辣椒汁发酵过程中挥发性成分的变化

唐 鑫1,2，夏延斌1,2,*，吴 灿1

（1.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.国家蔬菜加工技术研发分中心，湖南 长沙 410128）

摘 要：为研究未经发酵辣椒汁与不同发酵时间辣椒汁的挥发性成分，并探究发酵前后挥发性成分的变化，采用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用的方法对辣椒汁发酵期间挥发性成分进行鉴定，探讨时间对辣椒汁发酵风味的影响。结果表明：在辣椒汁发酵期间，共鉴定出106 种挥发性成分，主要包括酯类（28 种）、酸类（13 种）、醇类（8 种）、烯烃类（34 种）、烷烃类（12 种）、醛类（5 种）、酮类（3 种）等，它们的协同作用构成了辣椒汁及其发酵液的特征气味。其中在辣椒原汁、发酵1、2、3 d的辣椒汁中分别鉴定出成分65、78、83、86 种，共有的成分53 种。随着发酵的进行，酯类、烯烃类化合物相对含量有所增加，并新增萜类化合物，挥发性成分种类均有增加。发酵时间3 d的辣椒汁风味最佳，发酵能使辣椒汁产生独特的风味，使其具有很好的应用前景。

关键词：发酵辣椒汁；挥发性成分；固相微萃取；气相色谱-质谱法

Analysis of Volatile Components in Hot Pepper Juice during Fermentation

TANG Xin1,2, XIA Yan-bin1,2,*, WU Can1

(1. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;

2. National R & D Center for Vegetable Processing, Changsha 410128, China)

Abstract: Solid-phase micro-extraction (SPME) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) were adopted to separate and identify the volatile components of fermented hot pepper juice. The quantification was performed by area normalization method. The results indicated that 106 volatile components were identified including esters, acids, alcohols, olefins, alkenes, aldehydes and ketones. Totally 65, 78, 83 and 86 volatile components were identified in hot pepper juices fermented for 0, 1, 2 and 3 days, respectively. Fifty-three volatile compounds were common to the four samples. The amounts of alkenes and esters were increased as the fermentation process progressed, terpeniods were newly detected, and there was an increase in the number of volatile compounds. The 3 d fermented juice had the best flavor. Therefore, fermentation can improve the flavor of hot pepper juice, and even produce unique flavor, indicating its application potential.

Key words: fermented hot pepper juice; volatile component; solid-phase micro-extraction (SPME); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

中图分类号：TS264.3 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）16-0197-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201416038

辣椒（Capsicum annuum）属茄科，是一种深受人们喜爱，味辛香，性温热，有刺激性的蔬菜，其含有丰富的VC，在蔬菜中居第一位，另外还含有比较丰富的锌、VA、VB、铁、钙、钾以及15 种人体所需要的氨基酸[1-2]。除此之外，辣椒还具有健胃消食、促进血液循环等作用[3]。

我国有着丰富的辣椒资源，拥有着广大的消费群体和辣椒加工企业。其中，很多的辣椒企业利用盐渍辣椒再深加工，但辣椒在盐渍过程中会渗出大量的辣椒细胞组织液浸出汁[4]，即辣椒汁，其中含盐23%，含辣椒溶出物8%。目前，大多数辣椒加工企业都没有利用这种辣椒汁，而是作为废水排放。湖南以该种方式加工的辣椒每年有10万 t以上，辣椒汁流失达800多吨，不仅辣椒中营养物质的流失，而且造成严重的环境污染。经初步研究发现，该盐渍浸出汁中含有丰富的能够提供微生物生长代谢所需的营养成分，并且其感官上有丰富且浓厚的辣椒香气[5]。为了能够充分地利用这些副产物，将其加工为发酵辣椒香精，本研究利用植物乳杆菌和酵母菌对其进行发酵，获得了风味良好的浓缩发酵液，为进一步了解风味品质和发酵时间的关系，对挥发性成分随时间的变化开展了研究。

目前，食品香气成分分析应用最广泛的技术是顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（headspace solid-phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）联用法，固相微萃取法过程简单、方便快捷[6]，并且还是集采样、萃取、浓缩及进样于一体的[7-8]。本研究采用HS-SPME-GC-MS对辣椒盐坯浸出汁接种植物乳杆菌和酵母菌混合发酵过程中的香气成分进行分析比较，旨在为辣椒汁的废物利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

辣椒汁（盐渍红线椒汁），取于长沙坛坛乡调料食品有限公司剁辣椒盐坯细胞组织液浸出汁（加入30%食盐的红线椒剁辣椒盐渍后浸出的辣椒汁）；植物乳杆菌（L. plantarum P1），由湖南农业大学食品科学技术学院食品科学与生物技术湖南省重点实验室保藏；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司；MRS培养基 广东环凯微生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

固相微萃取装置（手动SPME进样器、100 μm PDMS萃取头、15 mL顶空瓶） 美国Supelco公司；QP2010气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司；GL-3520磁力搅拌器 海门市其林贝尔仪器制造有限公司；GZ-250-S恒温培养箱 韶关市广智科技设备发展有限公司；TP-213电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌种活化与发酵剂制备

取1 g高活性干酵母于100 mL 38～40 ℃含2%葡萄糖溶液中，使之溶解，保持该温度15min，再将其转移到30～32 ℃条件下培养2 h后，检测活菌数达到1010，方可作为发酵剂备用。

250 mL锥形瓶中装入50mL MRS液体培养基，接种3 环生长良好的斜面植物乳杆菌，35 ℃培养24 h，重复2～3 次将菌种活化。250 mL锥形瓶中装50 mL植物乳杆菌辣椒盐坯浸出汁培养基[9]，接入1 mL已活化菌液，35 ℃培养21 h，检测活菌数达到1010，方可作为发酵剂备用。

1.3.2 发酵辣椒汁的制备

表 1 辣椒汁基本理化指标

Table 1 Physical and chemical indicators of hot pepper juice

注：除pH值外，其他指标单位为g/100mL。

将辣椒盐坯渗出汁直接加热蒸发浓缩至原体积的20%，静置冷却以除去底部冷析出来的食盐。再加入蒸馏水使辣椒浓缩汁与水的体积比为1∶1.5，备用。以该处理好的辣椒汁为发酵基质（添加量以该体积计，基本指标参数见表1），加入12%麦芽糖，接种已制备的复合发酵剂，总接种量为3%，其中植物乳杆菌∶酵母菌=2∶1，静置于37 ℃恒温培养箱内进行发酵。分别取辣椒原汁、发酵1、2、3 d的辣椒汁进行顶空固相微萃取，分析其挥发性成分。

1.3.3 挥发性成分的提取及鉴定

1.3.3.1 萃取头老化

首次使用固相微萃取头时，必须老化至无杂峰。将100 μm PDMS萃取头，于气相色谱进样口老化，老化温度270 ℃，老化时间30 min。

1.3.3.2 挥发性风味成分的提取[4]

吸取5 mL的辣椒汁于顶空瓶中，密封好后置于磁力搅拌器上，在60 ℃条件下恒温10 min，将萃取头插入样品瓶中，推出纤维头使其位于液面之上保持1.5 cm，顶空于60 ℃吸附30 min，搅拌速率为900 r/min。然后将萃取头插入气相色谱仪进样口，250 ℃解吸5 min，在拔出萃取头时抽回纤维头，并启动仪器采集数据。

1.3.4 挥发性风味成分的鉴定方法

1.3.4.1 仪器分析条件[10]

气相色谱条件：色谱柱为DB-5MS弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气为高纯（99.999%）氦气，流速1.0 mL/min；进样口温度250 ℃；不分流进样；程序升温，柱温50 ℃，保持1 min，以8 ℃/min升温至290 ℃，保持2 min。

质谱条件：离子源温度200 ℃；接口温度220 ℃；电离方式电离电离；电子能量70 eV；灯丝电流150 μA；质核比扫描范围45～500 m/z。

1.3.4.2 定性定量方法

质谱图采用NIST 08和Wiley 09数据库进行检索，人工谱图解析，再结合保留时间等参数分别对各峰进行确认和分析检测。本实验对谱库中化合物相似度低于80的组分标为未检出。采用峰面积归一化法进行定量分析，得出各化学成分在发酵辣椒汁挥发性风味成分中的相对含量。

2 结果与分析

2.1 不同发酵时间辣椒汁挥发性成分总离子流图

采用HS-SPME-GC-MS法对不同发酵时间的挥发性成分进行分析，得到辣椒原汁、发酵1 d、发酵2 d、发酵3 d的辣椒汁的GC-MS总离子流图，如图1所示。

a.辣椒原汁

b.发酵时间1 d的辣椒汁

c.发酵时间2 d的辣椒汁

d.发酵时间3 d的辣椒汁

图 1 辣椒原汁与辣椒汁发酵过程中挥发性成分GC-MS总离子流图

Fig.1 GC-MS total ion current chromatograms of volatile compounds of hot pepper juice and fermented hot pepper juice for 1, 2 and 3 days

2.2 不同发酵时间辣椒汁挥发性成分分析

表 2 辣椒汁发酵过程中挥发性成分GC-MS分析结果

Table 2 Changes in volatile compounds of hot pepper juice
during fermentation

注：—.未检出。

各组分经计算机谱库检索及资料分析，检测结果如表2所示。由表2可知，辣椒汁在发酵过程中共检出的挥发性成分103 种，其中共有的挥发性成分53 种，主要有醛类、酸类、醇类、酯类、烷烃类、烯烃类、酮类等化合物。

辣椒汁经发酵后挥发性成分的变化如图2所示，其中挥发性成分的种类明显增加（图2a），各挥发性成分的相对含量也随着发酵的进行发生变化（图2b）。从辣椒原汁、发酵1 d、发酵2 d和发酵3 d的辣椒汁中分别检出65、78、83、86 种成分。

图 2 不同发酵时间挥发性成分化合物个数（a）和相对含量（b）的变化

Fig.2 Changes in the kinds (a) and relative contents (b) of volatile components in hot pepper juice during fermentation

2.3 不同发酵时间辣椒汁挥发性成分变化

2.3.1 醇类化合物

醇类化合物在发酵期间的相对含量变化不大。其中在酵母菌的作用下在发酵初期产生乙醇，并随着发酵时间的延长，乙醇的相对含量有所增加，使发酵辣椒汁具有酒样香气。另外，金合欢醇、芳樟醇、橙花醇、α-松油醇等萜醇类化合物是检出的醇类化合物中相对含量最高的一类。α-松油醇在4 个样品中都有存在，相对含量分别为2.54%、1.53%、1.31%、1.18%，发酵过程中含量逐渐降低。

2.3.2 酸类化合物

对于发酵食品而言，酸类化合物不仅能给食品的风味赋予酸味，同时还能提供香气。在植物乳杆菌的作用下，发酵1、2、3 d的辣椒汁中酸类化合物的相对含量分别为16.81%、21.96%、22.41%，相对含量有所升高，这可能与随着发酵的进行乳酸菌不断产酸有关。

2.3.3 烃类化合物

本实验所检出的烃类化合物包括烷烃类化合物和烯烃类化合物。其中烷烃类化合物共检出12 种，共有的为7 种且相对含量变化不大。烯烃类化合物共检出34 种，是所有物质中种类最多的一类，在辣椒原汁、发酵1、2、3 d的辣椒汁中分别检出19、20、22、25 种，相对含量分别为12.21%、13.85%、14.83%、19.77%，都呈递增的趋势。随着发酵的进行，新增的L-柠檬烯、（＋）-长叶环烯、β-花柏烯、（＋）-香橙烯、α-紫惠槐烯、β-石竹烯、角鲨烯等萜烯类化合物，呈现特殊的果香和花香。

2.3.4 酯类化合物

本实验共检出28 种酯类化合物，且在经过发酵后酯类化合物成为所有物质中相对含量最高的一类，说明在酵母菌和植物乳杆菌的共同作用下对酯类化合物的生成有一定的促进作用。在辣椒原汁、发酵1 、2、3 d的辣椒汁中酯类化合物分别检出13、20、25、26 种，相对含量分别为10.71%、27.61%、38.41%、35.25%，说明通过发酵可以使辣椒汁产生浓郁的香气。

2.3.5 醛酮类化合物

此次检出的醛类物质共5 种，相对含量分别为3.25%、3.98%、4.75%、5.30%，相对含量增加不多。此次检出的3种酮类化合物，包括香叶基丙酮、β-大马士酮、紫罗兰酮都为4 个样品中共有的，且相对含量基本保持不变，可能是由于发酵对酮类化合物的影响并不大。

2.3.6 其他类化合物

辣椒汁中共检出3 种其他类化合物，为2-甲氧基-3-异丁基吡嗪、2,3-二氢苯并呋喃和正辛醚。经过发酵后正辛醚消失，只剩下2-甲氧基-3-异丁基吡嗪、2,3-二氢苯并呋喃，且发酵1、2、3 d这两种物质的相对含量分别为0.29%、0.33%、0.28%，基本未发生改变。

3 讨 论

萜醇类香料大多属花香、青果和蜜香香气[11]，赋予发酵辣椒香气作用较大。如橙花醇有令人愉快的玫瑰和橙花的香气[12]，芳樟醇具有花香、木香、柑橘香、浆果香、玫瑰香，金合欢醇赋予清香和花香等柔和的气味[13]，α-松油醇具有紫丁香香气并具有辛辣味，可能来源于新鲜辣椒，随着发酵时间的延长含量逐渐降低，可能会改善样品的辛辣味。烷烃类化合物香气一般比较弱，香气阈值较高，赋予产品的香气作用较小[14]，在空气中也易于氧化变质[15]，故并不将此类化合物作为辣椒中的主要呈味物质。烯烃类化合物阈值较低，加热可以促进挥发，是辣椒中的主要呈味物质[16]，随着发酵的进行，萜烯类化合物种类有所增加，呈现果香和花香，使辣椒汁经过发酵后香气成分种类更加丰富，香味更加浓郁。酯类化合物赋予发酵辣椒汁的香气十分重要，因为在发酵过程中，酯化反应是主要反应之一。酯类化合物气味浓郁，香气持久，低分子质量的酯类一般具有芳香气味或特定水果香味[17]。在发酵过程中生成的壬酸乙酯具有果香和带玫瑰香气的酒香，癸酸乙酯具有葡萄酒香气，肉豆蔻酸甲酯具类似蜂蜜和鸢尾样的香气，十二烷基异戊酯呈微弱油香和脂香等酯类化合物，都是制作香精香料必不可少的成分[15]。醛类化合物的香气浓烈，多为果香及花香，因为它们感觉阈值较低，赋予香气能力较强。其中桃醛具有强烈的桃香和果香香气[18]，月桂醛具有类似紫罗兰等果香型香气，硬脂醛具有椰子和杏仁味香气。酮类化合物具有性质稳定，香味优异持久等特点[19]，一般贡献花香和果香风味，通常随着碳链的增长给出更强的花香特征[20]。2-甲氧基-3-异丁基吡嗪具有胡椒、咖啡的香气，2,3-二氢苯并呋喃具有刺激性，是新鲜辣椒香气成分中典型的化合物，是辣椒辣味的来源[21]。

随着发酵的进行，挥发性成分的种类明显增加，各类挥发性成分的相对含量也随着发酵的进行发生变化。烯烃类和酯类的种类和相对含量都呈递增趋势，从发酵开始就成为主要的挥发性成分。醛类和酮类的种类和相对含量的变化都不明显，但由于其具有感觉阈值较低，赋予香气能力较强，性质稳定，香味优异持久等特点，为发酵辣椒汁香味的贡献较大。

4 结 论

采用HS-SPME-GC-MS，对辣椒汁发酵过程中挥发性成分的变化进行检测。从辣椒原汁、发酵1、2、3 d的辣椒汁中共鉴定出挥发性成分106 种，分别鉴定出成分65、78、83、86 种，共有的成分53 种。主要有醇类、酸类、烃类、酯类、醛类和酮类等。辣椒汁经过发酵，挥发性成分种类呈递增趋势，呈现辛辣味的物质相对含量有所降低，呈现果香和花香的物质相对含量逐渐增高，说明通过复合菌种对辣椒汁进行发酵对辣椒汁的香味有很好的改善，为今后的研究生产有一定的借鉴作用。

辣椒汁在植物乳杆菌和酵母菌共同作用下产生的特有的香气并非由一种或一类化合物单独形成，其形式并不单一，它取决于各种化合物之间的一种微妙的平衡。但是由于每种挥发性香味成分的阈值相差很大，所以成分的相对含量并不能完全地反映出某种化合物在样品中的风味贡献，有待进一步的研究。

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