乳酸菌發(fā)酵牛蒡泡菜的工藝研究

楊加懷，康然，李慧，王艷萍

（天津科技大學食品工程與生物技術(shù)學院，食品營養(yǎng)與安全教育部重點實驗室，天津300457）

乳酸菌發(fā)酵牛蒡泡菜的工藝研究

楊加懷，康然，李慧，王艷萍*

（天津科技大學食品工程與生物技術(shù)學院，食品營養(yǎng)與安全教育部重點實驗室，天津300457）

以牛蒡為原料，利用乳酸菌對其發(fā)酵制作泡菜，通過單因素和正交試驗確定了最佳發(fā)酵工藝條件為：蔗糖添加量5%（g/mL），食鹽添加量3%（g/mL），植物乳桿菌299：乳酸菌723比例為2∶1，接種量5%（Ml/mL），氯化鈣添加量0.4 %（g/mL），在20℃～25℃發(fā)酵7 d。并對亞硝酸鹽含量進行檢測，亞硝酸鹽含量為4.05mg/kg，遠低于國家標準，用此工藝發(fā)酵的牛蒡酸爽可口，香氣純正，為工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

牛蒡；乳酸菌；發(fā)酵條件；亞硝酸鹽

乳酸菌發(fā)酵泡菜是一種歷史悠久而又獨特的大眾化發(fā)酵蔬菜制品，其主要由營養(yǎng)豐富的各種蔬菜經(jīng)乳酸菌發(fā)酵而成。泡菜中含有豐富維生素、鈣、磷、鐵、氨基酸等多種營養(yǎng)成分[1]。乳酸菌發(fā)酵泡菜味美而嫩脆，不僅能增進食欲，而且能幫助消化，具有一定的醫(yī)療功效，同時泡菜具有抗菌[2]、抗突變活性[3-4]、抗動脈硬化、抗肥胖及抗衰老[5]等多種功能，是有多種調(diào)節(jié)作用的保健食品。

牛蒡?qū)倬湛贫晟荼局参铮呃w維食物，因形似牛尾而得名還享有“蔬菜之王”、“白肌人參”的美譽。牛蒡富含菊糖、氨基酸以及Ca、Fe、Mn等人體必需的宏量元素和微量元素[6]。牛蒡同時還具有較高的醫(yī)療價值，國內(nèi)外研究均發(fā)現(xiàn)其具有較好的抗衰老、抗氧化、抗腫瘤、抑菌等活性[7]。目前，牛蒡已經(jīng)開發(fā)成多種深加工產(chǎn)品，如牛蒡飲料、牛蒡罐頭、牛蒡膠囊等等，這些開發(fā)的深加工產(chǎn)品在獲得廣大消費者喜愛的同時也拓寬了牛蒡的銷售市場。但以牛蒡為原料發(fā)酵成泡菜在市場上還較稀少。因此，本實驗探究用牛蒡作為原料，利用乳酸菌對其進行發(fā)酵，制備泡菜，通過比較不同蔗糖添加量、接種量、食鹽添加量，考察牛蒡泡菜總酸度、感官等變化，優(yōu)化發(fā)酵牛蒡的工藝，為牛蒡泡菜的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

牛蒡購于徐州科宇食品科技有限公司，食鹽、白糖等購于當?shù)厥袌觥?/p>

1.2 主要儀器與試劑

市售泡菜壇；HFsafe 900型超凈工作臺；LRH-250生化培養(yǎng)箱；DELTA-320 pH計。

MRS培養(yǎng)基：牛肉膏10.0 g，蛋白胨10.0 g，酵母膏5.0g，葡萄糖20.0g，乙酸鈉5.0g，檸檬酸氫二銨2.0g，磷酸氫二鉀2.0 g，硫酸鎂0.2 g，硫酸錳0.05 g，吐溫801.0 g，蒸餾水定容至1L，pH6.2~6.4，121℃高壓滅菌20min。

1.3 方法

1.3.1 泡菜的制作工藝

新鮮牛蒡→清洗→切片→護色→切絲→裝壇→添加輔料及接種→水封→發(fā)酵

1.3.2 發(fā)酵牛蒡單因素試驗

分別選取5個不同的因素，在上述工藝下發(fā)酵，每個因素以總酸和感官評分為考察標準，考察不同因素對乳酸菌發(fā)酵牛蒡的品質(zhì)的影響。因素水平表見表1，每組試驗3組平行，結(jié)果為3組平行的平均值。

表1 發(fā)酵牛蒡單因素水平因素Table1 Factorsand levelsof the single factor experiment

1.3.3 正交試驗分析

根據(jù)1.3.2的試驗結(jié)果，分別選取蔗糖添加量、接種量、食鹽添加量三個因素進行正交試驗分析，每組試驗3個平行，試驗結(jié)果為3組平行的平均值，以感官評分作為評價標準，以得出最優(yōu)發(fā)酵條件。

1.3.4 檢測指標

1.3.4.1 感官評分

每次評分人數(shù)為9人，實驗前不接觸或避免使用有刺激性氣味的物品，避免感受器官受強烈刺激，于實驗區(qū)對發(fā)酵牛蒡作出評價。記錄數(shù)據(jù)分析，判斷處理間差異顯著性。感官評分標準見表2。

表2 感官指標要求及感官評分權(quán)重Table 2 Indicators requirements and evaluation criteria of the sensory

1.3.4.2 pH及總酸的檢測

取泡菜汁用DELTA-320 pH計測定。

總酸的測定根據(jù)GB/T12456-2008《食品中總酸的測定》中的規(guī)定，采用滴定法，以乳酸計。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵牛蒡單因素試驗

2.1.1 不同蔗糖添加量對發(fā)酵牛蒡的影響

分別選取0%、2%、4%、6%（g/mL）4個濃度的蔗糖進行發(fā)酵實驗，其他實驗因素為食鹽濃度6%（g/mL），接種量5%（mL/mL），氯化鈣濃度0.4%（g/mL）在20℃~25℃下發(fā)酵8 d，進行pH，總酸度及評分測評。

圖1 蔗糖添加量對總酸、pH及感官評分的影響Fig.1 Effectof sucrose concentration on totalacidity，pH valuesand sensory evaluation

由圖1a所示，蔗糖的添加能提高泡菜的總酸量，隨著蔗糖的增加，總酸量也隨之增大，當蔗糖添加量達到4%時，蔗糖對總酸的影響開始變緩，趨于平穩(wěn)。感官結(jié)果如圖1b所示，當蔗糖添加量到達6%時，過多的糖分降低了泡菜的酸爽感，同時相應(yīng)增加成本，所以綜合感官評分及產(chǎn)酸量，選取蔗糖添加量為4%。

2.1.2 不同食鹽添加量對發(fā)酵牛蒡的影響

選取蔗糖添加量為4%（g/mL），食鹽添加量為2%、3%、4%、5%、6%（g/mL）5個濃度，其他因素為接種量5%（mL/mL），氯化鈣濃度0.4%（g/mL）在20℃~25℃下發(fā)酵8 d，進行pH、總酸度及評分測評。

如圖2a所示，食鹽的添加對總酸的影響較大，當食鹽添加量達到6%時，可以明顯發(fā)現(xiàn)泡菜產(chǎn)酸量較低，這可能是過高的鹽濃度對乳酸菌的生長產(chǎn)生一定的抑制。如圖2b所示，通過感官評定認為，2%的食鹽濃度口味偏淡，酸味偏重，評分值較3%低，不太容易被接受，所以選取食鹽添加量為3%。

2.1.3 不同菌株比例對發(fā)酵牛蒡的影響

選取實驗室保藏性能較好的植物乳桿菌299和乳酸菌723，其比例為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，5種不同菌種比例進行發(fā)酵實驗，蔗糖添加量為4%（g/mL），食鹽添加量為3%（g/mL），接種量5%（mL/mL），氯化鈣濃度0.4%（g/mL）在20℃~25℃下發(fā)酵8 d，進行pH，總酸度及評分測評。

圖2 食鹽添加量對總酸、pH及感官評分的影響Fig.2 Effectsof NaClconcentration on totalacidity，pH valueand sensory evaluation

圖3 不同菌種比例對總酸、pH及感官評分的影響Fig.3 Effectsof strainsproportion on totalacidity，pH valuesand sensory evaluation

由圖3a所示，299對泡菜酸度的影響較大，當299占比例較大時，泡菜總酸偏大，當299比例較少時，產(chǎn)酸較少。乳酸菌723的加入可以改善299單株菌所造成的過酸及口味單一，但是723占比例較高時，后期酸度過低。綜合感官評分和產(chǎn)酸量的結(jié)果選取299和723的比例為2∶1為發(fā)酵比例。

2.1.4 不同接種量對發(fā)酵牛蒡的影響

選取接種量為3%、5%、7%、9%（體積分數(shù)）4個水平，菌種比例為植物乳桿菌299∶乳酸菌723為2∶1，蔗糖添加量為4%（W/V），食鹽添加量為3%（W/V），氯化鈣濃度0.4%（W/V）在20℃~25℃下發(fā)酵8 d，進行pH，總酸度及評分測評。

圖4 不同接種量對總酸、pH及感官評分的影響Fig.4 Effectof inocu luMon totalacidity，pH valuesand sensory evaluation

如圖4a所示，接種量對發(fā)酵速度有較大的影響。接種量大時，產(chǎn)酸較快，雖然可以加快發(fā)酵酸度，抑制其他雜菌的生長，但由于短時間內(nèi)發(fā)生酸化，會使發(fā)酵牛蒡質(zhì)地發(fā)生軟化，影響質(zhì)地；但接種量較小時，由于菌株的生長緩慢，會使腐敗菌滋生，致使發(fā)酵失敗。綜合感官評分及產(chǎn)酸速度選取接種量為5%。

2.1.5 不同時間對發(fā)酵牛蒡的影響

發(fā)酵時間分別選取5、6、7、8、9 d 5個水平，植物乳桿菌299∶乳酸菌723為2∶1，接種量為5%（mL/mL），蔗糖添加量為4%（g/mL），食鹽添加量為3%（g/mL），氯化鈣濃度0.4%（g/mL）在20℃~25℃下發(fā)酵，進行pH，總酸度及評分測評。

圖5 不同發(fā)酵時間對總酸和pH的影響Fig.5 Effectof fermentation tiMeon totalacidity and pH values

如圖5a可以看出，隨著時間的增加，泡菜酸度慢慢增加，第7天起酸度增加緩慢，說明發(fā)酵成熟。由圖5b可以看出，當7天時，口感較好，而第6天時其酸度偏低，所以選擇第7天作為發(fā)酵時間結(jié)束點。

2.2 正交試驗分析確定發(fā)酵牛蒡的最佳工藝

根據(jù)上述單因素試驗結(jié)果，對發(fā)酵牛蒡品質(zhì)有影響的蔗糖添加量、接種量、食鹽添加量3個因素進行L9（33）正交試驗優(yōu)化，正交試驗設(shè)計及結(jié)果見表3。

表3 優(yōu)化發(fā)酵工藝正交試驗結(jié)果與分析Table3 Resultsand analysisof orthogonal tests for optiMal ferMentation

表4 正交試驗結(jié)果方差分析Table4 Varianceanalysisof resultsof orthogonalexperiment

由表3及表4可以看出，影響牛蒡泡菜因素的主次順序為蔗糖添加量＞食鹽添加量＞接種量，即3個因素中蔗糖添加量對牛蒡泡菜的影響最大，食鹽添加量對牛蒡泡菜的影響次之。正交試驗優(yōu)化結(jié)果顯示，牛蒡泡菜最佳發(fā)酵工藝為A3B2C2，最佳發(fā)酵條件為蔗糖添加量為5%（g/mL），接種量為5%（mL/mL），食鹽添加量3%（g/mL），氯化鈣濃度0.4%（g/mL）在20℃～25℃下發(fā)酵7 d。

2.3 牛蒡泡菜理化指標的測定

以上述最優(yōu)工藝進行牛蒡泡菜發(fā)酵，對樣品分別進行固形物、水分、食鹽、總酸、亞硝酸含量測定。結(jié)果如表5所示。

表5 牛蒡泡菜理化指標測定結(jié)果Table5 Resultsof cheMical index for burdock kiMchi

如表5所示，5個指標均在參考范圍之內(nèi)。其中總酸為1.03%，此時牛蒡酸度適中，配方中蔗糖的添加，使得泡菜酸爽可口，容易被大眾消費者接受。亞硝酸鹽含量為4.05mg/kg，發(fā)酵泡菜中亞硝酸鹽含量較低主要由于在較低pH下，乳酸菌可以產(chǎn)生亞硝酸鹽還原酶進行酶降解有關(guān)[8]。我國的國家標準GB5009.33-2010《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽測定》中規(guī)定，泡菜的亞硝酸鹽含量不應(yīng)該超過20mg/kg，而牛蒡泡菜中亞硝酸鹽含量遠遠低于國標，符合國家生產(chǎn)要求。

3 結(jié)論

綜上所述，經(jīng)過優(yōu)化得出的牛蒡泡菜最佳發(fā)酵條件為蔗糖添加量為5%（w/v），接種量為5%（體積分數(shù)），食鹽添加量為3%（w/v），氯化鈣濃度0.4%（w/v）在20℃～25℃發(fā)酵7 d。以最優(yōu)條件發(fā)酵泡菜可以快速降低體系中的pH，提高產(chǎn)酸速率，縮短發(fā)酵周期，同時亞硝酸鹽的含量遠低于國家標準。經(jīng)發(fā)酵后，牛蒡泡菜的風味酸爽可口，豐富了牛蒡產(chǎn)品的形式，為牛蒡泡菜的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。

[1]焦巧芳,竺利紅,施躍峰.泡菜的營養(yǎng)保健價值及其規(guī)模化生產(chǎn)的研究進展[J].安徽農(nóng)學通報,2009,15(7)：56-58

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Fermentation Process of Burdock KiMchiby Lactobacillus

YANG Jia-huai，KANGRan，LIHui，WANGYan-ping*
（Key Laboratoryof Food Nutrition and Safety（Tianjin University of Science&Technology），Ministry of Education，Tianjin 300457）

Thisexperimenton the burdock as rawmaterial，adding lactobacillus fermentation burdock kimchi. The best fermentation conditionswere determined by single factor test and orthogonal experiment as follows：sucrose concentration 5%（g/mL），saltconcentration 3%（g/mL），and thestrainsproportion of299 to723was2∶1，inoculums 5%（ml/mL）.Then the burdock kimchiwas fermented 7 d at20℃-25℃.According to the above method，the fermented burdock kimchi showed a good characteristic of texture and acidity.Furthermore，the concentration ofnitritewas lower than national food safety standard.Thus，the fermented processofpepperpickle hasprospectofindustrialization.

burdock；lactic acid bacteria；fermentation conditions；nitrite

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.18.013

2014-09-15

“十二五”科技部高技術(shù)發(fā)展研究計劃‘863計劃’（2011AA100904）

楊加懷（1990—），男（漢），在讀碩士，研究方向：食品生物技術(shù)。

*通信作者：王艷萍（1962—），女（漢），教授，博士，研究方向：食品生物技術(shù)。