自然與乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵過(guò)程中紅酸湯品質(zhì)變化

吳 姝，李金玲，龍麗麗，楊婷婷，王 優(yōu)，李剛鳳，

（1.銅仁學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，貴州 銅仁 554300；2.貴州六盤(pán)水美味園食品有限公司，貴州 六盤(pán)水 551000）

紅酸湯起源于貴州黔東南地區(qū)，經(jīng)傳統(tǒng)工藝自然發(fā)酵而成，發(fā)展至今已成為最具有代表性的“酸食”之一，現(xiàn)今出現(xiàn)的多個(gè)酸湯品種中以凱里紅酸湯最為出名[1]。貴州紅酸湯是以鮮紅辣椒、番茄為主要原料，輔以生姜、大蒜、白酒、糯米粉等，破碎裝壇，在自然條件下經(jīng)過(guò)環(huán)境中自帶的乳酸菌發(fā)酵而成的一種富有民族特色的調(diào)味品兼食品[2]。成品色澤鮮紅；細(xì)度均勻，無(wú)霉花浮膜現(xiàn)象，粘稠適中，無(wú)分層；酸辣醇厚、回味酸甜，深受海內(nèi)外游客青睞，并且在2009年，凱里紅酸湯與內(nèi)蒙古涮羊肉火鍋底料、重慶火鍋底料共同被中國(guó)食品協(xié)會(huì)評(píng)為我國(guó)三大特色火鍋底料[3]。紅酸湯不僅營(yíng)養(yǎng)豐富，還是一種高鉀低鈉型食品，具有改善心血管功能[4]，降脂減肥[5]，保護(hù)視力[6]，并可調(diào)節(jié)人體腸道菌群狀態(tài)、增強(qiáng)免疫力[7]，提高人體新陳代謝[8]等重要作用，其中紅酸湯中的辣椒堿因具有藥物功能而被稱(chēng)為“軟黃金”[9]，番茄紅素則有很強(qiáng)的抗氧化作用，可清除自由基、增強(qiáng)免疫力等[10-11]。

隨著國(guó)家與當(dāng)?shù)卣畬?duì)貴州民族特色食品傳承與開(kāi)發(fā)的大力支持，紅酸湯調(diào)味品在貴州飲食鏈上扮演著無(wú)可取代的地位。目前，紅酸湯的制作仍以自然發(fā)酵為主，易受發(fā)酵周期、加工衛(wèi)生條件的影響，難以保證酸湯品質(zhì)穩(wěn)定，同時(shí)也給紅酸湯生產(chǎn)的規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)了極大影響。近年來(lái)直投式乳酸菌發(fā)酵劑在發(fā)酵蔬菜中應(yīng)用廣泛，使用簡(jiǎn)單，無(wú)需活化，在發(fā)酵前投入，有助于縮短紅酸湯的發(fā)酵周期，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，使紅酸湯實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化生產(chǎn)[12-13]。因此該研究對(duì)自然與乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵過(guò)程中酸湯品質(zhì)進(jìn)行研究分析，旨在為紅酸湯的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅辣椒、西紅柿：市售。乳酸菌發(fā)酵粉[植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）、鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）]：北京川秀科技有限公司；鹽酸、氨水、亞硝酸鈉、亞鐵氰化鉀、硫酸鋅、葡萄糖、硼砂、草酸、抗壞血酸、氫氧化鈉、2,6-二氯靛酚鈉鹽、3,5-二硝基水楊酸（均為分析純）：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JP-500C高速多功功能粉碎機(jī)：永康市九品工貿(mào)有限公司；PHS-3E酸度計(jì)：上海佑科儀器儀表有限公司；CP413電子分析天平：奧豪斯儀器有限公司；SG9200HE超聲波清洗器：上海冠特儀器有限公司；DHG-9070A電熱鼓風(fēng)干燥箱：常州普天制造有限公司；721可見(jiàn)光分光光度計(jì)：上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；TG16K-П高速離心機(jī)：東旺儀器有限公司；C30玻璃儀器氣流烘干器：邦西儀器科技有限公司；WAY-2S數(shù)字阿貝折射儀：上海申光儀器儀表有限公司；HH-S6電熱恒溫水浴鍋：北京科委永興有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 發(fā)酵紅酸湯制作工藝及操作要點(diǎn)

操作要點(diǎn)：

取2 400 g無(wú)病害番茄，600 g鮮紅辣椒清洗、晾干、破碎后加入食鹽100 g、糯米粉20 g、姜蒜150 g、白酒50 g，混勻裝壇，置于25 ℃條件下發(fā)酵，同時(shí)乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵在前者基礎(chǔ)上，裝壇后添加0.1%乳酸菌發(fā)酵粉，混勻發(fā)酵即可。每次取樣前，需要對(duì)取樣工具清洗、消毒滅菌處理。采集的酸湯樣品發(fā)酵時(shí)間分別為0 d、3 d、6 d、9 d、12 d、15 d、18 d、21 d、24 d、27 d、30 d、33 d、36 d、39 d、42 d；處理前均置于-20 ℃保存。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定

總酸：參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12356—2008《食品中總酸的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定[14]；亞硝酸鹽：參考標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.33—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中亞硝酸鹽的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定[15]；pH：參考GB 10468—1989《水果和蔬菜產(chǎn)品pH值的測(cè)定方法》中的電位差法測(cè)定[16]；抗壞血酸：參考GB 5009.86—2016《食品中抗壞血酸的測(cè)定》中2,6-二氯靛酚滴定法[17]；還原糖：采用3,5-二硝基水楊酸法測(cè)定[18]；可溶性固形物：參考NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測(cè)定——折射儀法》進(jìn)行測(cè)定[19]；水分：參考GB 5009.3—2016《食品安全標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定[20]。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

使用Origin 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、初步處理和繪制圖表。每組試驗(yàn)重復(fù)測(cè)定3次，結(jié)果用“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵過(guò)程中總酸含量和pH值動(dòng)態(tài)變化

發(fā)酵蔬菜的pH與總酸度的大小可以反應(yīng)發(fā)酵過(guò)程中微生物的產(chǎn)酸情況及發(fā)酵蔬菜的品質(zhì)，但總酸度的大小與發(fā)酵蔬菜品質(zhì)好壞沒(méi)有直接聯(lián)系[21-22]，發(fā)酵過(guò)程中總酸和pH的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 發(fā)酵過(guò)程中總酸含量動(dòng)態(tài)變化曲線(xiàn)Fig.1 Dynamic change curve of total acid contents during the fermentation process

由圖1可知，從發(fā)酵0～6 d，隨著酸湯發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，無(wú)論是自然發(fā)酵還是乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵，總酸含量均逐漸增多，并在第6天升至最高點(diǎn)，自然發(fā)酵總酸含量為10.11 g/kg，乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵則為10.26g/kg，但無(wú)論是發(fā)酵速率還是總酸含量的積累乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵均優(yōu)于自然發(fā)酵；發(fā)酵6～21 d，自然發(fā)酵總酸含量下降迅速，從10.11 g/kg降至8.65 g/kg，此后直到第42天，保持緩慢下降趨勢(shì)，總酸含量最終到達(dá)8.23 g/kg，與自然發(fā)酵不同，乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵從6～42 d呈緩慢下降趨勢(shì)，最終達(dá)到9.46 g/kg，由此看出乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵較自然發(fā)酵更利于酸湯總酸含量的積累。

圖2 發(fā)酵過(guò)程中pH動(dòng)態(tài)變化曲線(xiàn)Fig.2 Dynamic change curve of pH during the fermentation process

由圖2可知，隨著酸湯發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)pH逐漸降低，第6天達(dá)到最低，自然發(fā)酵pH為3.04，乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵pH為2.84，隨后，自然發(fā)酵pH呈波浪式逐漸增加，最終達(dá)到4.17，乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵在發(fā)酵中后期則趨于平緩，沒(méi)有明顯的上升趨勢(shì)，最終達(dá)到2.85。結(jié)果表明，自然與乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵紅酸湯中總酸含量最高和pH最低時(shí)間段是發(fā)酵過(guò)程中的第6天，此時(shí)，酸湯的總酸與pH均達(dá)到峰值，說(shuō)明此時(shí)微生物的繁殖最為旺盛；觀其整個(gè)曲線(xiàn)可知，自然發(fā)酵前期乳酸菌較少，形成優(yōu)勢(shì)菌群較乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵所需時(shí)間長(zhǎng)，因此發(fā)酵周期隨之延長(zhǎng)，而乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵前期已經(jīng)形成優(yōu)勢(shì)菌群，發(fā)酵周期大大縮短，產(chǎn)酸量與產(chǎn)酸速率均快于自然發(fā)酵，并且在發(fā)酵中后期一直保持較低pH，能夠抑制其他雜菌和細(xì)菌生長(zhǎng)。

2.2 發(fā)酵過(guò)程中亞硝酸鹽的動(dòng)態(tài)變化

由亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)回歸方程y=0.877 5x+0.001，R2=0.999 5計(jì)算得出亞硝酸鹽含量并繪制變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

圖3 發(fā)酵過(guò)程中亞硝酸鹽含量的變化曲線(xiàn)Fig.3 Variation change curve of nitrite contents during the fermentation process

由圖3可知，第6天自然與乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵紅酸湯pH達(dá)到最低，此時(shí)自然發(fā)酵亞硝酸鹽含量受到抑制，自然發(fā)酵在第15天出現(xiàn)了一個(gè)亞硝峰，陳大鵬等[23]研究發(fā)現(xiàn)，自然發(fā)酵易形成“亞硝峰”是因?yàn)榘l(fā)酵初期雜菌較多，此時(shí)乳酸菌含量較少，因此含硝酸鹽還原酶的雜菌不受抑制，將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽。此時(shí)自然發(fā)酵亞硝酸鹽含量達(dá)到最大，為0.052 2 mg/kg，且并未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)4 mg/kg[24]，至第21天，自然發(fā)酵亞硝峰完全消失，此后保持平緩上升；乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵在整個(gè)發(fā)酵周期并未出現(xiàn)亞硝峰。

2.3 發(fā)酵過(guò)程中抗壞血酸含量的動(dòng)態(tài)變化

由圖4可知，抗壞血酸含量隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷減少。自然與乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵紅酸湯過(guò)程中的抗壞血酸含量在整個(gè)發(fā)酵期間減少都比較明顯，分別由1.71 mg/100 g降至1.11 mg/100 g，1.67 mg/100 g降至0.92 mg/100 g，但乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵抗壞血酸下降速率明顯快于自然發(fā)酵。抗壞血酸易溶于水，在酸性溶液中穩(wěn)定，不耐熱，在空氣中易氧化。由于在制備酸湯階段，使用粉碎機(jī)對(duì)紅酸湯主要原材料進(jìn)行破碎分裝時(shí)產(chǎn)生的熱作用，使得破碎后所得酸湯勻漿中抗壞血酸損失較大，所以導(dǎo)致發(fā)酵期間一直處于下降的趨勢(shì)。

圖4 發(fā)酵過(guò)程中抗壞血酸含量的動(dòng)態(tài)變化曲線(xiàn)Fig.4 Dynamic change curve of ascorbic acid contents during the fermentation process

2.4 發(fā)酵過(guò)程中還原糖含量的動(dòng)態(tài)變化

由葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)回歸方程y=14.489x+0.004 7，R2=0.999 7，計(jì)算得到還原糖含量并繪制變化曲線(xiàn)，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 發(fā)酵過(guò)程中還原糖含量的動(dòng)態(tài)變化曲線(xiàn)Fig.5 Dynamic change curve of reducing sugar contents during the fermentation process

由圖5可知，無(wú)論是自然發(fā)酵還是乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵的紅酸湯在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中的還原糖含量總體均處于下降趨勢(shì)。在整個(gè)發(fā)酵期間自然與乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵的還原糖含量分別由0.88%下降至0.60%，0.85%下降至0.43%。糖類(lèi)物質(zhì)是微生物生長(zhǎng)繁殖的重要能量來(lái)源，紅酸湯原料中淀粉、多糖類(lèi)物質(zhì)被降解成還原糖，以乳酸菌為主的微生物生長(zhǎng)繁殖消耗碳源，導(dǎo)致還原糖含量逐漸降低，而乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵中以乳酸菌為主的優(yōu)勢(shì)菌群多于自然發(fā)酵，且乳酸菌生產(chǎn)還原糖的速率低于其分解還原糖的速率，從而導(dǎo)致乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵紅酸湯還原糖下降速率明顯低于自然發(fā)酵的消耗。0～6 d，微生物繁殖較為旺盛，消耗還原糖較為迅速，但由于紅酸湯中可供微生物利用的還原糖不多，還原糖消耗量變化逐漸變緩。

2.5 發(fā)酵過(guò)程中可溶性固形物含量的動(dòng)態(tài)變化

由圖6可知，在整個(gè)發(fā)酵期間，自然發(fā)酵紅酸湯中的可溶性固形物含量均高于乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵且下降趨勢(shì)比乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵慢，發(fā)酵0～42 d，自然發(fā)酵可溶性固形物下降緩慢，由17.83%降至14.33%；乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵第0～18天下降較為迅速，由17.67%降至14.13%，隨后緩慢下降，在第42天達(dá)到13.33%，其中乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵中可溶性固形物含量下降速率最快是6～9 d。因?yàn)樽匀话l(fā)酵紅酸湯發(fā)酵過(guò)程中微生物較少則利用的可溶性固形物含量較少，從而導(dǎo)致可溶性固形物的消耗量呈緩慢下降的趨勢(shì)，而乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵前期已經(jīng)建立了較多的優(yōu)勢(shì)菌群，生長(zhǎng)繁殖快，因此利用可溶性固形物速率快，前期可溶性固形物下降趨勢(shì)較為明顯。

圖6 發(fā)酵過(guò)程中可溶性固形物含量的動(dòng)態(tài)變化曲線(xiàn)Fig.6 Dynamic change curve of soluble solids contents during the fermentation process

2.6 發(fā)酵過(guò)程中水分含量的動(dòng)態(tài)變化

由圖7可知，發(fā)酵0～6 d自然與乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵過(guò)程中紅酸湯水分含量均呈下降趨勢(shì)，下降速率快并達(dá)到最低值，分別為84.83%與84.18%，發(fā)酵6～42 d，自然發(fā)酵水分含量呈波浪式上升，最終變?yōu)?7.37%，發(fā)酵初期由于可溶性維生素的氧化以及可溶性物質(zhì)被微生物所消耗，導(dǎo)致紅酸湯中水分下降，但中后期在厭氧條件下，微生物代謝產(chǎn)生較多的水分以至于水分含量逐漸回升。乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵在第6～30天，水分含量在85.20%～84.65%之間呈波動(dòng)趨勢(shì)，第30～42天趨于平緩，最終變?yōu)?4.54%，中后期的波動(dòng)狀況可能是由于微生物在自身繁殖和代謝過(guò)程中產(chǎn)生水分，一部分水分又通過(guò)土壇表面散失造成。

圖7 發(fā)酵過(guò)程中水分含量的動(dòng)態(tài)變化曲線(xiàn)Fig.7 Dynamic change curve of moisture contents during the fermentation process

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與自然發(fā)酵的紅酸湯相比，乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵的紅酸湯總酸含量保持在較高的水平，對(duì)應(yīng)pH保持在較低水平，因此在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中對(duì)亞硝酸鹽的抑制明顯，并未出現(xiàn)亞硝峰，并使亞硝酸鹽始終保持在低水平。在整個(gè)發(fā)酵期間，自然與乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵紅酸湯的抗壞血酸、可溶性固形物、還原糖均呈下降趨勢(shì)，且乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵下降速率大于自然發(fā)酵發(fā)酵速率。同時(shí)低pH能夠促進(jìn)抗壞血酸的強(qiáng)抗氧化性對(duì)亞硝酸鹽的清除能力，呈正比關(guān)系。無(wú)論是自然發(fā)酵還是乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵，在整個(gè)發(fā)酵期間亞硝酸鹽的含量均未超標(biāo)（4 mg/kg），由此可見(jiàn)，貴州自然與乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵紅酸湯中的亞硝酸鹽含量對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生威脅，可供各類(lèi)人群安全食用。因此，乳酸菌強(qiáng)化發(fā)酵與自然發(fā)酵相比，極大縮短了紅酸湯的發(fā)酵周期，由30 d縮短至15 d，并保證了紅酸湯品質(zhì)的穩(wěn)定，為直投式乳酸菌發(fā)酵劑運(yùn)用到工業(yè)化生產(chǎn)中提供了一定的理論依據(jù)。