發酵過程中韓式泡菜風味的變化

嚴先朋 ，劉 剛 *，2，張曉喻 ，2， 劉興艷 ，汪淑芳 ，2，李學理 ，盧 相 ，蔣小妹

（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；3.四川師范大學 化學與材料科學學院，四川 成都 610068）

泡菜以生鮮蔬菜為原料，利用食鹽的高滲透壓，經微生物發酵，特別是乳酸菌的發酵，產生乳酸，最終形成有獨特風味的食品[1-5]。泡菜中除了具有乳酸菌等有益菌外，還含有人體所需的十余種氨基酸及豐富的維生素、鈣、磷等營養物質[6]，且加工簡單，成本低廉，易于保存[7]。泡菜作為傳統的調味及休閑食品，在我國具有明顯資源優勢[8]。食用泡菜既能補充營養，又具備抗衰老、提高免疫力、有利減肥、維持人體腸道健康等功效[9-15]。

中國泡菜以生鮮蔬菜或蔬菜咸坯為原料，經2%～10%中低濃度鹽水泡漬、發酵、拌料調味、包裝（或不包裝）、滅菌（或不滅菌）等加工而成[16]。中國制作泡菜的歷史有1700多年[17-18]，北魏賈思勰的《齊民要術》就有制作泡菜的敘述[19]。四川泡菜為我國泡菜的典型代表，具有鮮香、脆嫩、味美等優點，其歷史悠久，流傳廣泛。泡菜在四川幾乎家家會做，人人都吃，在筵席上也常有泡菜[20]。韓國泡菜以蔬菜為主要原料，添加水果、海鮮及肉料、魚露、辣椒和食鹽，經過發酵而成[21]。由于韓國泡菜加入了一般中國泡菜不使用的發酵成分，其味道豐富，而且朝鮮半島冬季寒冷而漫長，缺少新鮮果蔬的供給，泡菜在朝鮮半島的重要性遠大于中國，長此以往，便形成韓國泡菜追求五味，既能佐飯，又能佐酒的獨特傳統特征[22]。本研究擬對韓國泡菜的口感、香氣滋味、乳酸菌含量以及風味變化進行分析，以期改進中國泡菜的生產工藝，提高生產效益，促進食品的品質和安全性。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

新鮮的白菜、胡蘿卜，購于龍泉果蔬批發市場；大蒜、生姜、干辣椒面、白糖、泡菜食鹽、白酒、醪汁、面粉、蘋果、梨、魚露等，購于某超市。

MRS肉湯培養基，購于北京奧博星生物技術有限責任公司；TS-5000Z型味覺分析系統，購于日本INSENT公司；PEN3型電子鼻，購于德國AIRSENSE公司，東聯/HZQ-C培養箱，購于中國哈爾濱東聯電子技術開發有限公司；PHS-320型pH計，購于成都世紀方舟科技有限公司；LDZH-50KBS型滅菌鍋，購于上海申安醫療器械廠。

1.2 制作工藝

按圖1所示工藝流程制作韓式泡菜。

腌制食鹽的添加質量分數為新鮮菜的4%，腌制2 d，撈出清水清洗2次，瀝干后備用。面粉加水調勻，加熱糊化，再冷卻到室溫，然后加辣椒3.5%、白糖2.5%、梨或蘋果2.5%、花椒面2%、味精1.2%、姜茸3.5%、蒜茸0.75%、魚露0.5%等（以上均為質量分數）制成調料漿，均勻抹在腌制處理蔬菜的內外，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，自然發酵7～10 d即為成品。

圖1 韓式泡菜的制作工藝流程Fig.1 Technological process of making Korean kimchi

1.3 指標的測定方法

1.3.1 乳酸菌含量、pH值和乳酸產生的測定 乳酸菌含量的測定：MRS肉湯培養基，用稀釋平板法進行計數，同時，測定菌落革蘭顯色反應。pH值的測定：隨機取一定泡菜樣，榨取汁液，室溫下用pH計測定。乳酸的鑒別：紙層析法。標準溶液為質量分數1%的乳酸、檸檬酸，溶劑系統為乙醇∶濃氨水∶水=80∶5∶15（體積比），以質量分數 0.04%溴甲酚紫作顯色劑。

1.3.2 味道和氣味分析 用電子鼻、電子舌分析泡菜的味覺和嗅覺等風味特征，分析發酵中的風味變化，比較不同材料發酵的風味差異性。電子鼻10個傳感器的性能見表1。

表1 電子鼻的10個傳感器的性能Table1 Ten sensors’performance of the e-nose

電子鼻測試采用直接頂空吸氣法：進樣針直接插入盛樣品的密封杯，進行測定。測定條件：采樣時間1 s/組；傳感器自清洗100 s；傳感器歸零時間10 s；樣品準備5 s；進樣流量400 mL/min；分析采樣60 s。

電子舌測試：破碎樣品，準確稱取20 g置于250 mL燒杯中，加100 mL蒸餾水，充分震蕩后超聲20 min，雙層紗布過濾，取濾過液測試。測得的值越大則所測得味道程度越大。

1.4 統計與分析

按圖1的工藝流程制作韓國泡菜，在其發酵過程中，每間隔1天定時取一次樣品，冷藏備用。先測定樣品中乳酸菌含量、pH值和乳酸，再進行電子鼻和電子舌的測定。將電子鼻、電子舌分析采集的數據，用其自帶的軟件進行統計分析和作圖，分析方法包括主成分分析（PCA）和線性判別式分析（LDA）。

2 結果與討論

2.1 乳酸菌含量和乳酸的產生

結合革蘭染色反應和菌落特征，平板計數法測定不同發酵時間韓式泡胡蘿卜和韓式泡白菜的乳酸菌含量，結果見圖2。

圖2 韓式泡菜發酵過程乳酸菌的變化Fig.2 Changes of lactic acid bacteria in the fermentation process of Kimchi

從圖2可以看出，隨著發酵的進行，乳酸菌含量逐漸增加，韓式泡胡蘿卜發酵6 d乳酸菌含量達到最大，而韓式泡白菜發酵4 d達到最大。韓式泡胡蘿卜和韓式泡白菜，乳酸菌含量達到最大值后，都快速減少。

泡菜發酵時，每日定時取樣測定乳酸的形成，發現到3 d時，泡菜汁液的Rf值與標準乳酸的Rf值一致，表明出現了可檢測的乳酸。在乳酸菌過程中，發酵產生乳酸，升高了酸度，降低了pH值。韓式泡菜中乳酸菌繁殖到一定量，才能形成可檢測的乳酸。分別測定韓式泡胡蘿卜發酵6 d、韓式泡白菜發酵4 d的有效酸度、總酸度，結果見表2。韓式泡胡蘿卜3.40和韓式泡白菜3.48的有效酸度相差不大，但是，總酸度差異較大，韓式泡胡蘿卜為1.26%，韓式泡白菜為0.51%。

表2 韓式泡菜的pH值和總酸Table2 pH and total acid of Kimchi

2.2 電子鼻傳感器使用性能的分析結果

用電子鼻分別檢測韓式泡胡蘿卜和韓式泡白菜，經過PCA分析，得到傳感器矩陣模式，PCA分析結果見圖3。

圖3 檢測韓式泡胡蘿卜、泡白菜電子鼻傳感器性能的主成分分析Fig.3 PCA the sensor performance of E-nose for detecting Korean carrot and cabbage Kimchi

從圖3可看出：對韓式泡菜的氣味，電子鼻的10個傳感器中2、6、7、8號和9號傳感器的響應明顯，其中，7號和9號傳感器的響應最強烈。韓式泡胡蘿卜：7號W1W和9號W2W傳感器對第一主成分的區分貢獻率最大，而2號W5S、6號W1S和8號W2S對第二主成分有很大的區分貢獻率，同時，9號傳感器對第二主成分的區分貢獻率也很大；這些傳感器對第一主成分的區分貢獻率達97.1%，第一、第二主成分的累計區分貢獻率達99.55%，因此，第一、第二主成分基本上涵蓋了韓式泡胡蘿卜的特征氣味信息。韓式泡白菜：同樣是7號W1W和9號W2W傳感器對第一主成分的區分貢獻率最大；2號傳感器W5S對第二主成分的區分貢獻率最大，其次是6號和8號傳感器；第一主成分的區分貢獻率達到了94.41%，且第一、第二主成分的累計區分貢獻率達到99.13%，涵蓋了韓式泡白菜的特征氣味信息。

綜上分析，結合電子鼻的10個傳感器性能（見表1），可以知道，韓式泡胡蘿卜：氣味組分的差異主要表現在第一主成分上，即7號和9號傳感器對應的芳香成分、有機和無機硫化物。發酵2 d泡胡蘿卜和發酵7 d泡胡蘿卜二者在第一主成分上重疊，差異主要來自于第二主成分，即除了芳香成分、有機硫化物以外，二者在2號、6號和8號傳感器對應的氮氧化合物、短鏈烷烴和乙醇類物質方面存在差異。韓式泡白菜：發酵0 d的泡白菜與發酵2、4、7 d的泡白菜差異表現在第一主成分上，由于7號和9號傳感器對第一主成分貢獻率最大，即發酵0 d的泡白菜與發酵2、4、7 d的泡白菜揮發性氣味的差異也主要表現在芳香成分、有機和無機硫化物幾類物質上。分析發酵2、4、7 d的韓式泡白菜，在第一主成分上有差異，略有重疊，而在相應的第二主成分上2號、6號和8號傳感器貢獻率最大，即這三者的差異主要表現在氮氧化合物、短鏈烷烴和乙醇類物質上。

2.3 電子鼻分析韓式泡菜氣味的結果

應用電子鼻分析各個樣品。不同發酵時間，韓式泡胡蘿卜和韓式泡白菜的氣味響應曲線圖和雷達圖見圖4和圖5，圖中橫坐標為采樣時間（t），縱坐標為電子鼻傳感器響應值[G/G0（G0/G）]。

從圖4和圖5可以看出：韓式泡胡蘿卜和韓式泡白菜的氣味響應曲線圖和雷達圖都很相似，說明韓式泡胡蘿卜、韓式泡白菜的氣味特征都十分接近。

用電子鼻分別檢測不同發酵時間的韓式泡胡蘿卜、韓式泡白菜，測定45、46、47 s的特征氣味數值，再進行相關性分析，得到氣味傳感器矩陣模式的相關性分析，結果見表3。

圖4 電子鼻分析韓式泡胡蘿卜和泡白菜的氣味響應曲線Fig.4 Smell response curve of Electronic nose for compareing Korean carrot and cabbage Kimchi

圖5 電子鼻分析韓式泡胡蘿卜和泡白菜的氣味雷達圖Fig.5 Smell radar figures of electronic nose for compareing Korean carrot and cabbage Kimchi

表3 韓式泡胡蘿卜及韓式泡白菜特征氣味的相關性分析Table3 Correlational analysis of the smell characteristic for Korean carrot kimchi

經過一定時間的發酵，泡菜45、46、47 s特征氣味數值的相關性分析表明，各樣品間氣味的相關系數較高，韓式泡胡蘿卜的最大相關系數是4 d和7 d的0.960，最小相關系數是2 d和7 d的0.719；韓式泡白菜的最大相關系數是0 d和7 d的0.978，最小相關系數是4 d和7 d的0.732。

應用電子鼻分析2種原料制備的不同發酵時間樣品，研究樣品的揮發物的氣味，再經過主成分分析，結果見圖6。

圖6 韓式泡胡蘿卜及泡白菜氣味的主成分分析Fig.6 PCA of Korean carrot and cabbage Kimchi

從圖6可看出：通過主成分分析后，樣品的特征氣味聚集成2個主成分，可以方便地看出樣品間的差異。韓式泡胡蘿卜的分析結果：第一主成分的區分貢獻率為97.10%，第二主成分的區分貢獻率為2.46%，兩個主成分的累積區分貢獻率為99.56%，所以這兩個主成分可代表韓式泡胡蘿卜的主要特征氣味信息。韓式泡白菜的分析結果：第一主成分的區分貢獻率96.96%，第二主成分的區分貢獻率1.94%，兩個主成分的累積區分貢獻率98.90%，所以這兩個主成分可完全代表韓式泡白菜的主要特征氣味信息。

對氣味特征進行LDA分析，可以有效地抽取特征氣味的信息，使類別區分達到最佳的分離性。為進一步區分不同發酵時間的韓式泡白菜、韓式泡胡蘿卜的差異性，對氣味特征進行LDA分析，結果見圖7。韓式泡胡蘿卜、韓式泡白菜的氣味特征可以明顯分成4類，即未發酵的胡蘿卜和白菜明顯分開地獨自成2個群，而且它們距離發酵產品很遠；發酵后的胡蘿卜和白菜可各自明顯分開，獨自成為2個群。

圖7 韓式泡胡蘿卜和泡白菜的線性判別式分析Fig.7 LDA of Korean carrot and cabbage Kimchi

2.4 電子舌分析韓式泡菜味覺的結果

以KCL-酒石酸的人工唾液為標準參比溶液，此基準參比溶液的輸出為“0”點，除了酸味和咸味，其他味覺指標的無味點均為0，將大于無味點的味覺項目作為評價指標，分析各個樣品的可評價味覺，達到絕對輸出值，再經過數值處理，得到結果見表4。

由于基準人工唾液標準參比溶液是氯化鉀、酒石酸配制而成，含有少量的酸和鹽，酸味和咸味的無味點分別為-13和-6，無味點項目中的味覺可以認為是該樣品沒有味道的起始味覺，以參比溶液為基準的樣品味覺雷達圖見圖8。

表4 以參比溶液為基準的韓式泡胡蘿卜、泡白菜的味覺分析結果Table4 Taste analyzing results of Korean carrot and cabbage Kimchi on the basis of reference solution

圖8 以參比溶液為基準的全味覺雷達圖Fig.8 Full taste radar figure on the basis of reference solution

由表5可知，韓式泡胡蘿卜、韓式泡白菜的鮮味、豐富性兩個味覺特征都比無味點的參比溶液特征小，因此，鮮味和豐富性不能作為評價韓式泡菜的有效指標。由圖8可知，除鮮味和豐富性這兩個味覺特征外，其他的味覺指標都可以用來分析韓式泡胡蘿卜、韓式泡白菜的滋味差異性。

由于泡菜的鮮味和豐富性的信號不能作為評價指標，故可去除鮮味和豐富性的測定數值，將其他的指標值用來評價泡菜的味覺，制成的雷達圖，見圖9。從圖9可知，在不同的發酵時間，韓式泡胡蘿卜、韓式泡白菜的味道多樣，均具有可分辯，差異顯著的酸味、咸味、苦味、澀味和苦味回味、澀味回味味覺特征；同時，兩類材料的韓式泡胡蘿卜、韓式泡白菜在這些味覺特征上，也存在一定的變化差異性。

圖9 韓式泡胡蘿卜、泡白菜的有效味覺雷達圖Fig.9 Effective taste radar figure of Korean carrot and cabbage Kimchi

2.4.1 韓式泡菜酸味的變化 韓式泡胡蘿卜與韓式泡白菜，發酵0、2、4、7 d酸味值的變化見圖10。在發酵0～7 d，韓式泡胡蘿卜和韓式泡白菜的酸味值均有顯著變化，為12～16。在0 d時韓式泡胡蘿卜的酸味值最小為12.75，發酵2 d時酸味值就達到最大值16.0，到4 d時酸味值降低，7 d酸味值稍微增加，但與4 d時的接近。與韓式泡胡蘿卜比較，韓式泡白菜在0 d時酸味值很大，發酵2 d時酸味值降低為14.5，到4 d時酸味值再降低到最小值，7 d酸味值增加明顯，而與0 d時的接近。因此，在發酵0～7 d，韓式泡胡蘿卜和韓式泡白菜的酸味值變化均十分顯著，酸味差異達2個單位，一般人即可分辨其酸味值變化的差異性，但是，兩種材料制備的韓式泡菜，酸味值的變化規律不同，這很可能是由于根莖類蔬菜與葉類蔬菜的細胞、組織差異性造成的。

圖10 韓式泡胡蘿卜、韓式泡白菜的酸味變化Fig.10 Sour change of Korean carrot and cabbage Kimchi

2.4.2 韓式泡菜咸味的變化 咸味是泡菜重要的味覺指標，韓式泡胡蘿卜與韓式泡白菜，發酵0、2、4、7 d的咸味變化見圖11。韓式泡胡蘿卜的咸味遠小于韓式泡白菜，二者差易較大。韓式泡胡蘿卜在0 d時咸味最小4.5，2 d時最大為6.0，到發酵4 d時稍減小，而與2 d時的咸味相近，各個樣品間咸味值的差異均在1個單位以上，因此，一般人便可分辨各個樣品間咸味變化的差異。與韓式泡胡蘿卜比較，韓式泡白菜的咸味很重，在0 d時咸味最大約為11.0，2 d時減小到最小為8.5，到發酵4 d時稍增大，到7 d時又減小，而與2 d時的咸味一致，4個樣品間的咸味差異顯著，一般人便可分辨。

圖11 韓式泡胡蘿卜和韓式泡白菜的咸味變化Fig.11 Salinity change of Korean carrot and cabbage Kimchi

2.4.3 韓式泡菜苦味及苦味回味的變化 人對苦味的感覺最慢，但人對苦味比其他味覺都敏感，更容易被覺察。苦味是基本的味覺之一，也是泡菜的重要風味指標，略帶一點苦味，可使菜肴具有香鮮爽口的特殊風味，刺激人的食欲，但過強的苦味就令人無法接受。韓式泡胡蘿卜與韓式泡白菜發酵0、2、4、7 d，苦味和苦味回味變化見圖12。韓式泡胡蘿卜與韓式泡白菜的苦味差異很大，韓式泡白菜的苦味遠大于韓式泡胡蘿卜。韓式泡白菜在發酵0、2 d和4 d時，樣品間的苦味差異很小，人的味覺不能分辨它們的差異，到7 d時，苦味增加明顯，達到人可以分辨其苦味與其他樣品的差異性。韓式泡胡蘿卜發酵0 d時苦味最小，發酵2 d達到苦味最大值，差異接近1個單位，人可分辨差異性，在發酵4 d和7 d苦味逐漸降低，但是，樣品間苦味的差異性不明顯。

圖12 韓式泡胡蘿卜與韓式泡白菜的苦味和苦味回味變化Fig.12 Bitterness and bitter aftertaste changes of Korean carrot and cabbage Kimchi

韓式泡胡蘿卜與韓式泡白菜的苦味回味接近，苦味回味值均在1～2之間變化，各樣品間幾乎無差異，韓式泡白菜的苦味回味稍強于韓式泡胡蘿卜。

2.4.4 韓式泡菜澀味及澀味回味的變化 韓式泡胡蘿卜與韓式泡白菜，發酵0、2、4、7 d的澀味和澀味回味變化見圖13。韓式泡胡蘿卜在發酵0 d時的澀味值最小約0.25，發酵2 d時達到澀味最大值的1.0，4 d時減小，7 d時澀味進一步減小，樣品間差異較小，人不能分辨差異性。韓式泡白菜在發酵0 d時澀味值最小，發酵2 d時澀味值增加0.5個單位，4 d時稍減小，但比0 d時稍大，到7 d時大幅躍升增加1.5個單位，人明顯能分辨差異性。

圖13 韓式泡胡蘿卜與韓式泡白菜的澀味和澀味回味變化Fig.13 Astringency and astringent aftertaste changes of Korean carrot and cabbage Kimchi

韓式泡胡蘿卜、韓式泡白菜的澀味回味值的變化幅度相似，但是，澀味回味值的大小差異較大，韓式泡胡蘿卜的澀味回味值較韓式泡白菜的澀味回味值小1.5個單位，澀味回味明顯可以分辨出差異性。但是，在韓式泡胡蘿卜或韓式泡白菜的同材料、不同發酵時間的樣品間，澀味回味差異很小，人明顯不能分辨泡菜的澀味回味差異性。

3 結語

韓式泡胡蘿卜發酵6 d時乳酸菌含量達到最大值，韓式泡白菜發酵4 d時達到最大值，達到最大值后，2種泡菜的乳酸菌含量都快速減少。韓式泡菜發酵時，乳酸的形成在3 d時，發酵產生的乳酸升高了酸度，降低了pH值。

應用PEN3電子鼻檢測發酵過程中樣品氣味特征，發現韓式泡胡蘿卜和韓式泡白菜的氣味響應曲線和雷達圖都很相似，說明韓式胡蘿卜泡菜、韓式白菜泡菜的氣味特征十分接近。也發現各樣品間具有顯著的差異性。韓式泡胡蘿卜和韓式泡白菜的氣味特征差異主要表現在第一主成分上，即對應的芳香成分、有機和無機硫化物有明顯差異。

應用TS-5000Z電子舌檢測發酵過程中樣品滋味特征，發現除鮮味和豐富性這兩個味覺特征外，其他的酸味、苦味、澀味和苦味回味、澀味回味等味覺特征都可以用來作為區分韓式泡胡蘿卜、泡白菜的滋味差異性的指標。在不同的發酵時間，韓式泡胡蘿卜、韓式泡白菜的味道多樣，均具有可分辯酸味、咸味、苦味和苦味回味、澀味和澀味回味等味覺特征的差異；同時，葉類和根莖類蔬菜的韓式泡菜在這些味覺特征上的變化，也存在一定差異性。