辣白菜制作工藝優化

張 文,徐梓焓,謝建美,張 樂,車興艷,王先超

(西南科技大學生命科學與工程學院,四川綿陽 621010)

辣白菜屬發酵食品,作為朝鮮族飲食文化中一個獨特的存在,不但具有豐富的營養價值,還具有很多調節人體生理機能的保健和醫療作用,可解膩解酒、助消化、抗腫瘤等[1-4]。

近年來隨著人民膳食結構的不斷調整和食品工業的不斷發展,我國的腌菜市場產銷量呈逐年上升的趨勢。很多企業將發酵后的辣白菜制成粉末或液狀,成為辣白菜調味品,用于油炸、燒烤、方便面料包等,遠銷國外[5-6]。辣白菜的營養價值越來越被大眾所認可[7-9]。腌制辣白菜需要加入食鹽、糖、蘋果梨、洋蔥、蔥、蒜及特色輔料魚露等,適當輔料的添加不但能提升辣白菜的風味特色,還能促進辣白菜初期的乳酸發酵,使其提早進入適口性發酵期,更有利于減少亞硝酸含量[10-12]。研究發現,蘋果梨富含維生素C及B1、B2等多種維生素和鈣、磷、鐵等營養成分,可增進食欲、助消化,還可使辣白菜更加爽口[10],因此本文將蘋果梨添加至辣白菜中,觀察其對辣白菜品質的影響。

現有腌制蔬菜方面的研究主要是優化發酵工藝、分析微生物多樣性、篩選優勢菌群等[13],但對其中品質指標的分析研究相對較少。本研究以辣白菜為研究對象,研究不同工藝條件對辣白菜品質指標(還原糖含量、總酸含量、pH和亞硝酸鹽含量)的影響,并通過正交試驗確定辣白菜的較優工藝條件,為高品質辣白菜生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白菜、蘋果梨、蘿卜、蔥、姜、蒜、白糖等 購自當地農貿市場;辣椒粉、糯米粉、食用鹽、清靜園魚露 購自超市;氯化鈉、硝酸、硫酸鐵銨、硫氰酸鉀、95%乙醇、乙醚、亞鐵氰化鉀等 均為分析純,成都市科龍化工試劑所;鄰苯二甲酸氫鉀 分析純,上海精化研究研究所;酚酞 分析純,成都金山化學試劑有限公司;亞硝酸根標準溶液(GSB 04-2839-2011) 濃度1000 μg/mL,國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

XMTS-9000恒溫干燥箱 余姚市工業儀表二廠;KQ3200E型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;DL-1萬用電爐 中興偉業儀器有限公司;UV-5800PC紫外可見分光光度計 上海元析儀器有限公司;pH510型pH計 美國EUTECH公司;恒溫培養箱 上海一恒科學儀器有限公司;HH-4恒溫水浴鍋 常州澳華儀器有限公司;YF/E-150B電子分析天平 上海賽多利斯儀器系統有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 辣白菜制作工藝 選取新鮮勻稱、無蟲害、無壞葉、無空心的大白菜,剔除白菜外部的老葉、黃葉和根,洗凈;將大白菜均勻切成四半,瀝水,加一定量的鹽,放入泡菜壇中腌制24 h;之后將腌制好的白菜用清水洗凈,瀝水,并檢測鹽度;醬汁的制備：首先將糯米粉與水按1∶10比例混合并煮沸，熬成糊狀后關火冷卻；取白菜質量6%的糯米糊，添加白菜質量1%的蒜，姜，蔥、辣椒粉、蘿卜、韭菜和洋蔥，一起加入榨汁機打磨成醬汁，與一定量的糖和蘋果梨及2.5%添加量的魚露混勻,均勻地抹在瀝水后的白菜上;將抹好不同配比配料的辣白菜放入發酵盒中,密封后再將其放入4 ℃的恒溫培養箱中低溫發酵一定時間[14]。

1.2.2 單因素實驗 以還原糖、總酸、pH、亞硝酸鹽作為評價辣白菜品質的理化指標,分別研究鹽度、蘋果梨添加量、發酵時間、糖添加量對辣白菜理化指標和感官評定的影響。不同食鹽濃度對腌菜的營養品質有很大影響,一般以初腌后鹽度為2.5%左右為宜[15-17]。本研究探索不同鹽度(1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%)對辣白菜各理化指標和感官的影響,此時固定蘋果梨添加量、發酵時間和糖添加量分別為6%、10 d和3%;研究不同蘋果梨添加量(2%、4%、6%、8%、10%)對辣白菜各理化指標和感官的影響,此時固定鹽度、發酵時間和糖添加量分別為2.5%、10 d和3%;研究不同發酵時間(2、6、10、14、18 d)對辣白菜各理化指標和感官的影響,此時固定鹽度、蘋果梨添加量和糖添加量分別為2.5%、6.0%和3%;研究不同糖添加量(1%、2%、3%、4%、5%)對辣白菜各理化指標和感官的影響,此時固定鹽度、蘋果梨添加量和發酵時間分別為2.5%、6%和10 d。

1.2.3 正交試驗 在單因素實驗基礎上,確定正交試驗因素及水平,以還原糖、總酸、pH、亞硝酸鹽和感官評定計算綜合評分作為評價依據,設計正交試驗,確定較優的辣白菜工藝條件組合。根據單因素實驗結果,同時結合現有研究中較優的腌制菜制作因素水平等[17-18],選取鹽度2.0%、2.5%和3.0%,蘋果梨添加量5%、6%和7%,發酵時間9、10和11 d,糖添加量2.5%、3.0%和3.5%,進行正交試驗。選擇L9(34)的正交表,進行多指標有重復的正交試驗。正交試驗因素及水平匯總于表1。

表1 正交試驗因素及水平Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

1.2.4 辣白菜理化指標檢測 對選取的各理化指標按照下列選取的方法測定。還原糖的測定:采用直接滴定法進行測定[19];pH和總酸的測定:pH的測定采用pH(酸度)計測定,總酸的測定采用GB/T 12456-2008食品安全國家標準《食品中總酸的測定》中的酸堿滴定法[20];亞硝酸鹽含量的測定:采用鹽酸萘乙二胺法(即格里斯試劑比色法)[21-22];鹽度的測定采用GB 5009.33-2016食品安全國家標準《食品中氯化物的測定》中的佛爾哈德法(即間接沉淀滴定法)[23]。

1.2.5 感官評定 感官評定由10名(5男5女)經過專門訓練的人員構成。感官評定人員評定前用20 ℃水漱口,每個樣本間隔1 min,評定人員之間獨立打分,對評價結果取平均值,按照表2的方法和標準進行感官評定[24]。

表2 辣白菜感官評定評分標準Table 2 Standards for kimchi sensory evaluation

1.2.6 綜合評分法 由于本試驗是多指標正交試驗,因此在進行優化時采用綜合評分法將多指標整合為綜合評分[25]。根據各指標的重要程度不同,本研究以公式(1)為例,對5個指標加權求和計算綜合評分:

綜合評分=0.5×感官評分+0.2×亞硝酸鹽評分+0.1×還原糖評分+0.1×總酸評分+0.1×pH評分

式(1)

其中,還原糖、總酸、pH和亞硝酸鹽評分采用排隊評分法將各指標含量轉化為評分[25]:把每項指標的優秀值定為滿分,對其它試驗組合所得的該指標值,視其與該優秀值的差異按比例打分。

1.3 數據處理

實驗每個處理設置3次重復。數據分析與統計使用軟件Microsoft Excel 2010和IBM SPSS Statistics 20。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果與分析

2.1.1 亞硝酸鹽標準曲線 亞硝酸鹽標準曲線如圖1所示。該標準曲線線性擬合度高(R2=0.9998),可用于辣白菜亞硝酸鹽含量測定。

圖1 亞硝酸鹽標準曲線Fig.1 Nitrite standard curve

2.1.2 鹽度對辣白菜理化指標的影響 鹽度對辣白菜各理化指標影響如圖2所示。當鹽度小于2.5%時,還原糖含量增加明顯,當鹽度大于2.5%時,還原糖含量繼續增加但趨于平緩。同時，隨著鹽度的增加總酸逐漸減小、pH逐漸增大。該結果與李淑媛等[26]研究結果類似。這是因為鹽度增加抑制了微生物生長，使得還原糖轉化效率變低，減緩發酵產酸過程，從而還原糖剩余增多，總酸降低，pH升高。亞硝酸鹽含量隨鹽度的增加呈較明顯的降低趨勢,當鹽度大于3.0%后,其下降速度有所減緩。說明鹽度的增加可抑制亞硝酸鹽的生成,但在鹽度增大到一定程度后,抑制亞硝酸鹽生成的作用逐漸減小。傳統的發酵蔬菜品質不穩定,亞硝酸鹽含量較高,我國食品安全國家標準GB 2714-2015規定醬腌菜中亞硝酸鹽含量不得超過20 mg·kg-1。在各條件下亞硝酸鹽含量均滿足要求,此外,鹽度2.5%時感官評分最高。因而正交試驗中主要依據感官評分選擇研究因素水平為2.0%、2.5%和3.0%。

圖2 鹽度對各理化指標的影響Fig.2 Effect of salinity on physicochemical index

2.1.3 蘋果梨添加量對辣白菜理化指標的影響 蘋果梨添加量對辣白菜理化指標影響如圖3所示。還原糖和總酸隨蘋果梨添加量的增加而增大,pH隨著蘋果梨添加量的增加而減小,原因是由于蘋果梨為辣白菜乳酸發酵過程提供了供乳酸發酵的糖類,進而增加了產酸量。蘋果梨添加量在6%以內時,亞硝酸鹽隨蘋果梨添加量的增加而顯著降低(p<0.05),但之后影響不明顯,與李范洙等[20]結果一致。這可能是因為發酵產生的乳酸在一定程度內有抑制亞硝酸鹽生成的作用,含量過高抑制作用不再增加。蘋果梨中含豐富的礦質營養元素,與人類的健康有著密切的關系,并且蘋果梨的添加能夠增加辣白菜的營養和風味物質[20,27]。蘋果梨添加量為6%時感官評分較高,這與張蕾[10]研究結果一致。同樣,在亞硝酸鹽含量均滿足要求條件下,正交試驗中主要依據感官評分選擇研究因素水平為5%、6%和7%。

圖3 蘋果梨添加量對各理化指標的影響Fig.3 Effects of apple-pear addition on physicochemicl index

2.1.4 發酵時間對辣白菜理化性質的影響 發酵時間對辣白菜理化指標的影響如圖4所示。還原糖含量隨發酵時間的增加而減少,發酵時間在10 d前呈較快下降的趨勢,10 d后下降速度有所減緩。隨著發酵時間的增加,總酸逐漸增大,pH逐漸減小,這是因為發酵過程辣白菜持續進行乳酸發酵,產生的酸逐漸堆積。亞硝酸鹽含量隨著發酵時間先增大,至第6 d之后再逐漸減小,至第10 d后趨于穩定。這是由于發酵初期，泡菜中微生物生長較快，微生物將蔬菜中的硝酸鹽氧化成亞硝酸鹽；而隨著微生物代謝活動持續，氧氣消耗殆盡，環境不利于除乳酸菌以外的其它微生物生長，與此同時，蔬菜自身以及外部添加劑(如蘋果梨)的維生素C等物質不斷將亞硝酸鹽還原，因此亞硝酸鹽含量又逐漸降低并趨于穩定。發酵時間為10 d時感官評分最高,正交試驗選擇研究水平為9、10和11 d。

圖4 發酵時間對各理化指標的影響Fig.4 Effect of fermentation time on physicochemica index

2.1.5 糖添加量對辣白菜理化指標的影響 糖添加量對辣白菜理化指標的影響如圖5所示。隨著糖添加量的增加,還原糖逐漸增加,總酸逐漸增大、pH逐漸減小。這是由于糖在水解后參與乳酸發酵,發酵越充分,產酸量越多。亞硝酸鹽含量以糖添加量3%為轉折點,以先快后慢的速度降低。出現這種情況同樣可能是因為乳酸含量較大的情況下,對亞硝酸鹽的生成有抑制作用,但超過一定含量后,抑制亞硝酸鹽生成的作用將逐漸減小。糖添加量為3%時感官評分最高,正交試驗中選擇因素研究水平為2.5%、3.0%和3.5%。

圖5 糖添加量對各理化指標的影響Fig.5 Effect of sugar addition on physicochemical index

2.2 正交試驗結果

根據單因素實驗,取感官值最優時所對應的各因素水平為優秀值:取還原糖含量0.13%為優秀值(100分),總酸0.43%為優秀值(100分),pH4.2為優秀值(100分),由于亞硝酸鹽含量越低越好,本文取正交試驗中最低值定為優秀值(100分),計算得出正交試驗中各試驗組合的綜合評分如表3所示。正交試驗結果和方差分析結果如表3和表4所示。方差分析結果表明,鹽度對辣白菜綜合評分的影響顯著(p<0.05),蘋果梨添加量和發酵時間對辣白菜綜合評分影響極顯著(p<0.01),且各因素影響大小的主次順序為:發酵時間>蘋果梨添加量>鹽度>糖添加量。再次,根據多重比較結果確定最優組合[28]。由表5可知,在不考慮經濟成本情況下,綜合評分最優的組合為A2B3C1D3,即鹽度2.5%,蘋果梨添加量為7%,發酵時間9 d,糖添加量3.5%。

表3 正交試驗結果Table 3 Orthogonal test results

表4 正交試驗設計的綜合評分方差分析結果Table 4 Results of variance analysis for the comprehensive score of the orthogonal design

表5 各因素不同水平的多重比較結果Table 5 Results of multiple comparisons for the different levels of test parameters

2.3 最優工藝辣白菜的驗證及相關指標檢測

按照正交試驗所得綜合評分最高的最優工藝條件(A2B3C1D3)進行驗證,綜合評分為(94.80±2.23)分,該工藝條件下,辣白菜表面色澤鮮亮,均勻一致;脆嫩適口滑溜,葉肉柔軟;有柔和酸味和濃白菜清香味,無其它異味;致密,厚重,無裂縫,平整且表面光滑;對得到最優工藝的辣白菜的水分、鹽度(以氯化鈉計)、亞硝酸鹽、總酸等理化指標進行檢測,得到最優工藝的辣白菜水分為84.2%±0.87%,鹽度為2.59%±0.34%,亞硝酸鹽為(3.29±0.21) mg·kg-1,總酸為0.41%±0.06%,均滿足行業標準SB/T 10439-2007要求。

3 結論

辣白菜品質與輔料的種類和添加比例有密切關系。單因素實驗結果表明隨著鹽度增加,總酸逐漸減小、pH逐漸增大,并能有效降低亞硝酸鹽含量;糖、蘋果梨的添加能夠為辣白菜的乳酸發酵提供還原糖,降低其中亞硝酸鹽的含量。

通過正交試驗得出一種制作辣白菜的優化工藝為:鹽度2.5%,蘋果梨添加量為7%,4 ℃條件下發酵時間9 d,糖添加量3.5%,此時綜合評分為(94.80±2.23)分。該工藝條件下制作的辣白菜符合國家標準GB 2714-2015及行業標準SB/T 10439-2007。該工藝條件可執行性強,可為實際生產提供理論依據,在實際生產應用中還需結合經濟成本分析進一步優化工藝條件。