超高壓處理泡菜的品質及殺菌效果研究

文連奎，路鑫，管文荻，董昕

（吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林長春130118）

泡菜是以新鮮蔬菜為原料，利用天然附著在蔬菜表面的有益微生物發酵產酸，以半固態發酵方式加工的發酵性腌漬菜[1]。其特點是“質脆、味香而微酸，不必再制就能食用”，具有蔬菜中豐富的纖維素和礦物質，能增進食欲，有解膩開胃，降低膽固醇，促消化等功效[2-5]。

超高壓技術（ultrahigh pressure technology）也稱為超高壓殺菌技術，是指利用100 MPa以上的壓力，在常溫或較低溫度條件下，使食品中的酶、蛋白質及淀粉等生物大分子改變活性、變性或糊化，同時殺死細菌等微生物的一種食品處理方法[6-8]。

延長泡菜的保藏期可采用熱殺菌、微波殺菌、添加大蒜等香辛料，這些方法有一定的效果，但是對產品品質有影響。采用超高壓技術對泡菜殺菌效果和品質影響的研究報道很少，本試驗采用超高壓技術處理泡菜，超高壓技術在殺菌的同時，可較好地保持食品原有的色、香、味及營養成分[9-11]，為泡菜保藏技術研究提供新的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘藍：市售，品種為平頭型；食用碘鹽，大蒜、姜、大料等輔料（食品級）：市售。

胰蛋白胨（生化試劑）、酵母浸膏（生化試劑）：北京奧博星生物技術有限責任公司；葡萄糖（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；瓊脂（生化試劑）：天津市科密歐化學試劑有限公司；氯化鈉、鹽酸 北京化工廠；月桂基硫酸鈉：北京鼎國昌盛生物技術有限責任公司；乳糖（分析純）：沈陽市試劑三廠。

1.2 儀器與設備

DL700-0.55*1.5超高壓等靜壓機：上海大隆機器廠；DZ-400/2L型真空包裝機：諸城市德興機械；手提式高壓蒸汽滅菌鍋：上海博訊實業有限公司；SW-CJ-2D型雙人單面凈化工作臺 蘇州凈化設備有限公司；PHS-3C數字酸度計 上海鵬順科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 泡菜工藝流程

原料→修整→清洗→瀝干→切分→稱重→裝壇→注鹽水及其它輔料→密封→發酵→稱重→裝袋（50 g/袋）→真空包裝密封→超高壓殺菌→成品

1.3.1.1 操作要點

1）甘藍切成長4 cm～5cm、寬4 cm～5 cm的方塊形。2）泡菜發酵時間：室溫下發酵8 d～12 d，以泡菜酸度為0.5%時即為發酵終止。

1.3.1.2 參考配方

食鹽2.5%～4.5%，蔗糖1.5%，味精0.5%，辣椒粉2%，姜2.5%，蒜2.5%，料酒2%，醋1%，花椒大料各0.1%，所有添加劑均符合國家食用標準。

1.3.2 樣品的超高壓處理

將腌制好的泡菜裝入聚乙烯復合袋中，真空密封，放入超高壓裝置中進行處理，按試驗設計進行，超高壓處理后的樣品和對照樣品在6 h內進行微生物檢測和感官評定。超高壓設備有效容積2 L，升壓速100 MPa/min，解壓時間15 s，壓力腔溫度為室溫。

1.3.2.1 超高壓的壓力、保壓時間、食鹽含量單因素試驗

因素水平為：壓力 200、250、300、350、400 MPa，保壓時間 5、10、15、20、25min，食鹽含量 2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%。

1.3.2.2 響應面法優化超高壓處理泡菜的殺菌工藝

根據超高壓壓力、保壓時間、食鹽含量3個單因素最佳工藝參數結果采用Box-Behnken Design進行試驗設計，選取壓力、保壓時間、食鹽含量（分別以A、B、C 表示），以-1、0、1 代表變量水平，按方程 X=（x-x0）/Δx對自變量進行編碼（X為變量的編碼值，Δx為變量的變化步長），以綜合評分Y為響應值。響應分析得出超高壓處理泡菜的殺菌工藝參數。

1.4 測定與評定方法

1.4.1 菌落總數死亡數量級的測定

菌落總數采用國標GB4798.2-2010平板計數法測定。菌落總數死亡數量級A[12]，A=-lgN/N0，式中：N為超高壓處理后1 g樣品的菌落總數，N0為對照1 g樣品的菌落總數。

1.4.2 大腸菌群的測定

大腸菌群采用國標GB4798.3-2010《大腸菌群MPN計數法》。

1.4.3 感官評定

1.4.3.1 評審小組的組成

評定小組由30人組成，男女各半，評定前由本人簡要評定過程中的注意事項，同時，給每人分發一份感官評定評分表。實驗前，對樣品進行秘密編號[13]。

1.4.3.2 感官評定標準

有關鹽漬（腌）菜或醬腌菜的行業標準較多，但還沒有國家標準（衛生標準除外）。本研究以SB/T10439-2007《醬腌菜中的感官特性》為參考，作為泡菜的品質評定標準[14]。從色澤、香氣、滋味、口感4個方面對超高壓處理后的泡菜進行感官評定，見表1。

表1 感官評定標準Table 1 Sensory evaluation standards

1.4.4 超高壓處理泡菜綜合評分的確定

菌落總數死亡數量級是衡量超高壓處理泡菜的殺菌效果的重要指標，菌落總數死亡數量級數值的高低直接影響泡菜的保藏性，進而影響泡菜的貨架期。感官評定是評定泡菜品質的重要指標，其分值的高低會影響泡菜的滋味、香氣、口感、色澤等，從而影響泡菜的商品價值。采用1.4.1中方法測定超高壓處理泡菜后的菌落總數死亡數量級為A，對產品進行感官評定，見1.4.3，得分記為B。綜合評分=50%×A+50%×B

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果與分析

2.1.1 超高壓的壓力對泡菜綜合評分的影響

當壓力為 200、250、300、350、400 MPa 時，菌落總數死亡數量級分別為 3.157、3.797、5.613、6.598、7.015，感官評定得分分別為 5.749、5.527、5.411、5.066、4.351，綜合評分見圖1。

圖1 壓力對泡菜綜合評分的影響Fig.1 The effect of synthetic mark of Pickles on the pressure

由圖1可知，隨著壓力的增加泡菜的綜合評分先增大后略微減小，最佳壓力為350 MPa。先升高是利用超高壓破壞菌體蛋白中的非共價鍵，使蛋白質高級結構破壞，從而導致蛋白質凝固及酶失活。超高壓還可造成菌體細胞膜破裂，使菌體內化學組分產生外流等多種細胞損傷，這些因素綜合作用導致了微生物死亡。但隨著壓力的增加，綜合評分下降，這可能是因為過大的壓力會影響樣品的感官品質，從而使綜合評分下降。

2.1.2 超高壓的保壓時間對泡菜綜合評分的影響

當保壓時間為 5、10、15、20、25 min 時，菌落總數死亡數量級分別為 3.087、4.293、5.416、6.169、6.315，感官評定得分分別 7.347、7.111、6.603、5.117、4.057，綜合評分見圖2。

圖2 保壓時間對泡菜綜合評分的影響Fig.2 The effect of synthetic mark of Pickles on the pressureholding time

圖2 顯示，在時間15 min時，綜合評分最高，時間太短樣品的菌落總數死亡數量級不理想，而保壓時間過長，會影響樣品的品質質量，從而降低了樣品的綜合評分。

2.1.3 食鹽含量對泡菜綜合評分的影響

當食鹽含量為2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%時，菌落總數死亡數量級分別為 4.895、5.224、5.413、5.427、5.617，感官評定得分分別 5.675、6.146、6.231、6.157、5.625，綜合評分見圖3。

圖3 食鹽含量對泡菜綜合評分的影響Fig.3 The effect of synthetic mark of Pickles on the salinity

圖3 表明，食鹽含量為2.5%時，樣品的感官品質和菌落總數死亡數量級皆不好，從而導致其綜合評分低；當食鹽含量為3.5%時，綜合評分達到最大值，食鹽含量對殺菌效果起到協同作用，當食鹽含量達到一定值后，食鹽含量對樣品的菌落總數死亡數量級影響不大。并且食鹽含量越大會影響樣品的感官品質，且違背了低鹽健康飲食的理念，因此確定最佳食鹽含量為3.5%。

2.4 響應面優化超高壓處理泡菜的殺菌工藝

2.4.1 響應面設計方案

選取超高壓的壓力、保壓時間、食鹽含量3個因素，進行Box-Behnken優化試驗。試驗因素水平設計見表2，響應面設計數據及結果見表3。

表2 超高壓處理響應面試驗因素水平Table 2 Coded values and corresponding actual values of the optimization parameters used in response surface analysis

表3 Box-Behnken Design試驗設計與結果Table 3 Box-Behnken experimental design and results

2.4.2 方差分析及顯著性檢驗

Design Expert軟件擬合分析，得出超高壓處理泡菜后的綜合評分與A、B、C 3個變量的方程模型：Y=+5.98+0.13A-0.11B+0.081C+0.035AB-0.041AC-0.45×10-2BC-0.29A2-0.28B2-0.19C2

式中：Y為超高壓處理泡菜后的綜合評分，A、B、C分別為超高壓的壓力、保壓時間、食鹽含量。對超高壓處理泡菜后的綜合評分的數據進行方差分析，結果見表4。

由表4可知，試驗模型極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著（P=0.202 8）。各因素對得率影響大小順序：壓力＞保壓時間＞食鹽含量。

表4 方差分析及顯著性檢驗Table 4 Results of variance analysis and significance test

一次項 A、B、C 極顯著，二次項 AB、AC 顯著，A2、B2、C2極顯著，其余不顯著。擬合度R2=0.9977。說明該模型設計合理，可以用來分析預測超高壓處理泡菜的綜合評分。

2.4.3 響應面分析

從圖4（a）可知，超高壓的壓力在340 MPa～375MPa、保壓時間 12.5 min～15.5 min時，泡菜的綜合評分較大。綜合評分隨壓力和保壓時間的增加先增加后降低。由圖4（b）中可看出，綜合評分隨壓力的增加而先增加后降低，隨食鹽含量的增加而先輕微的增加后降低，變化幅度較小，這在以前的單因素試驗中也觀察到此現象，可能是食鹽含量對綜合評分的變化影響較小。由圖4（c）顯示，保壓時間在12 min～15.5 min范圍內時，泡菜的綜合評分可達到最佳范圍值。保壓時間小于17.5 min、食鹽含量小于3.25%時綜合評分較低。綜合評分值隨保壓時間增加而先增加后減小。

圖4 各兩因素交互作用對超高壓處理泡菜的綜合評分的響應面與等高線圖Fig.4 Response surface and contour plots for the interaction effects of process conditions on the synthetic mark of pickles with ultrahigh pressure

2.4.4 響應面優化下超高壓處理泡菜的綜合評分

響應面優化工藝參數：壓力359.36 MPa、保壓時間14.05 min、食鹽含量3.59%的條件下，超高壓處理泡菜的綜合評分理論值6.010。考慮實際操作性，將參數調整為壓力350 MPa、保壓時間15 min、食鹽含量3.5%，進行3組平行試驗，平均綜合評分為5.993，與理論值的誤差為0.28%。驗證了響應面優化工藝參數的準確可靠性，說明試驗具有實際應用價值。

3 結論

通過單因素試驗和響應面設計，得出超高壓處理泡菜的最佳工藝參數為壓力350MPa、保壓時間15min、食鹽含量3.5%，此時泡菜的綜合評分可達5.993。在此條件下泡菜的口感好，大腸菌群檢測均為陰性。選用超高壓技術不僅使泡菜達到殺菌的效果，而且保留了泡菜的感官品質。超高壓技術耗時少，在生產過程中可有效地提高生產效率。對超高壓處理泡菜的殺菌工藝優化，可以用于泡菜的現代化、產業化生產，帶動泡菜產業的發展。

[1]吳勤民.泡菜工藝及貨架期研究[J].廣西輕工業,2006,97(6):25-26

[2]黃業傳.提高泡菜品質的研究[J].食品工業,2006(5):24-25

[3]姜燕,田鳴華.泡菜腌醬菜的營養及家庭制作[J].食品加工,2005,9(54):34-35

[4]鄭炯,黃明發.泡菜發酵生產的研究進展[J].中國調味品,2007(5):22-23

[5]趙喜茹,鄭其良.影響泡菜的因素及其質量控制[J].江蘇調味副食品,2005,22(1):28-30

[6]劉文聰.超高壓技術在食品加工中的應用[J].福建輕紡,2010(5):28-29

[7]Cruz N,Capellas M,Hernandez M.Ultrahigh pressure homogenization of soymilk:Microbiological,physicochemical and microstructural characteristics[J].Food Research International,2007(40):725-732

[8]Diels AM,Callewaert L,Wuytack EY,et al.Inactivation of Escherichia coli by high-pressure homogenisation is influenced by fluid viscosity but no by water activity and product composition[J].International Journal of Food Microbiology,2005(101):281-291

[9]霍金亮,蘇平,那宇.軟包裝榨菜的超高壓殺菌工藝研究[J].食品發酵工業,2008,34(1):80-81

[10]Kyung-Hyun Sohn,Hyong-Joo Lee.Effects of high pressure treatment on the quality and storage of kimchi[J].International Journal of Food Science and Technology,1998(33):359-365

[11]Pereda J,Ferragut V,Guamis B,et al.Effect of ultrahigh-pressure homogenisation on natural-occurring micro-organisms in bovine milk[J].Milchwissenschaft,2006(61):245-248

[12]周存山,王允祥,楊虎清,等.超高壓處理對雞腿菇菌落總數的影響[J].中國食用菌,2008,27(4):24-27

[13]張勁松,丁亞西,劉長嬌,等.超高壓方便玉米粥生產工藝的優化[J].食品工業科技,2010,31(9):249-250

[14]陳功.中國泡菜的品質評定與標準探討[J].食品工業科技,2009,30(2):336-338