無鹽酸菜在發酵和貯藏過程中品質的變化

陳樂樂 徐迪靜 吳雋愷 王乙伊

(1. 寧波職業技術學院化學工程學院，浙江 寧波 315800；2. 寧波大學食品與藥學學院，浙江 寧波 315800)

發酵酸菜營養成分的動態變化高度依賴于發酵過程中的微生物菌群[1]。乳酸菌能夠代謝蔬菜的化學成分，而這些微生物產生的代謝產物的組合形成了最終產品的獨特風味[2]。

發酵過程中，對腐敗和致病微生物的抑制主要取決于初始微生物群的存在、環境溫度、鹽和酸濃度以及pH值。食鹽的添加是酸菜生產中的一個關鍵點[3-4]，其影響了發酵過程中微生物的結構、代謝物的動態變化和產品的感官品質[5]。高濃度的鹽雖然可以抑菌防腐，但也會一定程度限制益生菌的活性和功能。Xiong等[6]研究表明，鹽在發酵初期也會對乳酸菌造成一定抑制作用。同時，高鹽攝入量也會增加健康風險[7]。Yang等[8]研究發現，0.5%低鹽條件下腸膜明串珠菌ORC2和植物乳桿菌HBUAS51041還原糖利用更加充分，有機酸顯著積累，對酸菜的成熟有正面影響。He等[9]發現低鹽條件(0%～1%)有利于接種菌株LC-20的生長和酸菜pH的降低。

植物乳桿菌是發酵益生菌菌屬中最常見的一種，在乳桿菌屬中因其高度靈活的基因組而具有非常好的生態位適應能力，對發酵產品的風味和質地有顯著影響，是酸菜同型發酵的優勢菌群。Miriam等[10]利用植物乳桿菌降解了橄欖苦苷，消除了其所造成的特征苦味，改善了食用橄欖的風味。嗜酸乳桿菌是發酵食品中具有高經濟價值的益生菌菌株，屬于同型發酵乳酸菌，可以在較強酸性條件下生長，主要用于乳制品的開發。Kwaw等[11]發現接種植物乳桿菌、副干酪乳桿菌和嗜酸乳桿菌發酵桑葚汁后，產品顏色更鮮艷。接種嗜酸乳桿菌和發酵乳桿菌發酵桃汁后顯著增加了其超氧陰離子自由基清除活性和鐵還原能力等，提高了果汁的生物活性潛力和營養價值[12]。

目前，有關無鹽發酵制品的研究較少，而在厭氧條件下利用功能菌強化發酵，使益生菌快速增殖成為優勢菌[13]，通過產生有機酸所造成的低酸環境或其他代謝物來抑制有害菌的生長是可實現的[14]。因此，研究擬采用無鹽并接種乳酸菌發酵酸菜，分析其發酵過程及低溫貯藏過程中的品質變化規律，旨在為酸菜工藝的改進提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

硫酸錳、硫酸鎂、檸檬酸氫二鉀、2,6-二氯靛酚、抗壞血酸：分析純，天津市東麗區天大化學試劑廠；

牛肉膏、草酸：分析純，北京奧博星生物技術有限責任公司；

氫氧化鈉：分析純，天津市天力化學試劑有限公司；

有機酸標準品：天津市津科精細化工研究所；

生化培養箱：SPX-150B型，上海佳勝實驗設備有限公司；

立式壓力高壓滅菌鍋：HVE-50型，上海申安醫療器械廠；

數顯攪拌水浴鍋：HH-4型，常州賽普實驗儀器廠；

電熱恒溫鼓風干燥箱：HPG-9245型，北京東聯哈爾儀器制造有限公司；

電子天平：PL2002型，梅特勒—托利多儀器有限公司；

高效液相色譜儀；1260型，美國安捷倫公司；

電子鼻：DM6型，日本INSENT公司；

電子舌：SA402B型，日本INSENT公司。

1.2 方法

1.2.1 發酵工藝 250 g白菜切絲，接種450 μL乳酸菌(m植物乳桿菌∶m嗜酸乳桿菌為2∶1)，添加7.5 g玉米汁，發酵5 d，發酵成品于4 ℃保存60 d，每5 d對酸菜的pH值、總酸含量和亞硝酸鹽含量進行檢測，并綜合感官評價，評估無鹽酸菜在常規冷藏條件下的穩定性。

1.2.2 pH值測定 5.00 g酸菜與等量水混合勻漿，采用pH計測定。

1.2.3 總酸含量測定 按GB 12456—2021執行。

1.2.4 亞硝酸鹽含量測定 按GB 5009.33—2016執行。

1.2.5 還原糖含量測定 按GB 5009.7—2016執行。

1.2.6 維生素C含量測定 按GB 5009.86—2016執行。

1.2.7 有機酸含量測定 按GB 5009.157—2016執行。

1.2.8 電子鼻分析 根據文獻[15]。

1.2.9 電子舌分析 根據文獻[16]。

1.2.10 感官評價 選取10名人員按表1對酸菜成品進行感官評價。

表1 無鹽酸菜成品感官評價標準

1.3 數據處理

每組試驗平行3次，采用Excel、SPSS statistics 22.0軟件進行數據分析，采用Origin 9.1軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 發酵過程中理化指標的變化

2.1.1 pH值、總酸含量 由圖1可知，發酵初始pH值為6.11±0.04，發酵第1天，pH值迅速下降至3.55±0.02，并在發酵第2～5天內逐漸下降至3.24±0.01。總酸含量隨發酵時間的延長而增加，并在第5天達到(0.64±0.01) g/100 g。該無鹽酸菜表現出比傳統發酵酸菜更高的酸化速度，大大縮短了生產時間。

圖1 發酵過程中pH值、總酸含量的變化Figure 1 Changes of pH value, total acid content during fermentation

2.1.2 亞硝酸鹽含量 由圖2可知，隨著發酵的進行，乳酸菌迅速增殖，產酸迅速，硝酸鹽還原菌被抑制，亞硝酸鹽被乳酸菌分解，因此，亞硝酸鹽含量明顯降低，最終達到(0.23±0.10) mg/kg。與傳統發酵酸菜相比，無鹽酸菜中亞硝酸鹽含量較低，在整個發酵過程中未觀察到亞硝酸鹽峰。這是因為混合乳酸菌在短時間內相互作用快速產生代謝產物，加快酸菜的發酵，但貯藏時間越長，代謝產物會越多，則會導致其滋味刺鼻，色澤暗黃，質地過軟等現象。綜上，無鹽條件下應用混合乳酸菌(植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌)發酵可以有效提高酸菜的安全性[17]。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.1.3 還原糖、維生素C含量 由圖3可知，發酵過程中，還原糖含量顯著下降(P<0.05)，新鮮白菜中還原糖含量為(5.01±0.17) g/100 g，發酵第5天降至(0.57±0.01) g/100 g，消耗率達88.62%。發酵0～1 d，還原糖含量下降速率顯著高于發酵第1～5天的(P<0.05)，此過程中，pH值下降速率最快，總酸積累速率最快，表明乳酸菌在發酵0～1 d時對還原糖的利用更高效，同時，酸物質的積累更迅速。隨著酸水平的不斷加深，營養物質逐漸被消耗，對乳酸菌的生長限制逐漸加大，因此，發酵第1～5天，還原糖的利用速率有所下降。

無鹽酸菜發酵過程中，維生素C含量先急劇下降后緩慢下降，并在發酵成熟時達到(1.34±0.01) mg/100 g，與pH值的變化趨勢一致。與發酵第0天相比，發酵成熟時的維生素C含量下降了90%以上。維生素C屬于烯醇化合物，在無氧和CO2的作用下形成糠醛物質，而羥基糠醛可聚合成褐色物質影響產品色澤[19]。

圖3 發酵過程中還原糖、維生素C含量的變化Figure 3 Changes in reducing sugars and vitamin C content during fermentation

2.1.4 有機酸含量 由表2可知，乳酸和醋酸在發酵第0天未檢測到，說明這兩種有機酸在白菜基質中不存在，而琥珀酸、草酸和檸檬酸在白菜基質中少量存在。5種有機酸中，乳酸和草酸是無鹽酸菜發酵過程中的主要酸產物，與新鮮白菜相比，成熟無鹽酸菜中的乳酸和草酸含量分別增加了26.5，12.3倍。隨著發酵的進行，有機酸不斷積累，乳酸作為酸菜發酵過程中最主要的代謝產物，在整個發酵過程中含量增加得最為顯著，在第5天發酵成熟時達到最大值(26.523±0.170) mg/mL，是其他4種有機酸總量的2.4倍。草酸、醋酸和檸檬酸在發酵1 d后顯著增加(P<0.05)，并在后續發酵期間緩慢增加。相比之下，琥珀酸含量在發酵1 d后增加了0.434 mg/mL，隨后在1～5 d內略有降低。

表2 發酵過程中有機酸含量變化?

2.1.5 電子鼻分析

(1) 對不同發酵時間酸菜的信號響應：由圖4可知，4種樣品中，響應強烈的傳感器為W1W和W5S，表明氮氧化合物、萜烯和有機硫化物可能對樣品的風味作用較大；W3C、W6S和W5C的響應值最低。各樣品的雷達圖形狀相似，表明4種樣品的香氣特征相似，但各種氣體的揮發強度存在較大差異。此外，發酵0 d的樣品響應值明顯低于發酵5 d的，說明發酵對酸菜的風味有較大影響。

圖4 電子鼻傳感器對樣品的雷達圖Figure 4 Radar map of sample by electronic nose sensor

(2) 主成分分析(PCA)：由圖5可知，PC1、PC2的貢獻率分別為99.85%，0.11%，總貢獻率>95%，表明4種樣品的氣味差異較大，因此，能夠區分不同發酵時期的酸菜。另外，發酵5 d的樣品與發酵3 d的樣品的數據點稍有重合，其他樣品數據點未有重合，說明風味化合物在發酵初期變化明顯大于發酵后期，與酸含量變化趨勢相一致。

圖5 不同發酵時期樣品的PCA分析

(3) 線性判別分析(LDA)：由圖6可知，判別式LD1、LD2的貢獻率分別為92.997%，6.729%，總貢獻率為99.726%。雖然在區分度上沒有PCA分析大，但是LDA圖在一定程度上也能表現出不同樣品間香氣差異的遠近程度。發酵5 d的樣品與發酵3 d的樣品相距較近，表明二者氣味相近，與PCA分析結果一致。

圖6 不同發酵時期樣品的LDA分析Figure 6 LDA analysis of samples at different fermentation stages by electronic nose

2.1.6 電子舌分析 由圖7可知，通常情況下，酸味和咸味是酸菜的重要感官指標，由于試驗中未添加鹽分，故咸味在兩種樣品中無顯著差異。此外，酸味、鮮味在兩種樣品中差異顯著(P<0.05)，且這些感官特征在酸菜中表現更強烈，表明發酵有效提高了產品的感官品質。

圖7 電子舌傳感器對樣品的雷達圖Figure 7 Electronic tongue sensor radar diagram of samples

2.2 低溫下貯藏穩定性評估

2.2.1 基本理化指標 由圖8可知，60 d的貯藏期內，pH值整體無顯著變化，相應的總酸含量也無明顯變化。貯藏期間，pH值為3.23～3.25，總酸含量為0.60～0.64 g/100 g，說明4 ℃冷藏條件下，酸菜中的腐敗菌未能大量增殖而造成有機酸的消耗，產品仍有效維持著較為穩定的酸性體系。

圖8 低溫條件對無鹽酸菜pH值、總酸含量和亞硝酸鹽含量的影響

貯藏期間，酸菜中亞硝酸鹽含量整體降低，貯藏第60天，亞硝酸鹽含量顯著下降(P<0.05)，幾乎在樣品中未檢出，遠低于GB 2762—2017的最高限值(20 mg/kg)。綜上，無鹽酸菜在4 ℃低溫條件下能夠較好地保留其良好的品質特性，極大地降低了傳統酸菜中高鹽、高亞硝酸鹽對人體造成的健康風險。

2.2.2 感官評價 由圖9可知，無鹽酸菜在4 ℃下的感官質量始終維持在良好的狀態，感官總評分為41.0～42.3。隨著貯藏時間的延長，蔬菜顏色和氣味評分稍有下降，但也始終保持著良好的色澤和獨特的酸香氣味。

圖9 低溫貯藏對無鹽酸菜感官評分的影響

3 結論

無鹽酸菜在發酵第5天達到成熟；其pH值、還原糖含量、維生素C含量及亞硝酸鹽含量均顯著降低(P<0.05)，總酸含量及總體有機酸含量顯著升高(P<0.05)；無鹽酸菜的發酵程度較為徹底，殘糖量較少，有機酸含量增加顯著(P<0.05)，亞硝酸鹽含量極低為(0.23±0.10) mg/kg，4 ℃下貯藏60 d，無鹽酸菜的pH值、總酸含量較為穩定，亞硝酸鹽含量持續降低，說明無鹽酸菜的品質特性穩定。后續可深入討論不同菌種在發酵過程中對酸菜風味、營養及結構的影響。