棗陽酸漿水來源乳酸菌對泡菜及泡菜水發酵品質的影響

代程洋，陳江紅，郭 壯，張振東，馬 磊，雷 敏*

（1.湖北文理學院 食品科學技術學院 鄂西北傳統發酵食品研究所，湖北 襄陽 441053；2.棗陽市食品藥品監督管理局，湖北 棗陽 441021）

泡菜是我國傳統發酵食品之一，它以各類蔬菜為主要原料，經中低濃度鹽水泡漬發酵而成[1]。蔬菜經發酵后生成大量酸味成分，經適當調味后，具有“新鮮、清香、嫩脆、味美”的特點，作為餐桌上的開胃菜，廣受大眾喜愛[2]。泡菜在制作中經乳酸菌發酵后產生多種生物活性物質，可抑制便秘、降低直腸癌發病率、降低血清膽固醇含量等[3]。泡菜的加工制作主要有自然發酵和人工接種發酵兩種方式[4]。傳統的自然發酵工藝制作環境相對開放，因此，泡菜中微生物群落豐富而復雜，每次發酵的菌群結構不僅不易控制，而且可能混有少量其他腐敗菌等有害微生物，對泡菜的品質和安全性均構成一定的威脅[5-6]；而純種發酵不僅保證了產品的穩定性和安全性，更能通過合適的發酵劑配比來縮短生產周期，是目前規模化、標準化生產的方向[7]。由于純種發酵的泡菜風味和口感往往不及自然發酵，目前，國內外對此展開了較多的研究。JUNG Y J等[8]在保證泡菜風味和口感的前提下，建立了一套完善的泡菜人工接種發酵體系；王秋霞等[9-10]比較了自然發酵與人工接種發酵泡菜風味的差異，結果表明，人工接種發酵生產的泡菜與自然發酵方式生成的風味物質非常接近，但揮發性物質種類較少且相對百分含量較低可能是純種發酵泡菜風味欠佳的原因；劉春燕等[11]對不同乳酸菌純種發酵泡蘿卜的風味進行研究發現植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）發酵的泡菜中乳酸含量最高。以上研究對于開發適于泡菜工業生產的發酵劑、提高泡菜的生產效率具有重要的意義。

襄陽市棗陽地區酸漿面是入選湖北省非物質文化遺產的著名小吃，其主要呈味原料—酸漿水的制作工藝與泡菜相似。酸漿面味道酸香可口，其中乳酸菌是泡菜發酵的優良菌種資源，亟待進一步地開發。本研究利用分離自酸漿水的15株植物乳桿菌和15株發酵乳桿菌發酵蘿卜制備泡菜，對泡菜的質構特性及泡菜水的理化性質進行研究，并結合電子鼻、電子舌技術和主成分分析（principal component analysis，PCA）、典型相關分析（canonical correlation analysis，CCA）對泡菜水的風味品質進行測定和評價，從而為開發適于泡菜或其他發酵食品人工接種的微生物資源奠定一定的理論基礎。

1 材料及方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 菌株

15株發酵乳桿菌（編號HBUAS53177～HBUAS53180、HBUAS53185～HBUAS53187、HBUAS53189、HBUAS53191、HBUAS53194和HBUAS53198～HBUAS53202）、15株植物乳桿菌（編號HBUAS53188、HBUAS53192、HBUAS193、HBUAS53220～HBUAS52223、HBUAS53236～HBUAS53238、HBUAS53257、HBUAS53258、HBUAS553265、HBUAS53266和HBUAS53269）：均分離自棗陽酸漿水，保存于本實驗室。

1.1.2 試劑

食鹽（分析純）：市售；蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸和琥珀酸（純度均為99.5%）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.3 培養基

乳酸細菌（MRS）培養基：葡萄糖20 g、蛋白胨10 g、牛肉膏10g、酵母粉5g、檸檬酸二銨2g、K2HPO42g、乙酸鈉5g、MgSO4·7H2O 0.58 g、MnSO4·H2O 0.25 g、吐溫-80 1 mL，蒸餾水定容至1 L，121℃滅菌15 min。

1.2 儀器與設備

5810R臺式高速冷凍離心機：德國Eppendorf公司；PHS-25數顯pH計：上海儀電科學儀器股份有限公司；Abbemat350全自動折光儀：奧地利安東帕公司；SA-402B電子舌：日本Insent公司；PEN3電子鼻：德國Airsense公司；TA.XT plus質構儀：英國SMS公司；UitraScan全自動多功能色度儀：美國HunterLab公司；LC-20ADXR高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）儀：日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 泡菜的工藝流程及操作要點

原料篩選→清洗切條→原料裝壇→加入冷卻的沸水→加入食鹽→接種乳酸菌→密封發酵→泡菜成品

操作要點：挑選無蟲蛀，無腐壞，規格、品質相同的白蘿卜，洗凈后切成蘿卜條（1 cm×1 cm×5 cm）備用。將蘿卜（34%）、食鹽（4%）、冷卻后的沸水（62%）按比例加入泡菜壇中。按照每2.5 L泡菜水接種5 mL菌液（107CFU/mL）的接種量將30株乳酸菌分別接入30個泡菜壇中，每一株菌對應一個泡菜壇，密封后于25℃條件下發酵7 d，以不添加乳酸菌進行自然發酵的泡菜為對照組。

1.3.2 泡菜質構的測定

從每個泡菜壇中選取5根相同長度的蘿卜條，參照汪立平等[13-14]的方法采用質構儀進行穿刺測試。

1.3.3 泡菜水理化性質的測定

總酸含量：參照GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》方法進行測定；可溶性固形物含量：參照胡伯凱等[15]的方法進行測定；有機酸含量：參照田輝等[16-17]的方法進行測定；pH值：采用pH計測定[18]；色度：參照黃盛藍等[19]的方法采用透射模式對樣品的亮度值（L*）、紅度值（a*）和黃度值（b*）進行測定，每個樣品平行測定3次。

1.3.4 泡菜水風味物質的測定

氣味的測定：參照錢琴蓮等[20]的方法，使用電子鼻測定泡菜水的氣味。測定樣品時，探頭插入電子鼻樣品瓶中距離應相同，選取49s、50s和51s時的平均值為測試數據。

滋味的測定：樣品預處理：取150 mL泡菜水樣品，10 000 r/min離心5 min，取上清液，用純水稀釋3倍。參照郭壯等[21]的方法使用電子舌測定泡菜水樣品中的酸、苦、澀、鮮和咸味味值。每個樣品重復測4次，選取后3次測量的數據進行后續分析，同時在數據處理時將對照組樣品的各滋味指標設置為0。

1.3.5 數據處理與統計分析

使用SAS軟件對泡菜水的風味進行主成分分析[22]；使用Matlab2012a軟件進行典型相關分析；使用Origin8.5軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同乳酸菌發酵泡菜理化性質的分析

選用分離自棗陽酸漿水的30株乳酸菌制作泡菜，并對泡菜的質構特性（硬度、脆性、咀嚼性）及泡菜水的理化性質（總酸、pH值、可溶性固形物含量及色度）進行檢測，結果如表1所示。

由表1可知，在泡菜的質構特性上，發酵乳桿菌制作的泡菜的咀嚼性顯著高于植物乳桿菌制作的泡菜（P＜0.05），其平均值分別為594.05 mJ和539.29 mJ，而在硬度和脆性上無顯著性差異（P＞0.05）；且用發酵乳桿菌或植物乳桿菌制作的泡菜的硬度、脆性和咀嚼性均顯著高于自然發酵對照組（P＜0.05）。對泡菜水的檢測發現，兩種不同乳酸菌發酵的泡菜水的總酸含量、pH值均與自然發酵對照組無顯著性差異（P＞0.05），且可溶性固形物含量均為1.34%。兩種不同乳酸菌發酵的泡菜水的亮度值（L*）和黃度值（b*）存在顯著差異（P＜0.05），且發酵乳桿菌發酵的泡菜水的色度與自然發酵對照組無顯著差異（P＞0.05）。

表1 不同乳酸菌發酵泡菜的質構特性及泡菜水的理化性質測定結果Table 1 Determination results of texture characteristics of kimchi and physical and chemical characters of kimchi juice fermented by different lactic acid bacteria

酸味是泡菜的主要味覺呈現之一，乳酸是泡菜中最主要的有機酸，其含量的多少對泡菜的品質有較大的影響[8]。對不同乳酸菌發酵泡菜的有機酸含量進行測定，結果如表2所示。

表2 不同乳酸菌發酵泡菜水中有機酸含量的測定結果Table 2 Determination results of organic acid contents in kimchi juice fermented by different lactic acid bacteria

由表2可知，不同乳酸菌發酵的泡菜水中主要有機酸均為乳酸，其中自然發酵對照組泡菜水中乳酸的含量顯著高于發酵乳桿菌（P＜0.05），略高于植物乳桿菌，而植物乳桿菌發酵的泡菜水中乳酸含量略高于發酵乳桿菌發酵的泡菜水，其平均含量分別為5.80 g/kg和4.31 g/kg；其次，植物乳桿菌發酵的泡菜水中琥珀酸含量為0.64g/kg，檸檬酸含量為0.28 g/kg，均顯著高于自然發酵對照組泡菜水（P＜0.05）；發酵乳桿菌制作的泡菜水中乙酸含量為1.34 g/kg，顯著高于自然發酵對照組泡菜水（0.28 g/kg）（P＜0.05）；另外，自然發酵對照組泡菜水中蘋果酸含量顯著高于純種發酵的泡菜水（P＜0.05）。

綜合上述結果，從總酸含量、有機酸的含量或種類上，植物乳桿菌或發酵乳桿菌制作的泡菜水與對照組泡菜水相比均未呈現明顯不足，且植物乳桿菌制作的泡菜水中乳酸含量與自然發酵組無顯著性差異（P＞0.05），顯示其具有應用于實踐生產的潛力。

2.2 不同乳酸菌發酵泡菜水的滋味分析

采用電子舌技術對棗陽地區不同乳酸菌發酵泡菜水的滋味進行分析，結果如圖1所示。

圖1 不同乳酸菌發酵泡菜水各滋味指標的分析Fig.1 Analysis of taste index of kimchi juice fermented by different lactic acid bacteria

由圖1可知，植物乳桿菌制作的泡菜水在酸味上顯著高于發酵乳桿菌制作的泡菜水（P＜0.05），而在苦味、澀味、咸味、鮮味、后味A（澀味的回味）、后味B（苦味的回味）和豐度（鮮味的回味）均無顯著性差異（P＞0.05）。由此可見，在泡菜的滋味品質上，由棗陽酸漿水分離的兩種乳酸菌僅影響泡菜的酸味，即植物乳桿菌制作的泡菜其酸味值更高。

2.3 不同乳酸菌發酵泡菜水的氣味分析

采用電子鼻技術對棗陽地區不同乳酸菌發酵制作的泡菜水的氣味進行研究，電子鼻各傳感器對不同泡菜水響應值的差異性分析如表3所示。

由表3可知，傳感器W1C和W3C對植物乳桿菌制作泡菜水的響應值顯著高于發酵乳桿菌制作的泡菜水（P＜0.05），比自然發酵對照組略高（P＞0.05）；而傳感器W1C和W3C主要對芳香類物質靈敏，由此表明，由植物乳桿菌制作的泡菜水的芳香類化合物含量比發酵乳桿菌制作的泡菜水高。另外，W6S傳感器（對氫氣敏感）對植物乳桿菌制作泡菜水的響應值顯著高于發酵乳桿菌（P＜0.05），且略高于自然發酵對照（P＞0.05）。傳感器W5S（對氫氧化物敏感）和W1W（對有機硫化物、萜類物質靈敏）對兩種乳酸菌制作泡菜水的響應值差異性均不顯著（P＞0.05），且均略高于自然發酵對照。

表3 不同乳酸菌發酵泡菜水各氣味指標的分析Table 3 Analysis of order index of kimchi juice fermented by different lactic acid bacteria

W2S（對乙醇靈敏）和W2W（對有機硫化物靈敏）對發酵乳桿菌制作的泡菜水的響應值顯著高于其他組（P＜0.05）。而傳感器W5C（對烷烴、芳香類物質敏感）、W1S（對甲烷敏感）和W3S（對烷烴類物質靈敏）對3組泡菜水的響應值均無顯著性差異（P＞0.05）。

由此可見，在泡菜的氣味品質上，由棗陽酸漿水分離的植物乳桿菌和發酵乳桿菌制作的泡菜水在氣味品質上與自然發酵對照組相比并未呈現明顯不足，且植物乳桿菌制作的泡菜水在芳香類物質的含量上更為豐富，顯示其可作為純種發酵直投劑的潛力。

2.4 泡菜水風味品質的主成分分析

泡菜水風味品質的主成分1和主成分2因子載荷圖如圖2所示。

圖2 基于主成分分析泡菜水風味品質的主成分1與主成分2因子載荷圖Fig.2 Factor loading diagram of main components 1 and 2 of kimchi juice flavor quality based on PCA

泡菜的風味主要由滋味和氣味決定，由圖2可知，第一主成分為氣味成分，貢獻率為37.08%；第二主成分為滋味成分，貢獻率為23.53%。第一主成分由W1C（對芳香類物質靈敏）、W3C（對芳香類物質靈敏）、W5C（對烷烴、芳香類物質靈敏）、W3S（對烷烴類物質靈敏）、W1W（對有機硫化物、萜類物質靈敏）、W1S（對甲烷靈敏）和W2S（對乙醇靈敏）7個傳感器指標構成，第二主成分由澀味和苦味兩個滋味指標構成。泡菜風味品質的主成分1和主成分2因子得分圖如圖3所示。

圖3 基于主成分分析泡菜水風味品質的主成分1與主成分2因子得分圖Fig.3 Factor score diagram of main components 1 and 2 of kimchi juice flavor quality based on PCA

由圖3可知，在第一主成分上，植物乳桿菌和發酵乳桿菌制作的泡菜水風味呈現明顯的分離趨勢，發酵乳桿菌在空間排布上位于右下角，相對應于圖2中W1W（對有機硫化物、萜類物質靈敏）、W1S（對甲烷靈敏）和W2S（對乙醇靈敏）傳感器，這也與表3中發酵乳桿菌對應的以上3種傳感器的數值較高相對應；而第二主成分的空間分布未能呈現明顯的分離趨勢，這與圖1中兩種乳桿菌制作的泡菜水其苦味和澀味無顯著性差異相對應。

進一步對兩種乳酸菌制作泡菜水的風味進行典型相關分析，結果如圖4所示。

圖4 植物乳桿菌和發酵乳桿菌發酵泡菜風味的典型相關分析Fig.4 Canonical correlation analysis of flavor quality of kimchi fermented by L.fermentatum and L.plantarum

由圖4可知，植物乳桿菌和發酵乳桿菌制作泡菜水的風味呈現明顯的分離趨勢，植物乳桿菌位于圖像的右側，發酵乳桿菌位于圖像的左側，這表明棗陽地區不同乳酸菌制作泡菜水的風味整體差異性顯著（P＜0.05）。

3 結論

本研究利用棗陽酸漿水來源的15株植物乳桿菌和15株發酵乳桿菌發酵制作泡菜，并對泡菜的質構特性、泡菜水的基本理化性質和風味進行了初步評價。結果表明，在質構特性上，發酵乳桿菌制作泡菜的咀嚼性較高（P＜0.05），且純種發酵制作的泡菜的硬度、脆性及咀嚼性均高于自然發酵對照組（P＞0.05）；在有機酸組成上，純種發酵制作的泡菜中乳酸含量與自然發酵相當，且在有機酸組成上與自然發酵相似；而其他理化性質并無明顯差異（P＞0.05）。電子舌檢測發現，植物乳桿菌制作泡菜水的酸味值大于發酵乳桿菌制作的泡菜水，而在苦味、澀味、咸味、鮮味、后味A、后味B和豐度均無顯著差異（P＞0.05）；電子鼻檢測發現，植物乳桿菌制作的泡菜水中芳香類化合物含量更高，且與自然發酵水平相當。綜上所述，用植物乳桿菌或發酵乳桿菌進行純種發酵制作的泡菜及泡菜水的品質與自然發酵制作的品質相似，盡管在理化特性上，發酵乳桿菌制作的泡菜表現出更好的咀嚼性，但植物乳桿菌制作泡菜的風味優于發酵乳桿菌制作的泡菜。結合兩種乳酸菌的優勢，將開發更為優質的應用于泡菜或其他發酵食品的直投式發酵劑。