發酵過程中韓式泡菜質構變化的研究

劉 剛,鄧錢江,汪淑芳,*,張曉喻,李學理,盧 相

(1.四川師范大學生命科學學院,四川成都 610101;2.四川師范大學食品功能及加工應用研究所,四川成都 610101)

發酵過程中韓式泡菜質構變化的研究

劉 剛1,2,鄧錢江1,汪淑芳1,2,*,張曉喻1,2,李學理1,盧 相1

(1.四川師范大學生命科學學院,四川成都 610101;2.四川師范大學食品功能及加工應用研究所,四川成都 610101)

為加強對韓式泡菜產品質量的控制、新產品的開發,研究發酵過程中乳酸菌含量、pH、總酸度和質構物性的變化。檢測發酵過程中,韓式泡菜的乳酸菌含量、pH和總酸度,用質構儀測定質構特性指標,比較不同原材料、不同發酵時間及不同部位,韓式泡菜的質構差異性。結果顯示:韓式泡白菜第4 d時乳酸菌含量最大,pH為3.48,總酸度是0.51%;韓式泡胡蘿卜第6 d時乳酸菌含量才達到最大值,pH為3.40,總酸度是1.26%,它們的pH比較一致,但是韓式泡胡蘿卜的總酸度比韓式泡白菜的高。莖葉類和根莖類蔬菜制成的韓式泡菜,硬度、彈性、內聚性和咀嚼性等質構特性有很大差異;發酵過程中,韌性、剪切力和剪切做功等質構特性也有顯著差異。在設定的實驗條件下,發酵第6 d的韓式泡白菜與發酵第4 d的韓式泡胡蘿卜,質構特性變化最明顯。因此,莖葉類和根莖類的蔬菜原料、發酵時間的差異,都會顯著影響韓式泡菜的乳酸菌含量、pH、總酸度和質構特性。

韓式泡菜,質構特性,乳酸菌,發酵過程

泡菜是以生鮮蔬菜為原料,在一定鹽度下,經乳酸菌發酵得到的一種發酵食品[1]。泡菜不僅制作簡便,而且具有降低膽固醇[2]、保護腸道[3]、抗腫瘤[4]和延緩衰老[5]等功能。我國食用泡菜的歷史可追溯到3000年前的商朝,到唐朝泡菜制作工藝傳到朝鮮半島,經過1300多年的發展,形成了韓式泡菜[6]。韓式泡菜的原料經鹽漬處理,發酵時需要加入水果及其它的調味料,使其風味、吃法與中國傳統泡菜有較大的差異[7],可以佐飯或佐酒食用[8],因此,其更像一種獨立的菜品。研究谷物、乳制品、肉類、果蔬和凝膠等食品時,用質構儀測定的結果與感官評定的結果具有較高的相關性和一致性[9]。質構測定法不僅能更客觀、定量描述食品的硬度、脆性、膠黏性、彈性和回復性等物性特征,而且誤差小、易操作,已廣泛用于食品的物性分析[10]。兩種質構分析模式(全質構測試分析、剪切測試分析)可較好的表征質構特性[11],其中,全質構分析(TPA)通過模擬口腔對固體、半固體樣品的兩次壓縮的咀嚼運動,可得到TPA質構曲線,獲得與感官評價相似的質構特性參數:硬度、咀嚼性、彈性和脆性。由于韓式泡菜短時發酵的工藝特點[12],原料的質構物性對口感的影響比較大,同時,質構特性變化是泡菜品質變化的綜合體現。本實驗研究不同發酵天數的根莖類、莖葉類制備的產品,測定乳酸菌含量和pH等指標,同時測定其質構參數,從而了解發酵過程中韓式泡菜的質構變化規律,因此研究其質構物性的變化規律,有助于開發新產品、更好地控制產品口感、提高產品接受度和改善產品質量。進一步可以探討在泡菜生產中,質構分析替代耗時、不精確和難重復的感官分析,滿足生產在線檢測和控制所需的快速物性測定,用于泡菜加工的物性研究及監測,為彌補現有國家和行業相關標準中對泡菜物性分析和控制的缺失,做出有益的探索。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮大白菜、胡蘿卜 成都市龍泉果蔬批發市場;大蒜、生姜、干辣椒面、白糖、泡菜食鹽、白酒、醪汁、面粉、梨、魚露等 某超市。MRS培養基 北京奧博星生物技術有限責任公司;TMS-PRO型質構儀 美國FTC公司;HZQ-C型空氣振蕩器 哈爾濱東聯電子技術有限公司;PHS-320型pH計 成都世紀方舟科技有限公司;LDZX-52KBS型滅菌鍋 上海申安醫療器械廠。

1.2 樣品的制備

參考盧沿鋼等[12],選定制作韓式泡菜的工藝流程,見圖1。按嚴先朋等[13]的優化配方,新鮮蔬菜按質量的4%(w/w)添加食鹽,腌制2 d,撈出用清水清洗2次,瀝干后備用。面粉加水調勻,加熱糊化后冷卻到室溫,再按比例加入調味品,辣椒3.5%、白糖2.5%、梨2.5%、花椒面2%、味精1.2%、姜茸3.5%、蒜泥0.75%、魚露0.5%等,制成調料糊后均勻抹在處理蔬菜的內外,放入缸內逐層壓緊,蓋上保鮮膜和缸蓋。置于通風、潔凈、陰涼處,約10 ℃室溫自然發酵7 d,每天分別隨機取5個重復樣品。

圖1 韓式泡菜的制作工藝流程Fig.1 The technological process of making Kimchi

1.3 乳酸菌含量的測定

乳酸菌含量測定采用MRS培養基平板計數法[14],觀察菌落特征后,挑取單菌落進行革蘭氏染色。MRS培養并結合革蘭氏染色反應,涂片鏡檢見菌體呈球形或球桿狀,長桿狀、彎曲桿狀或短桿狀,無芽孢,革蘭氏陽性的確定為乳酸菌[18]。

1.4 總酸度和pH的測定

韓式泡菜發酵時,每日定時取樣后測定乳酸,分別測定乳酸菌含量達到最大值時(韓式泡胡蘿卜發酵6 d、韓式泡白菜發酵5 d)的pH、總酸度。滴定法測定總酸度,0.2%酚酞指示劑,用0.01 mol/L的NaOH標準液滴定,溶液由黃色變為橙紅色,且30 s內不褪色即為終點,記錄滴定體積,計算出總酸度[15]。先用pH4.00和pH6.86的標準緩沖液校準pH計,再測定樣品的pH。

1.5 質構特性的測定

選用全質構測試、剪切測試表征韓式泡菜的質構特性[16]。選擇完整的樣品,韓式泡胡蘿卜直接進行測試,韓式泡白菜先將菜幫、菜葉分開,分別剪成2 cm×3 cm的條狀再進行測試。剪切測試和全質構測試(TPA)每次重復測定3個樣品,取平均值表征質構特性值。剪切測試用燕尾刀探頭,設定觸發力1 g,測試速度60 mm/min,以刀完全沒入平臺為起始位,剪切到樣品斷開,可得到樣品被切斷時的最大剪切力、剪切做功和韌性等指標。TPA測試用75 mm圓盤探頭,以樣品平臺為位移零點,設定觸發力2 g,測試速度60 mm/min,形變量50%,數據采集頻率50點/秒,由質構特征曲線得到樣品的硬度、咀嚼性、彈性和內聚性等指標值。

1.6 統計與分析

通過質構儀界面輸出質構測試曲線,用其自帶的TL-PRO Analysis軟件宏分析功能對曲線進行自動分析,獲得質構參數。用SPSS 18.0統計軟件進行方差統計分析[17],組間的比較用鄧肯多重比較(Duncan)。

2 結果與分析

2.1 韓式泡菜的乳酸菌含量

分別測定每天韓式泡胡蘿卜、韓式泡白菜的乳酸菌含量,發酵1～7 d乳酸菌含量的變化明顯,結果見圖2。

圖2 發酵過程中韓式泡菜乳酸菌含量的變化Fig.2 Changes of lactobacillus content in Kimchi during fermentation注：**p<0.01，差異極顯著。

從圖2可以看出,在發酵的7 d期間,兩種韓式泡菜的乳酸菌含量都有顯著性差異,在同一發酵時間,韓式泡胡蘿卜的乳酸菌明顯比韓式泡白菜的多。發酵的前3 d,兩種類型原料的乳酸菌含量,增加都很緩慢,因為乳酸菌還不是優勢菌群[19]。發酵3 d后,隨著乳酸的積累,環境條件適合乳酸菌生長,含量增加迅速。發酵到5 d時,韓式泡白菜的乳酸菌含量達到最大,發酵到第6 d時,韓式泡胡蘿卜的乳酸菌含量達到最大。兩種韓式泡菜的乳酸菌含量達到最大后,都快速減少,說明發酵后期乳酸菌的增殖受到較強的抑制。

表2 發酵時間對韓式泡胡蘿卜質構的影響(n=5)Table 2 Effect of different fermentation time on the carrot Kimchi texture(n=5)

從圖2還可看出,兩種類型原料的發酵中,乳酸菌增長的變化趨勢一致,但是乳酸菌含量達到最大的時間和最大值都有顯著差異。由于根莖類蔬菜的組織結構比較致密,營養物質不會快速滲透到細胞組織外,導致發酵過程較慢。作為儲藏器官,根莖的營養物質豐富而多樣,能為乳酸菌的生長提供充足的營養物。葉類蔬菜的組織結構疏松、營養物質較單一,前期的鹽漬處理會降低水溶性的營養物,在發酵時葉類蔬菜的營養物質易滲透出,快速供給乳酸菌,但量不充分,因此葉類蔬菜發酵時乳酸菌含量達到最大值的時間短、最大值較小。

2.2 乳酸菌含量最高時韓式泡菜的pH和總酸度

從表1可看出:乳酸菌含量達到最大值時,兩種泡菜pH的差異無顯著性(p>0.05),但是總酸度的差異顯著(p≤0.05)。發酵6 d韓式泡胡蘿卜的總酸度達1.26%±0.02%,發酵5 d韓式泡白菜的總酸度為0.51%±0.02%。韓式泡白菜的總酸度與文獻報道相近[20],與韓式泡白菜比較,韓式泡胡蘿卜的總酸度更高,說明胡蘿卜更適宜乳酸菌生長,而且酸性成分更豐富。

表1 韓式泡菜乳酸菌含量最大時的pH和總酸度(n=5)Table 1 The Kimchi pH and total acid in the maximum content of lactobacillus(n=5)

注：同列的字母不同，表示p≤0.05，差異顯著。表2～表5同。

2.3 韓式泡胡蘿卜的TPA測試

根據Bourne[21]對TPA質構特性參數的定義,硬度、咀嚼性、內聚性和彈性能較好描述固態樣品的質構。按前述方法測定發酵0～7 d的韓式泡胡蘿卜,得到TPA質構曲線,見圖3,各指標的統計結果,見表2。

圖3 韓式泡胡蘿卜的TPA質構曲線Fig.3 The TPA texture curve of carrot Kimchi

從圖3可以看出,韓式泡胡蘿卜在不同發酵時間樣品的TPA質構曲線第一個峰有明顯差異,發酵0 d的最大載荷力(硬度)接近200 g,發酵4 d超過250 g,到7 d時降到200 g左右,發酵過程中的硬度變化呈現先增大,隨后減小的規律。從表2的硬度值、咀嚼性、內聚性和彈性等數值可看出:發酵0 d的最大硬度值(193.7±1.5) g、4 d的最大硬度值(263.7±2.3) g和7 d的最大硬度值(199.0±1.9) g,相互間的差異都有顯著性(p≤0.05);在0 d咀嚼性的值為(18.31±0.8) mJ、4 d為(57.70±1.3) mJ和7 d為(53.11±1.4) mJ,相互間也有顯著性差異(p≤0.05);內聚性0 d為(0.09±0.01)、4 d為(0.13±0.01)和7 d為(0.11±0.01),有顯著性差異(p≤0.05);彈性0 d為(0.31±0.02)、4 d為(0.28±0.01)和7 d為(0.34±0.02),有顯著性差異(p≤0.05)。因此,隨著發酵時間的推進,韓式泡胡蘿卜的硬度先增高后降低,發酵4 d時硬度最大;咀嚼性的數值初期變大較多,然后稍有降低,4 d時咀嚼性的數值最大;內聚性的數值發酵初期稍變大,4 d時出現最大值;與前述指標的變化不同,彈性的數值4 d時變小,隨后增大,到7 d時彈性數值甚至超過0 d的值。

2.4 韓式泡胡蘿卜的剪切測試

按前述方法測定樣品,發酵0～7 d的韓式泡胡蘿卜,進行剪切測試,得到質構特征曲線和參數,結果見圖4和表3。

圖4 韓式泡胡蘿卜剪切測試的質構曲線Fig.4 The shear testing texture curve of carrot Kimchi

表3 韓式泡胡蘿卜剪切測試的結果(n=5)Table 3 The shear testing results of carrot Kimchi(n=5)

從圖4可看出,韓式泡胡蘿卜剪切測試的質構曲線顯示:發酵7 d的樣品剪切力較快增大到最大值,隨后迅速減小,剪切到接近其結構中心時,剪切力最大;發酵0 d時,泡菜到達最大剪切力的位移最小,說明發酵初期硬度最大的結構主要集中在表皮部分;發酵4 d,在剪切過程中,剪切到樣品中心位置時才達到最大剪切力。0 d和4 d的最大剪切力相近,遠小于發酵7 d的樣品,說明發酵7 d的韓式泡胡蘿卜,其中心硬度變大。可能由于胡蘿卜中心的胡蘿卜芯,小而致密,其剪切力會突然增大,然后又快速減小。從表3可以看出,發酵0 d的最大剪切力值(8.8±0.5) g、4 d的最大剪切力值(5.7±0.4) g和7 d的最大剪切力值(65.2±1.3) g,相互間的差異都有顯著性(p≤0.05);在0 d的剪切做功為(19.98±0.9) mJ、4 d為(78.10±1.4) mJ和7 d為(346.63±9.2) mJ,相互間也有顯著性差異(p≤0.05)。最大剪切力值和剪切做功值都是7 d時最大,表明發酵會極大地影響韓式泡胡蘿卜的最大剪切力、剪切做功等韌性指標值。

2.5 韓式泡白菜(菜幫)的剪切測試

由于白菜菜幫和菜葉的組織結構差異較大,需要分開分別進行剪切測試,菜幫樣品的結果,見圖5和表4。

圖5 韓式泡白菜(菜幫)剪切測試的質構曲線Fig.5 The shear testing texture curve of cabbage Kimchi(stem)

發酵時間(d)最大剪切力(g)剪切做功(mJ)073.5±1.3a119.98±1.1a467.3±1.5b143.59±1.4b758.9±1.1c130.03±1.6c

由圖5和表4可知,發酵0、4、7 d的韓式泡白菜(菜幫),在剪切測試中的質構變化趨勢較一致,即接觸到樣品后剪切力逐漸增大,達到一定程度后,由于泡菜菜幫的表層破裂,使力量瞬間減小,當刀片碰到白菜菜幫中的纖維束時,剪切力又開始增大,由于菜幫中纖維束較多,因此,在剪切測試中,其質構曲線不平滑,有較多的小波。從表4可以看出,發酵0 d的最大剪切力值(73.5±1.3) g、4 d的最大剪切力值(67.3±1.5) g和7 d的最大剪切力值(58.9±1.1) g,相互間的差異都有顯著性(p≤0.05);在0 d的剪切做功為(119.98±1.2) mJ、4 d為(143.59±1.4) mJ和7 d為(130.03±1.6) mJ,相互間也有顯著性差異(p≤0.05)。最大剪切力值是0 d時最大,剪切做功值是4 d時最大,表明發酵對韓式泡白菜(菜幫)的最大剪切力、剪切做功等韌性指標值的影響很大。

2.6 韓式泡白菜(菜葉)的剪切測試

按前述方法,對韓式泡白菜的菜葉部位進行剪切測試,結果見圖6和表5。

圖6 韓式泡白菜(菜葉)剪切測試的質構曲線Fig.6 The shear testing texture curve of cabbage Kimchi(leaf)

發酵時間(d)最大剪切力(N)剪切做功(mJ)032.7±0.7a58.12±0.9a435.8±0.6b97.44±1.1b728.3±0.4c45.56±0.4c

從圖6可以看出,發酵0 d和7 d的韓式泡白菜(菜葉)剪切測試的質構曲線比較一致,最高峰值均在8 mm左右出現,而發酵4 d的樣品最高峰值在15 mm左右出現,差異明顯。從表5可以看出,韓式泡白菜(菜葉)發酵0 d的最大剪切力值為(32.7±0.7) g、4 d的最大剪切力值(35.8±0.6) g和7 d的最大剪切力值(28.3±0.4) g,相互間的差異都有顯著性(p≤0.05);在0 d的剪切做功為(58.12±0.9) mJ、4 d為(97.44±1.1) mJ和7 d為(45.56±0.4) mJ,三組間相互有顯著性差異(p≤0.05)。最大剪切力和剪切做功都是4 d時最大,7 d時最小,表明發酵對韓式泡白菜(菜葉)的最大剪切力、剪切做功等韌性指標值的影響極大。

3 結論

蔬菜經過乳酸菌發酵,產生多種生物化學變化,改變蔬菜原有質構特性[22],呈現出泡菜特有的物理化學特性,并改變蔬菜的口感[19],同時產生對人體有益的代謝產物,如乳酸等。本研究以4%食鹽量處理胡蘿卜和白菜,經過7 d發酵得到韓式泡菜。MRS培養基平板和革蘭氏染色結合測定乳酸菌含量,結果表明,韓式泡菜的乳酸菌含量受到原材料類型差異的影響,韓式泡白菜4 d時乳酸菌含量最大,韓式泡胡蘿卜6 d時才達到最大值。韓式泡胡蘿卜6 d時pH為3.40,總酸度是1.26%,韓式泡白菜4 d時pH為3.48,總酸度是0.51%。雖然pH比較一致,但是韓式泡胡蘿卜的總酸度比韓式泡白菜的更高。

不同種類的蔬菜,由于食用部位的差異,如根莖類、莖葉類,制成的泡菜,質構特性具有顯著的差異,并呈現出風味、口感的較大變化。質構測定的結果表明:韓式泡菜使用的原材料、發酵時間都會顯著影響泡菜的最大剪切力、剪切做功、韌性等物性,進而導致口感的差異性。以胡蘿卜為原料制備的韓式泡菜,發酵后的硬度隨發酵時間改變,脆性等物性發生改變;以白菜為原料制備的韓式泡菜,經過發酵的時間不同,其最大剪切力、剪切做功均發生改變,其質構特性最大值對應發酵時間的乳酸菌含量達到最大。韓式泡菜的硬度、咀嚼性等物性,還與同一種原材料不同部位的組織結構差異性有很大關系。在發酵過程中,韓式泡菜質構的差異性變化的規律研究,還需要用更多不同種類的原材料,進行更深入的實驗研究。探討泡菜生產中,質構分析替代耗時、不精確和難重復的感官分析,滿足在線檢測和控制所需的快速物性測定,彌補現有國家和行業相關標準中對泡菜物性分析和控制的缺失。

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Study on the change of Kimchi’s texture characteristic during fermentation process

LIU Gang1,2,DENG Qian-jiang1,WANG Shu-fang1,2,*,ZHANG Xiao-yu1,2,LI Xue-li1,LU Xiang1

(1.College of Life Sciences,Sichuan Normal University,Chengdu 610101,China; 2.Food Function and Application Research Institute,Sichuan Normal University,Chengdu 610101,China)

To enhance the product quality of Kimchi as Korea traditional food,the lactic acid bacteria content,pH,total acidity and texture characteristic changes were studied during its fermentation. It was determined for the lactic acid bacteria content,pH and total acidity during Kimchi fermentation,meanwhile the qualitative and quantitative indexes were determined by the texture analyzer,to compare the texture character within the difference raw materials,difference fermentation time and difference part in one material. The results showed that the lactic acid bacteria content of cabbage Kimchi reached the maximum at 4th day,pH3.48,but the total acidity were 0.51%,the lactic acid bacteria content of carrot Kimchi reached the maximum at 6th day,pH3.40,the total acidity were 1.26%. These pH values were consistent,but the total acidity of carrot Kimchi were higher than that of cabbage. There were differently significant texture characteristics,such as hardness,elasticity,chewiness and cohesiveness,of kimchi between the leafy-stem vegetables and the root-stem vegetables. In the fermentation process,there were also differently significant texture characters as for the resilience,shear force and shear stress work. Under these experimental conditions,the texture changes were significantly difference between Kimchi cabbage for 4 days and Kimchi carrot for 6 days. Therefore,there were significantly affected by the different raw materials,fermentation time or vegetable’s leaves,stems and roots,thus resulting in differences between the lactic acid bacteria content,pH,total acidity or texture character.

Kimchi;texture characteristic;lactobacillus;fermentation process

2016-12-06

劉剛(1968-),男,碩士,副教授,主要從事植物、微生物的研究,E-mail:rh682@sohu.com。

*通訊作者:汪淑芳(1980-),女,碩士,高級實驗師,主要從事植物資源的開發與研究,E-mail:67684407@qq.com。

四川省教育廳科研項目(17ZB0353);四川師范大學2015年創新創業教育課程“食品與藥品制造檢驗綜合應用的實踐”項目;四川師范大學大精設備開放基金項目(DJ2016-08)。

TS218

A

1002-0306(2017)15-0112-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.15.022