四川泡菜和東北酸菜在發(fā)酵過程中的物質(zhì)成分變化

朱翔，汪冬冬，明建英，陳功,2，唐垚，李恒,2，張偉，張其圣,2*

(1.四川東坡中國泡菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，四川 眉山 620036；2.四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計院，成都 611130)

四川泡菜和東北酸菜作為我國具有代表性的傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜制品，均為泡漬發(fā)酵蔬菜，利用有益微生物發(fā)酵而成，因兩者口感脆嫩且營養(yǎng)豐富深受消費者的喜愛。蔬菜含有多種維生素和膳食纖維，且富含有益微生物，發(fā)酵過程中乳酸菌代謝產(chǎn)生的有機酸等物質(zhì)，使得成品清爽可口、酸鮮純正，可以解膩開胃、促消化、增食欲[1]。四川的泡菜生產(chǎn)區(qū)主要分布在我國西南區(qū)域，東北酸菜主要分布在我國東北區(qū)域，由于原料、溫度及區(qū)域等差異，使兩種發(fā)酵蔬菜品質(zhì)之間差異明顯。常報道的四川泡菜以乳酸、乙酸、檸檬酸及草酸等為主[2]，而東北酸菜以乳酸、醋酸、檸檬酸、蘋果酸及琥珀酸等為主[3-4]。而有關(guān)兩種工藝在相同原料發(fā)酵下的物質(zhì)成分變化分析鮮有報道。

本實驗以市售白菜為原料，系統(tǒng)地探究了四川泡菜和東北酸菜在發(fā)酵過程中物質(zhì)成分的變化規(guī)律，進(jìn)行對比分析，為發(fā)酵蔬菜行業(yè)的加工提供了數(shù)據(jù)支撐，為企業(yè)生產(chǎn)提供了一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

新鮮卷白菜(Brassicapekinensis)、鹽、紅小米椒、老姜、大蒜及泡菜壇(玻璃材質(zhì))：均購于大潤發(fā)超市(眉山店)。

硝酸銀、鉻酸鉀、氫氧化鈉、氨基酸標(biāo)準(zhǔn)液、亞鐵氰化鉀、硫酸鋅、正己烷、亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液、硼砂、乙酸鋅、鹽酸萘乙二胺、對氨基苯磺酸：均購于成都市科隆化學(xué)品有限公司；乳酸、乙酸、酒石酸、琥珀酸、檸檬酸、蘋果酸、丙酮酸、不同氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品：色譜純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 實驗儀器

酸度計 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；HZ85-2型磁力攪拌機 北京中興偉業(yè)儀器有限公司；紫外分光光度計 上海儀電分析儀器有限公司；TGL-20K高速臺式離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠；DK-98-II電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司；FTC質(zhì)構(gòu)儀TMS-Pilot、CR-10 Plus色差計 柯尼卡美能達(dá)有限公司；SHB-III循環(huán)水式多用真空泵 上海比朗儀器有限公司；KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；Xw-80A 旋渦混合線 海門市其林貝爾儀器制造有限公司；LC-2030高效液相色譜儀 月旭科技股份有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 泡菜制作方法

四川泡菜：將切好的新鮮白菜分別裝入6個泡菜壇中，加入少量紅小米椒，再將切好的老姜、大蒜按照一定的比例分別裝入泡菜壇中，鹽濃度設(shè)為3%，倒入冷開水，淹沒蔬菜，蓋上蓋子，水封，置于15 ℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵。

東北酸菜：將洗凈的新鮮白菜定量分別裝入6個玻璃瓶中，食鹽濃度為3%，加入淘米水和冷開水，將白菜淹沒，置于15 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵。

1.3.2 樣品采集

四川泡菜(S)和東北酸菜(D)分別在0，1，5，10，20，30 d取樣，所有處理設(shè)3個重復(fù)。

1.3.3 食鹽的測定

食鹽的測定的參考GB/T 12457-2008《食品中氯化鈉的測定》中直接沉淀法進(jìn)行測定。

1.3.4 pH值與總酸含量的測定

pH值的測定參考GB/T 10468-1989《水果和蔬菜產(chǎn)品pH值的測定方法》，pH值用PHS-3C型pH計進(jìn)行測定?？傻味ㄋ岬臏y定參考GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》中的電位滴定法，用0.05 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液反滴定至pH為8.20，結(jié)果以乳酸計。

1.3.5 質(zhì)構(gòu)的測定

全質(zhì)構(gòu)分析(TPA)：使用75 mm圓盤探頭，以放置樣品的平臺為位移零點，設(shè)定最大力為400 N，起始力為0.75 N，形變量為30%，速度為60 mm/min，最后由質(zhì)構(gòu)特性曲線得到硬度、彈性及咀嚼性等標(biāo)值。

1.3.6 有機酸的測定

稱取2 g樣品研磨均勻于燒杯中，加熱至微沸，定容至50 mL，過濾。然后取20 mL濾液轉(zhuǎn)至50 mL容量瓶中，加入1.0 mL 15%亞鐵氰化鉀和1.0 mL 30%硫酸鋅溶液，定容，搖勻，靜置30 min，過濾，再取濾液經(jīng)0.22 μm無機膜過濾。

分析條件：色譜柱Carbomix H-NP 10：8%(10 μm, 7.8 mm×300 mm)，流動相A：10 mmol/L H2SO4，流動相B：超純水，柱溫65 ℃，流速0.4 mL/min，B泵濃度60%，進(jìn)樣量10 μL，檢測器UV 210 nm，RID溫度35 ℃。

1.3.7 游離氨基酸的測定

準(zhǔn)確稱取粉碎的5.00 g樣品，加水5 mL，置于50 ℃恒溫水浴鍋中水浴30 min，取出后離心，取上清液待用；取100 μL氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品或待測樣品置于5 mL試管中，加入200 μL衍生試劑，渦旋混合后放置60 min，加入2 mL水和1 mL正己烷，渦旋混合后除去上層溶液，再次加入1 mL正己烷，渦旋混合，靜置10 min，取下層溶液待用。

色譜柱：5 μm, 4.6 mm×250 mm，A相：0.1 mol/L醋酸鈉(pH 6.50)∶乙腈為93∶7，B相：水∶乙腈為20∶80，柱溫：40 ℃，流速：1.0 mL/min，波長：254 nm，進(jìn)樣量：10 μL。

1.3.8 亞硝酸鹽含量的測定

亞硝酸鹽含量依據(jù)GB 5009.33-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》中的第二法(分光光度法)測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵過程中鹽度的變化

食鹽可以抑制雜菌的生長，除去原料中的生味，調(diào)節(jié)蔬菜的口感。由圖1可知，四川泡菜和東北酸菜在發(fā)酵前期鹽度逐漸升高，當(dāng)發(fā)酵第5天時，鹽度達(dá)到平衡，都為2.91 g/100 g。四川泡菜和東北酸菜的初始鹽度相同，為2.33 g/100 g，相比較而言，四川泡菜的鹽浸漬速度更快。四川泡菜和東北酸菜在發(fā)酵初始期，由于鹽還未完全浸入蔬菜中，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，隨著發(fā)酵時間的增加，鹽會完全浸入蔬菜中，使內(nèi)外環(huán)境逐漸達(dá)到平衡，因此鹽度含量達(dá)到平衡后，不再產(chǎn)生變化，該結(jié)果與肖嵐等[5]的研究基本一致。

圖1 四川泡菜和東北酸菜發(fā)酵過程中鹽度的變化Fig.1 The changes in salinity of Sichuan pickle and northeast pickled cabbage during fermentation

2.2 發(fā)酵過程中pH的變化

pH是發(fā)酵體系中的重要指標(biāo)，會隨著發(fā)酵過程中代謝物的積累而產(chǎn)生變化[6]。由圖2可知，整個發(fā)酵過程中，四川泡菜和東北酸菜的pH值均呈現(xiàn)下降趨勢，然后逐漸趨于較低的狀態(tài)，東北酸菜的pH值由最初的5.85降至3.62，四川泡菜的pH值由最初的5.55降至3.30。其中，四川泡菜的pH值一直低于東北酸菜，且其pH值下降速度較快，說明四川泡菜發(fā)酵程度更劇烈。一般認(rèn)為pH<4則表明蔬菜發(fā)酵趨于成熟，根據(jù)發(fā)酵蔬菜相一致的趨勢可知，四川泡菜成熟時間更短，到了發(fā)酵的中后期，由于酸度升高，微生物代謝受到抑制，產(chǎn)酸量下降，總酸趨于平衡狀態(tài)，pH值基本達(dá)到穩(wěn)定。

圖2 四川泡菜和東北酸菜發(fā)酵過程中pH的變化Fig.2 The changes in pH values of Sichuan pickle and northeast pickled cabbage during fermentation

2.3 發(fā)酵過程中總酸的變化

由圖3可知，四川泡菜和東北酸菜的總酸含量隨著發(fā)酵時間的增加均呈現(xiàn)上升趨勢，且在發(fā)酵前10 d，總酸緩慢增加，之后總酸迅速上升趨于平穩(wěn)狀態(tài)[7]。其中四川泡菜總酸由最初的0.17 g/100 g增加到0.95 g/100 g，東北酸菜總酸由最初的0.17 g/100 g增加到0.64 g/100 g,該結(jié)果與圖2的結(jié)果一致。兩種工藝蔬菜在發(fā)酵后期，酸度越高，會抑制微生物的代謝活動，因此總酸含量逐漸趨于穩(wěn)定[8]。

圖3 四川泡菜和東北酸菜發(fā)酵過程中總酸的變化Fig.3 The changes in total acids of Sichuan pickle and northeast pickled cabbage during fermentation

2.4 質(zhì)構(gòu)特性的變化

由表1可知，四川泡菜和東北酸菜在發(fā)酵過程中，其硬度、彈性和咀嚼性均隨著發(fā)酵時間的延長而呈現(xiàn)下降趨勢。兩種工藝蔬菜硬度下降的原因可能是乳酸菌的持續(xù)發(fā)酵使蔬菜中的果膠在酸性條件下被水解，也可能是乳酸菌代謝了果膠酶使細(xì)胞壁中的果膠水解，使其硬度均下降[9]。在整個發(fā)酵過程中，四川泡菜的硬度均低于東北酸菜，這可能是在發(fā)酵過程中四川泡菜的總酸高于東北酸菜[10]。發(fā)酵前期，東北酸菜的彈性大于四川泡菜，中期無明顯差別，在第20天時趨于平穩(wěn)。此外，四川泡菜與東北酸菜的咀嚼性在發(fā)酵過程中降低，可以看出蔬菜在發(fā)酵前期咀嚼性下降迅速，在發(fā)酵20 d后開始趨于平穩(wěn)。

表1 四川泡菜和東北酸菜發(fā)酵過程中質(zhì)構(gòu)特性變化Table 1 The changes in texture property of Sichuan pickle and northeast pickled cabbage during fermentation

2.5 有機酸含量的變化

由圖4可知，兩種工藝蔬菜均檢測出了草酸、檸檬酸、蘋果酸、乳酸和乙酸。在第0天檢測出草酸、檸檬酸和蘋果酸，可能是蔬菜原料自身攜帶，隨著發(fā)酵時間的增加，檸檬酸和蘋果酸作為微生物生長所需的碳源，其含量都逐漸降低。四川泡菜在第5天檢測出乳酸和乙酸，東北酸菜分別在第0天和第20天檢測出乳酸和乙酸，隨著發(fā)酵時間的增加，乳酸和乙酸含量都增多，可能是因為乳酸菌代謝產(chǎn)生乳酸，同時也會產(chǎn)生部分乙酸[11]，該結(jié)果與鄧維琴、苗乘源[12]的研究結(jié)果一致，且代謝產(chǎn)生的有機酸含量的結(jié)果與圖3基本一致。

圖4 四川泡菜和東北酸菜發(fā)酵過程中有機酸含量的變化Fig.4 The changes in organic acids of Sichuan pickle and northeast pickled cabbage during fermentation

2.6 游離氨基酸含量的變化

四川泡菜與東北酸菜在發(fā)酵的微環(huán)境中，乳酸菌會通過蛋白水解系統(tǒng)分解蔬菜原料中的蛋白質(zhì)，從而產(chǎn)生肽類和氨基酸[13-14]。由圖5可知，兩種工藝蔬菜檢測出16種游離氨基酸，游離氨基酸都以丙氨酸、脯氨酸和絲氨酸為主。在發(fā)酵過程中，四川泡菜和東北酸菜不同氨基酸種類含量變化較大，其中四川泡菜呈甜味的氨基酸中，主要以丙氨酸、脯氨酸和絲氨酸占的數(shù)量較多，且在發(fā)酵過程中逐漸減少；呈苦味的氨基酸中，精氨酸和蛋氨酸含量較低，其他幾種含量比較相近；而東北酸菜中谷氨酸隨著發(fā)酵時間的進(jìn)行逐漸增加，而天門冬氨酸含量較低；其呈甜味的氨基酸和四川泡菜相同，精氨酸含量較高，隨著發(fā)酵時間的進(jìn)行逐漸減少而達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，其他苦味氨基酸含量相對較少。

圖5 四川泡菜和東北酸菜發(fā)酵過程中游離氨基酸含量的變化Fig.5 The changes in free amino acids of Sichuan pickle and northeast pickled cabbage during fermentation

2.7 亞硝酸鹽的變化

發(fā)酵蔬菜中亞硝酸鹽一部分來源于蔬菜原料自身，另一部分來源于發(fā)酵過程中的微生物作用。

由圖6可知，四川泡菜與東北酸菜隨著時間延長，亞硝酸鹽含量均逐漸升高之后下降趨于穩(wěn)定，其中四川泡菜和東北酸菜初始含量分別為4.48 mg/kg和3.25 mg/kg，兩種工藝蔬菜在發(fā)酵第5天時同時出現(xiàn)“亞硝峰”，分別為5.91 mg/kg和5.83 mg/kg，遠(yuǎn)低于國家限量標(biāo)準(zhǔn)20 mg/kg，該結(jié)果與徐丹萍等[15]的研究結(jié)果基本一致。蔬菜隨著發(fā)酵進(jìn)行，乳酸菌抑制了產(chǎn)硝酸鹽還原酶的雜菌的生長，降解了發(fā)酵蔬菜中的亞硝酸鹽，同時乳酸菌產(chǎn)生的乳酸、乙酸等使泡菜體系呈酸性環(huán)境，亞硝酸鹽因在酸性環(huán)境中不穩(wěn)定而快速降解[16]。

圖6 四川泡菜和東北酸菜發(fā)酵過程中亞硝酸鹽的變化Fig.6 The changes in nitrite of Sichuan pickle and northeast pickled cabbage during fermentation

3 結(jié)論

通過研究不同工藝對發(fā)酵蔬菜品質(zhì)的影響，對比分析了四川泡菜和東北酸菜在發(fā)酵過程中物質(zhì)成分變化。四川泡菜和東北酸菜隨著發(fā)酵進(jìn)行，總酸含量均逐漸升高，pH都逐漸下降，發(fā)酵成熟后產(chǎn)生大量乳酸和少量乙酸，游離氨基酸以丙氨酸、脯氨酸和絲氨酸為主，發(fā)酵成熟后不存在亞硝酸鹽風(fēng)險。研究發(fā)現(xiàn)不同工藝蔬菜在整個發(fā)酵過程中絕大部分物質(zhì)成分變化規(guī)律具有相似的性質(zhì)，說明不同工藝的差異對發(fā)酵蔬菜的影響較小，后期可通過調(diào)控環(huán)境因子來實現(xiàn)不同發(fā)酵蔬菜的品質(zhì)控制。