超高壓處理泡菜的品質(zhì)及殺菌效果研究

文連奎，路鑫，管文荻，董昕

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春130118）

泡菜是以新鮮蔬菜為原料，利用天然附著在蔬菜表面的有益微生物發(fā)酵產(chǎn)酸，以半固態(tài)發(fā)酵方式加工的發(fā)酵性腌漬菜[1]。其特點是“質(zhì)脆、味香而微酸，不必再制就能食用”，具有蔬菜中豐富的纖維素和礦物質(zhì)，能增進(jìn)食欲，有解膩開胃，降低膽固醇，促消化等功效[2-5]。

超高壓技術(shù)（ultrahigh pressure technology）也稱為超高壓殺菌技術(shù)，是指利用100 MPa以上的壓力，在常溫或較低溫度條件下，使食品中的酶、蛋白質(zhì)及淀粉等生物大分子改變活性、變性或糊化，同時殺死細(xì)菌等微生物的一種食品處理方法[6-8]。

延長泡菜的保藏期可采用熱殺菌、微波殺菌、添加大蒜等香辛料，這些方法有一定的效果，但是對產(chǎn)品品質(zhì)有影響。采用超高壓技術(shù)對泡菜殺菌效果和品質(zhì)影響的研究報道很少，本試驗采用超高壓技術(shù)處理泡菜，超高壓技術(shù)在殺菌的同時，可較好地保持食品原有的色、香、味及營養(yǎng)成分[9-11]，為泡菜保藏技術(shù)研究提供新的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘藍(lán)：市售，品種為平頭型；食用碘鹽，大蒜、姜、大料等輔料（食品級）：市售。

胰蛋白胨（生化試劑）、酵母浸膏（生化試劑）：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；葡萄糖（分析純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；瓊脂（生化試劑）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；氯化鈉、鹽酸 北京化工廠；月桂基硫酸鈉：北京鼎國昌盛生物技術(shù)有限責(zé)任公司；乳糖（分析純）：沈陽市試劑三廠。

1.2 儀器與設(shè)備

DL700-0.55*1.5超高壓等靜壓機：上海大隆機器廠；DZ-400/2L型真空包裝機：諸城市德興機械；手提式高壓蒸汽滅菌鍋：上海博訊實業(yè)有限公司；SW-CJ-2D型雙人單面凈化工作臺 蘇州凈化設(shè)備有限公司；PHS-3C數(shù)字酸度計 上海鵬順科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 泡菜工藝流程

原料→修整→清洗→瀝干→切分→稱重→裝壇→注鹽水及其它輔料→密封→發(fā)酵→稱重→裝袋（50 g/袋）→真空包裝密封→超高壓殺菌→成品

1.3.1.1 操作要點

1）甘藍(lán)切成長4 cm～5cm、寬4 cm～5 cm的方塊形。2）泡菜發(fā)酵時間：室溫下發(fā)酵8 d～12 d，以泡菜酸度為0.5%時即為發(fā)酵終止。

1.3.1.2 參考配方

食鹽2.5%～4.5%，蔗糖1.5%，味精0.5%，辣椒粉2%，姜2.5%，蒜2.5%，料酒2%，醋1%，花椒大料各0.1%，所有添加劑均符合國家食用標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2 樣品的超高壓處理

將腌制好的泡菜裝入聚乙烯復(fù)合袋中，真空密封，放入超高壓裝置中進(jìn)行處理，按試驗設(shè)計進(jìn)行，超高壓處理后的樣品和對照樣品在6 h內(nèi)進(jìn)行微生物檢測和感官評定。超高壓設(shè)備有效容積2 L，升壓速100 MPa/min，解壓時間15 s，壓力腔溫度為室溫。

1.3.2.1 超高壓的壓力、保壓時間、食鹽含量單因素試驗

因素水平為：壓力 200、250、300、350、400 MPa，保壓時間 5、10、15、20、25min，食鹽含量 2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%。

1.3.2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化超高壓處理泡菜的殺菌工藝

根據(jù)超高壓壓力、保壓時間、食鹽含量3個單因素最佳工藝參數(shù)結(jié)果采用Box-Behnken Design進(jìn)行試驗設(shè)計，選取壓力、保壓時間、食鹽含量（分別以A、B、C 表示），以-1、0、1 代表變量水平，按方程 X=（x-x0）/Δx對自變量進(jìn)行編碼（X為變量的編碼值，Δx為變量的變化步長），以綜合評分Y為響應(yīng)值。響應(yīng)分析得出超高壓處理泡菜的殺菌工藝參數(shù)。

1.4 測定與評定方法

1.4.1 菌落總數(shù)死亡數(shù)量級的測定

菌落總數(shù)采用國標(biāo)GB4798.2-2010平板計數(shù)法測定。菌落總數(shù)死亡數(shù)量級A[12]，A=-lgN/N0，式中：N為超高壓處理后1 g樣品的菌落總數(shù)，N0為對照1 g樣品的菌落總數(shù)。

1.4.2 大腸菌群的測定

大腸菌群采用國標(biāo)GB4798.3-2010《大腸菌群MPN計數(shù)法》。

1.4.3 感官評定

1.4.3.1 評審小組的組成

評定小組由30人組成，男女各半，評定前由本人簡要評定過程中的注意事項，同時，給每人分發(fā)一份感官評定評分表。實驗前，對樣品進(jìn)行秘密編號[13]。

1.4.3.2 感官評定標(biāo)準(zhǔn)

有關(guān)鹽漬（腌）菜或醬腌菜的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)較多，但還沒有國家標(biāo)準(zhǔn)（衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)除外）。本研究以SB/T10439-2007《醬腌菜中的感官特性》為參考，作為泡菜的品質(zhì)評定標(biāo)準(zhǔn)[14]。從色澤、香氣、滋味、口感4個方面對超高壓處理后的泡菜進(jìn)行感官評定，見表1。

表1 感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards

1.4.4 超高壓處理泡菜綜合評分的確定

菌落總數(shù)死亡數(shù)量級是衡量超高壓處理泡菜的殺菌效果的重要指標(biāo)，菌落總數(shù)死亡數(shù)量級數(shù)值的高低直接影響泡菜的保藏性，進(jìn)而影響泡菜的貨架期。感官評定是評定泡菜品質(zhì)的重要指標(biāo)，其分值的高低會影響泡菜的滋味、香氣、口感、色澤等，從而影響泡菜的商品價值。采用1.4.1中方法測定超高壓處理泡菜后的菌落總數(shù)死亡數(shù)量級為A，對產(chǎn)品進(jìn)行感官評定，見1.4.3，得分記為B。綜合評分=50%×A+50%×B

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果與分析

2.1.1 超高壓的壓力對泡菜綜合評分的影響

當(dāng)壓力為 200、250、300、350、400 MPa 時，菌落總數(shù)死亡數(shù)量級分別為 3.157、3.797、5.613、6.598、7.015，感官評定得分分別為 5.749、5.527、5.411、5.066、4.351，綜合評分見圖1。

圖1 壓力對泡菜綜合評分的影響Fig.1 The effect of synthetic mark of Pickles on the pressure

由圖1可知，隨著壓力的增加泡菜的綜合評分先增大后略微減小，最佳壓力為350 MPa。先升高是利用超高壓破壞菌體蛋白中的非共價鍵，使蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)破壞，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝固及酶失活。超高壓還可造成菌體細(xì)胞膜破裂，使菌體內(nèi)化學(xué)組分產(chǎn)生外流等多種細(xì)胞損傷，這些因素綜合作用導(dǎo)致了微生物死亡。但隨著壓力的增加，綜合評分下降，這可能是因為過大的壓力會影響樣品的感官品質(zhì)，從而使綜合評分下降。

2.1.2 超高壓的保壓時間對泡菜綜合評分的影響

當(dāng)保壓時間為 5、10、15、20、25 min 時，菌落總數(shù)死亡數(shù)量級分別為 3.087、4.293、5.416、6.169、6.315，感官評定得分分別 7.347、7.111、6.603、5.117、4.057，綜合評分見圖2。

圖2 保壓時間對泡菜綜合評分的影響Fig.2 The effect of synthetic mark of Pickles on the pressureholding time

圖2 顯示，在時間15 min時，綜合評分最高，時間太短樣品的菌落總數(shù)死亡數(shù)量級不理想，而保壓時間過長，會影響樣品的品質(zhì)質(zhì)量，從而降低了樣品的綜合評分。

2.1.3 食鹽含量對泡菜綜合評分的影響

當(dāng)食鹽含量為2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%時，菌落總數(shù)死亡數(shù)量級分別為 4.895、5.224、5.413、5.427、5.617，感官評定得分分別 5.675、6.146、6.231、6.157、5.625，綜合評分見圖3。

圖3 食鹽含量對泡菜綜合評分的影響Fig.3 The effect of synthetic mark of Pickles on the salinity

圖3 表明，食鹽含量為2.5%時，樣品的感官品質(zhì)和菌落總數(shù)死亡數(shù)量級皆不好，從而導(dǎo)致其綜合評分低；當(dāng)食鹽含量為3.5%時，綜合評分達(dá)到最大值，食鹽含量對殺菌效果起到協(xié)同作用，當(dāng)食鹽含量達(dá)到一定值后，食鹽含量對樣品的菌落總數(shù)死亡數(shù)量級影響不大。并且食鹽含量越大會影響樣品的感官品質(zhì)，且違背了低鹽健康飲食的理念，因此確定最佳食鹽含量為3.5%。

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化超高壓處理泡菜的殺菌工藝

2.4.1 響應(yīng)面設(shè)計方案

選取超高壓的壓力、保壓時間、食鹽含量3個因素，進(jìn)行Box-Behnken優(yōu)化試驗。試驗因素水平設(shè)計見表2，響應(yīng)面設(shè)計數(shù)據(jù)及結(jié)果見表3。

表2 超高壓處理響應(yīng)面試驗因素水平Table 2 Coded values and corresponding actual values of the optimization parameters used in response surface analysis

表3 Box-Behnken Design試驗設(shè)計與結(jié)果Table 3 Box-Behnken experimental design and results

2.4.2 方差分析及顯著性檢驗

Design Expert軟件擬合分析，得出超高壓處理泡菜后的綜合評分與A、B、C 3個變量的方程模型：Y=+5.98+0.13A-0.11B+0.081C+0.035AB-0.041AC-0.45×10-2BC-0.29A2-0.28B2-0.19C2

式中：Y為超高壓處理泡菜后的綜合評分，A、B、C分別為超高壓的壓力、保壓時間、食鹽含量。對超高壓處理泡菜后的綜合評分的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4。

由表4可知，試驗?zāi)Ｐ蜆O顯著（P＜0.01），失擬項不顯著（P=0.202 8）。各因素對得率影響大小順序：壓力＞保壓時間＞食鹽含量。

表4 方差分析及顯著性檢驗Table 4 Results of variance analysis and significance test

一次項 A、B、C 極顯著，二次項 AB、AC 顯著，A2、B2、C2極顯著，其余不顯著。擬合度R2=0.9977。說明該模型設(shè)計合理，可以用來分析預(yù)測超高壓處理泡菜的綜合評分。

2.4.3 響應(yīng)面分析

從圖4（a）可知，超高壓的壓力在340 MPa～375MPa、保壓時間 12.5 min～15.5 min時，泡菜的綜合評分較大。綜合評分隨壓力和保壓時間的增加先增加后降低。由圖4（b）中可看出，綜合評分隨壓力的增加而先增加后降低，隨食鹽含量的增加而先輕微的增加后降低，變化幅度較小，這在以前的單因素試驗中也觀察到此現(xiàn)象，可能是食鹽含量對綜合評分的變化影響較小。由圖4（c）顯示，保壓時間在12 min～15.5 min范圍內(nèi)時，泡菜的綜合評分可達(dá)到最佳范圍值。保壓時間小于17.5 min、食鹽含量小于3.25%時綜合評分較低。綜合評分值隨保壓時間增加而先增加后減小。

圖4 各兩因素交互作用對超高壓處理泡菜的綜合評分的響應(yīng)面與等高線圖Fig.4 Response surface and contour plots for the interaction effects of process conditions on the synthetic mark of pickles with ultrahigh pressure

2.4.4 響應(yīng)面優(yōu)化下超高壓處理泡菜的綜合評分

響應(yīng)面優(yōu)化工藝參數(shù)：壓力359.36 MPa、保壓時間14.05 min、食鹽含量3.59%的條件下，超高壓處理泡菜的綜合評分理論值6.010?？紤]實際操作性，將參數(shù)調(diào)整為壓力350 MPa、保壓時間15 min、食鹽含量3.5%，進(jìn)行3組平行試驗，平均綜合評分為5.993，與理論值的誤差為0.28%。驗證了響應(yīng)面優(yōu)化工藝參數(shù)的準(zhǔn)確可靠性，說明試驗具有實際應(yīng)用價值。

3 結(jié)論

通過單因素試驗和響應(yīng)面設(shè)計，得出超高壓處理泡菜的最佳工藝參數(shù)為壓力350MPa、保壓時間15min、食鹽含量3.5%，此時泡菜的綜合評分可達(dá)5.993。在此條件下泡菜的口感好，大腸菌群檢測均為陰性。選用超高壓技術(shù)不僅使泡菜達(dá)到殺菌的效果，而且保留了泡菜的感官品質(zhì)。超高壓技術(shù)耗時少，在生產(chǎn)過程中可有效地提高生產(chǎn)效率。對超高壓處理泡菜的殺菌工藝優(yōu)化，可以用于泡菜的現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，帶動泡菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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