辣椒酱发酵过程中生化转化规律：品种与发酵方式对风味及活性成分的影响机制

《Food Research International》：Biochemical transformations in fermented chili pastes: Impact of cultivar and fermentation type on flavor and bioactive compounds

本研究针对辣椒酱可控发酵研究不足的现状，系统分析了三种辣椒品种（Capsicum annuum 'Monkey Face'、Capsicum chinense 'Habanero Red Caribbean'和Capsicum chinense 'Bhut Jolokia'）在Limosilactobacillus fermentum (LF)、Lactiplantibacillus plantarum (LP)和自然发酵(SF)条件下的生化变化。研究发现72小时LP发酵能最优实现糖分转化（降低50-75%）、乳酸生成（增加超100%）和活性物质保留，为辣椒酱标准化生产和品质提升提供了理论依据。

　　

辣椒作为全球广泛种植和消费的蔬菜，不仅为菜肴增添独特风味，更富含多种益于健康的生物活性成分。从维生素、矿物质到酚类、辣椒素类物质和类胡萝卜素，这些化合物被证实具有抗氧化、抗炎、降压和降血糖等多重功效，对肥胖、慢性代谢及心血管疾病的防控具有潜在价值。在全球范围内，辣椒年产量已接近3700万吨，其加工形式多样，包括新鲜、干燥、腌制或制成酱料、酱汁等。尤其在一些地区，发酵辣椒制品如中国的泡椒、豆瓣酱，韩国的辣椒酱以及美国的塔巴斯科辣酱等，已成为传统饮食文化的重要组成部分。这些产品通常通过自然发酵制成，其独特的鲜味、咸味、酸味和辣味深受消费者喜爱。发酵过程中，乳酸菌和酵母菌等微生物利用原料中的营养物质，不仅产生特殊风味，还能生成更多有益健康的生物活性物质，提升产品的营养价值。

然而，辣椒的辛辣特性在带来风味的同时，也因其对黏膜的刺激和可能引起的消化不适，限制了部分人群的消费。研究表明，发酵过程可以改变辣椒素类物质的含量，从而降低辣度，提高产品的可接受性。尽管发酵辣椒制品拥有悠久历史和广阔市场，但关于其可控发酵的研究却相对缺乏。目前的生产多依赖于自然发酵，这种过程受环境微生物影响大，难以控制，导致产品一致性差、风味不稳定，甚至存在食品安全风险。如何通过引入特定发酵剂（Starter Culture）来实现可控发酵，从而优化辣椒酱的感官品质、保留乃至增强其健康益处，成为产业和科研界关注的焦点。特别是，不同辣椒品种（栽培种）其初始营养成分和辛辣程度差异显著，它们对同一发酵过程的响应如何？不同的发酵方式（如使用不同的乳酸菌菌种）又会对最终产品的化学成分和风味特征产生怎样的影响？这些问题均有待深入探究。

为解决上述问题，由Tilen Zamljen、Polona Jamnik、Rajko Vidrih、Mariana Cecilia Grohar和Ana Slatnar组成的研究团队，在斯洛文尼亚卢布尔雅那大学（University of Ljubljana）生物技术学院开展了一项系统研究，其成果发表在食品科学领域权威期刊《Food Research International》上。研究人员选取了三种具有代表性辛辣程度的辣椒品种：辣度较低的Capsicum annuum 'Monkey Face'（C1）、中等辣度的Capsicum chinense 'Habanero Red Caribbean'（C2）以及高辣度的Capsicum chinense 'Bhut Jolokia'（C3）。将这些辣椒制成酱后，分别采用两种特定乳酸菌——Lactiplantibacillus plantarum (LP) 和Limosilactobacillus fermentum (LF)——进行引导发酵，同时设置自然发酵（SF）作为对照。发酵过程持续144小时，并在0、24、48、72和144小时取样分析，旨在全面揭示发酵类型和辣椒品种如何影响辣椒酱的生化转化、物理特性及感官品质。

为开展这项研究，研究人员运用了多项关键实验技术。他们首先制备了辣椒酱并进行了可控发酵实验。发酵过程的监测主要通过测定pH值和乳酸菌菌落形成单位（CFU）数量来完成。在化学成分分析方面，研究团队采用了高效液相色谱（HPLC）技术来精确测定样品中的糖类（如葡萄糖、蔗糖、果糖）、有机酸（如乳酸、抗坏血酸）以及类胡萝卜素的含量。针对辣椒中关键的活性物质，他们利用超高效液相色谱-质谱联用（UHPLC-MS）技术对多种辣椒素类物质（包括辣椒素、二氢辣椒素、去甲二氢辣椒素等）进行了定性和定量分析。总酚含量（TPC）则采用经典的Folin-Ciocalteu法进行测定。此外，为了解发酵对风味的影响，他们运用顶空-气相色谱-质谱联用（HS-GC-MS）技术对辣椒酱中的挥发性化合物进行了全面的谱图分析。最后，还组织了经过培训的感官评价小组，对发酵前后辣椒酱的滋味、气味、质地、颜色和辛辣度进行了系统的感官评价。

3.1. 发酵辣椒酱的pH值

研究发现，所有辣椒酱的初始pH值在5.42至5.67之间。发酵开始后24小时内，pH值均迅速下降，之后趋于稳定，维持在3.5至4.0之间。其中，LP发酵处理的pH值下降最快且最终值最低（约3.5），而SF处理的pH值始终最高（约4.1）。这表明引导发酵，尤其是LP发酵，能更有效地产酸，有利于抑制杂菌生长，提高产品安全性。

3.2. 乳酸菌的CFU数量

发酵初期，乳酸菌数量急剧增加。LP发酵在24小时内即达到最高菌量（10⁹ CFU/mL），显著高于LF和SF处理（10⁸ CFU/mL）。值得注意的是，在高辣度的C2和C3品种的SF中，乳酸菌的生长高峰延迟至48小时，表明高浓度的辣椒素类物质可能在一定程度上抑制了自然发酵体系中微生物的初期生长。发酵至144小时后，所有处理的菌量均出现下降。

3.3. 辣椒酱的颜色测量

发酵过程对辣椒酱的颜色参数（L亮度、a红绿色度、b黄蓝色度）产生了影响。总体趋势是发酵72小时后，各参数值均有下降，即酱体颜色变暗、红色和黄色饱和度降低。比较而言，LP发酵能相对较好地保持C1和C2的红色泽（a值），并在多数情况下更好地保留了黄色调（b*值）。SF则普遍导致颜色品质下降最明显。

3.4. 发酵辣椒酱中的生物活性化合物

3.4.1. 糖类

所有发酵处理均导致糖含量显著降低（50-75%）。葡萄糖是被微生物利用最多的糖分。在引导发酵（LP和LF）中，不同品种的糖消耗较为一致；而在高辣品种C3的SF中，糖消耗相对较少，再次印证了辣椒素对自然发酵微生物活动的潜在抑制作用。

3.4.2. 有机酸

发酵前酱体中未检测到乳酸，发酵72小时后则大量生成。LP发酵产生的乳酸量最高，尤其在C1和C2品种中显著高于LF和SF处理。这与LP菌株是同型发酵或兼性异型发酵菌，主要产乳酸的特性相符。抗坏血酸（维生素C）的变化因品种和发酵方式而异。在低辣品种C1中，其含量下降；而在高辣品种C3中，部分发酵处理下其含量反而保持稳定或有所上升，可能与低pH环境减缓氧化以及微生物活动差异有关。

3.4.3. 总酚含量

总酚含量在发酵过程中基本保持稳定，表明酚类化合物得到了较好的保存。仅在C2品种的SF处理中观察到显著升高。

3.4.4. 类胡萝卜素

类胡萝卜素的变化较为复杂，因品种和发酵方式不同而异。在C3品种中，SF和LP发酵后总类胡萝卜素含量大幅增加（分别增加320%和175%），这可能与发酵过程中细胞壁降解、类胡萝卜素释放有关。而在C1品种中，则观察到下降趋势。

3.4.5. 辣椒素类物质

总辣椒素类物质含量在发酵过程中总体保持稳定，少数处理下有增减。例如，在C1品种中，LP发酵使其降低了24%。然而，感官评价却显示，所有发酵处理后的辣椒酱的感知辛辣度均有所下降。这种化学成分与感官体验的差异，可能源于发酵产生的酸性环境（低pH）对口腔中感知辣味的TRPV1受体产生了脱敏作用。

3.4.6. 挥发性化合物

发酵显著改变了辣椒酱的挥发性成分谱。总体而言，发酵后挥发性化合物的种类和总量减少，尤其在LF和SF处理中更为明显。LP发酵则能相对较好地保留或产生某些酯类和酸类物质，这些物质通常与果香、奶酪香等令人愉悦的风味相关。研究还发现了一些发酵特有的化合物，如3-甲基-氧代戊酸和丁醇。不同品种的初始挥发性成分及其在发酵过程中的变化模式也存在差异。

3.5. 发酵辣椒酱的感官测试

感官评价结果明确显示，经过48小时和72小时发酵后，LP发酵处理的辣椒酱在所有三个品种中均获得了最高的总体喜好度评分。其滋味被描述为“果味”、“啤酒般”或“葡萄柚般”，质地也最受青睐。相比之下，SF处理的样品评分最低，常被描述为过酸、苦涩或有腐败味。引导发酵（LP和LF）均有效降低了产品的感知辛辣度，使其更易于接受。

研究的讨论部分深入分析了上述现象背后的原因。例如，高辣度品种在自然发酵中微生物生长延迟，证实了辣椒素类物质在一定条件下对天然菌群有抑制作用，但这种抑制作用在使用LP或LF菌株进行引导发酵时并不明显，这凸显了可控发酵的优势。LP菌株因其快速生长和高效产酸能力，在促进生化转化、改善风味和保障安全方面表现突出。挥发性物质的变化与感官属性紧密相连，LP发酵有助于形成更平衡、宜人的风味轮廓。而辛辣感与辣椒素含量看似矛盾的变化，则可通过发酵产酸对感官受体的影响来解释。

综上所述，本研究系统地阐明了辣椒品种和发酵方式对辣椒酱品质形成的综合影响。主要结论指出：辣度较低的‘Monkey Face’品种较适合自然发酵，而高辣度品种则更适合采用引导发酵，特别是使用Lactiplantibacillus plantarum (LP) 进行72小时发酵，能够最优地平衡辣椒酱的微生物安全性、感官接受度（滋味、香气、质地）和生物活性成分的保留，从而生产出风味宜人、健康益处更突显且品质稳定的产品。这项工作为辣椒酱乃至其他发酵蔬菜制品的标准化、可控化生产提供了重要的科学数据和实践指导，对推动功能性发酵食品产业的发展具有重要意义。