鹽含量對(duì)泡辣椒發(fā)酵過(guò)程中質(zhì)構(gòu)劣化及相關(guān)理化指標(biāo)變化的影響

趙 楠，葛黎紅，郭 壯，鄧 風(fēng)，賴海梅，王雅利，，黃玉立，，盧 偉，黃巧蓮，朱永清*

（1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，四川成都 610066；2.四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川成都 610101；3.湖北文理學(xué)院食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北襄陽(yáng) 441053；4.四川老壇子食品有限公司，四川眉山 620010）

泡辣椒是我國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵食品中極具特色的一種，以新鮮辣椒為原料，加入食鹽，在密封壇子中發(fā)酵而成[1]。在發(fā)酵過(guò)程中，乳酸菌和真菌活躍的代謝活動(dòng)為泡辣椒中天然有機(jī)酸等風(fēng)味物質(zhì)的積累創(chuàng)造了適宜條件，賦予了產(chǎn)品酸香爽脆的感官特色[2]。但是活躍的微生物代謝活動(dòng)也會(huì)破壞原料蔬菜組織細(xì)胞的完整性，使得組織機(jī)械強(qiáng)度下降，造成產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)劣化[3-4]。

發(fā)酵蔬菜的質(zhì)構(gòu)主要與組織細(xì)胞壁的完整性有關(guān)，果膠是維持蔬菜組織細(xì)胞壁機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)鍵組成成分。在泡辣椒發(fā)酵過(guò)程中，隨著有機(jī)酸的積累，體系的pH、離子強(qiáng)度等理化性質(zhì)逐漸變化，隨之改變的還有細(xì)胞壁中水分的存在狀態(tài)，且微生物也代謝產(chǎn)生并分泌果膠降解酶系至體系中，這一系列內(nèi)外部因素都將影響組織細(xì)胞壁中果膠的穩(wěn)定性及存在狀態(tài)，因而也是影響發(fā)酵蔬菜產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的主要因素[4-7]。食鹽作為泡辣椒生產(chǎn)中重要的配料，能夠抑制腐敗微生物的生長(zhǎng)，為乳酸菌和真菌的增殖提供優(yōu)勢(shì)環(huán)境，通過(guò)調(diào)節(jié)微生物的生長(zhǎng)代謝活動(dòng)間接影響發(fā)酵蔬菜的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)[8]。更進(jìn)一步地，食鹽在發(fā)酵體系中的離子效應(yīng)也將直接影響植物組織細(xì)胞壁中果膠的帶電狀態(tài)以及水分結(jié)合形式，進(jìn)而直接決定發(fā)酵蔬菜的質(zhì)構(gòu)形成過(guò)程[9]。在傳統(tǒng)工藝中，泡辣椒食鹽含量大多高于10%，大量食鹽的添加有利于產(chǎn)品保存，但不利于人體健康。隨著大健康時(shí)代的來(lái)臨，泡辣椒減鹽化發(fā)酵理論逐漸受到關(guān)注[10]。一般來(lái)說(shuō)，食鹽含量低于8%的泡辣椒稱為低鹽泡辣椒[11]。由于食鹽含量對(duì)泡辣椒發(fā)酵進(jìn)程中質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的形成具有重要作用，泡辣椒減鹽化操作也將引起產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性的改變，目前有關(guān)食鹽含量對(duì)泡辣椒在發(fā)酵過(guò)程中質(zhì)構(gòu)形成機(jī)制的影響還不明確。

本研究通過(guò)考察不同食鹽含量下泡辣椒發(fā)酵過(guò)程中質(zhì)構(gòu)劣化進(jìn)程與微生物數(shù)量、pH、水分存在狀態(tài)和總果膠酶活力變化之間的關(guān)系，研究食鹽含量對(duì)泡辣椒質(zhì)構(gòu)品質(zhì)形成的影響機(jī)制。以期為低鹽化發(fā)酵食品質(zhì)構(gòu)調(diào)控技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮紅辣椒：購(gòu)于襄陽(yáng)市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；食鹽：中鹽上海市鹽業(yè)有限公司；氫氧化鈉（分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；MRS培養(yǎng)基、孟加拉紅培養(yǎng)基：青島海博生物技術(shù)有限公司；果膠酶活性檢測(cè)試劑盒：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ME3002E型電子天平、SevenCompact S210型pH計(jì)、HE53型水分測(cè)定儀：梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；TA.XTPlus型物性分析儀：英國(guó)Stable Micro System有限公司；NMI20-025V-I核磁共振分析儀：上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發(fā)酵辣椒制備

配制食鹽含量為0、2%、4%、6%、8%的鹽水各1 800 mL，并分別加入400 g鮮辣椒，鹽含量按辣椒與水的總質(zhì)量計(jì)算，將泡菜壇水封后放入25 ℃培養(yǎng)箱進(jìn)行發(fā)酵，7 d后取樣用于指標(biāo)測(cè)定。

1.3.2 水分含量和水分活度測(cè)定[12]

將3 g樣品搗碎后放入測(cè)量盒中，水分含量和水分活度由水分測(cè)定儀測(cè)定。

1.3.3 水分分布分析[12]

采用低場(chǎng)核磁共振儀分析泡辣椒中不同結(jié)合態(tài)水分的組成。測(cè)定條件設(shè)置為：等待時(shí)間3 000 ms，回波時(shí)間0.8 ms，前置放大倍數(shù)1，回波個(gè)數(shù)10 000，累加次數(shù)8。采用PQ001分析軟件及Q-CPMG 序列進(jìn)行T2信號(hào)采集。

1.3.4 質(zhì)構(gòu)剖面分析[1]

參數(shù)設(shè)置：探頭型號(hào)P2，測(cè)前速度1 mm/s，測(cè)試速度1 mm/s，測(cè)后速度2 mm/s，穿刺距離15 mm。選擇尺寸相近辣椒樣品的中部位置進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)定。

1.3.5 pH值[11]

用pH計(jì)測(cè)定泡辣椒鹵水pH值。

1.3.6 微生物指標(biāo)[11]

取5 g樣品搗碎后加入5倍體積無(wú)菌生理鹽水混合后均勻，經(jīng)梯度稀釋后，分別涂布于MRS平板，厭氧條件下37 ℃經(jīng)72 h培養(yǎng)后計(jì)數(shù)乳酸菌含量，采用孟加拉紅平板，30 ℃條件下培養(yǎng)72 h后計(jì)數(shù)真菌數(shù)量。

1.3.7 果膠酶活力測(cè)定

取1 g樣品與10 mL試劑盒提取液混合后均質(zhì)，10 000×g離心10 min，取上清置于冰上待測(cè)，然后根據(jù)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行果膠酶活力測(cè)定，酶活力單位為U/g樣品[13]。

1.3.8 數(shù)據(jù)分析

除質(zhì)構(gòu)采用8組平行外，其余指標(biāo)均采用3組平行，數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用SPSS 20.0軟件分析數(shù)據(jù)之間的差異顯著性，顯著性分析水平選取P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 食鹽含量對(duì)泡辣椒水分含量的影響

食鹽可通過(guò)改變體系離子強(qiáng)度而影響辣椒細(xì)胞中水分存在狀態(tài)，而細(xì)胞水分存在狀態(tài)是決定泡辣椒質(zhì)構(gòu)的重要因素。如圖1可知，泡辣椒水分含量隨食鹽含量增加而逐漸下降。這可能是因?yàn)槭雏}含量越高，環(huán)境滲透壓越高，辣椒表皮組織細(xì)胞中水分滲出量越大[14]，致使樣品水分含量降低。當(dāng)食鹽含量升至4%～8%時(shí)，樣品的水分含量比對(duì)照組低4.00%～4.80%。

圖1 不同食鹽含量的泡辣椒在發(fā)酵7 d后的水分含量Fig.1 Water contents of pickled pepper with different salt contents after fermentation for 7 d

2.2 食鹽含量對(duì)泡辣椒質(zhì)構(gòu)的影響

硬度、脆性和咀嚼性是反映泡辣椒質(zhì)構(gòu)的主要指標(biāo)。如圖2所示，在不同食鹽含量下，泡辣椒的硬度、脆性和咀嚼性均有較大差異。當(dāng)不添加食鹽時(shí)，樣品硬度和咀嚼性均在各處理組中最低，但脆性最高。食鹽含量4%～6%樣品的咀嚼性和硬度最高，在食鹽含量為4%和6%時(shí)，樣品硬度分別較對(duì)照組高16.46%和34.41%，當(dāng)食鹽含量為4%和6%時(shí)，樣品咀嚼性分別比對(duì)照組高43.98%和32.48%。這與水分含量結(jié)果相對(duì)應(yīng)，當(dāng)食鹽含量＞4%時(shí)，水分含量明顯降低（圖1），因而胞液濃縮效應(yīng)引起硬度和咀嚼性增加。當(dāng)食鹽含量進(jìn)一步升至8%時(shí)，辣椒細(xì)胞失水導(dǎo)致組織萎縮變形，對(duì)應(yīng)的是該組樣品的硬度和咀嚼性顯著低于4%和6%食鹽含量組，且與0和2%食鹽含量組樣品的硬度無(wú)顯著差異（P＞0.05），而咀嚼性明顯高于0和2%食鹽含量組，這可能時(shí)由于高鹽條件下的細(xì)胞萎縮，使得細(xì)胞結(jié)構(gòu)壓縮，導(dǎo)致咀嚼性相對(duì)較高。相較于2%和8%食鹽處理組，食鹽含量為4%～6%時(shí)樣品脆性有所提升。辣椒的脆性與細(xì)胞膨壓有關(guān)，由于辣椒細(xì)胞在高鹽環(huán)境下失水，導(dǎo)致細(xì)胞膨壓降低，因此相較于對(duì)照組，添加食鹽組樣品的脆性有所下降。因此，綜合分析硬度、脆性和咀嚼性這三個(gè)指標(biāo)結(jié)果，食鹽含量4%～6%時(shí)樣品的質(zhì)構(gòu)較好。

圖2 不同食鹽含量的泡辣椒在發(fā)酵過(guò)程中硬度（A）、脆性（B）和咀嚼性（C）變化Fig.2 Changes of the hardness (A),crispness (B) and chewiness (C) of pickled pepper with different salt contents during fermentation process

2.3 食鹽含量對(duì)泡辣椒pH的影響

環(huán)境pH可通過(guò)改變細(xì)胞表面大分子的帶電狀態(tài)，影響泡辣椒組織機(jī)械結(jié)構(gòu)；此外，果膠酶的活性受pH影響，進(jìn)而改變細(xì)胞壁果膠成分的降解程度。由圖3可知，泡辣椒發(fā)酵過(guò)程中pH呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)。當(dāng)食鹽含量≤6%時(shí)，泡辣椒發(fā)酵7 d內(nèi)pH下降至4.10左右，且與對(duì)照組無(wú)顯著性差異。當(dāng)食鹽含量為8%時(shí)，樣品pH緩慢下降，產(chǎn)品最終pH在4.50以上。這說(shuō)明食鹽含量≤6%可在抑制雜菌的同時(shí)為乳酸菌提供適宜環(huán)境，促進(jìn)發(fā)酵進(jìn)行，而食鹽含量為8%時(shí)，乳酸菌受到抑制而發(fā)酵進(jìn)程受阻。

圖3 不同食鹽含量的泡辣椒在發(fā)酵過(guò)程中pH變化Fig.3 Changes of pH of pickled pepper with different salt contents during fermentation process

2.4 食鹽含量對(duì)泡辣椒發(fā)酵過(guò)程中乳酸菌和真菌總數(shù)的影響

微生物是泡辣椒發(fā)酵過(guò)程的主要參與者，微生物產(chǎn)生的果膠酶可直接影響泡辣椒質(zhì)構(gòu)特性。在發(fā)酵過(guò)程中，食鹽對(duì)微生物增殖過(guò)程的影響也將引起泡辣椒質(zhì)構(gòu)的差異。泡辣椒發(fā)酵產(chǎn)酸過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)菌種為乳酸菌，不同食鹽含量的泡辣椒在發(fā)酵過(guò)程中的乳酸菌總數(shù)和真菌總數(shù)變化見(jiàn)圖4。如圖4（a）所示，乳酸菌在發(fā)酵1 d內(nèi)迅速繁殖，各組樣品的乳酸菌均增長(zhǎng)了4～5個(gè)數(shù)量級(jí)，而后逐漸趨于平穩(wěn)，低于6%食鹽處理組的最終乳酸菌數(shù)量與對(duì)照組無(wú)顯著性差異。而8%食鹽樣品中乳酸菌增長(zhǎng)緩慢且明顯低于對(duì)照組。

泡辣椒中的真菌所占比例低于乳酸菌，但其因豐富的果膠降解酶系而對(duì)泡辣椒質(zhì)構(gòu)的形成具有重要貢獻(xiàn)。由圖4（b）可知，在各組樣品中，真菌的數(shù)量均呈現(xiàn)先增加而后下降至消失的趨勢(shì)。當(dāng)食鹽含量為0和2%時(shí)，初始真菌含量分別為3.89和3.78，而當(dāng)食鹽數(shù)量對(duì)數(shù)值進(jìn)一步增加至4%以上時(shí)，未檢出初始真菌，這可能是由于高鹽含量（＞4%）對(duì)真菌具有較強(qiáng)抑制作用。隨著樣品鹽含量的增加，發(fā)酵1 d時(shí)的真菌數(shù)量逐漸下降，這表明相較于乳酸菌，食鹽對(duì)真菌的抑制作用更為明顯，這與現(xiàn)有報(bào)道一致[15]。食鹽對(duì)微生物的抑制作用在一定程度上減緩了代謝活動(dòng)造成的辣椒組織的破壞，進(jìn)而有助于提升辣椒質(zhì)構(gòu)。

圖4 不同食鹽含量的泡辣椒在發(fā)酵過(guò)程中乳酸菌（A）和真菌（B）總數(shù)變化Fig.4 Changes of the total counts of lactic acid bacteria (A) and fungi (B) in pickled pepper with different salt contents during fermentation process

2.5 食鹽含量對(duì)泡辣椒水分活度和水分分布的影響

水分活度是表征食品內(nèi)水分結(jié)合狀態(tài)的指標(biāo)。一方面，在高滲環(huán)境中，泡辣椒組織失水導(dǎo)致自由水減少；另一方面，食鹽可改變細(xì)胞表面蛋白質(zhì)、多糖等大分子的電荷狀態(tài)，從而束縛住更多水分，使得結(jié)合水比例增加[16]。因此食鹽具有促進(jìn)辣椒中水分由游離狀態(tài)向結(jié)合狀態(tài)轉(zhuǎn)化的作用，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果中食鹽含量的增加顯著降低了樣品水分活度相對(duì)應(yīng)（見(jiàn)圖5a），當(dāng)食鹽含量≤2%時(shí)，樣品的水分活度與對(duì)照組無(wú)顯著性差異（P＞0.05），當(dāng)食鹽含量增加至4%～8%時(shí)，水分活度比對(duì)照組低了2.31%～2.80%（P＜0.05）。

不同鹽含量樣品的水分分布情況見(jiàn)圖5b。由圖5b可知，泡辣椒中的水分可分為三部分，結(jié)合水主要與細(xì)胞大分子中的極性基團(tuán)緊密結(jié)合[12]；不易流動(dòng)水主要位于細(xì)胞內(nèi)部；自由水主要游離于細(xì)胞間隙中[17]。對(duì)照組的自由水比例以及水分含量均最高，該條件下植物細(xì)胞處于膨脹狀態(tài)，這與該組樣品脆性最高相對(duì)應(yīng)（圖2）。隨著食鹽含量增加，不易流動(dòng)水的增加趨勢(shì)相較于其他水組分更為明顯，且結(jié)合水所占比例也略有增加，說(shuō)明食鹽含量的增加使得泡辣椒中水分的流動(dòng)性和自由度逐漸降低[18]。這與樣品的水分含量下降而水分活度增加相對(duì)應(yīng)（圖1和圖5a），進(jìn)一步證明在食鹽作用下，泡辣椒主要失去了自由水[19]。食鹽含量≥4%時(shí)，細(xì)胞水合作用的增強(qiáng)可在一定程度上增加組織機(jī)械強(qiáng)度，因而樣品硬度和咀嚼性顯著高于對(duì)照組（見(jiàn)圖2）。

圖5 不同食鹽含量的泡辣椒在發(fā)酵7 d后的水分活度（A）和水分分布（B）Fig.5 Water activity (A) and water distribution (B) of pickled pepper with different salt contents after fermentation for 7 d

2.6 果膠酶活性

果膠是決定辣椒組織機(jī)械特性的重要組分[4]。在發(fā)酵過(guò)程中，辣椒中的內(nèi)源果膠酶和微生物代謝酶系均可降解果膠[20-21]，導(dǎo)致泡辣椒質(zhì)構(gòu)劣化，食鹽具有抑制果膠酶活性的作用[22]。如圖6所示，當(dāng)食鹽含量≤2%時(shí)，食鹽對(duì)果膠酶的活性無(wú)顯著影響（P＞0.05），當(dāng)食鹽含量增至4%、6%和8%后，果膠酶活性分別較對(duì)照組低67.42%、75.43%和78.11%，差異顯著（P＜0.05），食鹽對(duì)果膠酶的抑制可能與高離子強(qiáng)度和酸環(huán)境下果膠酶分子結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)[22]。

圖6 不同食鹽含量的泡辣椒在發(fā)酵7 d后的總果膠酶活性Fig.6 Total pectinase activity of pickled pepper with different salt contents after fermentation for 7 d

2.7 不同食鹽含量下泡辣椒質(zhì)構(gòu)形成與理化性質(zhì)之間的關(guān)系

泡辣椒的質(zhì)構(gòu)特性受環(huán)境pH、離子強(qiáng)度、微生物代謝活動(dòng)、組織水分存在狀態(tài)以及果膠酶活性等因素影響。當(dāng)食鹽含量≤2%時(shí)，發(fā)酵體系中果膠酶活力高，造成組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，因而辣椒硬度和咀嚼性降低。當(dāng)食鹽含量升至4%～6%時(shí)，高滲環(huán)境下細(xì)胞中自由水或被釋放或轉(zhuǎn)化為不易移動(dòng)水，水分活度下降，細(xì)胞水合作用增強(qiáng)使得樣品脆性升高，進(jìn)而增加了機(jī)械強(qiáng)度；同時(shí)，高離子強(qiáng)度和低pH環(huán)境均可抑制果膠酶活力，進(jìn)而改善質(zhì)構(gòu)。因此，該食鹽含量可顯著提高泡辣椒硬度、脆性和咀嚼性。當(dāng)食鹽含量進(jìn)一步升至8%時(shí)，辣椒組織失水過(guò)多導(dǎo)致細(xì)胞萎縮，對(duì)應(yīng)的是硬度、脆性和咀嚼性的下降。

3 結(jié)論

在不同食鹽含量中，4%～6%食鹽可抑制泡辣椒質(zhì)構(gòu)劣化。在此條件下，泡辣椒形成低酸性體系，在高滲作用下辣椒細(xì)胞的水合作用增強(qiáng)而水分活度下降，有助于保持脆性，且果膠酶活性受到顯著抑制，易于保持完整細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，從而減緩泡辣椒硬度、咀嚼性和脆性的劣化。