的辣椒酱含有氨基酸态氮、超氧化物歧化酶、谷氨酸、天门冬氨酸、亚油酸乙酯、亚麻酸乙酯等对人体有益的物质,同时可控制亚硝酸盐、黄曲霉毒素B1 的产生及大肠菌群、霉菌、致病菌的生长。武亚婷[23]采用Illumina Mise 高通量测试技术从新疆5 个地区的自然发酵辣椒酱中筛选出3 株耐盐植物乳杆菌,利用耐盐乳酸菌SS、 降亚硝酸盐乳酸菌C27、产香酵母菌克鲁复配(2∶1∶1,体积比)发酵辣椒酱能显著缩短发酵周期、提高氨基肽氮和必需氨基酸含量、降低食盐和亚硝酸盐含量,产生的挥发性风味物质种类也更加丰富,含有1-苊酮、2-甲基二六烷、异丁酸己酯、丁酸己酯等,复配菌发酵辣椒酱风味较好,营养价值高。卿煜维[36]从65 个发酵辣酱样品中分离出6 个可高效降解亚硝酸盐的乳酸菌,经鉴定分别为植物乳杆菌 H3D、戊糖乳杆菌 L13-13 和 X14-1、德氏乳杆菌 X14-7、短乳杆菌 Z1-6、干酪乳杆菌YY-6。通过降亚硝酸盐乳酸菌益生特性与安全评价及乳酸菌体外降解亚硝酸盐能力试验,判定德氏乳杆菌 X14-7 表现优异,继续开展德氏乳杆菌 X14-7 降解亚硝酸盐关键基因分析试验,结果表明,铜氧还原蛋白基因(LDB_RS02850)、铁硫簇生物合成蛋白基因(LDB_RS09345)与假定蛋白基因(LDB_RS09345)可能为德氏乳杆菌亚硝酸盐酶降解关键基因。李亚平[37]从发酵食品中分离筛选出两株对黄曲霉有抑制作用的菌株,抑制率达50% 以上,经鉴定为解淀粉芽孢杆菌和贝莱斯芽孢杆菌。结合前期研究选取贝莱斯芽孢杆菌开展其抗菌活性物质研究,发现贝莱斯芽孢杆菌发酵液中脂肽类物质能减少黄曲霉孢子的产生。确定该菌株降解黄曲霉毒素B1 的优化条件为NB 培养基、葡萄糖添加量为2%、pH7.0、菌种接种量为5%、30.5 ℃条件下培养2.6 d,测定黄曲霉毒素B1 的降解率可达到80% 以上。利用贝莱斯芽孢杆菌发酵辣椒酱,产品酱香味浓郁,辛辣味道有所减弱,与对照组相比发酵辣酱中总酸及氨基酸态氮的含量升高,总糖含量降低,可有效防治霉毒素B1 的污染。

发酵辣酱制作工艺相对复杂,发酵过程容易受到污染或产生有害物质,对消费者健康造成危害,进一步研究发酵辣椒酱中霉菌、致病菌、亚硝酸盐等危害物质产生的原因,筛选能降解或抑制有害物质产生的菌株并探究其机理,为发酵辣椒酱品质安全提供试验基础。

6 结语

发酵辣椒酱品种丰富,营养美味,深受消费者的青睐,随着食品工业的不断发展,发酵辣椒酱已逐步从传统自然发酵生产模式向绿色、智能的制造技术升级模式转变,同时对发酵过程的控制及标准化生产提出更高的要求。随着发酵产业的不断发展,技术不断升级和对生产管理的规范,对辣椒品种、菌种筛选、加工技术、安全评价等开展深入探究,我国发酵辣椒酱行业将持续健康、稳定发展,生产出风味独特、天然健康、安全营养的产品,在国际市场中具有广阔的发展前景。

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Research Progress on Processing Technology of Fermented Chili Sauce

WANG Yuewei, LI Jiajia, ZHAO Lei, HAO Huiyang, TANG Yandong, WANG Mufeng*, LIU Yuan*

(Tianjin Food Research Institute Co., Ltd., Tianjin 300435, China)

Abstract: Under natural or artificial control, microorganisms are used to ferment chili peppers to produce various organic acids, amino acid nitrogen, volatile flavor substances, etc., which is spicy, rich in flavor and unique in flavor. Raw material varieties and processing adaptability of fermented chili sauce, effects of lactic acid bacteria and yeast on product quality and flavor, fermentation technology, fermentation mechanism principle, safety, etc. were introduced, in order to provide theoretical basis for research and development, scientific production and processing of fermented hot sauce products, and produce products with unique flavor,natural health, safety and nutrition. To promote the sustained, healthy and stable development of the fermented hot sauce industry.

Key words:chili sauce; fermentation; processing; safety; research

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2025.07.027

引文格式:

王玥玮,李佳佳,赵蕾,等. 发酵辣椒酱加工工艺及相关技术研究进展[J]. 食品研究与开发,2025,46(7):210-215.

WANG Yuewei, LI Jiajia, ZHAO Lei, et al. Research Progress on Processing Technology of Fermented Chili Sauce[J]. Food Research and Development,2025,46(7):210-215.

基金项目:天津市科技计划项目(22YFFCYS00010)

作者简介:王玥玮(1985—),女(汉),高级工程师,硕士研究生,研究方向:食品营养与食品加工。

*通信作者:王穆峰(1969—),高级畜牧师,硕士研究生,研究方向:食品加工与安全管理;刘元(1979—),高级工程师,硕士研究生,研究方向:食品科学。

加工编辑:张昱

收稿日期:2024-09-13