唐 鑫，夏延斌,*，吳 燦

辣椒汁發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性成分的變化

唐 鑫1,2，夏延斌1,2,*，吳 燦1

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.國(guó)家蔬菜加工技術(shù)研發(fā)分中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

為研究未經(jīng)發(fā)酵辣椒汁與不同發(fā)酵時(shí)間辣椒汁的揮發(fā)性成分，并探究發(fā)酵前后揮發(fā)性成分的變化，采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的方法對(duì)辣椒汁發(fā)酵期間揮發(fā)性成分進(jìn)行鑒定，探討時(shí)間對(duì)辣椒汁發(fā)酵風(fēng)味的影響。結(jié)果表明：在辣椒汁發(fā)酵期間，共鑒定出106 種揮發(fā)性成分，主要包括酯類（28 種）、酸類（13 種）、醇類（8 種）、烯烴類（34 種）、烷烴類（12 種）、醛類（5 種）、酮類（3 種）等，它們的協(xié)同作用構(gòu)成了辣椒汁及其發(fā)酵液的特征氣味。其中在辣椒原汁、發(fā)酵1、2、3 d的辣椒汁中分別鑒定出成分65、78、83、86 種，共有的成分53 種。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，酯類、烯烴類化合物相對(duì)含量有所增加，并新增萜類化合物，揮發(fā)性成分種類均有增加。發(fā)酵時(shí)間3 d的辣椒汁風(fēng)味最佳，發(fā)酵能使辣椒汁產(chǎn)生獨(dú)特的風(fēng)味，使其具有很好的應(yīng)用前景。

發(fā)酵辣椒汁；揮發(fā)性成分；固相微萃?。粴庀嗌V-質(zhì)譜法

辣椒（Capsicum annuum）屬茄科，是一種深受人們喜愛(ài)，味辛香，性溫?zé)?，有刺激性的蔬菜，其含有豐富的VC，在蔬菜中居第一位，另外還含有比較豐富的鋅、VA、VB、鐵、鈣、鉀以及15 種人體所需要的氨基酸[1-2]。除此之外，辣椒還具有健胃消食、促進(jìn)血液循環(huán)等作用[3]。

我國(guó)有著豐富的辣椒資源，擁有著廣大的消費(fèi)群體和辣椒加工企業(yè)。其中，很多的辣椒企業(yè)利用鹽漬辣椒再深加工，但辣椒在鹽漬過(guò)程中會(huì)滲出大量的辣椒細(xì)胞組織液浸出汁[4]，即辣椒汁，其中含鹽23%，含辣椒溶出物8%。目前，大多數(shù)辣椒加工企業(yè)都沒(méi)有利用這種辣椒汁，而是作為廢水排放。湖南以該種方式加工的辣椒每年有10萬(wàn) t以上，辣椒汁流失達(dá)800多噸，不僅辣椒中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，而且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。經(jīng)初步研究發(fā)現(xiàn)，該鹽漬浸出汁中含有豐富的能夠提供微生物生長(zhǎng)代謝所需的營(yíng)養(yǎng)成分，并且其感官上有豐富且濃厚的辣椒香氣[5]。為了能夠充分地利用這些副產(chǎn)物，將其加工為發(fā)酵辣椒香精，本研究利用植物乳桿菌和酵母菌對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵，獲得了風(fēng)味良好的濃縮發(fā)酵液，為進(jìn)一步了解風(fēng)味品質(zhì)和發(fā)酵時(shí)間的關(guān)系，對(duì)揮發(fā)性成分隨時(shí)間的變化開(kāi)展了研究。

目前，食品香氣成分分析應(yīng)用最廣泛的技術(shù)是頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（headspace solid-phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry，HSSPME-GC-MS）聯(lián)用法，固相微萃取法過(guò)程簡(jiǎn)單、方便快捷[6]，并且還是集采樣、萃取、濃縮及進(jìn)樣于一體的[7-8]。本研究采用HS-SPME-GC-MS對(duì)辣椒鹽坯浸出汁接種植物乳桿菌和酵母菌混合發(fā)酵過(guò)程中的香氣成分進(jìn)行分析比較，旨在為辣椒汁的廢物利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

辣椒汁（鹽漬紅線椒汁），取于長(zhǎng)沙壇壇鄉(xiāng)調(diào)料食品有限公司剁辣椒鹽坯細(xì)胞組織液浸出汁（加入30%食鹽的紅線椒剁辣椒鹽漬后浸出的辣椒汁）；植物乳桿菌（L. plantarum P1），由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保藏；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司；MRS培養(yǎng)基 廣東環(huán)凱微生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

固相微萃取裝置（手動(dòng)SPME進(jìn)樣器、100 μm PDMS萃取頭、15 mL頂空瓶） 美國(guó)Supelco公司；QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司；GL-3520磁力攪拌器 海門市其林貝爾儀器制造有限公司；GZ-250-S恒溫培養(yǎng)箱 韶關(guān)市廣智科技設(shè)備發(fā)展有限公司；TP-213電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌種活化與發(fā)酵劑制備

取1 g高活性干酵母于100 mL 38～40 ℃含2%葡萄糖溶液中，使之溶解，保持該溫度15min，再將其轉(zhuǎn)移到30～32 ℃條件下培養(yǎng)2 h后，檢測(cè)活菌數(shù)達(dá)到1010，方可作為發(fā)酵劑備用。

250 mL錐形瓶中裝入50mL MRS液體培養(yǎng)基，接種3 環(huán)生長(zhǎng)良好的斜面植物乳桿菌，35 ℃培養(yǎng)24 h，重復(fù)2～3 次將菌種活化。250 mL錐形瓶中裝50 mL植物乳桿菌辣椒鹽坯浸出汁培養(yǎng)基[9]，接入1 mL已活化菌液，35 ℃培養(yǎng)21 h，檢測(cè)活菌數(shù)達(dá)到1010，方可作為發(fā)酵劑備用。

1.3.2 發(fā)酵辣椒汁的制備

表1 辣椒汁基本理化指標(biāo)Table 1 Physical and chemical indicators of hot pepper juice

將辣椒鹽坯滲出汁直接加熱蒸發(fā)濃縮至原體積的20%，靜置冷卻以除去底部冷析出來(lái)的食鹽。再加入蒸餾水使辣椒濃縮汁與水的體積比為1∶1.5，備用。以該處理好的辣椒汁為發(fā)酵基質(zhì)（添加量以該體積計(jì)，基本指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表1），加入12%麥芽糖，接種已制備的復(fù)合發(fā)酵劑，總接種量為3%，其中植物乳桿菌∶酵母菌=2∶1，靜置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵。分別取辣椒原汁、發(fā)酵1、2、3 d的辣椒汁進(jìn)行頂空固相微萃取，分析其揮發(fā)性成分。

1.3.3 揮發(fā)性成分的提取及鑒定

1.3.3.1 萃取頭老化

首次使用固相微萃取頭時(shí)，必須老化至無(wú)雜峰。將100 μm PDMS萃取頭，于氣相色譜進(jìn)樣口老化，老化溫度270 ℃，老化時(shí)間30 min。

1.3.3.2 揮發(fā)性風(fēng)味成分的提取[4]

吸取5 mL的辣椒汁于頂空瓶中，密封好后置于磁力攪拌器上，在60 ℃條件下恒溫10 min，將萃取頭插入樣品瓶中，推出纖維頭使其位于液面之上保持1.5 cm，頂空于60 ℃吸附30 min，攪拌速率為900 r/min。然后將萃取頭插入氣相色譜儀進(jìn)樣口，250 ℃解吸5 min，在拔出萃取頭時(shí)抽回纖維頭，并啟動(dòng)儀器采集數(shù)據(jù)。

1.3.4 揮發(fā)性風(fēng)味成分的鑒定方法

1.3.4.1 儀器分析條件[10]

氣相色譜條件：色譜柱為DB-5MS彈性石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣為高純（99.999%）氦氣，流速1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度250 ℃；不分流進(jìn)樣；程序升溫，柱溫50 ℃，保持1 min，以8 ℃/min升溫至290 ℃，保持2 min。

質(zhì)譜條件：離子源溫度200 ℃；接口溫度220 ℃；電離方式電離電離；電子能量70 eV；燈絲電流150 μA；質(zhì)核比掃描范圍45～500 m/z。

1.3.4.2 定性定量方法

質(zhì)譜圖采用NIST 08和Wiley 09數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，人工譜圖解析，再結(jié)合保留時(shí)間等參數(shù)分別對(duì)各峰進(jìn)行確認(rèn)和分析檢測(cè)。本實(shí)驗(yàn)對(duì)譜庫(kù)中化合物相似度低于80的組分標(biāo)為未檢出。采用峰面積歸一化法進(jìn)行定量分析，得出各化學(xué)成分在發(fā)酵辣椒汁揮發(fā)性風(fēng)味成分中的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同發(fā)酵時(shí)間辣椒汁揮發(fā)性成分總離子流圖

采用HS-SPME-GC-MS法對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，得到辣椒原汁、發(fā)酵1 d、發(fā)酵2 d、發(fā)酵3 d的辣椒汁的GC-MS總離子流圖，如圖1所示。

圖1 辣椒原汁與辣椒汁發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性成分GC-MS總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion current chromatograms of volatile compounds of hot pepper juice and fermented hot pepper juice for 1, 2 and 3 days

2.2 不同發(fā)酵時(shí)間辣椒汁揮發(fā)性成分分析

表2 辣椒汁發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性成分GC-MS分析結(jié)果Table 2 Changes in volatile compounds of hot pepper juice during fermentation

續(xù)表2

續(xù)表2

各組分經(jīng)計(jì)算機(jī)譜庫(kù)檢索及資料分析，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。由表2可知，辣椒汁在發(fā)酵過(guò)程中共檢出的揮發(fā)性成分103 種，其中共有的揮發(fā)性成分53 種，主要有醛類、酸類、醇類、酯類、烷烴類、烯烴類、酮類等化合物。

辣椒汁經(jīng)發(fā)酵后揮發(fā)性成分的變化如圖2所示，其中揮發(fā)性成分的種類明顯增加（圖2a），各揮發(fā)性成分的相對(duì)含量也隨著發(fā)酵的進(jìn)行發(fā)生變化（圖2b）。從辣椒原汁、發(fā)酵1 d、發(fā)酵2 d和發(fā)酵3 d的辣椒汁中分別檢出65、78、83、86 種成分。

圖2 不同發(fā)酵時(shí)間揮發(fā)性成分化合物個(gè)數(shù)（a）和相對(duì)含量（b）的變化Fig.2 Changes in the kinds (a) and relative contents (b) of volatile components in hot pepper juice during fermentation

2.3 不同發(fā)酵時(shí)間辣椒汁揮發(fā)性成分變化

2.3.1 醇類化合物

醇類化合物在發(fā)酵期間的相對(duì)含量變化不大。其中在酵母菌的作用下在發(fā)酵初期產(chǎn)生乙醇，并隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，乙醇的相對(duì)含量有所增加，使發(fā)酵辣椒汁具有酒樣香氣。另外，金合歡醇、芳樟醇、橙花醇、α-松油醇等萜醇類化合物是檢出的醇類化合物中相對(duì)含量最高的一類。α-松油醇在4 個(gè)樣品中都有存在，相對(duì)含量分別為2.54%、1.53%、1.31%、1.18%，發(fā)酵過(guò)程中含量逐漸降低。

2.3.2 酸類化合物

對(duì)于發(fā)酵食品而言，酸類化合物不僅能給食品的風(fēng)味賦予酸味，同時(shí)還能提供香氣。在植物乳桿菌的作用下，發(fā)酵1、2、3 d的辣椒汁中酸類化合物的相對(duì)含量分別為16.81%、21.96%、22.41%，相對(duì)含量有所升高，這可能與隨著發(fā)酵的進(jìn)行乳酸菌不斷產(chǎn)酸有關(guān)。

2.3.3 烴類化合物

本實(shí)驗(yàn)所檢出的烴類化合物包括烷烴類化合物和烯烴類化合物。其中烷烴類化合物共檢出12 種，共有的為7 種且相對(duì)含量變化不大。烯烴類化合物共檢出34 種，是所有物質(zhì)中種類最多的一類，在辣椒原汁、發(fā)酵1、2、3 d的辣椒汁中分別檢出19、20、22、25 種，相對(duì)含量分別為12.21%、13.85%、14.83%、19.77%，都呈遞增的趨勢(shì)。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，新增的L-檸檬烯、（＋）-長(zhǎng)葉環(huán)烯、β-花柏烯、（＋）-香橙烯、α-紫惠槐烯、β-石竹烯、角鯊烯等萜烯類化合物，呈現(xiàn)特殊的果香和花香。

2.3.4 酯類化合物

本實(shí)驗(yàn)共檢出28 種酯類化合物，且在經(jīng)過(guò)發(fā)酵后酯類化合物成為所有物質(zhì)中相對(duì)含量最高的一類，說(shuō)明在酵母菌和植物乳桿菌的共同作用下對(duì)酯類化合物的生成有一定的促進(jìn)作用。在辣椒原汁、發(fā)酵1 、2、3 d的辣椒汁中酯類化合物分別檢出13、20、25、26 種，相對(duì)含量分別為10.71%、27.61%、38.41%、35.25%，說(shuō)明通過(guò)發(fā)酵可以使辣椒汁產(chǎn)生濃郁的香氣。

2.3.5 醛酮類化合物

此次檢出的醛類物質(zhì)共5 種，相對(duì)含量分別為3.25%、3.98%、4.75%、5.30%，相對(duì)含量增加不多。此次檢出的3種酮類化合物，包括香葉基丙酮、β-大馬士酮、紫羅蘭酮都為4 個(gè)樣品中共有的，且相對(duì)含量基本保持不變，可能是由于發(fā)酵對(duì)酮類化合物的影響并不大。

2.3.6 其他類化合物

辣椒汁中共檢出3 種其他類化合物，為2-甲氧基-3-異丁基吡嗪、2,3-二氫苯并呋喃和正辛醚。經(jīng)過(guò)發(fā)酵后正辛醚消失，只剩下2-甲氧基-3-異丁基吡嗪、2,3-二氫苯并呋喃，且發(fā)酵1、2、3 d這兩種物質(zhì)的相對(duì)含量分別為0.29%、0.33%、0.28%，基本未發(fā)生改變。

3 討 論

萜醇類香料大多屬花香、青果和蜜香香氣[11]，賦予發(fā)酵辣椒香氣作用較大。如橙花醇有令人愉快的玫瑰和橙花的香氣[12]，芳樟醇具有花香、木香、柑橘香、漿果香、玫瑰香，金合歡醇賦予清香和花香等柔和的氣味[13]，α-松油醇具有紫丁香香氣并具有辛辣味，可能來(lái)源于新鮮辣椒，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)含量逐漸降低，可能會(huì)改善樣品的辛辣味。烷烴類化合物香氣一般比較弱，香氣閾值較高，賦予產(chǎn)品的香氣作用較小[14]，在空氣中也易于氧化變質(zhì)[15]，故并不將此類化合物作為辣椒中的主要呈味物質(zhì)。烯烴類化合物閾值較低，加熱可以促進(jìn)揮發(fā)，是辣椒中的主要呈味物質(zhì)[16]，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，萜烯類化合物種類有所增加，呈現(xiàn)果香和花香，使辣椒汁經(jīng)過(guò)發(fā)酵后香氣成分種類更加豐富，香味更加濃郁。酯類化合物賦予發(fā)酵辣椒汁的香氣十分重要，因?yàn)樵诎l(fā)酵過(guò)程中，酯化反應(yīng)是主要反應(yīng)之一。酯類化合物氣味濃郁，香氣持久，低分子質(zhì)量的酯類一般具有芳香氣味或特定水果香味[17]。在發(fā)酵過(guò)程中生成的壬酸乙酯具有果香和帶玫瑰香氣的酒香，癸酸乙酯具有葡萄酒香氣，肉豆蔻酸甲酯具類似蜂蜜和鳶尾樣的香氣，十二烷基異戊酯呈微弱油香和脂香等酯類化合物，都是制作香精香料必不可少的成分[15]。醛類化合物的香氣濃烈，多為果香及花香，因?yàn)樗鼈兏杏X(jué)閾值較低，賦予香氣能力較強(qiáng)。其中桃醛具有強(qiáng)烈的桃香和果香香氣[18]，月桂醛具有類似紫羅蘭等果香型香氣，硬脂醛具有椰子和杏仁味香氣。酮類化合物具有性質(zhì)穩(wěn)定，香味優(yōu)異持久等特點(diǎn)[19]，一般貢獻(xiàn)花香和果香風(fēng)味，通常隨著碳鏈的增長(zhǎng)給出更強(qiáng)的花香特征[20]。2-甲氧基-3-異丁基吡嗪具有胡椒、咖啡的香氣，2,3-二氫苯并呋喃具有刺激性，是新鮮辣椒香氣成分中典型的化合物，是辣椒辣味的來(lái)源[21]。

隨著發(fā)酵的進(jìn)行，揮發(fā)性成分的種類明顯增加，各類揮發(fā)性成分的相對(duì)含量也隨著發(fā)酵的進(jìn)行發(fā)生變化。烯烴類和酯類的種類和相對(duì)含量都呈遞增趨勢(shì)，從發(fā)酵開(kāi)始就成為主要的揮發(fā)性成分。醛類和酮類的種類和相對(duì)含量的變化都不明顯，但由于其具有感覺(jué)閾值較低，賦予香氣能力較強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定，香味優(yōu)異持久等特點(diǎn)，為發(fā)酵辣椒汁香味的貢獻(xiàn)較大。

4 結(jié) 論

采用HS-SPME-GC-MS，對(duì)辣椒汁發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性成分的變化進(jìn)行檢測(cè)。從辣椒原汁、發(fā)酵1、2、3 d的辣椒汁中共鑒定出揮發(fā)性成分106 種，分別鑒定出成分65、78、83、86 種，共有的成分53 種。主要有醇類、酸類、烴類、酯類、醛類和酮類等。辣椒汁經(jīng)過(guò)發(fā)酵，揮發(fā)性成分種類呈遞增趨勢(shì)，呈現(xiàn)辛辣味的物質(zhì)相對(duì)含量有所降低，呈現(xiàn)果香和花香的物質(zhì)相對(duì)含量逐漸增高，說(shuō)明通過(guò)復(fù)合菌種對(duì)辣椒汁進(jìn)行發(fā)酵對(duì)辣椒汁的香味有很好的改善，為今后的研究生產(chǎn)有一定的借鑒作用。

辣椒汁在植物乳桿菌和酵母菌共同作用下產(chǎn)生的特有的香氣并非由一種或一類化合物單獨(dú)形成，其形式并不單一，它取決于各種化合物之間的一種微妙的平衡。但是由于每種揮發(fā)性香味成分的閾值相差很大，所以成分的相對(duì)含量并不能完全地反映出某種化合物在樣品中的風(fēng)味貢獻(xiàn)，有待進(jìn)一步的研究。

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Analysis of Volatile Components in Hot Pepper Juice during Fermentation

TANG Xin1,2, XIA Yan-bin1,2,*, WU Can1
(1. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. National R & D Center for Vegetable Processing, Changsha 410128, China)

Solid-phase micro-extraction (SPME) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) were adopted to separate and identify the volatile components of fermented hot pepper juice. The quantification was performed by area normalization method. The results indicated that 106 volatile components were identified including esters, acids, alcohols, olefins, alkenes, aldehydes and ketones. Totally 65, 78, 83 and 86 volatile components were identified in hot pepper juices fermented for 0, 1, 2 and 3 days, respectively. Fifty-three volatile compounds were common to the four samples. The amounts of alkenes and esters were increased as the fermentation process progressed, terpeniods were newly detected, and there was an increase in the number of volatile compounds. The 3 d fermented juice had the best flavor. Therefore, fermentation can improve the flavor of hot pepper juice, and even produce unique flavor, indicating its application potential.

fermented hot pepper juice; volatile component; solid-phase micro-extraction (SPME); gas chromatographymass spectrometry (GC-MS)

TS264.3

A

1002-6630（2014）16-0197-05

10.7506/spkx1002-6630-201416038

2013-08-25

唐鑫（1989—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)與營(yíng)養(yǎng)。E-mail：bao_tangx@hotmail.com

*通信作者：夏延斌（1951—），男，教授，學(xué)士，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)與營(yíng)養(yǎng)。E-mail：xy520523@yahoo.com.cn