响应面法优化辣椒红酸汤的配方及接种发酵工艺

李青洲 袁野 邓语 李云成 孟凡冰 王俏 焦晓磊

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.07.011

引文格式：李青洲，袁野，邓语，等.响应面法优化辣椒红酸汤的配方及接种发酵工艺.中国调味品，2024，49（7）：73-78.

LI Q Z， YUAN Y， DENG Y， et al. Optimization of formula and inoculation fermentation process of chili red sour soup by response surface methodology.China Condiment，2024，49（7）：73-78.

摘要：以鲜辣椒为主要原料制作辣椒红酸汤，以总酸含量和感官评分为考察指标，优化了辣椒红酸汤的原辅料配方，即植物乳杆菌与肠膜明串珠菌的比例为1∶2，大蒜添加量为7%，食盐添加量为6%，生姜添加量为3%。在此基础上，对辣椒红酸汤发酵温度、发酵时间、菌种添加量进行响应面优化，确定辣椒红酸汤的最佳发酵工艺条件。结果表明，辣椒红酸汤的最佳工艺条件为组合菌种接菌量4%、发酵温度28 ℃、发酵时间15 d。在此工艺条件下辣椒红酸汤的总酸含量达到8.31 g/kg，所得辣椒红酸汤色泽红艳，酸咸适中，感官评分最高，达8.68。

关键词：辣椒红酸汤；发酵工艺；总酸；感官评分；响应面法

中图分类号：TS201.1      文献标志码：A      文章编号：1000-9973（2024）07-0073-06

Optimization of Formula and Inoculation Fermentation Process of

Chili Red Sour Soup by Response Surface Methodology

LI Qing-zhou1， YUAN Ye2， DENG Yu3， LI Yun-cheng1， MENG Fan-bing1，

WANG Qiao4， JIAO Xiao-lei3*

（1.College of Food and Biological Engineering， Chengdu University， Chengdu 610106， China; 2.Market

Supervision and Administration Bureau of Bozhou District， Zunyi City， Zunyi 563000， China; 3.Neijiang

Academy of Agricultural Sciences in Sichuan Province， Neijiang 641099， China; 4.Sichuan

Institute of Food Inspection， Chengdu 611731， China）

Abstract： With fresh chili as the main raw material， chili red sour soup is prepared. With total acid content and sensory score as the evaluation indexes， the formula of raw materials and auxiliary materials of chili red sour soup is optimized： the ratio of Lactobacillus plantarum to Leuconostoc mesenteroides is 1∶2， the addition amount of garlic is 7%， the addition amount of salt is 6% and the addition amount of ginger is 3%. On this basis， response surface optimization is conducted on fermentation temperature， fermentation time and the addition amount of bacterial strains to determine the optimal fermentation process conditions of chili red sour soup. The results indicate that the optimal process conditions are the inoculation amount of combined bacterial strains of 4%， the fermentation temperature of 28 ℃ and the fermentation time of 15 d. Under these process conditions， the total acid content of chili red sour soup reaches 8.31 g/kg， the obtained chili red sour soup has bright red color， moderate sourness and saltiness， and the sensory score is the highest of 8.68.

Key words： chili red sour soup; fermentation process; total acid; sensory score; response surface methodology

收稿日期：2023-12-03

基金项目：四川省科技计划项目（2022YFN0014，2021YFN0033）；四川省自然科学基金项目（2022NSFSC1764）

作者简介：李青洲（1995—），男，硕士，研究方向：食品加工与安全。

*通信作者：焦晓磊（1987—），男，助理研究员，硕士，研究方向：食品加工工程。

红酸汤是贵州地区的一种传统发酵食品，其传统制作方法是由新鲜红辣椒、番茄分别添加糯米饭、白酒、食盐、大蒜等佐料发酵得到半成品辣椒红酸汤和番茄红酸汤，然后将辣椒红酸汤和番茄红酸汤按一定比例混合后进行二次发酵，最终得到红酸汤产品。红酸汤营养丰富、色泽红亮、酸甜适口，具有开胃健脾、增强食欲的作用。以红酸汤为调味料开发的产品，如红酸汤鱼、红酸汤火锅、红酸汤肥牛等，逐渐受到全国各地消费者的青睐。

红酸汤是典型的乳酸菌发酵食品，在生产中通常采用自然发酵的方式，受气候、地域的影响较大，产品的品质、风味不统一，且自然发酵容易滋生腐败微生物，产品的安全性得不到保障，也不利于工业化和标准化生产。因此，采用人工接种发酵技术生产红酸汤是未来产业发展的重要方向。

辣椒红酸汤又称糟辣椒，是红酸汤重要的半成品，目前传统红酸汤生产的原料配方主要依靠经验，不同生产者对配方的种类和比例规定不同，导致产品的品质参差不齐。另外，由于辣椒中存在辣椒碱等抑菌活性物质，使得辣椒红酸汤的自然发酵周期较长，且容易滋生杂菌，得到的产品品质不够稳定。因此，探究辣椒红酸汤的配方及接种发酵工艺对红酸汤工业化生产具有重要意义。

1  材料与方法

1.1  试验材料

新鲜红辣椒、生姜、大蒜：购自好乐购超市（四川省成都市十陵店）；食用盐：四川省盐业总公司；白酒：北京红星股份有限公司。植物乳杆菌BY2-2、肠膜明串珠菌RB2-1：由本实验室分离保藏。

酚酞、氢氧化钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾（均为分析纯）：成都市科隆化学品有限公司；95%乙醇（分析纯）：天津市津东天正精细化学试剂厂。

1.2  试验仪器与设备

TGL-22S高速台式离心机  四川蜀科仪器有限公司；THZ-82恒温振荡器  常州澳华仪器有限公司；HZQ-X300C恒温培养箱  上海一恒科学仪器有限公司；UV-5200紫外可见分光光度计、PHS-2F型pH计  上海元析仪器有限公司；1 000 mL发酵罐  徐州奥辉玻璃制品有限公司；L621A料理机  九阳股份有限公司；JJ-CJ-2FD型超净工作台  苏州市金净净化设备科技有限公司。

1.3  试验方法

1.3.1  培养基的配制

以1 000 mL计，配方成分为葡萄糖20.0 g、蛋白胨10.0 g、牛肉膏粉5.0 g、酵母膏粉4.0 g、乙酸钠3.0 g、柠檬酸三铵2.0 g、磷酸二氢钾2.0 g、吐温-80 1.0 mL、硫酸镁0.2 g、硫酸锰0.05 g。

1.3.2  乳酸菌发酵液的制备

分别将植物乳杆菌BY2-2、肠膜明串珠菌RB2-1接种在MRS液体培养基中，30 ℃培养48 h，离心，收集菌体，用生理盐水调整菌液在600 nm处的吸光度为0.5～0.7，备用。

1.3.3  原料处理

分别将辣椒、大蒜、生姜清洗后切碎，再用料理机二次破碎，备用。

1.3.4  感官评价

辣椒红酸汤感官评定标准见表1。

1.3.5  总酸含量的测定

参照GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》并略作改动，取（5.0±0.1） g样品（m）加超纯水定容至50 mL，然后将样液以8 000 r/min离心10 min，取离心且过滤后的样液10 mL，加入90 mL超纯水，将样液稀释10倍（F），向稀释后的样液中滴2滴酚酞指示剂，用0.05 mol/L NaOH溶液（c）滴定至pH为8.2，待溶液颜色呈微红色且30 s不褪色，记录消耗NaOH的体积（V1），空白试验使用同体积的超纯水代替样液得到消耗NaOH的体积（V2），按式（1）计算总酸含量（以乳酸计，k=0.090）。

总酸含量（g/kg）=［c×（V1－V2）］×k×Fm×1 000。（1）

1.3.6  辣椒红酸汤配方工艺优化

系统探究食盐、大蒜、生姜、乳酸菌配比对辣椒红酸汤发酵品质的影响。食盐按照5%、6%、7%、8%、9%添加至辣椒红酸汤（300 g红辣椒、3%按体积比1∶1混合的发酵菌液、5%生姜、5%大蒜）中、温度28 ℃、发酵15 d。大蒜按照1%、3%、5%、7%、9%添加至辣椒红酸汤（300 g红辣椒、3%按体积比1∶1混合的发酵菌液、5%生姜、7%食盐）中、温度28 ℃、发酵15 d。生姜按照1%、3%、5%、7%、9%添加至辣椒红酸汤（300 g红辣椒、3%按体积比1∶1混合的发酵菌液、5%大蒜、7%食盐）中、温度28 ℃、发酵15 d。植物乳杆菌BY2-2与肠膜明串珠菌RB2-1按照体积比1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、3∶1混合，分别接种3%混合发酵菌液到辣椒红酸汤（300 g红辣椒、7%食盐、5%生姜、5%大蒜）中、温度28 ℃、发酵15 d。

1.3.7  响应面优化辣椒红酸汤发酵工艺

1.3.7.1  单因素试验

a.发酵温度对辣椒红酸汤发酵品质的影响

在试验得出的辣椒红酸汤最佳配方的基础上，研究不同发酵温度（24，26，28，30，32 ℃）、接菌量3%、发酵15 d对辣椒红酸汤发酵品质的影响。

b.发酵时间对辣椒红酸汤发酵品质的影响

在试验得出的辣椒红酸汤最佳配方的基础上，研究不同发酵时间（9，11，13，15，17 d）、接菌量3%、发酵温度28 ℃对辣椒红酸汤发酵品质的影响。

c.接菌量对辣椒红酸汤发酵品质的影响

在试验得出的辣椒红酸汤最佳配方的基础上，研究不同接菌量（1%、2%、3%、4%、5%）、发酵温度28 ℃、发酵15 d对辣椒红酸汤发酵品质的影响。

1.3.7.2  响应面试验设计

在单因素试验的基础上，采用Design-Expert 8.0.6.1软件中Box-Behnken试验设计方案，选取发酵温度、发酵时间、接菌量为因素，以总酸含量和感官评分为响应值设计辣椒红酸汤三因素三水平响应面试验。

1.4  数据处理与分析

所有样品重复测定3次，结果以平均值±标准差表示，统计分析和图表均使用Excel 2019软件完成。

2  结果与分析

2.1  辣椒红酸汤配方优化试验结果

总酸是判断发酵食品品质的一个重要指标，总酸含量的高低直接影响产品的口感。感官评价广泛应用在食品工艺优化中，是产品色、香、味综合评价的重要依据。在单因素试验中，使用不同配比的发酵菌种BY2-2与RB2-1发酵辣椒红酸汤后，总酸含量和感官评分差异明显（见图1中a），当BY2-2与RB2-1的配比为1∶1和1∶2时，总酸含量较高，当BY2-2与RB2-1的配比为1∶2时感官评分最高，因此选择BY2-2与RB2-1的配比为1∶2作为辣椒红酸汤的混合发酵菌。

大蒜是一种常用的食品配料，大蒜素和S-烯丙基-L-半胱氨酸是大蒜中主要的活性物质。经过乳酸菌发酵的大蒜不但可以降低大蒜自带的刺激性辣味，而且有利于大蒜中活性物质的生成。大蒜添加量对辣椒红酸汤总酸含量和感官评分的影响见图1中b，一定含量的大蒜对乳酸菌的生长和产酸能力没有明显的抑制或促进作用。当大蒜添加量小于7%时，大蒜发酵的香味不够浓郁，当大蒜添加量大于7%时感官评分下降，因此选择大蒜添加量为7%。

食盐是食品加工过程中不可缺少的原料，一定浓度的食盐不仅具有防腐、增鲜等作用，而且可以提升发酵食品的感官和风味品质。食盐添加量对辣椒红酸汤总酸含量和感官评分的影响见图1中c，当食盐添加量大于6%时，辣椒红酸汤的总酸含量迅速下降，这可能是由于高盐浓度抑制了乳酸菌的生长，导致发酵缓慢。高盐浓度虽然在色泽和质地上赋予红酸汤较好的感官，但是感官评价中权重较高的滋味和香味评价较差，综合总酸含量和感官评分，选择食盐添加量为6%最适宜。

生姜中含有多种挥发性风味物质，因此生姜的加入使辣椒红酸汤的风味更丰富。生姜添加量对辣椒红酸汤总酸含量和感官评分的影响见图1中d，当生姜添加量大于5%时，总酸含量和感官评分迅速下降。生姜添加量过高时，辣椒红酸汤的颜色变暗，质地较粗糙，滋味和香味上姜味过浓，削弱了辣椒红酸汤的酸辣味道，因此选择生姜添加量为3%。

2.2  辣椒红酸汤发酵工艺的单因素优化试验

发酵时间对辣椒红酸汤总酸含量和感官评分的影响见图2中a，总酸含量随着发酵时间的增加而增加，前期发酵时间不足，产品酸度过淡、不够浓郁，使得整体感官评分不高，发酵第15天时，总酸含量和感官评分均达到最高。随着发酵的继续进行，产品中酸过度积累，从而影响最终产品发酵的进行。

发酵温度对微生物生长和酶活性有重要影响。在发酵过程中，随着发酵温度的升高，乳酸菌成为优势菌种的过程更快，发酵样品的pH值下降，乳酸和游离氨基酸浓度均有所增加，但是当发酵温度超过乳酸菌生长的温度范围时则不利于发酵的进行。发酵温度对辣椒红酸汤总酸含量和感官评分的影响见图2中b，总酸含量与感官评分的变化趋势基本一致，发酵温度为28 ℃时，总酸含量和感官评分均达到峰值。

乳酸菌接菌量对辣椒红酸汤总酸含量和感官评分的影响见图2中c，接菌量不同，辣椒红酸汤产品所产生的总酸含量呈不规则变化，感官评分随着接菌量的增加而增加，在接菌量大于4%时感官评分明显下降。在接菌量较低时，由于乳酸菌底数少，发酵较慢，总酸含量低，接菌量为5%时，由于接菌量过大，底物中营养物质不足以维持乳酸菌生长需求，抑制了乳酸菌的发酵。

2.3  发酵工艺的响应面分析

2.3.1  Box-Behnken响应面设计

在糟辣椒发酵工艺单因素试验的基础上，采用Design-Expert 8.0.6.1软件中Box-Behnken试验设计方案，选取发酵时间、发酵温度、接菌量三因素三水平共17个试验点，以总酸含量、感官评分为指标，由Design-Expert 8.0.6.1软件对17个试验点的响应值进行回归分析试验设计，Box-Behnken试验设计及结果见表2。

2.3.2  拟合模型的建立及方差分析

通过Design-Expert 8.0.6.1软件对17个响应面试验点的试验结果进行多元回归分析，分别建立以总酸含量、感官评分为指标的多元二项式回归方程：总酸含量=15.41-0.61A+0.13B+0.6C-0.42AB+0.025AC+0.21BC-3.28A2-1.24B2-2.04C2。感官评分=8.56-0.013A+0.065B+0.18C-0.30AB+0.027AC+0.089BC-1.06A2-0.74B2-0.82C2。

对方程进行方差分析，各变量分析结果见表3和表4。

由表3和表4可知，总酸含量、感官评分回归模型均极显著（P<0.000 1），失拟项均不显著（P>0.05），说明回归方程具有一定的可靠性；同时模型相关系数分别为总酸含量R2=0.976 9、感官评分R2=0.967 8，调整后的相关系数分别为总酸含量RAdj2=0.953 4、感官评分RAdj2=0.949 2，表明模型的拟合度高。根据F值的大小，对辣椒红酸汤总酸含量的影响从大到小为发酵时间>接菌量>发酵温度；对感官评分的影响从大到小为接菌量>发酵时间>发酵温度。

2.3.3  总酸与各因素交互作用分析

通过Design-Expert 8.0.6.1软件模拟得到的三维响应面和等高线图见图3～图5，可以进一步描述各因素之间相互作用对辣椒红酸汤总酸含量的影响，随着发酵时间、发酵温度和接菌量的增加，总酸含量先升高后降低。根据响应面原理分析，响应面弯曲弧度越大、等高线图呈椭圆形说明两因素的交互作用越明显，对总酸含量的影响越显著。

由图3～图5可知，发酵温度与发酵时间的交互作用显著，发酵温度和接菌量、发酵时间和接菌量的交互作用不显著。

2.3.4  响应面验证试验

由响应面优化的最佳工艺条件为发酵时间12.947 d、发酵温度27.819 ℃、接菌量3.789%，该条件下总酸含量为8.417 g/kg，感官评分为8.741。按照实际操作的可行性，将优化工艺调整为发酵时间13 d、发酵温度28 ℃、接菌量4%，因总酸含量和感官评分都保留小数点后两位，因此将预测总酸含量调整为8.42 g/kg，将预测感官评分调整为8.74。根据优化后的发酵工艺进行3次平行试验，得到验证总酸含量和验证感官评分，分析实测值与预测值之间的差异，见表5。

由表5可知，实测值与预测值之间平均偏差均小于5%，预测值与实测值相近，说明建立的模型拟合度好，优化后的工艺条件有极高的可信度。

3  结论

通过单因素试验优化辣椒红酸汤发酵配方，确定最佳配方：发酵菌液BY2-2与RB2-1的比例为1∶2，食盐添加量为6%，大蒜添加量为7%，生姜添加量为3%。在确定了辣椒红酸汤的最佳配方后，通过响应面试验优化辣椒红酸汤发酵工艺，最优发酵工艺为接菌量4%，在28 ℃条件下发酵15 d，在此工艺条件下，辣椒红酸汤的总酸含量最高达8.31 g/kg，感官评分最高，达8.68，表明该数据模型的拟合程度较好，为后续红酸汤相关产品的开发奠定了良好的基础。

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