混合菌發(fā)酵番茄辣椒醬工藝研究

摘要：選用新鮮辣椒與無任何添加的番茄醬為主料，先后添加乳酸菌粉、酵母菌粉進行混合發(fā)酵制作番茄辣椒醬。以pH值、總酸含量和感官評分為評價指標，以番茄醬添加量、白砂糖添加量、白酒添加量、酵母菌粉添加時間、酵母菌粉添加量為單因素，進行響應面試驗，優(yōu)化番茄辣椒醬的發(fā)酵工藝，并采用低場核磁共振技術對其水分遷移進行測定。結果表明，番茄辣椒醬發(fā)酵的最佳工藝條件為番茄醬添加量35.6%、白酒添加量1.5%、酵母菌粉添加時間122 h、酵母菌粉添加量0.54%，該條件下總酸含量為14.7 g/kg，添加菌種發(fā)酵后結合水與自由水變化較穩(wěn)定，所得番茄辣椒醬酯香味濃郁、色澤鮮紅、酸辣適中。

關鍵詞：番茄醬；辣椒醬；工藝；響應面

中圖分類號：TS264.24 文獻標志碼：A 文章編號：1000-9973（2025）01-0176-06

Study on Fermentation Process of Tomato Chili Sauce with Mixed Bacteria

LI Xin¹， LI Shu-ting¹， LI Yang-guang¹， LI Zhi-meng¹， DONG Zhi-han¹， FAN Zhi-hua^2*， WANG Bu-jiang¹

（1.College of Food Science and Biological Engineering， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384， China; 2.Tianjin Engineering Center for Deep Processing Technology

of Agricultural By-products， Tianjin 300384， China）

Abstract： Fresh chili and tomato sauce without any additives are selected as the main raw materials， and Lactobacillus powder and yeast powder are added successively for mixed fermentation to make tomato chili sauce. With pH value， total acid content and sensory score as the evaluation indexes， tomato sauce addition amount， white granulated sugar addition amount， Baijiu addition amount， yeast powder addition time and yeast powder addition amount as the single factors， response surface test is carried out to optimize the fermentation process of tomato chili sauce， and low-field nuclear magnetic resonance technology is used to determine the moisture migration. The results show that the optimal process conditions for the fermentation of tomato chili sauce are tomato sauce addition amount of 35.6%， Baijiu addition amount of 1.5%， yeast powder addition time of 122 h and yeast powder addition amount of 0.54%. Under such conditions， the total acid content is 14.7 g/kg. After adding strains for fermentation， bound water and free water change more stably， and the obtained tomato chili sauce has rich ester aroma， bright red color， and moderate sourness and spiciness.

Key words： tomato sauce; chili sauce; process; response surface

收稿日期：2024-07-26

基金項目：天津市研究生科研創(chuàng)新項目（2020YJSS125）；川菜發(fā)展研究中心科研項目（CC22Z11）

作者簡介：李芯（1998—），女，碩士，研究方向：食品安全檢測與質量管理。

*通信作者：范志華（1972—），男，副教授，碩士，研究方向：微生物發(fā)酵加工安全。

辣椒醬（chili sauce）是日常生活中最常見的辣味調味品之一，具有獨特的風味且富含多種營養(yǎng)物質。隨著人們生活水平的提高、口味的多樣化以及飲食觀念的改變，人們逐漸對辣椒及其相關產品產生了興趣。辣椒的辣味能夠更好地刺激人們的味蕾，增強食欲，可以緩解消化不良，還可以溫胃驅寒。辣椒作為可以鮮食的蔬菜，營養(yǎng)價值很高，季節(jié)性較強，因而將新鮮辣椒加工開發(fā)成各種類型的辣椒制品成為市場所需。

番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）富含胡蘿卜素、有機酸、維生素B、維生素C、鈣、鐵、鎂、鋅等多種元素，營養(yǎng)價值極高^[1]，番茄中的番茄紅素具有極強的抗氧化能力，可降低血壓，預防癌癥^[2]。隨著現代加工技術的發(fā)展，番茄風味相關產品越來越受到人們的關注，為了便于儲存、延長產品的供應期，可將新鮮番茄加工成各種各樣的產品^[3]。現今市面上的番茄產品多以番茄汁、番茄醬、番茄沙司、番茄罐頭為主，其中番茄醬的開發(fā)最廣泛^[4]，番茄醬作為番茄的濃縮產物，其營養(yǎng)成分更易被人體吸收^[5]。

近年來，隨著辣椒產業(yè)的不斷發(fā)展與擴大，市場上各種風味的發(fā)酵型辣椒制品不斷出現。新鮮的番茄含水量較大，考慮到在發(fā)酵過程中會產生大量的汁水而影響辣椒醬的口感和風味，因此，本文在傳統(tǒng)發(fā)酵辣椒醬的基礎上，選用新鮮辣椒與無任何添加的番茄醬進行發(fā)酵；但由于目前自然發(fā)酵辣椒醬品質不穩(wěn)定，而工業(yè)化發(fā)酵辣椒醬的口感和風味不佳，所以采用乳酸菌粉和酵母菌粉進行混合發(fā)酵，開發(fā)出具有酯香風味、酸辣可口的特色番茄辣椒醬。

1 材料與方法

1.1 材料

食鹽、白砂糖：均為市售;新鮮美人椒：云南省楚雄彜族自治州;番茄醬：新疆笑廚食品有限公司;乳酸菌發(fā)酵粉：北京川秀國際貿易有限公司;安琪高活性干酵母、酵母抽提物：安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與試劑

PX224電子天平 奧豪斯儀器（常州）有限公司;DHP-9162恒溫培養(yǎng)箱 上海博泰實驗設備有限公司;PHS-3C酸度計 上海儀電科學儀器股份有限公司;HJ-4A磁力攪拌器 深圳市鼎鑫宜實驗設備有限公司;NMI20-Analyst核磁共振分析儀 上海紐邁電子科技有限公司;NaOH 國藥集團化學試劑有限公司。

1.3 基礎配方

乳酸菌粉添加量為0.6%，食鹽添加量為4%，發(fā)酵溫度為33℃，發(fā)酵時間為15 d，番茄醬添加量、白砂糖添加量、白酒添加量、酵母菌粉添加時間和酵母菌粉添加量通過單因素試驗確定。

1.4 工藝流程及操作要點

1.4.1 工藝流程

新鮮辣椒切碎→加入番茄醬→加入食鹽、白砂糖、白酒、乳酸菌粉→混勻→發(fā)酵→添加酵母菌粉→發(fā)酵→成品。

1.4.2 操作要點

采用無任何添加的番茄醬。將酵母菌粉用35℃左右溫水活化，加入辣椒醬，混勻。

1.5 試驗設計

1.5.1 單因素試驗

1.5.1.1 番茄醬添加量對辣椒醬品質的影響

以新鮮辣椒和番茄醬的重量計，向辣椒醬中添加番茄醬，其添加量分別為20%、30%、40%、50%、60%，乳酸菌粉添加量為0.6%，白砂糖添加量為4％，食鹽添加量為4％，白酒添加量為1.5%，在33℃條件下發(fā)酵144 h后，添加0.6%的酵母菌粉，繼續(xù)發(fā)酵至15 d。

1.5.1.2 白砂糖添加量對辣椒醬品質的影響

以新鮮辣椒和番茄醬的重量計，向辣椒醬中添加白砂糖，其添加量分別為2%、3%、4%、5%、6%，番茄醬添加量為40%，乳酸菌粉添加量為0.6%，食鹽添加量為4％，白酒添加量為1.5%，在33℃條件下發(fā)酵144 h后，添加0.6%的酵母菌粉，繼續(xù)發(fā)酵至15 d。

1.5.1.3 白酒添加量對辣椒醬品質的影響

以新鮮辣椒和番茄醬的重量計，向辣椒醬中添加白酒，其添加量分別為1.0%、1.2%、1.5%、1.8%、2.0%，番茄醬添加量為40%，乳酸菌粉添加量為0.6%，白砂糖添加量為4％，食鹽添加量為4％，在33℃條件下發(fā)酵144 h后，添加0.6%的酵母菌粉，繼續(xù)發(fā)酵至15 d。

1.5.1.4 酵母菌粉添加時間對辣椒醬品質的影響

以新鮮辣椒和番茄醬的重量計，番茄醬添加量為40%，白砂糖添加量為4％，食鹽添加量為4％，白酒添加量為1.5%，乳酸菌粉添加量為0.6%，在33℃條件下發(fā)酵48，72，96，120，144 h后，添加0.6%的酵母菌粉，繼續(xù)發(fā)酵至15 d。

1.5.1.5 酵母菌粉添加量對辣椒醬品質的影響

以新鮮辣椒和番茄醬的重量計，番茄醬添加量為40%，白砂糖添加量為4％，食鹽添加量為4％，白酒添加量為1.5%，乳酸菌粉添加量為0.6%，在33℃條件下發(fā)酵144 h后，向辣椒醬中添加酵母菌粉，其添加量分別為0.0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%，裝料量為80%，繼續(xù)發(fā)酵至15 d。

1.5.2 響應面優(yōu)化試驗

在單因素試驗的基礎上，選取番茄醬添加量、白酒添加量、酵母菌粉添加時間、酵母菌粉添加量作為影響因素，以總酸含量和感官評分為響應值，進行Box-Behnken響應面試驗設計，對番茄辣椒醬發(fā)酵工藝條件進行優(yōu)化，具體因素與水平見表1。

1.6 測定方法

1.6.1 pH值的測定

取10 g番茄辣椒醬樣品放入50 mL小燒杯中，加入10 mL蒸餾水，使用pH計連續(xù)測定3次，取平均值。

1.6.2 總酸含量的測定

按照GB 12456—2021中直接滴定法進行測定。

1.6.3 感官評價

挑選10名食品相關專業(yè)的學生和老師進行專業(yè)培訓，以色澤、形態(tài)、風味、口感4個方面為評價指標并參考表2中的標準對番茄辣椒醬進行感官評價，結果取10人評分的平均值。番茄辣椒醬感官評價標準見表2。

1.6.4 低場核磁共振水分分布的測定

稱取3 g番茄辣椒醬放入核磁管內，置于磁體腔中，利用低場核磁共振測定樣品中的含水量。在FID序列下校準樣品并尋找最佳參數，選擇Q-CPMG序列采集樣品的橫向弛豫時間（T₂）^[6]，通過核磁共振信號反演得到T₂反演圖譜。

1.6.5 數據處理

所得數據采用Origin 2022軟件進行分析。利用Design-Expert 12.0軟件進行響應面優(yōu)化設計分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 番茄醬添加量對番茄辣椒醬品質的影響

由圖1可知，隨著番茄醬添加量的增加，pH值逐漸下降，總酸含量逐漸上升。番茄醬添加量過高時，發(fā)酵環(huán)境變酸，使pH值降低、總酸含量上升，番茄辣椒醬汁液過多，口感偏酸，口味接受程度偏低，感官評分降低；當番茄醬添加量較少時，會突出辣味，番茄味道不明顯，pH值較高，總酸含量較低。因此，選擇番茄醬添加量為30%、40%、50%進行響應面優(yōu)化。

2.1.2 白砂糖添加量對番茄辣椒醬品質的影響

由圖2可知，乳酸菌利用糖類產生的乳酸促進了酵母菌的發(fā)酵，酵母菌發(fā)酵和代謝產物又影響了乳酸菌的生長和繁殖代謝^[7]，乳酸菌的生長繁殖會因為白砂糖添加量的增加而受到抑制^[8]，使得pH值上升、總酸含量下降。當白砂糖添加量較低時，口味偏酸，pH值較低，總酸含量較高，感官評分下降，結合以上分析，最佳白砂糖添加量為4%。

2.1.3 白酒添加量對番茄辣椒醬品質的影響

由圖3可知，當白酒添加量為1.0%～1.5%時，總酸含量隨著白酒添加量的增加而降低，pH值升高，當白酒添加量為1.5%時，產品的pH值和感官評分最高，總酸含量最低，分別為4.10、91.4分、14.82 g/kg，因為白酒可以殺菌和增強產品的風味，因此，選擇白酒添加量為1.2%、1.5%、1.8%進行響應面優(yōu)化。

2.1.4 酵母菌粉添加時間對番茄辣椒醬品質的影響

由圖4可知，隨著酵母菌粉添加時間的增加，總酸含量先上升后下降，當酵母菌粉添加時間為120 h時，總酸含量最低，為15.89 g/kg，pH值為3.84，感官評分為91.8分，乳酸菌在發(fā)酵過程中會產生有機酸，增加總酸度^[9]，酯化作用會促進酸的消耗，所以在120 h時添加酵母菌粉，總酸含量最低，產品的酸味適中，口感柔和，醬香味濃郁。

2.1.5 酵母菌粉添加量對番茄辣椒醬品質的影響

由圖5可知，番茄辣椒醬中酵母菌粉添加量的增加使總酸含量呈先下降后上升的趨勢，pH值呈先下降后上升再下降又上升的趨勢，在酵母菌粉添加量為0.6%時，辣椒醬的總酸含量最低，為16.25 g/kg，pH值最高，為3.71，乳酸菌和代謝產物抑制了雜菌的生長，酵母菌產生的乙醇抑制了細菌的生長繁殖，酯化作用促進了總酸含量的消耗。當酵母菌粉添加量為0.6%時，辣椒醬的酯香味最濃郁，酸度適中，感官評分較高，為91.8分。因此，選擇酵母菌粉添加量為0.3%、0.6%、0.9%進行響應面優(yōu)化。

2.2 響應面試驗結果及分析

2.2.1 響應面試驗結果

根據單因素試驗結果和Box-Behnken中心組合設計原理，對番茄辣椒醬進行四因素三水平的響應面試驗設計，結果見表3。

2.2.2 模型建立與方差分析

運用Design-Expert 12.0軟件對表3中的試驗結果進行多元回歸擬合分析，以番茄醬添加量（A）、白酒添加量（B）、酵母菌粉添加時間（C）、酵母菌粉添加量（D）為響應因素，以總酸含量（Y）為響應變量，得到回歸方程：Y=13.81+1.31A+0.093 3B-0.061 7C+0.525 0D-0.105 0AB+0.005 0AC-0.455 0AD+0.045 0BC+1.03BD+0.370 0CD+1.78A²+1.25B²+0.991 2C²+1.13D²。

對模型進行方差分析，結果見表4。

由表4可知，回歸模型極顯著（Plt;0.000 1），失擬項不顯著（P=0.053 2gt;0.05），該方程的相關系數R²=0.967 0，說明該模型的擬合度較好，試驗誤差較小。由P值可知A、D、BD、A²、B²、C²、D²對番茄辣椒醬品質的影響均極顯著，各響應因素對番茄辣椒醬品質的影響順序為Agt;Dgt;Bgt;C，即番茄醬添加量gt;酵母菌粉添加量gt;白酒添加量gt;酵母菌粉添加時間。

2.2.3 響應面分析

通過上述回歸模型發(fā)現交互因素AB、AC、BC、CD對總酸含量的影響均不顯著，交互因素AD對總酸含量的影響顯著，交互因素BD對總酸含量的影響極顯著，AD、BD對響應值總酸含量的影響見圖6和圖7。

由圖6可知，等高線圖趨于橢圓形，表明番茄醬添加量和酵母菌粉添加量的交互作用較明顯^[10]，等高線圖由藍變綠速率較快，坡度越大說明對試驗結果的影響越顯著^[11]。從3D響應面圖可以看出，響應面傾斜度較大，表明番茄醬添加量和酵母菌粉添加量的交互作用對響應值的影響較大。由圖7可知，等高線圖呈橢圓形，3D響應面圖較陡峭，通過等高線圖的趨勢和3D響應面圖的彎曲程度可以得出，酵母菌粉添加量對總酸含量的影響大于白酒添加量。

2.3 最佳發(fā)酵工藝條件驗證試驗

最終結果顯示番茄辣椒醬最佳發(fā)酵工藝條件為番茄醬添加量35.55%、白酒添加量1.49%、酵母菌粉添加時間122.33 h、酵母菌粉添加量0.54%，在此條件下總酸含量為13.525 7 g/kg。根據實際試驗情況進行修正，將最佳工藝條件調整為番茄醬添加量35.6%、白酒添加量1.5%、酵母菌粉添加時間122 h、酵母菌粉添加量0.54%，在此發(fā)酵工藝條件下進行3次平行試驗，得到總酸含量平均值為14.7 g/kg，相對誤差為8.6%，與模型的預測值基本吻合，表明該響應面模型對番茄辣椒醬工藝條件具有一定的可行性。

2.4 混合菌發(fā)酵番茄辣椒醬水分的變化

采用低場核磁共振技術對混合菌發(fā)酵番茄辣椒醬發(fā)酵過程中水分分布及其含量進行測定，見圖8。番茄辣椒醬在進行Q-CPMG序列反演后的弛豫圖中顯示共有兩個峰，分別處于T₂₁（1～10 ms）、T₂₂（100～1 000 ms）區(qū)間。

由圖8可知，在水分測定過程中，番茄辣椒醬中大部分為自由水，其次為結合水?；旌暇l(fā)酵辣椒醬在第122 h時添加酵母菌發(fā)酵后，自由水與結合水呈降低趨勢，隨著發(fā)酵菌種的生長，在第11 d時逐漸穩(wěn)定，說明乳酸菌和酵母菌的添加使番茄辣椒醬中的水分變化較穩(wěn)定。

3 總結

通過單因素試驗研究番茄醬添加量、白砂糖添加量、白酒添加量、酵母菌粉添加時間、酵母菌粉添加量對感官評分、pH值和總酸含量的影響。在單因素試驗的基礎上篩選出4個較重要的因素，進行響應面試驗，各因素對混合菌發(fā)酵番茄辣椒醬品質的影響順序為番茄醬添加量gt;酵母菌粉添加量gt;白酒添加量gt;酵母菌粉添加時間，較適宜的工藝條件為番茄醬添加量35.6%、白酒添加量1.5%、酵母菌粉添加時間122 h、酵母菌粉添加量0.54%，得到總酸含量為14.7 g/kg。通過利用低場核磁共振技術檢測番茄辣椒醬的水分分布及其含量可以說明乳酸菌和酵母菌的添加會使番茄辣椒醬中的水分變化較穩(wěn)定。該研究結果可為混合菌發(fā)酵番茄辣椒醬制作工藝的工業(yè)化應用提供參數依據。

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