乳酸菌在干辣椒发酵中的研究与应用

乳酸菌在干辣椒发酵中的研究与应用摘 要：本文阐述了以干辣椒为原料，添加乳酸菌发酵生产辣椒酱，通过正交试验结果表明，最佳工艺条件为：食盐浓度 10%，接种量 1.0%，发酵温度 25，发酵时间 20d。然后在工厂进行了规模化验证，生产试验表明：添加乳酸菌发酵不仅缩短发酵时间，且其产品的色泽更鲜艳、香味更浓郁、鲜度更高、稳定性更好。关键词：乳酸菌；干辣椒；发酵The Research and Application of Lactic Acid Bacteria in DryRed Pepper Fermentation ProcessAbstract： In this paper， by adding lactic acid bacteria powder in the dry red pepper fermentation experiment.Throu-gh the orthogonal test results， the optimum production conditions: salt concentration 10% ， inoculation 1% ，fermentation temperature 25 ， fermentation time 20d. The scale is validated in the factory. The experimentalresults show that:adding lactic acid bacteria powder in dry red pepper fermentation， compared with the traditionalprocess: the colour is more scarlet， both ester aroma and soy sauce aroma are richer; The morphology stands firm.Key words： lactic acid bacteria； dry red pepper； fermentation.doi：10.3969/j.issn.1674-506X.2013.05-015辣椒，又叫番椒、海椒、辣子、辣角、秦椒等，是一种茄科辣椒属植物。辣椒属为一年或多年生草本植物。果实通常成圆锥形或长圆形，也有灯笼形、心脏形等等。未成熟时呈绿色，成熟后变成鲜红色、黄色或紫色，以红色最为常见。辣椒的果实因果皮含有辣椒素而有辣味， 能增进食欲。 辣椒中维生素 C的含量在蔬菜中居第一位。目前四川辣椒种植面积居各种蔬菜的第三位，仅次于萝卜和大白菜，但其产值居各种蔬菜的首位1。郫县豆瓣作为川味中必不可少的重要辣味调味品，堪称“川菜之魂”，它以味辣香醇、红棕油亮、瓣粒酥脆、黏稠绒实、酱香浓郁的产品特色，在“世界发酵辣椒酱”中独树一帜2。郫县豆瓣历经 300 多年的演变，“日晒夜露”的传统发酵方式历经长达为 5-6 个月的发酵时间。其中椒坯的发酵时间也要 3 个多月。据不完全统计：红油豆瓣在豆瓣中所占比例远大于郫县豆瓣， 而且60%以上的红油豆瓣都是采用干辣椒传统发酵技收稿日期：2013-09-02作者简介：刘德忠（1963-），男，高级工程师。长期从事农产品、调味品加工应用技术及其工厂配套工程设计工作。Food and Fermentation Technology第 49 卷（第 5 期） Vol.49，No.5第 49 卷（总第 177 期）术。传统发酵工艺，主要利用辣椒表面或空气中的微生物自然发酵而成，存在菌种的种类复杂、来源不稳、发酵周期长、易受杂菌干扰等严重问题，从而造成产品品质不稳定，不能满足工业化生产和食品安全性的要求。严重制约了行业的发展。因此豆瓣行业急需通过技术进步改变其现有的状况，降低生产成本，更新技术。实现自然发酵向可控发酵加工方式的转变，长期发酵向短期发酵的转变，露天制作向室内加工的转变，最终实现行业的跨越式发展。本实验采用乳酸菌发酵干辣椒技术， 可将传统的发酵时间由 3 个多月（90-100d）缩短为 1 个月左右（30-40d），达到显著缩短发酵成熟时间的目的，且产品的香味更好、色泽更鲜艳、鲜度更高、稳定性更好。本文旨在规模化生产中得到更广泛的应用，为更多的企业带来更大的经济效益。1 实验原理干辣椒经过去蒂、清洗、浸泡后粉碎，加盐、加乳酸菌拌匀，入池发酵成熟。生产的辣椒坯可通过加甜瓣子拌合，继续发酵、翻、晒、露成熟为郫县豆瓣；也可直接用于红油豆瓣。 自然选择的乳酸菌发酵受环境因素的影响比较大，发酵过程无法控制3。现在在辣椒发酵过程中添加一定量的乳酸菌干粉制剂，让乳酸菌在其发酵过程中从一开始就处在优势的环境条件下，能大幅缩短成熟周期和提高产品的品质，将营养物质转化为以乳酸为主的有机酸4，同时产生醇类物质，进而产生酯等芳香物质，形成发酵辣椒的固有香气。2 实验仪器及材料2.1 仪器设备玻璃坛或土陶缸、恒温箱、电子天平、酸度计、电炉、粉碎机搅拌机、滴定管、移液管、容量瓶和三角瓶等化学仪器。2.2 药品试剂葡萄糖标准溶液、斐林试剂的甲液和乙液、氢氧化钠溶液、甲醛溶液、铬酸钾指示剂、硝酸银溶液和酚酞等试剂。2.3 辣椒原料选用甘肃出产的美国红干辣椒或郫县及周边县市出产的二荆条干辣椒。2.4 食盐市售（非碘盐）。2.5 乳酸菌菌粉选用高福记生物公司的高福记牌泡乐美 I 复合乳酸菌制剂，活菌数为：1.51010CFU/g。3 工艺流程4 分析测定方法4.1 总酸的测定采用中和滴定法（GB/T 12456-2008）。4.2 氯化钠的测定采用直接沉淀法（GB/T 12457-2008）。4.3 氨基酸态氮的测定采用双指示剂甲醛滴定法（GB/T 5009.40-2003）。4.4 还原糖的测定采用高锰酸钾法（GB/T 5009.7-2008）。5 实验步骤5.1 浸泡将挑选好的干辣椒放入浸泡池中，加入 3-4 倍清水浸泡 15-24h（上压重物，以免辣椒漂浮）。5.2 清洗、粉碎把浸泡后的湿辣椒（一般达到干辣椒的 3-4 倍重量），放入清洗机进行清洗，洗去泥沙、石子、编织袋丝等异物。然后放入打椒机中粉碎成椒坯，以椒坯总量计算，添加适量的食盐（非碘食盐），充分拌匀。5.3 添加乳酸菌发酵剂以椒坯总量计算，添加一定量的乳酸菌发酵剂。用 30-35左右的温水， 加水量为发酵剂的 5-10倍，充分溶解，并静置 20-30min 后，使用前摇匀后，浇淋在椒坯上（一层椒坯一层菌液）。充分搅匀。5.4 浇淋循环如用条池发酵，则用豆瓣翻醅机来回搅拌 3-4次即可；若是水泥发酵池，则先在大池两个对角分别放置两个竹笼或有孔塑料管，再装椒坯，装到一半体积时， 用盐水泵抽池内的盐水浇淋在椒坯上，一般循环 2-3h（根据椒坯的多少定），待大池装满后再抽盐水循环 3-5d， 抽样分析盐分基本达到平衡后即可。5.5 发酵装坛至离坛口 15cm 即可， 在表面撒上薄薄的一层面盐，最后盖上塑料薄膜，在薄膜四周用盐压实密封，在 10-25范围发酵（选此温度范围，是为了以后适应工业化生产的需要）。5.6 分析化验每隔 7d 取样一次，分析测定发酵辣椒坯的感官指标、盐分、总酸、氨基酸态氮和还原糖等，直到辣椒刘德忠等：乳酸菌在干辣椒发酵中的研究与应用食盐 乳酸菌发酵剂干辣椒挑选浸泡清洗粉碎装池浇淋循环发酵 补盐贮存612013 年第 5 期中的还原糖含量降到 0.25%以下为止。（根据生产经验，当还原糖降至 0.25%以下时，即可认定为发酵成熟）。6 工艺条件的确定6.1 辣椒发酵浓度（加水比）的确定本实验以干红辣椒和水分比例，分别为 12.5；13；13.5；14；14.5 对比试验，经过多次发酵试验对比发现：12.5 和 13 的比例时较为粘稠，不利于微生物生长；14.0 或 14.5 都较稀， 易生长杂菌。13.5 比例时浓度较适。因此选用辣椒发酵用的浓度为 13.5 为宜。6.2 乳酸菌种的选择分别用乳酸菌 130#，乳酸菌 225#，乳酸菌 510#，乳酸菌 550#，以 1.0%的接种量，发酵辣椒椒坯，结果如表 1。从表 1 可以看出：550#乳酸菌效果较好，故选其作为干辣椒发酵的菌种。6.3 发酵椒坯感官评定采用 100 分制。评定项目为 5 项，每项占 20 分。请 10 位专业人员和 10 位非专业人员，按感官评分标准对成熟椒坯进行评分。取其平均分作为最终评分5。感官评分标准见表 2。6.4 正交试验干辣椒发酵过程中，对产品质量产生重要影响的工艺因素主要有以下几个6：（1）菌种的接种量：如果接种量过大，乳酸菌生长速度过快，会使椒坯的酸味过重，产品风味差；反之，接种量过小，乳酸菌不能迅速形成优势菌群，发酵周期长，杂菌污染的危险性大。（2）发酵温度：温度过高或过低，都不利于乳酸菌的正常生长。虽然大部分乳酸菌的生长最适温度范围在 25-35， 但是豆瓣加工企业大多没有保温设施，基本上都是常温发酵。因此我们把试验温度定在 10-25。（3）发酵时间：时间过长，不仅增加生产成本，也使产品过酸，组织软烂，失去食用价值；但如果太短，产品的生辣味严重，风味差。（4）食盐添加量：添加量过多，会抑制乳酸菌的生长繁殖，影响发酵速度，产品过咸，风味差；反之，不能抑制杂菌生长，易酸败、易变质。以上这些因素不是孤立作用于发酵过程的，任何因素的改变都将影响其它因素的作用，对发酵产生重大影响。因此，必须同时对各参数进行试验，最终确定各参数的最佳组合。 本研究选定以上 4 个参数作为试验因素，分别选择 4 水平进行正交试验，通过对发酵椒坯进行感官评分，确定最佳工艺参数。6.4.1 正交试验因素水平表如表 3。6.4.2 正交试验与感官评定结果实验结果如表 4 所示。由表 4 可知： 影响产品品质的因素由大到小依次是：发酵温度发酵时间接种量盐分浓度。最佳组合为 B4C4A4D2。 即最佳生产条件为 ： 发酵温度25，发酵时间 20d，接种量 1.0%和食盐浓度 10%。6.4.3 正交试验附效应曲线图效应曲线图如下图 1。7 工业化应用试验根据小型试验的结果， 结合生产实际情况，春夏、秋冬季节均在常温下进行。先后在四川省郫县豆瓣股份有限公司、成都鑫鸿望食品有限公司、成都市菌种 色泽 香气 形态 口感130#较暗红、光泽差酯香淡、酱香不浓 质地较软 一般、有杂味225#较暗红、光泽差酯香淡、酱香不浓 质地较软 一般、有杂味510#较暗红、光泽差酯香淡、酱香不浓 质地较软 一般、有杂味550#鲜红、亮丽自然酯香和酱香浓郁较挺立、外观好口感好、无杂味表 1 感官评价Tab.1 Sensory Evaluation项目 色泽 脆度 酸味 香味 口感0-4 分暗红、褐色、光泽差软烂 很重异、杂味很浓很差、杂味重5-9 分淡红、褐色、光泽较差较软 较重酯香和酱香较淡一般、有杂味10-14 分较红、微褐色、有光泽较脆 稍重酯香和酱香较浓较好、较纯15-20 分 红亮、自然 脆度好 适当酯香和酱香浓郁好、纯正表 2 感官评分标准Tab.2 The criteria of Sensory Evaluation表 3 正交试验因素水平表水平因素接种量 A/% 发酵温度 B/ 发酵时间 C/d 食盐浓度 D/%1 0.4 10 5 82 0.6 15 10 103 0.8 20 15 124 1.0 25 20 14Tab.3 The factors and levels of the orthogonal experiment62第 49 卷（总第 177 期）良兴食品有限公司、成都市旺丰食品有限责任公司、四川恒丰和食品发展公司和四川高福记食品有限公司等企业进行规模化验证。7.1 不同盐分浓度辣椒在发酵过程中总 酸 含 量 的变化情况由图 2 可知：辣椒发酵过程中总酸随时间的延长而逐渐增加，后趋于平稳；加入直投式乳酸菌后会使乳酸菌菌群在初期就处于强势状态，抑制其它杂菌生长，将营养物质最大限度转变以乳酸为主的有机酸，迅速降低 pH，抑制腐败菌的生长，防止辣椒腐烂7-8；总酸含量随盐度的增加而降低，盐分浓度在8.00%时， 辣椒产生总酸的速度明显高于其它几种情况，但豆瓣用椒坯的酸度较高时，风味差；盐分浓度在 10.00%时酸度较低，风味更好。7.2 不同盐分浓度辣椒在发酵过程中 氨 基 酸 态氮含量的变化情况由图 3 可知： 不同盐分浓度辣椒在发酵过程中氨基酸态氮含量随发酵时间的增加而升高； 氨基酸态氮含量随盐度的增加而降低，盐分浓度在 10.00%的氨基酸态氮含量增长速度明显比浓盐度的快， 这是由于低盐能促进微生物生长，形成的酶系有利于蛋白质分解，增加氨基酸态氮的含量9。但是，盐分浓度太低时，辣椒的酸度也高，会影响产品的品质。7.3 不同盐分浓度辣椒在发酵过程中 还 原糖 含 量的变化情况由图 4 可知：辣椒在发酵过程中，还原糖的含量随时间的增加而减少。盐分浓度越低，微生物生长繁殖越旺盛，糖分被利用的程度越高10，发酵深度更好。但是盐分浓度较低时产品的酸度较高，进而影响产品的品质。因此选择 10.00%的盐分浓度为宜。所在列因素 1 A/% 2 B/C 3 C/d 4 D/% 5 实验结果实验 1 1 1 1 1 1 53实验 2 1 2 2 2 2 73实验 3 1 3 3 3 3 86实验 4 1 4 4 4 4 85实验 5 2 1 2 3 4 71实验 6 2 2 1 4 3 70实验 7 2 3 4 1 2 85实验 8 2 4 3 2 1 91实验 9 3 1 3 4 2 78实验 10 3 2 4 3 1 89实验 11 3 3 1 2 4 84实验 12 3 4 2 1 3 87实验 13 4 1 4 2 3 87实验 14 4 2 3 1 4 88实验 15 4 3 2 4 1 86实验 16 4 4 1 3 2 85均值 1 74.250 72.250 73.000 78.250 79.750均值 2 79.250 80.000 79.250 83.750 80.250均值 3 84.500 85.250 85.750 82.750 82.500均值 4 86.500 87.000 86.500 79.750 82.000极差 12.250 14.750 13.500 5.500 2.750表 4 正交试验表Tab.4 The orthogonal experiment刘德忠等：乳酸菌在干辣椒发酵中的研究与应用图1 效应曲线图Fig.1 The effect curve感官评分影响因素（W：接种量 t：发酵温度 T：发酵时间 N：食盐浓度）食盐浓度曲线发酵温度曲线发酵时间曲线接种量曲线W/%0.40.60.81.0t/T/dN/% 141210020151502015102501020304050607080图2 发酵过程中总酸含量的变化情况Fig.2 The variety of the total acid content in fermentation process8%盐度10%盐度12%盐度14%盐度0 7 14 21 28 35 42 49发酵天数/d0.500.600.700.800.901.001.10总酸/g100g-1图3 发酵过程中氨基酸态氮含量的变化情况Fig.3 The variety of the content of amino acid nitrogenin fermentation process8%盐度10%盐度12%盐度14%盐度0 7 14 21 28 35 42 49发酵天数/d氨基酸态氮/g100g-10.200.150.100.050.00632013 年第 5 期4 励建荣 ，岑沛霖 ，Joyce D C.杨梅汁内花色苷热降解动力学研究J.科技通报，2002，18（2）：1-5.5 陈杰 ，李进伟 ，张连富.紫甘薯色素的提取及稳定性研究J.食品科学，2011，32（18）：154-159.6 彭常安 ，付严萍 ，刘永 ，等.紫甘薯色素理化性质及稳定性研究J.安徽农业大学学报，2012，39（3）：407-411.7 王秋霜 ，凌彩金 ，刘淑媚 ，等.花青素分离纯化及组分鉴定研究进展J.食品工业科技，2013，35（3）：358-341.8 胡林子，马永全，于新.紫甘薯色素抗菌与抗氧化作用研究进展J.食品工业科技，2011，32（2）：389-392.9 Tsukui A， Kuwano K， Mitamura T. Anthocyanin pig-ment isolated from purple root of sweetpotatoJ. Ka-seigaaku Zasshi，1983，34（3）：153-159.10 Odake K， Tarahara N， Saito， et al. Chemical structuresof two anthocyanins from purple sweet potato， IpomoeabatatasJ. Phytochemistry，1992，31（6）：2127-2130.11 Gods Yu, Shimizu T， Kato Y， et al. Two acylated an-thocyanins from purple sweet potato J. Phytochem-istry，1997，44（6）：186-188.12 Terahara N， Shimizu T， Takashige K， et al. Six dia-cylated anthocyanins from the storage root oF purplesweet potato， Ipomoea batatas J. Biosci BiotechnolBiochem，1999，63（4）：1420-1422.13 凌关庭.可供开发的新型食品添加剂-紫番薯色素及其生理功能J.粮食与油脂，2002（11）：47-50.（上接第 50 页）8 传统发酵与乳酸菌发酵的实验对比8.1 发酵指标对比8.2 发酵效果对比8.3 发酵成本对比9 结论大规模生产应用时，在季节、温度及其它条件相同时，通过传统方法发酵和乳酸菌发酵的对比可知：乳酸菌发酵具有非常明显的优势。产品的色泽更鲜红、亮丽自然；酯香和酱香更浓郁；形态较挺立、外观更好看；氨基酸态氮提高 33%以上，缩短发酵周期58%以上，残糖减少 16%以上。由此可见对豆瓣行业具有非常重要的现实意义，值得大力推广。参考文献1 丁青艾.伍后胜主编.养生保健大辞典 J.北京 ：科学技术文献出版社，1997：702.2 李幼筠.“郫县豆瓣”剖析J.中国酿造，2008（6）：83-86.3 周光燕.四川地区自然发酵泡菜中乳酸菌的生物特性研究D.四川农业大学，2006.4 王旭明，汪群慧，马鸿志.用乳酸细菌从有机废物生产乳酸J.现代化工，2003，23（11）：50-53.5 丘加德.剁辣椒纯菌种发