蔬菜半固態(tài)發(fā)酵的探究

燕平梅，魏愛麗

(1.太原師范學院 生物系，太原 030619；2.土壤消毒活化綠色產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，太原 030619)

蔬菜發(fā)酵是利用微生物的活動貯存和加工蔬菜的一種方法。蔬菜發(fā)酵的主要發(fā)酵產(chǎn)品有泡菜、酸菜、醬菜和腌菜等，以白菜、蘿卜、黃瓜、甘藍、甜椒等新鮮蔬菜為原料，添加一定濃度食鹽、水和輔料，利用蔬菜自身附著的微生物于厭氧條件下進行乳酸發(fā)酵。蔬菜發(fā)酵有利于對蔬菜營養(yǎng)成分和色、香、味的保持。在發(fā)酵過程中乳酸菌是整個發(fā)酵過程的優(yōu)勢微生物。由于乳酸菌不具備分解纖維素的酶和水解蛋白質(zhì)的酶系統(tǒng)。因此，乳酸菌發(fā)酵不破壞植物細胞組織，也不分解蛋白質(zhì)和氨基酸，并且能產(chǎn)生大量乳酸，起到防止蔬菜腐爛的作用，又可以改善發(fā)酵蔬菜產(chǎn)品的風味。泡菜的美味爽口和豐富的營養(yǎng)享譽全球，其中不僅含有VA、VB1、VB2、Vc、Ca、P、Fe、胡蘿卜素、辣椒素、纖維素和蛋白質(zhì)等多種豐富的營養(yǎng)成分，還具有解膩開胃、促消化、增進食欲的功效[1]。除此之外，泡菜中還含有乳酸、膽堿、乙酰膽堿及人體生理代謝必不可少的各種酶等，在人體保健及預防疾病等方面發(fā)揮著重要的作用，研究證實經(jīng)常食用可以起到抗菌、凈腸、減肥、抗衰老[2]、預防動脈硬化[3]、降低膽固醇和調(diào)節(jié)人體生理功能等作用[4]。

泡菜因其良好的口感和保健功能頗受人們的喜歡，然而美中不足的是蔬菜的硝酸鹽含量較高，亞硝酸鹽是一種毒性很強的致癌物，與人體中蛋白質(zhì)中的胺結(jié)合生成亞硝胺，對人體有致癌作用。

因此，對發(fā)酵蔬菜加工工藝的研究越來越重要。目前國內(nèi)外學者多以發(fā)酵蔬菜中的微生物種類和數(shù)量、生產(chǎn)方式的改良以及發(fā)酵蔬菜的各項生理生化指標等研究為主。Pederson首先提出腸膜明串珠菌啟動蔬菜乳酸發(fā)酵的過程，指出異型發(fā)酵的產(chǎn)品質(zhì)量要優(yōu)于同型發(fā)酵[5]。Petaja證實應采用乳桿菌或混合菌種接種[6]。趙學惠對泡菜發(fā)酵過程中化學變少和微生物學性狀進行了比較深入的研究[7]。張蓄比較自然發(fā)酵、人工發(fā)酵、自然發(fā)酵與人工發(fā)酵相結(jié)合3種方法對泡菜品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)自然發(fā)酵與人工發(fā)酵相結(jié)合的方法最好[8]。周文斌在測定亞硝酸鹽的國標方法的基礎(chǔ)上，通過試驗尋找出測定泡菜中亞硝酸鹽含量的較佳方法[9]。前人研究了自然發(fā)酵和人工接種發(fā)酵對甘藍類泡菜品質(zhì)及亞硝酸鹽含量的影響[10]。 但到目前為止人們對半固態(tài)發(fā)酵蔬菜輔料的探究報道很少。本試驗旨在以兩種輔料處理蔬菜，置于相同條件下發(fā)酵，測定兩者的各項生理生化指標，比較兩種輔料對發(fā)酵蔬菜各指標的影響，以探究適用于半固態(tài)發(fā)酵蔬菜的輔料，對尋求半固態(tài)蔬菜發(fā)酵輔料有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

甘藍。

1.2 主要儀器設備

HRHS24型電熱恒溫水浴鍋、HJ-1型磁力加熱攪拌器、LR-30型立式電熱壓力蒸汽滅菌鍋、SW-CJ-2F型雙人雙面凈化工作臺、HRHH-150SC型恒溫培養(yǎng)箱、ES-C200H型電子天平、WFJ-2100型紫外分光光度計、HI 211型pH指示計。

1.3 試驗方法

1.3.1 制備發(fā)酵蔬菜

準確稱取8份干凈的白菜各100 g，將其中4份直接均勻涂上發(fā)酵輔料1：10%(W/W)的番茄醬、10%(W/W)的葡萄糖、20%(W/W)的蝦醬、6%(W/W)的食鹽，置于一次性的密封干凈塑料袋中發(fā)酵，并標記為輔1。

取另4份白菜直接均勻涂上發(fā)酵輔料2：10%(W/W)的番茄醬、10%(W/W)的葡萄糖、20%(W/W)的蝦醬、6%(W/W)的食鹽、30%(W/W)的淀粉糊，同樣條件下置于一次性的密封干凈塑料袋中發(fā)酵，并標記為輔2。在發(fā)酵第1～4周測定輔1和輔2的亞硝酸鹽含量、食鹽濃度指標、pH值、乳酸菌數(shù)量、腸桿菌數(shù)量并分別對其進行感官評價。

1.3.2 理化指標的測定

1.3.2.1 泡菜中亞硝酸鹽的測定

亞硝酸鹽含量根據(jù)國家標準GB 5009.33-2016方法進行測定。

1.3.2.2 pH和食鹽濃度的測定

從發(fā)酵蔬菜中取其發(fā)酵液，用pH計測其pH。以鉻酸鉀為指示液(5%)，采用硝酸銀標準液(0.10 mol/L)滴定方法求得食鹽濃度。

1.3.2.3 乳酸菌的計數(shù)

乳酸菌的計數(shù)用MRS培養(yǎng)基。以適宜的稀釋度涂布泡菜鹵于MRS和加入1.5%的瓊脂平板上，在37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h。

1.3.2.4 腸桿菌的計數(shù)

腸桿菌的計數(shù)用于37 ℃厭氧培養(yǎng)24 h的結(jié)晶紫中性紅膽鹽瓊脂(VRBDA)平板。

1.3.2.5 感官評價

對發(fā)酵蔬菜樣品進行評審，由10人組成評審小組從口感、風味、色澤等方面進行綜合打分，計算各項的平均值。感官評分標準見表 1。

表1 感官評分標準

1.3.3 統(tǒng)計分析方法

采用Excel對試驗數(shù)據(jù)進行處理，應 用SPSS 10.0統(tǒng)計軟件分析不同輔料對泡菜各個生理生化指標影響之間的差異。差異顯著水平用P<0.05表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 泡菜中亞硝酸鹽含量的變化

圖1 在發(fā)酵過程中添加輔1和輔2發(fā)酵甘藍亞硝酸鹽含量變化

由圖1可知，用輔1發(fā)酵甘藍的亞硝酸鹽第1周最多，為0.108 mg/kg，之后亞硝酸鹽的含量逐漸減小，其中第1～2周下降幅度明顯。輔2在發(fā)酵過程中，在發(fā)酵第2周亞硝酸鹽含量減少，但隨后第3周亞硝酸鹽含量上升，達到最大值0.100 mg/kg，之后亞硝酸鹽含量明顯下降。比較同一發(fā)酵時間輔1和輔2的亞硝酸鹽含量，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵初期輔1所含的亞硝酸鹽大于輔2，而在發(fā)酵中期和后期輔1所含的亞硝酸鹽含量小于輔2。對兩者進行方差分析，輔1和輔2之間在發(fā)酵的第1周差異顯著(p<0.05)，第2～3周差異極顯著(p<0.01)，第4周差異不顯著(p>0.05)。輔1和輔2亞硝酸鹽含量均符合我國食品衛(wèi)生標準提出的醬腌菜亞硝酸鹽含量小于20 mg/kg的標準。

2.2 泡菜中食鹽濃度的變化

圖2 在發(fā)酵過程中添加輔1和輔2發(fā)酵甘藍食鹽濃度的變化

由圖2可知，輔1在發(fā)酵前期和中期食鹽濃度下降，且前期下降速度大于中期，在發(fā)酵后期食鹽濃度顯著上升。輔2在發(fā)酵前期食鹽濃度無明顯變化，中期食鹽濃度開始下降，第3周食鹽濃度最低，約為30.93 g/kg，發(fā)酵后期食鹽濃度明顯增大。比較同一發(fā)酵時間輔1和輔2的食鹽濃度，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵的整個過程中輔2所含的食鹽濃度一直小于輔1，且對兩者進行方差分析發(fā)現(xiàn)兩者差異極顯著(p<0.01)。發(fā)酵蔬菜常采用低鹽發(fā)酵，在發(fā)酵前期和中期食鹽濃度處于下降狀態(tài)，有利于蔬菜發(fā)酵的進行。發(fā)酵后期鹽濃度升高，不利于蔬菜發(fā)酵的進行，且為其他菌的繁殖提供了適宜條件。

2.3 泡菜pH值的變化

圖3 在發(fā)酵過程中添加輔1和輔2發(fā)酵甘藍pH的變化

由圖3可知，輔1和輔2在發(fā)酵過程中pH逐漸減小，其中輔1的pH在發(fā)酵1周后開始下降，發(fā)酵第3周有小幅度上升，隨后繼續(xù)下降。輔2的pH在發(fā)酵1周后也開始下降，但下降幅度小于輔1，且輔2從第2周開始pH一直小于輔1。對同一發(fā)酵時間輔1和輔2的pH進行方差分析，發(fā)現(xiàn)輔1和輔2在發(fā)酵過程中第1周差異極顯著(p<0.01)，第3周pH差異顯著(p<0.05)，發(fā)酵第2周和第4周差異不顯著(p>0.05)。

2.4 泡菜中乳酸菌數(shù)的變化

圖4 發(fā)酵過程中添加輔1和輔2發(fā)酵甘藍乳酸菌數(shù)的變化

由圖4可知，發(fā)酵第1周輔1中的乳酸菌數(shù)小于輔2，在發(fā)酵1～3周輔1中的乳酸菌數(shù)緩慢上升，第3周乳酸菌的對數(shù)達到最大值約6.76 log CFU/g，第3～4周輔1的乳酸菌數(shù)開始下降；發(fā)酵1周后輔2中的乳酸菌數(shù)開始大幅度上升，在第3周乳酸菌數(shù)最多，其對數(shù)達到7.57 log CFU/g，且發(fā)酵前3周輔2的乳酸菌數(shù)一直大于輔1。第3周乳酸菌數(shù)開始下降且下降幅度大于輔1，第4周的乳酸菌數(shù)少于輔1。對同一發(fā)酵時間輔1和輔2的乳酸菌數(shù)進行方差分析，結(jié)果顯示輔1和輔2除在發(fā)酵第1周差異不顯著(p>0.05)外，在發(fā)酵第2，3，4周差異顯著(p<0.05)。

2.5 泡菜中腸桿菌數(shù)的變化

圖5 發(fā)酵過程中添加輔1和輔2發(fā)酵甘藍腸桿菌數(shù)的變化

由圖5可知，輔1在發(fā)酵前期腸桿菌數(shù)的對數(shù)由0 log CFU/mL增至2.68 log CFU/mL，達到第一個高峰，發(fā)酵中期腸桿菌數(shù)量下降，在發(fā)酵第3周降至1.9 log CFU/mL左右，發(fā)酵后期腸桿菌數(shù)量顯著增加，增至2.8 log CFU/mL；在發(fā)酵初期，輔2的腸桿菌數(shù)對數(shù)由1.93 log CFU/mL緩慢增至2.12 log CFU/mL左右，在發(fā)酵中期和后期腸桿菌數(shù)無較大變化。對同一發(fā)酵時間輔1和輔2的腸桿菌數(shù)進行方差分析，發(fā)現(xiàn)除發(fā)酵第3周兩者的腸桿菌數(shù)量差異不顯著(p>0.05)外，在發(fā)酵第1，2，4周均差異極顯著(p<0.01)。

2.6 泡菜的感官評價

表2 感官評分表

在發(fā)酵第1周，輔1和輔2均風味一般、酸度適中、較脆，輔1味道不如輔2，但兩者在第1周差異不顯著(p>0.05)；第2周輔1風味一般、酸味較濃、較脆而輔2風味比輔1好，酸度適中、很脆，且兩者在第2周差異顯著(p<0.05)；第3周輔1風味一般、酸味偏高、較脆，與第2周相比味道較好，輔2在第3周風味較好、酸味較濃、很脆，略好于第2周，在第3周輔2的味道依舊優(yōu)于輔1，對兩者進行方差分析，輔1和輔2在第3周差異顯著(p<0.05)；第4周輔1的風味一般、在酸度偏高、較脆，和第3周差不多，在第4周兩者差異顯著(p<0.05)，輔2的味道不如輔1好。這可能是由于在發(fā)酵后期乳酸菌產(chǎn)生的酸過多積累，導致輔2過酸，使得輔2在第4周味道不好。輔2在發(fā)酵第2，3周味道較好，適宜食用。

3 討論

輔料的使用是蔬菜半固態(tài)發(fā)酵的關(guān)鍵因素，本試驗通過對輔1和輔2進行亞硝酸鹽含量、食鹽濃度指標、pH值、乳酸菌數(shù)量、腸桿菌數(shù)量及其感官評價的比較分析發(fā)現(xiàn)，在發(fā)酵過程中，輔1的亞硝酸鹽含量低于輔2，但是輔1和輔2均符合食品衛(wèi)生標準提出的醬腌菜亞硝酸鹽含量小于20 mg/kg的標準。在發(fā)酵過程中，輔1和輔2都在第3周乳酸菌數(shù)的對數(shù)達到最大。在發(fā)酵的第2～4周輔2的乳酸菌數(shù)顯著大于輔1，可知輔2的發(fā)酵作用更強。輔2的pH在發(fā)酵的第1，3周顯著低于輔1。輔2的腸桿菌數(shù)變化幅度較大，在發(fā)酵第2，4周顯著大于輔1。在發(fā)酵過程中，乳酸菌大量產(chǎn)酸，使得發(fā)酵體系的pH值減小，對其他一些菌如腸桿菌等產(chǎn)生了抑制作用[11-13]，在發(fā)酵前期和中期乳酸菌成為優(yōu)勢菌種，使得乳酸菌數(shù)量劇增[14]。在發(fā)酵后期乳酸菌數(shù)量減少，并由以上的分析得知發(fā)酵后期食鹽濃度上升，這可能是其他一些菌增殖，改變了發(fā)酵體系的環(huán)境，對乳酸菌形成了抑制作用所致。

發(fā)酵前期因適宜的pH、良好的營養(yǎng)條件和乳酸菌對腸桿菌無抑制作用，使腸桿菌數(shù)量增加，發(fā)酵中期乳酸菌大量產(chǎn)酸，pH值下降，發(fā)酵體系環(huán)境的變化不再適應腸桿菌的生存，使得腸桿菌數(shù)迅速下降，而輔1在發(fā)酵后期數(shù)量又劇增，從上面的乳酸菌數(shù)量也減少可推測可能是由于一些菌的增殖所致，這些菌抑制了乳酸菌生長，使乳酸菌數(shù)量減少，造成發(fā)酵體系中積累的酸減少，從而除了對腸桿菌的抑制作用外，使得腸桿菌數(shù)量增加。