糍粑辣椒发酵过程中挥发性风味变化研究

朱建仓 尤香玲 袁小钧 乔明锋 邓静 吴华昌

摘要：发酵型糍粑辣椒具有较好的市场前景，为探究发酵过程中糍粑辣椒挥发性风味的变化规律，文章以不同发酵时间段的糍粑辣椒作为研究对象，通过GC-MS与LC-MS对发酵过程中理化指标进行测定来研究发酵前后品质变化，结果表明，糍粑辣椒发酵过程中氨基酸态氮含量、水分含量、盐含量基本保持不变，辣椒素与二氢辣椒素含量降低，总酸含量上升。不同发酵阶段糍粑辣椒的香气差异与构成它的化合物种类与相对含量有关，发酵型糍粑辣椒挥发性风味物质以酯类、烯烃类、烷烃类为主，发酵过程中酸类和醇类挥发性化合物相对含量增加，酯类、烷烃类和烯烃类化合物与发酵时间呈负相关关系；发酵可以赋予糍粑辣椒新的风味。

关键词：糍粑辣椒；发酵；挥发性风味物质；相关性分析

中图分类号：TS205.5      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）04-0170-06

Abstract： Fermented Ciba pepper has a good market prospect. In order to explore the change law of the volatile flavor of Ciba pepper during fermentation， in this paper， with Ciba pepper during different fermentation periods as the research object， the quality changes before and after fermentation are studied through the determination of physical and chemical indexes during fermentation by GC-MS and LC-MS. The results show that the amino acid nitrogen content， water content and salt content of Ciba pepper remain basically unchanged during fermentation， the content of capsaicin and dihydrocapsaicin decreases， while the total acid content increases. The aroma difference of Ciba pepper in different fermentation stages is related to the type and relative content of its compounds. The volatile flavor substances of fermented Ciba pepper are mainly esters， alkenes and alkanes. The relative content of acid and alcohol volatile compounds increases during fermentation， and the ester， alkane and alkene compounds are negatively correlated with the fermentation time. Fermentation can give Ciba pepper new flavors.

Key words： Ciba pepper; fermentation; volatile flavor substances; correlation analysis

糍粑辣椒是干辣椒煮制或蒸制后，混合姜、蒜等配料，搗碎后制成的具有一定黏性、形似糯米糍粑状的地方性民间生制辣椒制品[1-4]，多应用于火锅底料和家常菜肴制作，有提色增味、增强食欲、解腻及助消化的作用，能加快能量代谢，调节脂肪代谢，降低患病率[5-7]。其独特的风味深受云、贵、川等地区人民的喜爱，但仍存在辣味、气味刺激单一等问题，导致糍粑辣椒的市场有一定局限。

发酵是微生物利用原料进行复杂代谢形成特殊风味的过程[8-10]，例如利用酵母菌在发酵过程中产生醇类和酯类等风味化合物，以及利用乳酸菌产生有机酸及芳香化合物，改善产品质地[11-12]。因此，发酵也广泛应用于辣椒制品中，以达到提高营养价值和贮藏性能[13-14]、降低辣味、生成新的呈味物质[15]、赋予发酵制品独特的香气和滋味[16]等目的。为了研究发酵对辣椒风味的影响，史婷等[17]通过添加复合发酵剂对发酵剁辣椒的理化性状和挥发性风味差异进行研究，结果表明混合发酵会增加剁辣椒的总酸含量及改变剁辣椒气味中化合物的构成，从而改善发酵产品的风味特征。边昊等[18]通过对不同发酵温度模式下发酵过程中辣椒酱理化指标进行研究，得到先高温后低温发酵为最优模式。罗凤莲等[19]通过添加食用油和蔗糖等不同发酵条件对剁辣椒中有机酸种类及含量进行研究，结果表明，加油有利于控制剁辣椒过度产酸，加糖有利于剁辣椒酸味快速产生。张曼等[20]对不同地区的鲊辣椒的挥发性风味成分进行分析，结果表明通过不同样品中的挥发性物质可以对辣椒进行差异研究。Ye等[21]研究发酵不同成熟度和品种的辣椒对理化和风味的影响，结果表明成熟度和品种对泡椒的理化品质和风味品质有显著影响。尹小庆等[22]对鲊辣椒发酵过程中的风味物质以及微生物多样性展开研究。糍粑辣椒比普通泡辣椒更适合制作菜肴和火锅，为了解决糍粑辣椒存在的缺陷及改善糍粑辣椒的风味，将发酵的方法应用于糍粑辣椒的生产加工中。由于发酵型糍粑辣椒目前处于作坊式生产且没有发酵型糍粑辣椒的相关技术现状研究报道，本实验对糍粑辣椒进行发酵，以期通过对不同发酵时间的样品进行研究，探究发酵过程中挥发性风味物质的变化规律，为标准化生产发酵型糍粑辣椒奠定科学基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品取自四川某工厂，将发酵时间为0，15，30，50，75，160 d的糍粑辣椒分别标记为A～F。从发酵坛中取样1 kg，放入0～2 ℃冰箱中低温保存。

甲醛、氢氧化钠、硝酸、硝酸银、铬酸钾、甲醇、四氢呋喃：均为色谱纯。

1.2 仪器与设备

SQ680气相色谱-质谱联用仪 美国珀金埃尔默仪器有限公司；Seven Excellence多参数测试仪 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；液相色谱-串联三重四级杆质谱联用仪（HPLC-MS） AB SCIEX公司。

1.3 实验方法

1.3.1 理化指标的测定

水分含量的测定：参照GB 5009.3—2016；pH值的测定：参照GB 5009.237-2016；总酸的测定：参照GB 12456—2021中第二法pH计电位滴定法；氨基酸态氮的测定：参照GB 5009.235—2016中第一法酸度计法;盐含量的测定：参照GB 5009.44—2016中第三法银量法；辣椒素的测定：参照GB/T 21266—2007及“火锅常用不同品种干辣椒感官品质差异研究”中辣椒素的测定方法[23]。

1.3.2 GC-MS分析条件

称取1 g发酵糍粑辣椒样品于15 mL样品瓶中，70 ℃平衡30 min，250 ℃解吸5 min。

GC条件：以He＞99.99%为载气，流速1.0 mL/min;分流比10∶1；MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）;进样口温度250 ℃。起始温度70 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升至130 ℃，再以20 ℃/min升至250 ℃，保持2 min。

MS条件：EI离子源，电子轰击能量70 eV；离子源温度250 ℃；质量扫描范围（m/z）40～450。

1.3.3 LC-MS分析条件

甲醇四氢呋喃混合溶液（甲醇∶四氢呋喃为1∶1）

称取0.5 g的辣椒粉于100 mL烧杯中，加入甲醇四氢呋喃混合溶液的混合液20 mL，用封口膜密封并留气空，于60 ℃水浴加热超声波浸提15 min。用滤纸过滤，收集滤液至容量瓶中密封，将滤纸和滤渣重新加入20 mL甲醇四氢呋喃混合溶液再次提取10 min，重复2次。将3次过滤收集的滤液合并，定容至50 mL，0.22 μm滤膜过滤后装入液相色谱-质谱联用仪专用瓶中。

色谱柱C18；流速0.4 mL/min；流动相A为0.1%甲酸-水，B为甲醇溶液。质谱条件：ESI离子源；喷雾电压；正离子（[M+H]+）扫描模式。

1.3.4 数据分析与处理

运用Excle 2010进行数据统计，采用Origin 2021、IBM SPSS 26和Heml作图。

2 结果与分析

2.1 糍粑辣椒发酵过程中理化性质的变化

2.1.1 发酵过程中水分、氨基酸态氮、盐含量的变化

为检测糍粑辣椒在发酵过程中环境的稳定性，对不同发酵阶段的样品中水分含量、盐含量、氨基酸态氮含量变化进行了研究，由图1中a可知，糍粑辣椒的水分含量范围稳定在75%且发酵过程中基本不存在水分的损失；发酵过程中含盐量基本保持不变；糍粑辣椒盐含量在1.4%～1.5%之间，属于低盐型发酵辣椒制品[24]。

氨基酸态氮含量在15～30 d有少量升高随即降低，可能是微生物代谢过程所积累的酶将植物蛋白降解为氨基酸、多肽等，使得氨基酸态氮含量有所增加，随着发酵后期微生物消耗速率的加快，氨基酸态氮含量降低后稳定在一定范围内，该研究结果与李爱君等[25]的结论一致。

2.1.2 糍粑辣椒发酵过程中总酸含量与pH值的变化

pH值和总酸与发酵食品中物质成分、含量、微生物种类及成熟度有关，酸类物质会为发酵型糍粑辣椒提供酸味以及协调其他风味。由图1中b可知，随着发酵时间的延长，糍粑辣椒的pH值先不断降低到后期下降速度变缓，而总酸含量持续上升到后期上升速度减缓，可能是微生物将原料中的糖类物质转化为酸类物质，从而提高了糍粑辣椒的总酸含量[26]，赋予发酵风味。

2.1.3 糍粑辣椒发酵过程中辣椒素与二氢辣椒素含量的变化

辣椒素含量是辣味程度的评级指数[27-28]，为了探究发酵对辣椒素含量的影响，本实验使用高辣（辣椒素物质含量为0.486～0.681 g/kg）[29]的干辣椒作为原料，采用液相色谱与质谱联用的方法监测发酵过程中辣椒素含量的变化情况，辣椒素回归曲线：y=206 876.77x+327.16，R2=0.999，二氢辣椒素回归曲线：y=586 460x，R2=0.998。由图1中c可知，随着发酵时间的延长，辣椒素的含量在0～15 d有轻微上升，可能是辣椒素在0～15 d从辣椒内向外溶出导致含量增加，15 d后辣椒素含量开始降低并于75 d稳定在0.340 g/kg，辣度降低，辣椒总碱（辣椒素与二氢辣椒素之和）相对发酵前降低约31%，说明发酵会降低辣椒中辣椒素的含量，从而降低辣椒对口腔的刺激，可能是发酵过程中微生物消耗以及酸碱中和反应所致。

2.2 糍粑辣椒发酵过程中挥发性风味物质的变化

由图2中a可知，发酵型糍粑辣椒的挥发性风味化合物由酯类、酸类、醇类、烷烃类、烯烃类、醚类以及少量其他风味化合物构成，其中以酯类化合物相对含量最多，为主要挥发性风味物质，其次是烯烃和烷烃等烃类化合物以及发酵过程中产生的酸类和醇类化合物。为了直观地看出不同发酵阶段各类化合物的种类变化，通过图2中b对不同阶段各类化合物进行数量统计。结果表明，酯类、烯烃类、烷烃类种类数较多，随着发酵时间的延长，酸类和醇类化合物数量增多。酯类物质以正己酸乙酯、硝酸甲酯、乙酸芳樟酯、乙酸乙酯为主，酯类化合物是辣椒果香和花香的主要来源，发酵过程中相对含量轻微下降，酸类化合物从B阶段开始出现并逐渐累积增多，醇类化合物相对含量呈上升趋势。

为了更直观地看出单一化合物在不同阶段相对含量的变化情况，实验通过热图对不同阶段化合物含量进行统计，结果见图3。随着发酵时间的延长，酯类物质中主要的风味化合物正己酸乙酯相对含量从39.5%降至33%，乙酸芳樟酯相对含量从2.2%降至0.1%，硝酸甲酯、乙酸乙酯等其他酯类化合物相对含量较少且变化不大，因此随着发酵时间的延长，酯类化合物相对含量降低；醇类化合物以桉叶油醇和乙醇为主，发酵过程中桉叶油醇含量降低，丙醇与乙醇的含量增多；烷烃类化合物以2-氟丙烷、环氧氟丙烷为主，烯烃类化合物以（Z）-二氟二氮烯、D-柠檬烯、α-姜黄烯、γ-松油烯、莰烯、β-蒎烯、（－）-β-蒎烯、萜品油烯为主并且无较大变化。

通过欧氏距离可以看出A样品与B样品相似度较高，C样品与E样品相似度较高，D样品与F样品相似度较高，A、B、C、E 4个样品相似，与D、F样品之间差异较大，糍粑辣椒的挥发性风味物质随着发酵时间的延长而发生变化。

为了探究糍粑辣椒风味中的主体化合物，实验对样品中共有的化合物进行统计，并进行香气特征描述。由表1可知，6个样品中共有的化合物相对含量约占总量的60%～70%，是样品中主要的共有挥发性化合物，是发酵型糍粑辣椒的主体风味物质；相对含量较高的烃类化合物有14种，莰烯（具有类似樟脑香气）、γ-松油烯（柑橘和柠檬香气）、β-蒎烯（具有特有的松节油香气、干燥木材和松脂气味）、D-柠檬烯（柠檬香气）、α-姜黄烯、（Z）-二氟二氮烯、硝基甲烷等；醇类化合物以乙醇（醇香）、桉叶油醇（樟脑样香气）、4-甲基-1-戊醇、1-戊醇（有杂醇油气味）等化合物为主；酯类以正己酸乙酯（水果香味）、硝酸甲酯、乙酸芳樟酯、乙酸乙酯、异戊酸乙酯、癸酸乙酯为主。样品共有挥发性风味化合物香气特征以柑橘、柠檬、酒曲醇香、樟脑和松脂的风味为主，异戊醇随着发酵时间的延长而降低，从而降低了糍粑辣椒的辛辣味。

为了探究发酵过程中挥发性风味物质的变化，本实验对发酵过程中化合物相对含量＞0.5%的风味化合物进行皮尔逊相关性分析来探究化合物之间的相互性，见图4。

颜色越深代表两种化合物的相关性越强；“*”表示相关性显著。烯烃类化合物中（Z）-二氟二氮烯与其他烯烃类化合物皆呈负相关，随着（Z）-二氟二氮烯相对含量的降低，其他烯类化合物的相对含量增加；正己酸乙酯与O-甲基羟胺和乙酸乙酯呈显著负相关，与桉叶油醇呈显著负相关，桉叶油醇与O-甲基羟胺又存在显著负相关，说明O-甲基羟胺和乙酸乙酯在参与正己酸乙酯生成的同時也参与了桉叶油醇的反应。甲酸与异戊酸乙酯、癸酸乙酯、壬酸乙酯呈正相关，随着甲酸相对含量的上升，戊酸乙酯、癸酸乙酯、壬酸乙酯的相对含量也增加，说明它们在发酵过程中有着相似的转化条件。具有相关性的两者之间相互会有不同程度的影响，表明发酵过程中香气物质在不同条件下相互转换形成新的特征风味，也导致在不同发酵时间下糍粑辣椒具有不同的感官风味。

2.3 发酵过程中理化性质与挥发性化合物含量变化

为了探究发酵过程中发酵时间与总酸、pH值及挥发性风味物质之间的关系，对发酵过程中理化性质及挥发性香气成分展开皮尔逊相关性分析，结果表明，pH值与发酵时间呈负相关，与总酸呈正相关，与理化数据结果一致；pH值与挥发性风味物质呈负相关，总酸与pH值呈显著负相关，除酯类化合物外，总酸与挥发性化合物呈正相关；发酵时间与醇类呈显著正相关，说明随着发酵时间的延长，醇类化合物相对含量显著增加；通过各类挥发性风味化合物之间的相关性可以看出，在不同发酵阶段，挥发性化合物相互影响，形成新的香气。发酵过程中理化性质与挥发性风味物质之间具有相关性，随着挥发性风味物质的组成结构的变化而变化。

3 结论

对发酵过程中糍粑辣椒的理化指标、挥发性风味物质差异以及发酵时间与酸类、挥发性风味物质之间的相关性进行分析表明，氨基酸态氮含量、水分含量、盐含量在发酵过程中基本保持不变，发酵过程中可通过氨基酸态氮含量的变化来监控糍粑辣椒的发酵状态；发酵过程会使辣椒素与二氢辣椒素含量降低，辣度降低，辣味更柔，可能是微生物作用以及生化反应所致；在发酵过程中随着总酸含量的上升，发酵糍粑辣椒中酸类和醇类化合物相对含量增加，赋予发酵型糍粑辣椒独特的酸香和醇香，酯类、烷烃烯、烃类化合物减少，以正己酸乙酯，从而使辣椒的辛辣气味减少。在整个发酵过程中，化合物的种类变化差异不大，只是存在相对含量的变化与部分含量较低的化合物之间的差异。不同发酵阶段的糍粑辣椒风味具有较大的差异，可能是由于发酵的进行的使新物质产生以及发生一系列的生化反应，使得挥发性风味化合物的组成结构发生了变化。

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