一種蔬菜乳酸菌發酵工藝的研究

蔬菜經發酵后含有大量人體必需氨基酸、多種維生素、礦物質和豐富的膳食纖維。目前國內制作泡菜多采用自然發酵工藝，其原理是在高濃度食鹽溶液中，利用食鹽的高滲透壓抑制有害微生物的生長，而附著在蔬菜表面的乳酸菌不斷增長成為主導菌，發酵產酸獲得泡菜[1]。該方法存在發酵周期長、產品質量不穩定、亞硝酸鹽和食鹽含量高等弊端。為解決上述問題，人工引入純益生菌參與蔬菜發酵，是蔬菜發酵產業的一大必然趨勢[2]。本研究利用篩選出的優良乳酸菌，直接采用發酵罐模式，利用復合純菌種凍干菌粉直投式對蔬菜進行發酵，開發出一套工業化新型發酵模式，可全程監控蔬菜發酵，有效保證了產品質量，縮短了發酵時間，有利于降低成本，過程中所有發酵指標及泡菜成品指標均能有效控制，保證工業化過程的專業性和成品質量的一致性。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

發酵劑：實驗室自主研發，由植物乳桿菌A、乳酸乳球菌B以及輔料組成（活菌均≥109CFU·g-1）；蔬菜：包菜、蘿卜、姜、蒜、小米椒和花椒（菜場購得）。

發酵罐：314不銹鋼20 L發酵罐（有單向排氣閥以及物料放料口）。

1.2 實驗方法

1.2.1 發酵培養基優化篩選

1#——食鹽2.5%、發酵促進劑20%、食用葡萄糖2%；2#——食鹽2.5%、蔬菜汁20%、食用葡萄糖2%；3#——食鹽2.5%、輔料浸出液20%、食用葡萄糖2%；4#——食鹽2.5%、10BX°麥芽汁20%[3]、食用葡萄糖2%；5#——食鹽2.5%、食用葡萄糖2%；接種0.5 g·L-1發酵劑以及蔬菜后置于37 ℃恒溫發酵36 h，檢測發酵液的活菌、pH以及蔬菜總酸含量，結合口感情況進行篩選。

發酵培養基成分盡量選擇食品類原材料制備。①發酵促進劑：蒜10%、姜25%、紅小米椒10%，將材料洗凈，用50 ℃溫開水1∶1混合后浸泡30 min，榨汁機打碎，4層紗布過濾，備用。②蔬菜汁：將需要進行發酵的蔬菜與水1∶1混合進行榨汁破碎，4層紗布過濾，備用。③輔料浸出液：蒜10%、姜25%、紅小米椒10%用80～100 ℃熱水浸泡30 min，取浸出液備用。發酵蔬菜要求完全浸沒于液體中。

1.2.2 發酵劑投菌量篩選

菌劑投加量控制，使其加入后初始乳酸菌活菌數分別為 105CFU·mL-1、106CFU·mL-1、107CFU·mL-1以及108CFU·mL-1。每6 h取一次樣分別檢測泡菜水的pH值和菜的總酸含量，比較發酵產酸情況，確定發酵劑的最適添加量。

1.2.3 食用葡萄糖濃度的篩選

加入一定量的葡萄糖主要是為乳酸菌前期生長提供一定的碳源，加快發酵速度，也能對蔬菜口感產生一定影響，控制其添加濃度分別為0%、1%、2%、3%和4%，36 h發酵結束后測定發酵液pH、活菌以及菜的總酸。

1.2.4 食鹽濃度篩選

食鹽的作用主要是維持乳酸菌生長的滲透壓，促進菌體生長同時為泡菜的口感豐富一些咸香口味。控制其添加濃度分別為0%、1%、2%、3%和4%，36 h發酵結束后測定發酵液pH、活菌以及菜的總酸和亞硝酸鹽含量。

1.2.5 不同蔬菜連續發酵

采用篩選出的最佳發酵培養基發酵蔬菜，在第一次發酵蔬菜白蘿卜完成后，取出白蘿卜真空封口包裝后進行高溫瞬時滅菌處理終止發酵，在原發酵液中加入新的發酵蔬菜包菜進行二次發酵，結束后再進行新鮮蔬菜三次發酵、每批次蔬菜發酵時間控制為36 h，測定菜的總酸、亞硝酸鹽含量，評定蔬菜口感。

1.2.6 分析方法

（1）活菌計數：10倍梯度稀釋傾注法。

（2）總酸以及亞硝酸鹽測定：滴定法[4-5]。

2 結果與分析

2.1 發酵培養基篩選

根據上述1.2.1中5組培養基進行蔬菜發酵，蔬菜采用白蘿卜進行試驗，發酵完成檢測發酵液活菌情況以及其他相應指標參數如表1所示。

表1 不同培養基發酵蔬菜參數指標表

由表1可知，1#培養基發酵情況最好，發酵液活菌高達1.5×109CFU·mL-1，產酸也高達0.65 g/100 g，說明該培養基非常適宜實驗中乳酸菌生長產酸，利用其進行蔬菜發酵，發酵出的泡菜口感能媲美傳統發酵的口感，為最適宜的發酵蔬菜培養基。

2.2 發酵劑投菌量試驗

根據2.1篩選出的最佳培養基進行發酵蔬菜，控制乳酸菌發酵劑投菌量進行蔬菜發酵試驗，發酵情況如圖1所示。當發酵達36 h時，發酵劑添加量為 106CFU·mL-1、107CFU·mL-1、108CFU·mL-1時發酵產酸情況相差不大，考慮成本情況，可以選擇106CFU·mL-1作為發酵劑投菌量，發酵劑活菌為2×109～ 4×109CFU·g-1，則發酵劑添加量為 0.5 g·L-1。

圖1 發酵劑添加量對蔬菜發酵產酸影響圖

2.3 不同葡萄糖濃度對蔬菜發酵的影響

不同葡萄糖濃度對發酵會產生一定的影響，如圖2、圖3、圖4所示，糖添加量為1%～4%時，其對發酵液pH以及蔬菜的總酸影響相差不大，糖添加量為2%～4%時，發酵液活菌數目相差不大，糖作為碳源對菌體的生長會有一定的促進作用。從實際應用成本情況考慮，選擇2%葡萄糖濃度較為適宜。

圖2 糖添加量對發酵液pH的影響圖

圖3 糖添加量對發酵蔬菜總酸的影響圖

圖4 糖添加量對發酵液活菌的影響圖

2.4 不同食鹽濃度對蔬菜發酵的影響

添加5組不同濃度的食鹽進行發酵試驗，相應的發酵情況如表2所示。

表2 不同食鹽濃度對發酵情況的影響表

由表2可知，食鹽濃度在0%～4%均能實現蔬菜正常發酵，說明其對發酵的影響不大，但考慮到泡菜口感，選擇2%～3%較為適宜。且5組鹽濃度發酵蔬菜的亞硝酸鹽的含量均低于5 mg·kg-1，而國家標準對醬腌菜亞硝酸鹽含量要求為不高于20 mg·kg-1[6]，完全滿足健康食品要求。對于傳統自然發酵而言，食鹽的添加量一般高達6%～10%，主要是利用高鹽濃度抑制其他有害微生物生長，但高鹽濃度會帶來高亞硝酸鹽風險，不利于人體健康。本研究的純菌種發酵蔬菜，添加食鹽主要是豐富泡菜成品的咸香口感，添加量可以根據需要調節，不會對發酵產生很大影響。

2.5 不同蔬菜連續發酵情況

在發酵液中加入白蘿卜進行一次發酵36 h，發酵結束將菜取出終止發酵處理，檢測相關指標，然后在原發酵液中投入新的蔬菜，包菜進行二次發酵，繼續發酵36 h，結束發酵，將泡菜取出終止發酵檢測相關指標。驗證該發酵液能否不斷投入新的蔬菜進行持續發酵，在二次發酵結束，將發酵好的泡菜取出后，再次投入新的蔬菜進行發酵，進行試驗，相應結果如表3所示。

表3 連續發酵蔬菜情況表

由表3實驗結果可以看出，該發酵模式只能進行二次發酵，不能持續到三次發酵，分析原因可能是菌體發酵快速大量繁殖，堆積產生的大量代謝物以及死菌體等會對發酵蔬菜的口感造成較大的影響。

3 結論

本文研究了一種蔬菜乳酸菌發酵工藝，采用實驗室自制的乳酸菌凍干菌粉，采用發酵罐進行純菌種發酵蔬菜，研究開發了一種最適宜的培養基：乳酸菌劑0.5 g·L-1，食鹽2%～3%、發酵促進劑20%、糖2%，pH 6.5，37 ℃發酵36 h，發酵蔬菜總酸含量高達0.60%～0.65%，發酵蔬菜口感佳。一次發酵蔬菜結束后能加入新鮮蔬菜進行二次發酵，不影響發酵產酸和口感。目前市面上蔬菜發酵仍多數采用傳統自然發酵或者發酵劑強化的半自然發酵，這些發酵模式都有一定的不可控環境因素，發酵時間較長，易發生有害微生物污染，采用食鹽濃度較高，易造成亞硝酸鹽超標，對人體健康不利。本研究采用乳酸菌劑純菌種工藝發酵蔬菜，其亞硝酸鹽含量較低。有研究表明，植物乳桿菌具有亞硝酸鹽還原特性[7]，因此加入大量菌體后各類蔬菜中產生的亞硝酸鹽被及時還原，使得乳酸菌發酵泡菜中亞硝酸鹽殘留低。本研究工藝發酵蔬菜成本低，低鹽低糖無亞硝酸鹽、綠色健康、發酵周期短，純菌種發酵，整個發酵過程可控，泡菜產品可以實現標準化生產，便于工業化轉化放大。