響應面法對白芹泡菜加工工藝的優(yōu)化研究

燕 志，魏繼燕，朱江煜

（1.蘇州技師學院，江蘇 蘇州 215009；2.溧陽市農業(yè)綜合技術推廣中心，江蘇 溧陽 213300；3.揚州大學，江蘇 揚州 225100）

泡菜在我國有著悠久的歷史，《詩經》記載泡菜的歷史最早可追溯至商周時期，而《齊民要術》一書中更詳細闡述了泡菜的生產工藝流程[1]。泡菜是以各類蔬菜為原料，利用乳酸菌等多種菌群共同發(fā)酵后的產物[2-3]。泡菜在發(fā)酵過程中會產生有機酸、酯類、醇類、酚類以及二甲基硫化物等風味化合物[4]，這些特殊的風味成分不僅使泡菜咸鮮可口、酸爽脆嫩、滋香味美，而且提高了泡菜的營養(yǎng)價值。有研究表明，泡菜中的乳酸菌可抑制腸道腐敗菌群的繁殖，減少其對腸道的毒害作用，對腸道疾病的發(fā)生具有預防作用[5]。泡菜的加工工藝流程簡單，易于操作，廣受人們的喜愛。

白芹屬傘形科水芹屬植物，作為溧陽特色的農產品，具有八百多年的栽培歷史[6]。白芹不僅滋味鮮美、清新解膩，并且有著極其豐富的營養(yǎng)價值。白芹中礦物質元素鐵的含量較高，約為8.8 mg/100 g，對缺鐵性貧血的人群具有補益作用；富含大量的膳食纖維，是一類血糖生成指數較低的食物，對高血糖、高血脂、肥胖等人群具有一定的輔助治療效果。但是，目前白芹的應用還主要集中在鮮食上，對于白芹泡菜的研究較少。本研究通過對白芹泡菜加工工藝的優(yōu)化，提高白芹的保藏期，豐富其口感，促進其在食品加工領域的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料

主料：新鮮白芹。

調味輔料：大蒜、小米辣、姜、剁椒、無碘鹽、白糖、白醋、白酒、川秀乳酸菌粉。

主料和調味輔料均采購于溧陽農貿市場。

1.2 儀器設備

V5800PC 分光光度計：上海元析儀器有限公司；FA1104分析天平：北京賽多利斯科技儀器有限公司；DHG-9140A電熱鼓風干燥箱：上海昕儀儀器儀表有限公司；UPH-IV-5T超純水系統：四川優(yōu)普超純科技有限公司；HWS26型電熱恒溫水浴鍋：上海一恒科技有限公司。

1.3 主要試劑

鹽酸（HCl，ρ=1.19 g/mL），氨水（NH3·H2O，25%），亞鐵氰化鉀[K4Fe（CN）6·3H2O]，硫酸鋅（ZnSO4·7H2O），正辛醇（C8H18O），乙醇（C2H5OH，95%），酚酞（C20H14O4），氫氧化鈉（NaOH）。

1.4 研究方法

1.4.1 單因素試驗

基于相關參考文獻[7-8]及白芹泡菜加工工藝流程，確定四個因素，分別為A發(fā)酵溫度、B乳酸菌添加量、C食鹽添加量、D白酒添加量。根據預試驗結果對每個因素分別設定五個水平：發(fā)酵溫度A 為10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃；乳酸菌粉添加量B 為0 mg/mL、0.5 mg/mL、1 mg/mL、1.5 mg/mL、2 mg/mL；食鹽添加量C 為3%、5%、7%、9%、11%；白酒添加量D為0%、1%、2%、3%、4%。通過單因素試驗初步選取每個因素的水平范圍，每次試驗進行三次重復。

1.4.2 響應面試驗設計

在單因素試驗結果的基礎上，確定四因素三水平分別為發(fā)酵溫度A（15 ℃、20 ℃、25 ℃）、乳酸菌粉添加量B（0 mg/mL、0.5 mg/mL、1 mg/mL）、食鹽添加量C（5%、7%、9%）、白酒添加量D（0%、1%、2%），以感官評分為評價指標進行響應面設計，選擇感官評價最優(yōu)組合。

1.4.3 感官評價

邀請10位烹飪專業(yè)師生和5位從事泡菜生產的企業(yè)人員進行感官評價，評價指標包括白芹泡菜的色澤、滋味和口感三個方面，評價總分為9分。白芹泡菜感官評價指標及標準如下表1所示。

表1 白芹泡菜感官評價指標及標準

1.4.4 發(fā)酵時間對亞硝酸鹽和總酸影響的試驗

在選擇最優(yōu)加工工藝的基礎上，對白芹泡菜中亞硝酸鹽和總酸的含量進行每日檢測。

1.4.4.1 亞硝酸鹽測定

根據《食品安全國家標準食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》（GB 500933-2010）檢測泡菜中亞硝酸鹽含量。

1.4.4.2 總酸測定

根據《食品安全國家標準食品中總酸的測定》（GB 12456-2021）檢測泡菜中總酸含量。

1.5 加工工藝流程

原料選擇→初加工→瀝干水分→調制腌料→混拌均勻→密封發(fā)酵→冷藏待用。

1.5.1 原料選擇

原料選自溧陽優(yōu)質白芹，莖節(jié)和葉柄部分均為白色，光澤鮮亮，莖、葉質地較嫩，味道清新，有特殊香味，無老葉、蟲斑及腐爛異味。

1.5.2 初加工

將白芹放入水中漂洗，去除表面泥污。撕掉老筋，擇除白芹根須和頂部黃葉，再次清洗白芹，洗凈后將白芹碼放整齊，依次切成2 cm長的形狀。將初加工后的白芹盛入鏤空籃子里，瀝水待用。

1.5.3 調制腌料

大蒜切片，小米辣切成小段，生姜切成姜絲，一并放入碗中，倒入白糖、無碘鹽、白醋、白酒、剁椒和乳酸菌粉，調至均勻。在操作過程中保證無油無水，防止對腌料造成污染。

1.5.4 密封發(fā)酵

將白芹與腌料混拌均勻后，迅速放入密封罐內，并加水密封。將其置于適宜溫度下進行發(fā)酵。期間不得隨意開罐，避免雜菌對泡菜造成污染。

1.6 數據統計及分析

試驗結果采用Excel 2003及Design-Expert 8.0.6軟件[9]進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 發(fā)酵溫度對感官評分影響

如圖1所示，泡菜的感官評分與發(fā)酵溫度呈一定的線性關系。當發(fā)酵溫度在10～20 ℃之間時，感官評分隨著溫度的升高而增加；當發(fā)酵溫度大于20 ℃時，溫度越高，感官評分越低。這與黃巖[10]研究的結論一致，即當發(fā)酵溫度在10～20 ℃的范圍內，發(fā)酵溫度對乳酸菌的發(fā)酵具有促進作用，有利于提升泡菜風味成分，但當發(fā)酵溫度超過20 ℃時，溫度越高越容易引起泡菜酸敗作用的發(fā)生，對其感官品質造成不良影響。

圖1 發(fā)酵溫度對感官評分影響

2.1.2 食鹽添加量對感官評價的影響

如圖2所示，當食鹽添加量在3～7%之間時，感官評分隨著食鹽添加量的增加而增加；當食鹽添加量超過7%時，感官評分隨著食鹽添加量增加呈下降趨勢，表明泡菜感官評分在一定程度上受到食鹽添加量的影響。食鹽作為主要的呈味物質之一，其濃度大小不僅會影響泡菜的風味品質，而且也會影響到泡菜的質構[11]。

圖2 食鹽添加量對感官評分影響

2.1.3 乳酸菌粉添加量對感官評價的影響

如圖3 所示，白芹表面存在天然的乳酸菌，在無添加乳酸菌粉的情況下可進行自然發(fā)酵，但完成發(fā)酵的時間較長，且泡菜成品的風味成分較少，感官評分不高。如乳酸菌粉添加量在0～0.5 mg/mL時，感官評分隨著乳酸菌粉添加量的增加而增加。當乳酸菌粉添加量超過0.5 mg/mL時，感官評分則隨著乳酸菌粉添加量的增加而下降，這可能是乳酸菌粉過量加入使泡菜酸性過強，會影響泡菜品質，導致感官評分降低[12]。

圖3 乳酸菌添加量對感官評分影響

2.1.4 白酒添加量對感官評價的影響

如圖4所示，白酒添加量在2%時泡菜的感官評分較高；當白酒添加量大于2%時，隨著白酒添加量的增加感官評分降低。這表明白酒添加量在0～2%時，對泡菜風味增加具有促進作用，主要原因是白酒中的醇類和發(fā)酵過程中產生的有機酸生成了酯類化合物，使泡菜具有濃郁的香氣，但隨著白酒添加量的增加，會抑制乳酸菌的活性。因此，當白酒添加量超過2%時，其風味受到影響，感官評分有所下降[13]。

圖4 白酒添加量對感官評分影響

2.2 響應面選擇感官評價最優(yōu)組合

利用Design-Expert軟件對表2中數據進行多元回歸擬合，得到感官評價分數與發(fā)酵溫度A、乳酸菌添加量B、食鹽添加量C、白酒添加量D的二次多項回歸方程。

R1感官評分

=-16.503 75+0.599 67A-3.446 67B+3.284 17C-1.731 67D+0.080 000AB+0.045 000AC+0.095 000AD+0.850 00BC+0.150 00BD+0.3000 0CD-0.0217 00A2-1.970 00B2-0.301 25C2-0.380 00*D2

如表3 所示，該二次模型失擬項P 值=0.255 8，P值＞0.05，說明其在統計意義上不顯著，與實際擬合度較好。復相關相關系數R2=0.971 9，較接近1，說明其擬合程度較高。校正決定系數R2Adj=0.943 8，說明感官評價結果中94.38%用于該模型解釋。在響應值的二次模型方差分析中，A、B、C、D、BC的P值＜0.01，表明發(fā)酵溫度、乳酸菌粉添加量、食鹽添加量、白酒添加量對感官評價結果影響極顯著，乳酸菌添加量和白酒添加量對感官評價結果交互影響顯著。

由響應面圖可知，各因素對白芹泡菜感官評分存在交互影響：圖5顯示發(fā)酵溫度不變，感官評分隨著乳酸菌添加量的增加有升高的趨勢；當乳酸菌添加量不變，感官評分隨著發(fā)酵溫度的增加有升高的趨勢。圖6顯示發(fā)酵溫度不變，感官評分隨著食鹽添加量的增加有升高的趨勢；食鹽添加量不變，感官評分隨著發(fā)酵溫度增加有升高趨勢。圖7顯示發(fā)酵溫度不變，感官評分隨著白酒添加量增加有升高的趨勢；白酒添加量不變，感官評分隨著發(fā)酵溫度增加而有升高趨勢。圖8顯示乳酸菌添加量不變，感官評分隨著食鹽添加量的增加而有升高趨勢；食鹽添加量不變，感官評分隨著乳酸菌添加量的增加而有升高趨勢。圖9顯示乳酸菌添加量不變，感官評分隨著白酒添加量的增加有升高趨勢；白酒添加量不變，感官評分隨著乳酸菌添加量的增加有升高趨勢。圖10顯示食鹽添加量不變，感官評分隨著白酒添加量的增加有升高趨勢，白酒添加量不變，感官評分隨著食鹽添加量的增加而有升高趨勢。根據響應面圖的陡峭情況來看，對感官評分影響較大的因素是白酒添加量。

表2 響應面設計及結果

表3 響應值的二次模型方差分析

通過響應面法得出白芹泡菜的最優(yōu)加工工藝參數為發(fā)酵溫度24.77 ℃、乳酸菌添粉加量1 mg/mL、食鹽添加量9%、白酒添加量1.99%。通過優(yōu)化后的感官評分為8.86。

圖5 乳酸菌粉添加量和發(fā)酵溫度對感官評分響應面圖

圖6 食鹽添加量和發(fā)酵溫度對感官評分響應面圖

圖7 白酒添加量和發(fā)酵溫度對感官評分響應面圖

圖8 食鹽添加量和乳酸菌粉添加量對感官評分響應面圖

圖9 白酒添加量和乳酸菌粉添加量對感官評分響應面圖

圖10 白酒添加量和食鹽添加量對感官評分響應面圖

2.3 發(fā)酵時間對泡菜中亞硝酸鹽和總酸的影響

2.3.1 發(fā)酵時間和亞硝酸鹽的關系

亞硝酸鹽含量與發(fā)酵時間的關系如圖11所示。在發(fā)酵第2 d，亞硝酸鹽含量為3.4 mg/kg，亞硝酸鹽的含量達到最高峰值，第3 d后亞硝酸鹽的含量開始呈下降趨勢，第7 d 降至0.05 mg/kg，并趨于穩(wěn)定。這與魏元研究的甘藍6%食鹽溶液下亞硝酸鹽含量的變化相一致[14]。我國《食品中污染物限量》（GB 2762-2017）規(guī)定，醬腌菜中亞硝酸鹽限量20 mg/kg，該加工工藝生產的白芹泡菜亞硝酸鹽含量在安全食用范圍內。

圖11 發(fā)酵時間對泡菜中亞硝酸鹽的影響

2.3.2 發(fā)酵時間和總酸的關系

總酸含量與發(fā)酵時間的關系如圖12所示。隨著發(fā)酵時間的增加總酸含量也在逐步增加，第9 d總酸含量為4.7 g/kg，趨近最大值。總酸中最主要的成分是乳酸，乳酸菌發(fā)酵前期產酸含量上升較快，當泡菜中的酸性環(huán)境達到較高水平時，會抑制部分乳酸菌活性，使產酸速度變緩[15]。

圖12 發(fā)酵時間對泡菜中總酸的影響

3 結論

響應面法優(yōu)化白芹泡菜加工工藝與實際效果擬合度較好，根據單因素試驗和響應面法選擇最優(yōu)加工工藝參數為發(fā)酵溫度24.77 ℃、乳酸菌粉添加量1 mg/mL、食鹽添加量9%、白酒添加量1.99%，該加工工藝優(yōu)化后的白芹泡菜滋味鮮美、清新解膩。在發(fā)酵時間對泡菜中亞硝酸鹽和總酸的驗證中表明，7 d后泡菜中亞硝酸鹽含量趨近于最低值0.05 mg/kg，而總酸含量也趨近于最高值4.7 g/kg。在白芹泡菜發(fā)酵過程中亞硝酸鹽的含量在安全食用范圍內，總酸含量較為豐富，有益于人體腸道健康。