發酵方式對牛蒡泡菜理化特性及微生物數量變化的影響

黃和升，王海平，2*，王慶權

（1.江蘇食品藥品職業技術學院，江蘇 淮安 223003；2.江蘇食品加工工程技術研究開發中心，江蘇 淮安 223003）

泡菜作為我國傳統的、歷史悠久的乳酸菌發酵食品，深受大眾歡迎。泡菜是以蔬菜為原料經乳酸菌發酵而成的食品，原料發酵過程中可形成獨特的色、香、味，同時可以抑制有害微生物的生長繁殖，使產品得以長期保藏[1-4]。泡菜風味獨特，入口爽脆，口味別具一格，泡菜含有維生素，鈣、磷、鐵等礦物質和多種功能性成分[4-8]。傳統的自然發酵泡菜因發酵周期長，發酵過程受衛生以及季節的影響，常會遭受有害微生物侵染導致產品品質不穩定[9-13]。泡菜原料發酵過程中，硝酸鹽會轉化為對人體健康有一定危害的亞硝酸鹽，這也是人們高度關注的問題[12-14]。皮佳婷等[15]、Hsiao等[16]和葛焱等[17]研究發現，蔬菜采用人工接種乳酸菌進行發酵具有條件可控、發酵周期短、產品亞硝酸鹽含量低等優點。為明確自然發酵方式和人工接種方式對發酵泡菜品質的影響，本研究以新鮮牛蒡為試驗對象，以江蘇省微生物工程實驗室提供的發酵性能較強的植物乳桿菌為菌種，測定并比較4種不同發酵方式對牛蒡泡菜產品的理化特性和微生物數量變化的影響，并考察產品的感官品質，篩選出用牛蒡制作泡菜的最佳發酵方式，為牛蒡泡菜規模化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鹽酸萘乙二胺、對氨基苯磺酸（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；葡萄糖、3，5-二硝基水楊酸、亞硝酸鈉（均為分析純）：成都科龍化工試劑廠；苯酚、濃硫酸（均為分析純）：湖北斯元化工有限公司；食鹽、新鮮牛蒡：市售；乳酸菌：江蘇省微生物工程實驗室提供。

1.2 儀器與設備

AL104電子天平：梅特勒-托利多儀器上海有限公司；Cary60型紫外可見分光光度計：美國安捷倫科技公司；PHS-2F酸度計：上海五相儀器儀表有限公司；SPX-250B-Z型生化培養箱：上海博迅實業有限公司；Brookfield CTX質構儀：倍迎電子科技（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 牛蒡泡菜發酵工藝

新鮮牛蒡（直徑2.5 cm～3.0 cm）→去皮→清洗（水溫30℃）→瀝干水分→切段（3 cm～4 cm）→加入食鹽→裝罐→密封→發酵約14 d（24℃～26℃）→成品。

1.3.2 試驗設計

將牛蒡原料進行發酵制作泡菜，每種發酵方式做3個平行試驗。在發酵14 d內，每隔2 d測定不同發酵方式所得產品的總糖含量、還原糖含量、總酸含量、pH值、氨基酸態氮含量、亞硝酸鹽含量、乳酸菌數、大腸菌群數，分析并比較不同發酵方式對各指標的影響。4種發酵方式參數見表1。

1.3.3 產品品質測定方法

還原糖、總糖、總酸和氨基酸態氮的含量按照SB/T 10756—2012《泡菜》進行測定；pH值用酸度計直接測定；亞硝酸鹽含量按照GB 5009.33—2016《食品安全國家標準食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》進行測定；大腸菌群計數按照GB 4789.3—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗大腸菌群計數》進行測定；乳酸菌數量按照GB 4789.35—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》進行測定；脆度采用質構儀進行測定。

1.3.4 感官評價

聘請10名感官評定員，對牛蒡泡菜產品進行感官評價，結果取平均值。感官評價標準見表2。

1.4 數據處理

試驗均重復3次，結果取平均值，采用Microsoft Office Excel 2016進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 發酵方式對牛蒡泡菜理化性質的影響

2.1.1 發酵方式對牛蒡泡菜總糖和還原糖含量的影響

發酵方式對牛蒡泡菜總糖和還原糖含量的影響見圖1和圖2。

圖1 發酵方式對牛蒡泡菜總糖含量的影響Fig.1 Effect of fermentation methods on the total sugar content of pickled burdock

圖2 發酵方式對牛蒡泡菜還原糖含量的影響Fig.2 Effect of fermentation methods on reducing sugar content of pickled burdock

泡菜發酵過程中，乳酸菌分解利用原料中糖類物質轉化為酸類物質，從而導致發酵液中糖含量減少，酸含量增加，當泡菜發酵成熟時，發酵液中糖含量基本不再變化[5]。由圖1和圖2可知，4種發酵方式牛蒡泡菜的總糖和還原糖含量變化趨勢基本一致，在前10 d內基本都處于快速下降的趨勢，主要原因是乳酸菌等微生物的生長代謝消耗了糖類物質。發酵10 d后，純種濕法和自然濕法發酵液中總糖和還原糖含量基本穩定，純種干法和自然干法發酵液中總糖和還原糖含量約12 d達到穩定。比較不同發酵方式泡菜的總糖和還原糖含量降低速度，濕法發酵糖含量降低速度大于干法發酵，原因可能與微生物生物代謝與環境的水分活度有關。因此，從還原糖和總糖指標分析，濕法發酵可以提高發酵速度，縮短發酵周期。

2.1.2 發酵方式對牛蒡泡菜總酸含量和pH值的影響

發酵方式對牛蒡泡菜總酸含量和pH值的影響見圖3和圖4。

圖3 發酵方式對牛蒡泡菜總酸含量的影響Fig.3 Effect of fermentation methods on total acid content of pickled burdock

圖4 發酵方式對牛蒡泡菜pH值的影響Fig.4 Effect of fermentation methods on pH value of pickled burdock

原料發酵過程中，酸度快速上升可防止細菌的污染，保證產品的品質。由圖3和圖4可知，4種發酵方式的牛蒡泡菜總酸含量上升和pH值下降的速度整體上在前10 d較快。在10 d～14 d，總酸含量和pH值緩慢趨于穩定，此時，純種濕法發酵泡菜總酸含量最高，pH值最低，原因可能是腌制過程中加入乳酸菌，乳酸菌生長代謝產生大量乳酸所致。純種干法發酵雖然也在腌制時加入了乳酸菌，但該腌制液水分含量低，乳酸菌生長代謝速度比濕法腌制時要低，因而，干法發酵泡菜總酸含量較濕法發酵泡菜低，pH值較高。

2.1.3 發酵方式對牛蒡泡菜氨基酸態氮和亞硝酸鹽含量的影響

發酵方式對牛蒡泡菜氨基酸態氮含量的影響見圖5。

圖5 發酵方式對牛蒡泡菜氨基酸態氮含量的影響Fig.5 Effect of fermentation methods on the amino acid nitrogen content of pickled burdock

由圖5可知，干法發酵氨基酸態氮含量整體先上升后下降，濕法發酵氨基酸態氮變化比較平緩，可能與濕法發酵中存在大量水分有關，大量水分使得乳酸菌蛋白酶活力減弱，導致分解蛋白質的能力降低。純種干法發酵得到的牛蒡泡菜氨基酸態氮含量最高，明顯高于純種濕法發酵泡菜的氨基酸態氮含量。因而，從產品的氨基酸態氮含量分析，純種干法發酵較好。

泡菜發酵過程中，原料中硝酸鹽會在細菌代謝產生的硝酸還原酶作用下還原為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽達到一定量會致使食用人群細胞發生癌變[18-21]，GB 2762—2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》規定泡菜中亞硝酸鹽含量不得高于2 mg/100 g。本試驗中，4種發酵方式牛蒡泡菜亞硝酸鹽變化情況如圖6所示。

圖6 發酵方式對牛蒡泡菜亞硝酸鹽含量的影響Fig.6 Effect of fermentation methods on nitrite content of pickled burdock

由圖6可知，4種發酵方式的泡菜亞硝酸鹽含量高峰值均在第6天出現，之后均逐漸減小，8 d以后都下降到了國家限制值以下，其中純種濕法發酵到第10天時，亞硝酸鹽含量降到穩定值0.53 mg/100 g，其它3種發酵方式在第12天時亞硝酸鹽降到穩定值。因而，從亞硝酸鹽含量變化分析，純種濕法發酵方式較好。

2.2 發酵方式對牛蒡泡菜微生物數量變化的影響

2.2.1 發酵方式對牛蒡泡菜乳酸菌數量變化的影響

乳酸菌對泡菜風味物質的形成具有一定的作用，并可加速泡菜發酵過程，縮短發酵周期。4種發酵方式對牛蒡泡菜乳酸菌數量影響如圖7所示。

圖7 發酵方式對牛蒡泡菜乳酸菌數量的影響Fig.7 Effect of fermentation methods on the count of lactic acid bacteria of pickled burdock

由圖7可知，4種發酵方式牛蒡泡菜的乳酸菌數整體變化趨勢一致，均為先上升后下降最后趨于穩定。其中，純種濕法發酵在第6天時，乳酸菌數達到峰值，第8天時基本趨于穩定值；其它3種發酵方式泡菜在第8天時乳酸菌數達到峰值，第10天時基本趨于穩定。發酵結束后，人工接種乳酸菌的牛蒡泡菜乳酸菌數高于自然發酵的牛蒡泡菜，原因是接種泡菜在初始階段人為加入乳酸菌，增加了最終產品的乳酸菌總數。

2.2.2 發酵方式對牛蒡泡菜大腸菌群數量的影響

4種發酵方式對牛蒡泡菜大腸菌群數量的影響如圖8所示。

圖8 發酵方式對牛蒡泡菜大腸菌群數量的影響Fig.8 Effect of fermentation methods on the count of Escherichia coli of pickled burdock

由圖8可知，4種發酵方式的牛蒡泡菜大腸菌群數量變化趨勢基本一致。均在第6天時達到峰值，然后開始下降，下降的原因可能是隨發酵進行，環境的酸度變高，大腸菌群不能適應環境而死亡。相同發酵時間內，人工接種發酵牛蒡泡菜大腸菌群數明顯低于自然發酵牛蒡泡菜大腸菌群數，可能是由于乳酸菌能夠抑制大腸菌群生長。純種濕法發酵的大腸菌群在第10天時基本達到穩定值（3 MPN/100 g），其他3種方式在發酵第14天時也都下降到10 MPN/100 g左右。4種發酵方式所得產品大腸菌群數均符合GB 2762—2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》規定。

2.3 不同發酵方式對牛蒡泡菜感官指標的影響

對4種發酵方式制得的牛蒡泡菜產品進行感官評價和脆度測定，結果如表3所示。

表3 不同發酵方式對牛蒡泡菜感官評分和脆度的影響Table 3 Effect of fermentation methods on sensory score and crispness of pickled burdock

由表3可知，4種發酵方式制作的牛蒡泡菜，產品脆度和感官評分結果優劣情況一致，其中自然濕法發酵產品的脆度和感官評分均為最低，自然干法發酵次之；純種濕法發酵的產品脆度和感官評分均為最高。結合前述發酵方式對理化指標的影響，綜合評價，純種濕法發酵優勢明顯。

3 結論

通過考察自然干法、自然濕法、純種干法、純種濕法4種發酵方式對牛蒡泡菜理化特性及微生物數量變化的影響，結果表明：純種濕法發酵方式發酵速度最快，亞硝酸鹽含量經過10 d的發酵期就可降到穩定值0.53 mg/100 g，其它3種方式發酵12 d才能達到穩定；與其它3種方式相比，純種濕法發酵牛蒡泡菜產品乳酸菌數稍高，總糖和還原糖含量、大腸菌群數量以及pH值較低；純種濕法發酵的牛蒡泡菜脆度和感官評分最高，脆度值為2 005.02 g，感官評分為92.43；但是，濕法發酵產品的氨基酸態氮含量較低。綜合比較，純種濕法發酵制作牛蒡泡菜優勢明顯，規模化生產牛蒡泡菜可以考慮用此種方式進行。