辣椒酱产品辣度在货架期变化的探讨

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　　摘 要：辣椒酱是我国悠久饮食文化中占有重要地位的复合风味制品，广受人民群众的喜爱。本文以辣椒酱为研究对象，从其制作工艺中质量指标变化的源头入手，探讨辣椒酱成品在货架期的辣度变化及其成因，基于贮藏温度和时间的加权货架寿命模型，分析辣度变化和制作工艺中之间的构效关系，总结了辣椒酱产品延长货架期的可行性方法。
　　关键词：辣椒酱辣度;货架期;构效关系;制作工艺
　　Abstract：Hot-pepper sauce plays an important role in Chinese time-honored food culture as a type of compound condiment， enjoying great popularity. Hot-pepper sauce is investigated based on the production process， focusing on the crucial factors for the pungency shift. A weighted shelf-life model based on storage temperature and time is proposed to describe the structure-function relationship between the production process and the pungency shift. Summarily， feasible methods are put forward to prolong the shelf-life.
　　Key words：Hot-pepper sauce intensity; Shelf life; Structure-function relationship; Production process
　　中圖分类号：TS264
　　辣椒自明朝传入我国之后，迅速风靡全国、占领人们的味蕾，并在川菜、湘菜等菜系中发挥着重要角色。尤其是辣椒制成的复合调味品——辣椒酱，更是一种改善辣椒风味和保存辣椒的有效方法。辣椒酱以鲜辣椒或风干辣椒经过发酵工艺制成，改变了辣椒的风味、形态，使之成为日常生活、馔酒飨食不可缺少的调味剂，如剁椒酱、牛肉辣椒酱、豆豉辣椒酱和果味辣椒酱等。其他酱类产品在发酵过程中添加适当辣椒，不仅能够增香、增色和提味，能明显提高人的食欲，而且能适当延长产品的货架期，增加产品的销量，比如海天辣黄豆酱。
　　辣是由辣椒碱及辣椒碱类物质提供，辣椒碱类物质是香草胺和C9～C11支化脂肪酸组成的酸性酰胺，其中辣椒碱及二氢辣椒碱是贡献辛辣的主要化学成
　　分[1]。辣椒碱及其类似物是一种公认的抗氧化生物活性物质[2]，具有能够清除人体内的自由基等功能，可减少慢性疾病的发生，不仅如此，辣椒酱也广泛应用于临床医学[3-4]。例如，辣椒碱可以通过引起顺铂诱导的极光蛋白降解，从而诱导顺铂耐药胃癌细胞凋亡，达到治疗癌症的目的。
　　辣度是评价辣椒及辣椒酱风味的关键性指标之一。1912年，韦伯·斯科维尔所提出的斯科维尔指数（Scoville Heat Units，SHU），量化了辣度的感官强弱，SHU值越大，感官辣度越强，否则越弱。《辣椒酱国家标准征求意见稿》中将辣椒酱辣度分级指标分别以450、
　　1 200、2 550、4 500、7 500 SHU作为轻辣、微辣、中辣和重辣的定量化界限。市场上现有辣椒酱的辣度多在3 000～5 000 SHU，处于微辣和中辣之间，符合绝大多数消费者的口感习惯。
　　在辣椒酱的制作过程及货架期间，辣椒碱和二氢辣椒碱可通过发酵参数调节，微生物的作用分解或转换成辣度较低的辣椒碱类似物，导致辣椒酱类产品在货架期间的辣度会随着时间的延长而变化。为了延长辣椒酱在货架期的风味保留，本文综述了辣椒酱制备工艺、贮藏条件（物理因素、化学因素、微生物因素及生物酶因素）和辣度变化指标之间的构效关系影响，为延长辣椒酱食品品质期提出了可行的工艺及贮藏条件的改善优化对策。
　　1 辣椒酱的制备工艺概述
　　我国辣椒酱的产地、口味、传统习惯不同，但在制备工艺上各有特色却大同小异，辣椒酱的主要制备工艺可以概括如下[5-7]。
　　1.1 鲜料处理
　　以新鲜辣椒或以新鲜辣椒的各项质量参数严格配比的加工辣椒（辣椒粉、辣椒风干物及咸辣椒片）为原料，进行剁碎、搅拌、混合、研磨等处理，制备成辣椒酱的发酵前驱体。
　　1.2 发酵处理
　　以天然乳酸菌种或纯菌种乳酸为发酵菌种，配以低浓度盐水，对辣椒酱的发酵前驱体进行发酵处理。在发酵过程中，产生的乳酸调节辣椒酱的风味口感，与辣椒原有风味共同形成酸辣可口的感官特征。发酵过程中严格控制乳酸菌接种量（添加量）、食盐浓度、白砂糖添加量、发酵时间、发酵温度等参数。
　　1.3 辅料添加
　　为了丰富辣椒酱的口感，通常还需要向进过发酵的辣椒酱产物中添加诸如花生酱、花椒末、芝麻、生姜、菜籽油、味精和呈味核苷酸二钠等辅料，中和辣味，形成独特而又醇厚的辣椒酱口感，并起到一定的消毒作用。
　　1.4 评价检测
　　对辣椒酱的评价检测主要从感官评价、定量检测两方面入手。感官评价以专家人员、受试消费者对辣椒酱的颜色、口感、酸度、辣度和香气风味等参数作出主观性评价。定量检测主要是对辣椒酱的含水量、盐浓度、固形物含量、总酸、pH值、亚硝酸盐含量、抗坏血酸含量以及最重要的辣度参数进行定量的理化检验[8]。
　　2 在辣椒酱制备中影响辣椒酱辣度的主要因素
　　2.1 发酵原材料及前期加工工艺对辣度的影响
　　辣椒是辣椒酱的主要发酵原材料，也是辣椒酱中辣椒碱类物质的主要提供者。辣椒品种、成熟度及预处理方法会导致发酵辣椒酱中辣椒碱、二氢辣椒碱的含量差异。成善汉等[9]研究了15个不同基因型的辣椒品种，发现辣椒在自然成熟过程中，辣椒碱和二氢辣椒见碱的含量呈现先上升，后小幅下降的趋势;同时其研究结果表明，印度极辣辣椒的辣椒素和二氢辣椒素的质量浓度最高。辣椒干的制作过程对辣椒素含量同样有显著性的影响，与阴干相比，辣椒通过光照晒干更有利于辣椒素含量的增加[10]，工业化生产中，与热风干燥相比，红外干燥降低了辣椒碱的降解率[11]。同时，辣椒干的粉碎方式也会对辣度造成一定的影 　　响[12]。辣椒胚的断切、破碎及搅拌工序对辣度的影响同样至关重要，主要呈现于辣椒素及二氢辣椒素等香草酰胺类生物碱的释放程度和在溶液中的溶解度;对于不同的辣椒酱而言，所用的辣椒品种及新鲜度也相应不同，比如剁椒酱采用新鲜的红尖椒，海天招牌拌饭酱等所采用的则是辣椒干。此外，辣椒品种之间差异同样影响辣椒酱其他风味物质的差异。
　　2.2 发酵工艺对辣椒酱辣度的影响
　　传统发酵工艺为自然接菌发酵，会导致大量亚硝酸盐的积累，工业化生产困难等问题。所以现代辣椒酱发酵工艺采用一株纯菌或多株纯菌复配进行辣椒酱的发酵生产。例如杨玉新等[13]采用保加利亚乳杆菌、啤酒酵母、醋酸杆菌进行复配发酵;丁筑红等[14]采用4种乳酸杆菌混合发酵;杨海燕等[15]从自然发酵的辣椒酱中分离出发酵性状稳定的植物乳酸杆菌和肠膜明珠串菌，并以2∶1复配发酵辣椒酱。菌种差异会导致发酵辣椒酱辣椒碱及二氢辣椒碱含量的差异，例如明串珠菌对辣椒碱及二氢辣椒碱转化成辛辣味较弱的辣椒碱类物质的能力可达30%。
　　对辣度影响较大的参数主要体现在发酵时间、发酵温度、食盐含量和接种量。各种发酵参数会综合影响辣椒酱的辣度。发酵时间过长，导致辣椒酱辣度降低，组织软烂。而发酵时间短，生辣味严重。食盐含量较低时，对乳酸菌等的抑制作用减弱，整个发酵工艺时间宜短[16]。同时，低食盐和油条件下辣椒碱稳定性更强 [17]。发酵温度过高或者过低，都会抑制微生物的生长和繁殖，一般会辣椒碱及二氢辣椒碱的转换，辣度保留更加完善，但温度过高或者过低会导致发酵不充分，使辣椒酱发酵风味弱，口感不协调。发酵接种量大，微生物繁殖快，发酵时间同样宜略微縮短。
　　2.3 灭菌工艺对对辣椒酱辣度的影响
　　目前，发酵酱类灭菌方式主要包括高温低压灭菌、瞬间高温灭菌、微波灭菌及高压低温灭菌等[18-19]。
　　高温低压灭菌是在高温低压下，利用微生物蛋白质活性不耐高温的特征达到灭菌的目的。瞬间高温灭菌利用微生物对高温敏感性大于食物对高温的敏感性原理，以135～150 ℃为高温区间，灭菌2～8 s。微波灭菌是以300 MHz～300 GHz的高频电磁波产生的热效应破坏细菌细胞膜实现灭据作用。高压低温灭菌是一种非热力学杀菌方式，如高压二氧化碳杀菌，采用7 MPa的二氧化碳气氛实现在低温条件下灭菌。
　　3 货架期对辣度的影响因素及辣度变化模型建立探讨
　　3.1 辣椒酱货架期的影响因素
　　任何食品在货架贮藏期间都会产生一定程度的品质改变。对于发酵酱类产品而言，其货架期间产品品质主要与包装、残留微生物、残留酶活及化学反应有关。科学而严谨的生产过程和合适的贮存及运输条件能够延缓发酵酱类品质的改变，如密封性、前沿灭菌方法等。辣椒酱在贮存过程中，其辣度也会逐渐发生变化。
　　虽然辣椒素及其类似物的抗氧化功能及其理论应用被广泛研究，但酱体中存在的酶类在一定条件下能促使辣椒碱类物质氧化。已有研究表明，辣椒的成熟、衰老过程与其过氧化物酶的含量呈负相关[20]。而在辣椒酱等发酵类产品中，超氧化物歧化酶、过氧化酶及多酚氧化酶是评价发酵酱产品抗氧化性能的关键性指标之一[21]。并且，巴氏消毒或许小于300 MPa的高压消毒都能促进多酚氧化酶及过氧化物酶的活性[22]。所以在合适的温度条件下，货架期产品中超氧化物歧化酶、过氧化酶及多酚氧化酶等存在会促进辣椒碱类物质的氧化，从而降低辣椒酱的辣度和口感。
　　微生物对辣椒碱类似物质的转换是辣椒酱辣度降低的另一主要原因，cho等[23]利用辣椒素作为唯一碳源和氮源，筛选出1株高效分解辣椒素的芽孢杆菌。辣椒酱发酵过程中，其微生物群落结构是由人为添加的优势微生物和辣椒、辅料等自带微生物组成多菌种发酵体系[24]。巴氏消毒法、高温消毒是目前辣椒酱常常采用的消毒方法，往往不能对微生物进行系统性的消除，zaini等[25]研究各种品牌的辣椒酱，从里面检测出Ochrobacterumtritici、Stenotrophomonas rhizophila、Microbacterium maritypicum、Roseomonasspp、 CDC group II-E subgroup A、Flavimonasoryzihabitans、Pseudomonas aeruginosa和M. maritypicum是辣椒酱主要的微生物。但以上各种微生物度辣椒碱类物质的降解及转换却鲜有文献报道。
　　3.2 辣椒酱贮藏货架期的辣度变化模型建立的探讨
　　为了进一步表征辣椒酱在货架期中的辣度变化，参考徐宁[26]对泡椒凤爪贮藏过程中品质变化及货架期预测的研究引入一种关于时间参数t的辣度线性模型，探讨其在一定时间范围、可接受的辣度变化范围内，辣椒酱在货架期的贮藏寿命，该模型可以简要概括如下：
　　dε/dt=kεn
　　该模型中，ε-辣椒酱在货架期的辣度指数，是对辣椒素和二氢辣椒素的一种概括性描述;-dε/dt-辣椒酱在货架期的辣度随时间的变化关系;k-辣椒酱产品中微生物分解反应，化学反应和酶分解反应的总体反应速率;n-该反应的反应级数。
　　当n=0时，辣椒酱在货架期的辣度变化遵循的是零级反应，如常见的食品非酶褐变羰氨反应。当n=1时，辣椒酱在货架期的辣度变化遵循的是一级反应，是表征食品主要受微生物的影响时的品质变化以及包装条件，贮藏温度（影响微生物活性）的影响。
　　上述公式可以写作f（ε-t）表达式，f（ε-t）描述了辣椒酱的辣度在货架期中，主要受影响与生化反应时，辣度随着时间变化而变化的情况。f（ε-t）揭示了生产工艺中对微生物菌落的控制、酶控制、副产物的含量控制、杀菌方式、包装工艺等参数对于辣椒酱产品在货架贮藏期中辣度的变化影响。这一公式不仅适用于对辣度参数的研究，也可以表征辣椒酱中任何期望品质（色泽、口感、香气、酸度、脆度）随着货架贮藏时间的变化规律。 　　除了微生物、氧化酶和化学反应对辣椒酱的辣度带来的本征影响，贮藏过程中的温度条件也是至关重要的。温度主要是通过影响化学反应的速率、微生物的活性以及分解酶的活性以及对辣椒酱中的各类物质的其他热力学动力过程，导致辣椒酱中的辣度在货架期产生明显变化。因此，温度对辣椒酱辣度的影响可以基于化学反应速率公式，即阿伦尼乌斯公式（Arrheniusequation）来描述：
　　lnK=-Eε/RT+lnk0
　　式中，K-辣椒酱在货架期辣度受热力学影响的程度;Eε-有关辣椒酱辣度的化学反应、微生物反应以及酶反应的统一活化能;T-货架期的绝对贮藏温度;R-常数，R=8.31 J·mol-1·k-1;k0为辣椒酱辣度的本征温度因子。上述公式可以写作f（ε-T）表达式，f（ε-T）描述了辣椒酱的辣度在货架期中，主要受商场货架温度影响时，辣度随着贮藏温度的变化而变化的情况。f（ε-T）表达式揭示了贮藏过程中，商场货架内的温度反复变化对于辣椒酱中辣椒素和二氢辣椒素的变质速率的影响。当货架温度偏高时，辣椒酱中辣椒素和二氢辣椒素的变质速率也就越快，这一过程可以通过温度分段提升后带来的感官辣度影响来进行定量描述，如建立Ts模型：当温度上升s℃以后，辣椒素和二氢辣椒素的变质速率。
　　综上所述，辣椒酱在货架贮藏的过程中，辣椒酱中的辣椒素和二氢辣椒素会随着贮藏条件中的温度T和时间t变化而产生变化，导致了辣度的改变，为了进一步统一这两个影响参数，本文建立一个调和加权公式：
　　式中，E是辣度ε的总体表征值，应用调和加权平均公式对两种参数进行加权分配，其中α和β分别是表征贮藏时间和贮藏温度对辣度的经验权值，不同品牌的辣酱有不同的本征经验权值，可以根据消费者和专业人员的量化感官评价分数决定。
　　上述f（E-t-T）公式表述了辣椒酱在货架期时，同时受贮藏温度和贮藏时间影响下，辣度的定量变化。不仅如此，该公式还可以进一步拓展到辣酱色泽、风味、口感、酸度的定量化变化研究，极具应用价值。
　　3.3 延长辣椒酱产品辣度在货架期的策略
　　由3.1的结论可以得出，在生产工艺环节中，控制好菌落总数量、微生物活性以及减少因为杂质物质产生的副反应至关重要;在货架贮藏过程中，控制好贮藏时间和贮藏温度十分重要，因此可以针对性提出两点改进策略：①降低微生物活性。生产过程中采用紫外线消毒、臭氧消毒和等离子体弥漫技术等方法对生产环境进行消毒，消灭杂菌。在包装过程使用热处理工艺（如80℃添加下处理30 min），并严格控制包装气氛，减少罐体中的氧含量，降低微生物活性。
　　②贮藏过程中减小温度的变化率，充分利用商场中冷藏区域摆放货品，适当调整货品的堆排形式，减小单位罐体的储藏时间，提高销售效率，保证口感和质量。
　　4 结语
　　本文研究了辣椒酱在生产制备过程中原材料、发酵工艺和添加剂对辣度的本征影响，同时结合温度与时间模型，构建了f（E-t-T）加权货架寿命模型，讨论了货架期辣度变化与贮藏条件及生产制备过程三者之间的构效关系。以辣椒素为研究重点，建立起辐射其余品质参数的变化模型，提升了研究的实用价值和拓展价值，为提高辣椒酱产品的经济效益作出了技术积累和经验贡献。
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