无辣不欢：剁椒发酵的微生物学原理
韩如旸
2024年7月29日
剁椒
剁椒是贵州、湖南、湖北、四川等地一种用辣椒剁碎腌制而成的风味食品。辣椒剁碎后，利用辣椒表面自生携带的微生物进行发酵产酸和各种风味物质，制作简单，发酵快速，成品剁椒香辣扑鼻，富含益生乳酸菌。
各地做法大同小异，以下为天山可可发表的自制剁椒步骤供参考(1)：
1. 原料为红辣椒、大蒜、姜、盐、白糖、白酒；
2. 将红辣椒清洗干净，沥干水分，摊开晾晒直至表面没有水分；
3. 辣椒去蒂剁碎，大蒜去皮剁碎，姜去皮切碎；将剁好的辣椒和大蒜、生姜放入一个干净无油无水的大盆中；
4. 加白糖拌匀后静止一会；
5. 再加盐，搅拌均匀，倒入事先开水烫过消毒无油无水的容器中；
6. 淋入白酒，密封放至于阴凉通风的室温中，使其发酵一晚；
7. 放入冰箱中冷藏保存7天左右即可食用。
剁椒工业化生产中主要采用传统的自然发酵或盐胚脱盐发酵。自然发酵主要是通过附着于原辅料上的微生物进行发酵，产品滋味与风味优良，但发酵周期长、生产过程难以控制，产品品质不稳定。盐胚脱盐发酵法加工工艺简单且成本低廉，但风味、滋味和营养物质在较长的贮存期和水洗脱盐过程中损失严重。接种乳酸菌发酵剂有发酵时间短、加工条件简单可控、产品品质稳定等优点，是产业提质升级的主要途径(2)。
微生物发酵对剁椒风味形成的作用
剁椒制作过程中微生物发酵对剁椒风味形成的作用可详见近期的综述文章，如贺子玉等的《发酵辣椒中的微生物及其风味物质研究进展》(3)。发酵辣椒中的微生物以乳酸杆菌属和酵母菌属为主，产生酯类、醇类、酸类、烯烃类、醛类等众多复杂的香气成分，烷烃类、烯烃类和萜醇类物质在未发酵成熟的辣椒中是主要呈香物质，同样是辣椒发酵后的部分香气成分，赋予了发酵辣椒独特的花香、果香等香气特征(3)。对剁椒风味影响较大的香气成分有苯甲醛、芳樟醇、2-异丁基-3-甲氧基吡嗪、水杨酸甲酯、异戊酸己酯、己酸己酯、反式-4-癸烯酸乙 酯、癸酸乙酯、石竹烯等。与线椒剁椒相比，朝天椒剁椒中的特征风味物质主要有愈创木酚、肉 豆蔻醛和反-2-辛烯醛(4)。
由于微生物的作用，辣椒在发酵过程中会产生大量的有机酸，赋予发酵辣椒适宜的酸味，同时这些有机酸与其他物质相互作用，增加了发酵辣椒的风味。发酵辣椒中主要的有机酸为乳酸、柠檬酸、苹果酸、乙酸等。不同有机酸具有不同的酸味特征，如柠檬酸有爽快的酸味，苹果酸具有温和和爽快的酸味，略有苦味，而乳酸的酸味则较为尖利(2)。
剁椒发酵过程中的主导微生物
叶陵从自然发酵辣椒中分离筛选出3株植物乳杆菌和2株短乳杆菌，其中植物乳杆菌W-4菌株表现出最强的耐胁迫能力。在剁辣椒发酵过程中，接种植物乳杆菌W-4进行发酵可加快产酸速度，产生乳酸量较大，而自然发酵中柠檬酸和苹果酸含量较高。剁辣椒发酵过程中菌落总数、乳酸菌的数量均呈现先增加后趋于稳定的变化特性，在接种发酵中乳酸菌数量更多。接种发酵在滋味和气味两个评价指标上明显优于自然发酵，接种发酵剁辣椒的色泽和脆度与自然发酵的相近(5)。
植物乳杆菌 (Lactiplantibacillus plantarum) ZF624菌株果胶酯酶活力高，能缩短剁椒发酵周期，明显改善剁椒货架期的脆度，同时生成香气物质3‑甲基噻吩、3‑甲基丁酸，增加剁椒香气，提高剁椒的风味和品质(6)。植物乳杆菌CGMCC18260生长能力强，产酸能力强，具有很强的耐酸和耐盐能力，降解亚硝酸盐能力强。另外该菌具有很强的β‑葡萄糖苷酶活性，接种发酵能大幅提高剁辣椒和泡菜中游离态多酚和黄酮的含量，提高其抗氧化性，同时降低了剁辣椒和泡菜中的亚硝酸盐含量(7)。
杨剑卿等从86份传统发酵辣椒中分离纯化得到486株菌株, 筛选出3株产香优异菌株：植物乳杆菌H3D(Lactobacillus plantarum)、戊糖乳杆菌6d-16 (Lactobacillus pentosus)、戊糖平面球菌6-12 (Pediococcus pentosaceus)。这3个菌株发酵辣椒感官评分值均在93分以上，发酵液的乙偶姻含量分别为37.737、53.160、26.716 mg/L，耐酸、NaCl、胆盐，可用以接种发酵辣椒提高香气特性(8)。
卿煜维等选育了8 株具有较强降解亚硝酸盐能力的乳酸菌，分别为短乳杆菌、德氏乳杆菌、植物乳杆菌、以及戊糖乳杆菌，其中德氏乳杆菌降解亚硝酸盐的能力最强，MRS培养基中生长28小时，其亚硝酸盐降解率为87.7%，发酵罐恒定pH 6.0培养28小时，其降解率为98.9%(9)。
从新疆乳制品中分离的产马乳酒乳杆菌Lactobacillus kefiranofaciens CICC6287，能够降解亚硝酸盐，耐受8% NaCl和pH3，抑制大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、单增李斯特菌和沙门氏菌，产生生物胺的四种氨基酸脱羧酶活性为阴性。接种菌株CICC 6287的发酵辣椒亚硝酸盐含量1.06 mg/kg，生物胺含量为5.62 mg/kg，总酸含量达到2.54%(10)。另一株新疆发酵辣椒的菌株CICC6282为耐乙醇片球菌Pediococcus ethanolidurans，发酵辣椒后总酸升高（5.53g/kg），亚硝酸盐含量(0.71mg/kg)及生物胺总量(84.29mg/kg)降低，且未检出尸胺、腐胺、苯乙胺，表明该菌株发酵特性良好，可提高发酵安全性(11)。
宋新燕等从自然发酵剁辣椒中分离出的10株酵母菌，其中菌株Hanseniaspora pseudoguilliermondii Y-3在酸性环境和高盐环境中均表现出良好的生长优势，可应用于剁辣椒接种强化发酵生产(12)。
家庭自制剁椒配方和流程
辣椒到底有多辣？
原则上各种辣椒均可用于剁椒制作，可根据自身口味和辣味喜好调制。辣椒中辣椒素（Capsaicin）含量传统上可用斯科维尔指标（Scoville Scale）衡量，该指标是1912年由美国化学家威尔伯·斯科维尔（Wilbur Scoville）所制订，称为“斯科维尔辣度单位”（Scoville Heat Unit，缩写为SHU）(13)。超市能买到的最辣的辣椒是卡罗莱纳死神Carolina Reaper （ 150-250万SHU）、其后从高到低依次为毒蝎Scorpion（75万-150万SHU）、魔鬼Ghost pepper（75万-150万SHU）、哈瓦那Habanero （10万-35万SHU）、曼扎诺Manzano（1.2-3万 SHU）、索莱诺Serrano（1-2.5万SHU）、哈拉帕诺Jalapeno （0.25-1万SHU）、灯椒最不辣（0 SHU）(13)。制作过程中的香气感官体验是：辣椒越辣，其释放出的香气越香醇越浓郁。死神、毒蝎、魔鬼这三种只有极少数人可以直接享用；哈瓦那具有特殊的奶油浓香，但对一般人已经太辣了；普通辣椒的辣度一般在1万左右(13)，日常剁椒利用索莱诺，哈拉帕诺、二荆条、朝天椒、小米椒、尖椒、泰国辣椒等均可。
毒蝎Scorpion（75万-150万SHU）
魔鬼Ghost pepper（75万-150万SHU）
哈瓦那Habanero （10万-35万SHU）
其他各种辣椒
其它成分
3%盐用于辣椒腌制，咸味适中，可根据口味调整。糖可用作乳酸菌发酵的碳源，1%糖发酵时少量产酸，提高糖分可提高产酸，从而使剁椒更酸；加糖腌制使剁椒口感更爽脆。新鲜酒酿提供自生的香味、糖分、高活性的根霉和酵母，在剁椒发酵过程中进一步发酵分解淀粉产糖产酒精。少量白酒用于抑菌和提香。各种成分均可根据口味随意调整。发酵过程将瓶盖盖紧，保持厌氧状态有利于乳酸菌生长。发酵流程为3天室温发酵，适度发酵产酸增香；7天冷藏后熟，低温缓慢发酵，使风味分子充分释放和剁椒成分完美融合。
配方和制作流程
1. 准备辣椒、蒜瓣、生姜等发酵底料。
2. 挑选出未腐烂变质的完整辣椒，洗净去蒂晾干备用；蒜瓣去衣；生姜去皮；
3. 将蒜瓣、生姜用刀或搅拌机切成大小不一的碎片；
4. 将蒜瓣、生姜碎片装入容器中；
5. 将辣椒用刀或搅拌机切成大小不一的碎片；
6. 将切碎后的辣椒、蒜瓣、生姜混合于同一容器；
7. 将糖、盐、酒酿、白酒加入辣椒、蒜瓣、生姜中混匀后装瓶，加盖密封保持厌氧；
8. 将剁椒放置于室内阴凉处，室温发酵3天，移入冰箱冷藏7天后即可食用。
感官评价
本配方和制作流程的特色为天然、有机、无任何添加剂成分，制作流程简单流畅，可根据自生口味随意加减成分。和添加了大量化学调味料和防腐剂的现有市场产品相比，天然乳酸菌发酵使剁椒口感天然、丰富、多层次，并提供了大量益生菌和超长保质期。以下为部分朋友测评之后的感官评价。
“拌面绝色；除了好吃，其它的都想不出来。。。没有改进建议；已经出了天际。。。”
“很香，很辣；味道比外面买的剁椒丰富很多，唯一就是盐多放一点就完美了。不过外面买的剁椒是用来做菜的，所以很咸。如果你做的是用来直接吃的，倒是正好”
“酸度可以再加点”
“热辣辣的好吃，色香味俱全，辣度刚刚好”
文献引用
韩如旸. 2024. 无辣不欢：剁椒发酵的微生物学原理. 网址：www.ruyangmicrobio.org/duojiao
参考文献
1. 天山可可. 2012. 自制剁椒-鲜辣脆嫩，https://blog.sina.com.cn/s/blog_a5bdca080101b7qb.html, on 新浪博客. Accessed
2. 叶陵, 王晶晶, 王蓉蓉, 李勇, 刘成国, 蒋立文, 邓放明, 周辉. 2018. 剁辣椒发酵过程中菌群与有机酸变化规律分析. 食品科学 39:116-121.
3. 贺子玉, 何心, 胡楠, 易有金, 夏菠, 朱树清, 朱利红, 朱妮娜. 2023. 发酵辣椒中的微生物及其风味物质研究进展. Modern Food Science & Technology 39.
4. 罗凤莲, 夏延斌, 欧阳建勋. 2014. 自然发酵剁椒的可挥发性物质分析. 湖南农业大学学报: 自然科学版 40:101-107.
5. 叶陵. 2017. 植物乳杆菌 W-4 的分离鉴定及其发酵剁辣椒研究.湖南农业大学.
6. 谌泓聿，吴昌正，张会生. 2023. 专利：一株植物乳杆菌ZF624及其应用.
7. 周辉，刘成国，王蓉蓉，肖茜，王晶晶，丁诗瑶. 2019. 专利：一种植物乳杆菌及其应用.
8. 杨剑 卿, 邓放明, 潘金薇, 李巧芸, 李娜, 赵玲艳. 2019. 传统发酵辣椒中产香乳酸菌的分离鉴定. 食品与发酵工业 45:58-63.
9. 卿煜维, 杨剑, 赵玲艳, 邓放明. 2020. 湖南剁辣椒降解亚硝酸盐乳酸菌筛选鉴定及发酵特性研究. 食品与发酵工业 46:69-74.
10. 谢九艳, 翟磊, 宋振, 杨玉新, 程池, 姚粟. 2018. 菌株 CICC 6287 发酵特性研究及其在辣椒发酵中的应用. 生物技术通报 34:223.
11. 高逸, 张健, 陈国辉, 辛迪, 彭芸, 戚晨晨, 翟磊, 姚粟. 2024. 乳酸菌 CICC 6282 的鉴定, 生物学特性及其在发酵辣椒中的应用. China Brewing 43.
12. 宋新燕, 肖茜, 王蓉蓉, 蒋立文, 刘成国, 周辉. 2022. 自然发酵剁辣椒中优良酵母菌的筛选及鉴定. 中国酿造 41:69-73.
13. 维基百科Wikipedia. 2024. 斯科维尔指标. https://en.wikipedia.org/wiki/Scoville_scale. Accessed