植物乳桿菌發(fā)酵對(duì)蕨菜品質(zhì)的影響

孫 睿，孟祥慧，陳 萍

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 134300）

蕨菜（Pteridium aquilinumL.）屬鳳尾蕨科，為多年生草本藥食兩用植物[1]，含有豐富膳食纖維和谷氨酸以及蛋白質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，食用蕨菜能夠起到清熱化痰、安神養(yǎng)心的功效[2]。其口感肉嫩，味道鮮美，享有“山菜之王”的美名。蕨菜通常在5月上旬至6月下旬成熟，由于采后蕨菜易出現(xiàn)褐變、老化、風(fēng)味下降等品質(zhì)劣變現(xiàn)象[3]，從而影響其食用價(jià)值，大量的蕨菜由于腐敗變質(zhì)、品質(zhì)不達(dá)標(biāo)等原因無法流入市場(chǎng)，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。因此，找到一種能夠延長(zhǎng)保質(zhì)期、縮短腌制周期且能夠保證蕨菜品質(zhì)的腌制方式就顯得尤為關(guān)鍵。

近年來，利用乳酸菌制劑發(fā)酵蔬菜成為腌制菜行業(yè)研究的熱點(diǎn)之一[4?5]，乳酸菌發(fā)酵是維持或改善果蔬以及衍生食品貯藏特性及食用特性最簡(jiǎn)單和有價(jià)值的生物技術(shù)方法[6]。Filannino 等[7]應(yīng)用乳酸菌發(fā)酵鱷梨，證實(shí)乳酸菌發(fā)酵能夠分解鱷梨中的大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，更有利于人體吸收；Gerardi 等[8]證實(shí)通過乳酸菌發(fā)酵后能夠改善口感、增加香氣，提升了產(chǎn)品的食用價(jià)值；陸利霞等[9]證實(shí)植物乳桿菌發(fā)酵蔬菜明顯的縮短了發(fā)酵的周期；杜曉華等[10]研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌發(fā)酵蔬菜可以減少有害微生物的數(shù)量；Hernán 等[11]利用乳酸菌發(fā)酵仙人掌發(fā)現(xiàn)在保存原有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及活性成分的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)了仙人掌的保存期；劉瀛[12]比較了乳酸菌發(fā)酵的蕨菜與新鮮蕨菜的營(yíng)養(yǎng)成分，結(jié)果表明主要營(yíng)養(yǎng)成分含量無明顯差異。因此，通過接種植物乳桿菌發(fā)酵的方式將蕨菜加工成腌制菜，既保存了蕨菜的營(yíng)養(yǎng)成分，又豐富了市場(chǎng)蕨菜產(chǎn)品種類。

本實(shí)驗(yàn)用植物乳桿菌對(duì)蕨菜進(jìn)行42 d 的跟蹤發(fā)酵，觀察并監(jiān)測(cè)了蕨菜在接種植物乳桿菌Z17 后pH、總酸、色度、褐變指數(shù)、咀嚼性以及黏性等理化指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化。通過與自然發(fā)酵做對(duì)比，總結(jié)并討論了植物乳桿菌Z17 對(duì)蕨菜品質(zhì)變化的影響，為以蕨菜為原料的各類發(fā)酵產(chǎn)品提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菌株Z17 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品毒理安全實(shí)驗(yàn)室陳萍教授篩選、鑒定并于?80 ℃超低溫冰箱凍存；蕨菜 選取長(zhǎng)白山地區(qū)野生蕨菜；葡萄糖 生工生物工程有限公司；MRS 肉湯培養(yǎng)基、MRS 固體培養(yǎng)基

華益生物科技有限責(zé)任公司。

HZP-25-S 型振蕩恒溫培養(yǎng)箱 上海新諾儀器設(shè)備有限公司；TGL-16M 型高速冷凍離心機(jī) 湖南邁克爾實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；N4S 型紫外可見分光光度計(jì) 浙江賽德儀器設(shè)備有限公司；BPH-7200 型pH 計(jì) 貝爾分析儀器有限公司；CT-3 質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)Brookfifield 公司；HH-2 型恒溫水浴鍋 蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 蕨菜的植物乳桿菌發(fā)酵工藝 選用李敏[13]的方法改良后進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，將新鮮蕨菜清洗干凈，切分成3～4 cm 的小段，分別稱取250 g 加入到發(fā)酵罐中，并于發(fā)酵罐中加入3%的食鹽和3%葡萄糖；設(shè)置接種發(fā)酵組與自然發(fā)酵組，按照蕨菜質(zhì)量的4%（單因素實(shí)驗(yàn)確定的最佳接種量）加入二次擴(kuò)大培養(yǎng)后的菌液進(jìn)行發(fā)酵，作為接種發(fā)酵組，以不加入植物乳桿菌的自然發(fā)酵組作為對(duì)照。兩組蕨菜加水密封，于25 ℃恒溫連續(xù)發(fā)酵。

1.2.2 總酸含量的測(cè)定 參照 GB5009.239-2016《食品酸度的測(cè)定》方法[14]。

1.2.3 還原糖含量的測(cè)定 參照 GB5009.7-2016《食品中還原糖的測(cè)定》[15]中還原糖的測(cè)定方法。

1.2.4 pH 的變化情況 分別取試驗(yàn)組和對(duì)照組樣品發(fā)酵液各15 mL 置于燒杯中，用PHS-25 型精密pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5 褐變指數(shù)（BI）的測(cè)定 褐變是導(dǎo)致食品品質(zhì)下降的重要原因，褐變指數(shù)越高，食品的色度越差、品質(zhì)越低。參考 Zhang 等[16]的方法對(duì)發(fā)酵蕨菜的褐變指數(shù)進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算：

式中：L*代表明亮度；a*代表紅綠色值；b*代表黃藍(lán)色值；X 代表色度；BI 代表褐變指數(shù)。

1.2.6 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 將蕨菜樣品切成長(zhǎng)約3 cm 的小段，在質(zhì)構(gòu)儀TA44 探頭下對(duì)蕨菜進(jìn)行質(zhì)構(gòu)剖面分析（texture profile analysis，TPA）測(cè)試。質(zhì)構(gòu)測(cè)定參數(shù)為：測(cè)試速率：60 mm/min；壓縮程度：距離6 mm；觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載：1 N；停頓時(shí)間：5 s。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量10 次取平均值以增加準(zhǔn)確性。

1.2.7 感官評(píng)價(jià) 邀請(qǐng)10 名有經(jīng)驗(yàn)的感官評(píng)定員，男女各5 名，按照表1中的指標(biāo)對(duì)不同發(fā)酵方式的蕨菜進(jìn)行感官評(píng)分。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 18.0 分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，所有數(shù)據(jù)均通過方差（ANOVA）方法進(jìn)行分析，所有均值均以P<0.05 的水平進(jìn)行分離。通過差異分析了不同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的生物學(xué)意義。所得數(shù)據(jù)均使用GraphPad Prism（6.0）[17]軟件繪制數(shù)據(jù)曲線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 蕨菜發(fā)酵過程中總酸含量變化

如圖1所示，蕨菜發(fā)酵過程中，接種組蕨菜總酸的產(chǎn)生速率與總酸含量明顯超過自然發(fā)酵組，這是由于接種組在接種植物乳桿菌Z17 后，在發(fā)酵內(nèi)部成為優(yōu)勢(shì)菌群[18]，使得發(fā)酵過程中產(chǎn)生了更多的乳酸。目前對(duì)于蕨菜還沒有出臺(tái)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，因此參照GB 6094-85《榨菜》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合蕨菜產(chǎn)業(yè)實(shí)際現(xiàn)狀，確定蕨菜泡菜產(chǎn)品的總酸含量標(biāo)準(zhǔn)為5.0～10.0 g/kg（以乳酸計(jì)）。接種發(fā)酵組在發(fā)酵14 d 時(shí)總酸含量為（5.20±0.32） g/kg，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。而自然發(fā)酵組在21 d 時(shí)才達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)（5.30 g/kg）。而在35 d 后，兩組總酸的含量趨于平穩(wěn)，且兩組此時(shí)的總酸含量為：接種發(fā)酵組（9.42±0.24） g/kg，自然發(fā)酵組（7.86±0.21） g/kg，均符合標(biāo)準(zhǔn)。在整個(gè)發(fā)酵期內(nèi)接種發(fā)酵組產(chǎn)酸快，總酸度高，能夠有效縮短發(fā)酵周期。

圖1 發(fā)酵過程中蕨菜的總酸含量變化Fig.1 Changes in total acid content of Pteridium aquilinum during fermentation

2.2 蕨菜發(fā)酵過程中還原糖含量變化

蕨菜腌制過程中的還原糖含量變化如圖2所示，隨著腌制時(shí)間的增加，接種發(fā)酵組呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)。接種發(fā)酵組還原糖含量明顯高于自然發(fā)酵組，且發(fā)酵7 d 時(shí)達(dá)到峰值（5.21±0.15） g/100 g，出現(xiàn)這樣結(jié)果的原因是在接種發(fā)酵過程中，植物乳桿菌將更多的蔗糖和多糖轉(zhuǎn)化為還原糖[19]，同時(shí)植物乳桿菌對(duì)其他菌落的抑制作用[20]，使得接種發(fā)酵組還原糖含量增加，而在自然發(fā)酵組中，微生物消耗更多的還原糖導(dǎo)致其含量持續(xù)降低。

圖2 發(fā)酵過程中蕨菜的還原糖含量變化Fig.2 Changes in reducing sugar content of Pteridium aquilinum during fermentation

2.3 蕨菜發(fā)酵過程中pH 的變化情況

發(fā)酵蔬菜pH 的大小是衡量發(fā)酵蔬菜酸味程度的重要指標(biāo)[21]。圖3顯示了發(fā)酵過程中蕨菜的pH變化情況，蕨菜的pH 在發(fā)酵過程中呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在發(fā)酵28 d 后逐漸趨于穩(wěn)定。相比自然發(fā)酵組，接種發(fā)酵組pH 降低速率與幅度更大，發(fā)酵起始至發(fā)酵第7 d，pH 從（7.58±0.14）降至（5.23±0.20），下降2.35；自然發(fā)酵組pH 從（7.62±0.13）降至（5.42±0.12），下降2.2。在發(fā)酵第14 d 時(shí)，自然發(fā)酵組蕨菜pH 為（4.78±0.15），而接種發(fā)酵組pH 僅為（3.82±0.17），比自然發(fā)酵組低0.96。而在28 d 后兩組pH 趨于穩(wěn)定，此時(shí)接種發(fā)酵組的pH 維持在（3.28±0.15），顯著低于自然發(fā)酵組的pH（3.90±0.15）（P<0.05）。出現(xiàn)這種情況的原因是接種發(fā)酵過程中產(chǎn)生更多的乳酸，有利于發(fā)酵液維持在較低的pH，從而抑制雜菌的生長(zhǎng)[22?23]。

圖3 發(fā)酵過程中蕨菜的pH 變化Fig.3 The pH change of Pteridium aquilinum during fermentation

2.4 蕨菜發(fā)酵過程中色度的變化

食品的色度是品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一[24]，色度能夠直觀的展現(xiàn)發(fā)酵蕨菜的品質(zhì)品相，從而影響消費(fèi)者的購(gòu)買欲望。色度包含色澤和亮度，如圖4A～4C 所示：L*表示亮度，a*+表示偏紅色，a*?表示偏綠，b*+表示偏黃色，b*?代表偏藍(lán)[25]，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，接種發(fā)酵組與自然發(fā)酵組中L*值均有所下降，接種發(fā)酵組蕨菜L*值由（50.66±1.86）持續(xù)下降到（45.22±1.35），在不同發(fā)酵條件下相同發(fā)酵天數(shù)的L*值差異性顯著（P<0.05），接種發(fā)酵組中的L*值始終高于自然發(fā)酵組，這表明接種發(fā)酵組中蕨菜的亮度更佳；接種發(fā)酵組a*值始終為負(fù)，說明發(fā)酵蕨菜始終保持偏綠色，保持了蕨菜原有的色澤。而自然發(fā)酵組a*值由（-7.93±0.78）增至（7.23±1.34），使得蕨菜蕨菜呈偏紅色，改變蕨菜原始色澤的程度較大；發(fā)酵42 d 后，接種發(fā)酵組與自然發(fā)酵組的b*均為正值，分別為（25.09±1.76）和（10.54±2.43），發(fā)酵過程中b*值呈先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，說明蕨菜在發(fā)酵過程中逐漸變黃，而接種發(fā)酵組蕨菜變黃的程度較小。

褐變是導(dǎo)致食品品質(zhì)下降的重要原因，通過a*、b*和L*值以及實(shí)驗(yàn)方法1.2.5 中褐變指數(shù)公式計(jì)算出蕨菜的褐變程度，如圖4D 所示，褐變指數(shù) BI 均呈上升趨勢(shì)，發(fā)酵42 d 后接種發(fā)酵組的褐變指數(shù)為（102.08±2.43），遠(yuǎn)低于自然發(fā)酵蕨菜（203.41±1.73），這樣的結(jié)果可能是由于植物乳桿菌的發(fā)酵作用有效地制了多酚氧化酶的活性，保存了更多的酚類物質(zhì)，有效地改善了蕨菜的褐變情況[26]。

圖4 發(fā)酵過程中蕨菜的色度變化Fig.4 Color change of bracken during fermentation

2.5 發(fā)酵蕨菜的TPA 比較

TPA 能夠量化描述產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)[27?28]，其中硬度的感官定義是牙齒擠壓樣品的力量，咀嚼性的感官定義是咀嚼固體樣品時(shí)需要的能量[29]。由表2可知，接種發(fā)酵蕨菜的硬度和咀嚼性更優(yōu)，接種發(fā)酵的硬度為（38.66±1.87）N，咀嚼性為（98.47±2.45）mJ，分別比自然發(fā)酵蕨菜高出9.21 N 和9.83 mJ。而彈性、內(nèi)聚性以及黏性雖有差異，但差異不顯著。

表2 不同發(fā)酵組蕨菜的TPA 比較Table 2 Comparison of TPA of Pteridium aquilinum in different fermentation groups

2.6 感官評(píng)價(jià)

食品的感官評(píng)價(jià)是評(píng)定食品品質(zhì)的重要指標(biāo)[30]，由表3可知，在發(fā)酵42 d 后，邀請(qǐng)10 位評(píng)審對(duì)發(fā)酵蕨菜進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，感官評(píng)價(jià)的結(jié)果表明植物乳桿菌發(fā)酵明顯優(yōu)于自然發(fā)酵，發(fā)酵前期蕨菜色澤逐漸變黃，味道并無太大差異。發(fā)酵后期植物乳桿菌進(jìn)一步進(jìn)行發(fā)酵后乳酸開始大量增多使發(fā)酵蕨菜的口味酸鮮純正，較自然發(fā)酵組比較無腐爛和刺激性酸味，從而提高了蕨菜的品質(zhì)。接種發(fā)酵組蕨菜的顏色均一明亮切富有光澤、香氣濃郁，不僅口感脆嫩，而且滋味酸鮮純正；相比較于接種發(fā)酵組，自然發(fā)酵組的蕨菜色澤變化較大，整體呈偏黃紅且沒有光澤，發(fā)酵所得蕨菜的氣味異常；口感軟爛、松散，味道較差。

表3 不同發(fā)酵組蕨菜的感官評(píng)價(jià)Table 3 Sensory evaluation of Pteridium aquilinum in different fermentation groups

3 結(jié)論

研究表明，植物乳桿菌發(fā)酵蕨菜的速率比自然發(fā)酵快，pH 下降速率以及還原糖含量提升的速率明顯優(yōu)于自然發(fā)酵，有效縮短了發(fā)酵周期；不僅如此，接種發(fā)酵過程中的總酸、咀嚼性、硬度以及感官性質(zhì)都有顯著的影響，賦予發(fā)酵蕨菜更優(yōu)質(zhì)的口感。接種發(fā)酵與自然發(fā)酵蕨菜感官評(píng)分分別為（88.34±3.74）、（65.23±2.68）。綜上所述，在發(fā)酵蕨菜中添加植物乳桿菌不僅可以縮短發(fā)酵周期、改善各項(xiàng)指標(biāo)，還能賦予蕨菜產(chǎn)品更為鮮艷誘人的色澤，符合現(xiàn)代化發(fā)酵蔬菜的發(fā)展趨勢(shì)，使得發(fā)酵蕨菜產(chǎn)品能夠更好地迎合市場(chǎng)的需求和發(fā)展，為蕨菜發(fā)酵產(chǎn)業(yè)提供很好的參考價(jià)值。關(guān)于接種發(fā)酵蕨菜發(fā)酵過程中質(zhì)構(gòu)特性的變化機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究。