自然與乳酸菌強化發酵過程中紅酸湯品質變化

吳 姝，李金玲，龍麗麗，楊婷婷，王 優，李剛鳳，

（1.銅仁學院 材料與化學工程學院，貴州 銅仁 554300；2.貴州六盤水美味園食品有限公司，貴州 六盤水 551000）

紅酸湯起源于貴州黔東南地區，經傳統工藝自然發酵而成，發展至今已成為最具有代表性的“酸食”之一，現今出現的多個酸湯品種中以凱里紅酸湯最為出名[1]。貴州紅酸湯是以鮮紅辣椒、番茄為主要原料，輔以生姜、大蒜、白酒、糯米粉等，破碎裝壇，在自然條件下經過環境中自帶的乳酸菌發酵而成的一種富有民族特色的調味品兼食品[2]。成品色澤鮮紅；細度均勻，無霉花浮膜現象，粘稠適中，無分層；酸辣醇厚、回味酸甜，深受海內外游客青睞，并且在2009年，凱里紅酸湯與內蒙古涮羊肉火鍋底料、重慶火鍋底料共同被中國食品協會評為我國三大特色火鍋底料[3]。紅酸湯不僅營養豐富，還是一種高鉀低鈉型食品，具有改善心血管功能[4]，降脂減肥[5]，保護視力[6]，并可調節人體腸道菌群狀態、增強免疫力[7]，提高人體新陳代謝[8]等重要作用，其中紅酸湯中的辣椒堿因具有藥物功能而被稱為“軟黃金”[9]，番茄紅素則有很強的抗氧化作用，可清除自由基、增強免疫力等[10-11]。

隨著國家與當地政府對貴州民族特色食品傳承與開發的大力支持，紅酸湯調味品在貴州飲食鏈上扮演著無可取代的地位。目前，紅酸湯的制作仍以自然發酵為主，易受發酵周期、加工衛生條件的影響，難以保證酸湯品質穩定，同時也給紅酸湯生產的規模化、標準化帶來了極大影響。近年來直投式乳酸菌發酵劑在發酵蔬菜中應用廣泛，使用簡單，無需活化，在發酵前投入，有助于縮短紅酸湯的發酵周期，保證產品質量穩定，使紅酸湯實現標準化、規范化生產[12-13]。因此該研究對自然與乳酸菌強化發酵過程中酸湯品質進行研究分析，旨在為紅酸湯的綜合利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅辣椒、西紅柿：市售。乳酸菌發酵粉[植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）、鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）]：北京川秀科技有限公司；鹽酸、氨水、亞硝酸鈉、亞鐵氰化鉀、硫酸鋅、葡萄糖、硼砂、草酸、抗壞血酸、氫氧化鈉、2,6-二氯靛酚鈉鹽、3,5-二硝基水楊酸（均為分析純）：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設備

JP-500C高速多功功能粉碎機：永康市九品工貿有限公司；PHS-3E酸度計：上海佑科儀器儀表有限公司；CP413電子分析天平：奧豪斯儀器有限公司；SG9200HE超聲波清洗器：上海冠特儀器有限公司；DHG-9070A電熱鼓風干燥箱：常州普天制造有限公司；721可見光分光光度計：上海舜宇恒平科學儀器有限公司；TG16K-П高速離心機：東旺儀器有限公司；C30玻璃儀器氣流烘干器：邦西儀器科技有限公司；WAY-2S數字阿貝折射儀：上海申光儀器儀表有限公司；HH-S6電熱恒溫水浴鍋：北京科委永興有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 發酵紅酸湯制作工藝及操作要點

操作要點：

取2 400 g無病害番茄，600 g鮮紅辣椒清洗、晾干、破碎后加入食鹽100 g、糯米粉20 g、姜蒜150 g、白酒50 g，混勻裝壇，置于25 ℃條件下發酵，同時乳酸菌強化發酵在前者基礎上，裝壇后添加0.1%乳酸菌發酵粉，混勻發酵即可。每次取樣前，需要對取樣工具清洗、消毒滅菌處理。采集的酸湯樣品發酵時間分別為0 d、3 d、6 d、9 d、12 d、15 d、18 d、21 d、24 d、27 d、30 d、33 d、36 d、39 d、42 d；處理前均置于-20 ℃保存。

1.3.2 指標測定

總酸：參考標準GB/T 12356—2008《食品中總酸的測定》進行測定[14]；亞硝酸鹽：參考標準GB 5009.33—2016《食品安全國家標準食品中亞硝酸鹽的測定》進行測定[15]；pH：參考GB 10468—1989《水果和蔬菜產品pH值的測定方法》中的電位差法測定[16]；抗壞血酸：參考GB 5009.86—2016《食品中抗壞血酸的測定》中2,6-二氯靛酚滴定法[17]；還原糖：采用3,5-二硝基水楊酸法測定[18]；可溶性固形物：參考NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定——折射儀法》進行測定[19]；水分：參考GB 5009.3—2016《食品安全標準食品中水分的測定》進行測定[20]。

1.3.3 數據處理

使用Origin 8.0進行數據記錄、初步處理和繪制圖表。每組試驗重復測定3次，結果用“均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 發酵過程中總酸含量和pH值動態變化

發酵蔬菜的pH與總酸度的大小可以反應發酵過程中微生物的產酸情況及發酵蔬菜的品質，但總酸度的大小與發酵蔬菜品質好壞沒有直接聯系[21-22]，發酵過程中總酸和pH的變化曲線見圖1和圖2。

圖1 發酵過程中總酸含量動態變化曲線Fig.1 Dynamic change curve of total acid contents during the fermentation process

由圖1可知，從發酵0～6 d，隨著酸湯發酵時間的延長，無論是自然發酵還是乳酸菌強化發酵，總酸含量均逐漸增多，并在第6天升至最高點，自然發酵總酸含量為10.11 g/kg，乳酸菌強化發酵則為10.26g/kg，但無論是發酵速率還是總酸含量的積累乳酸菌強化發酵均優于自然發酵；發酵6～21 d，自然發酵總酸含量下降迅速，從10.11 g/kg降至8.65 g/kg，此后直到第42天，保持緩慢下降趨勢，總酸含量最終到達8.23 g/kg，與自然發酵不同，乳酸菌強化發酵從6～42 d呈緩慢下降趨勢，最終達到9.46 g/kg，由此看出乳酸菌強化發酵較自然發酵更利于酸湯總酸含量的積累。

圖2 發酵過程中pH動態變化曲線Fig.2 Dynamic change curve of pH during the fermentation process

由圖2可知，隨著酸湯發酵時間的延長pH逐漸降低，第6天達到最低，自然發酵pH為3.04，乳酸菌強化發酵pH為2.84，隨后，自然發酵pH呈波浪式逐漸增加，最終達到4.17，乳酸菌強化發酵在發酵中后期則趨于平緩，沒有明顯的上升趨勢，最終達到2.85。結果表明，自然與乳酸菌強化發酵紅酸湯中總酸含量最高和pH最低時間段是發酵過程中的第6天，此時，酸湯的總酸與pH均達到峰值，說明此時微生物的繁殖最為旺盛；觀其整個曲線可知，自然發酵前期乳酸菌較少，形成優勢菌群較乳酸菌強化發酵所需時間長，因此發酵周期隨之延長，而乳酸菌強化發酵前期已經形成優勢菌群，發酵周期大大縮短，產酸量與產酸速率均快于自然發酵，并且在發酵中后期一直保持較低pH，能夠抑制其他雜菌和細菌生長。

2.2 發酵過程中亞硝酸鹽的動態變化

由亞硝酸鹽標準曲線回歸方程y=0.877 5x+0.001，R2=0.999 5計算得出亞硝酸鹽含量并繪制變化曲線見圖3。

圖3 發酵過程中亞硝酸鹽含量的變化曲線Fig.3 Variation change curve of nitrite contents during the fermentation process

由圖3可知，第6天自然與乳酸菌強化發酵紅酸湯pH達到最低，此時自然發酵亞硝酸鹽含量受到抑制，自然發酵在第15天出現了一個亞硝峰，陳大鵬等[23]研究發現，自然發酵易形成“亞硝峰”是因為發酵初期雜菌較多，此時乳酸菌含量較少，因此含硝酸鹽還原酶的雜菌不受抑制，將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽。此時自然發酵亞硝酸鹽含量達到最大，為0.052 2 mg/kg，且并未超過國家標準4 mg/kg[24]，至第21天，自然發酵亞硝峰完全消失，此后保持平緩上升；乳酸菌強化發酵在整個發酵周期并未出現亞硝峰。

2.3 發酵過程中抗壞血酸含量的動態變化

由圖4可知，抗壞血酸含量隨發酵時間的延長而不斷減少。自然與乳酸菌強化發酵紅酸湯過程中的抗壞血酸含量在整個發酵期間減少都比較明顯，分別由1.71 mg/100 g降至1.11 mg/100 g，1.67 mg/100 g降至0.92 mg/100 g，但乳酸菌強化發酵抗壞血酸下降速率明顯快于自然發酵。抗壞血酸易溶于水，在酸性溶液中穩定，不耐熱，在空氣中易氧化。由于在制備酸湯階段，使用粉碎機對紅酸湯主要原材料進行破碎分裝時產生的熱作用，使得破碎后所得酸湯勻漿中抗壞血酸損失較大，所以導致發酵期間一直處于下降的趨勢。

圖4 發酵過程中抗壞血酸含量的動態變化曲線Fig.4 Dynamic change curve of ascorbic acid contents during the fermentation process

2.4 發酵過程中還原糖含量的動態變化

由葡萄糖標準曲線回歸方程y=14.489x+0.004 7，R2=0.999 7，計算得到還原糖含量并繪制變化曲線，結果見圖5。

圖5 發酵過程中還原糖含量的動態變化曲線Fig.5 Dynamic change curve of reducing sugar contents during the fermentation process

由圖5可知，無論是自然發酵還是乳酸菌強化發酵的紅酸湯在整個發酵過程中的還原糖含量總體均處于下降趨勢。在整個發酵期間自然與乳酸菌強化發酵的還原糖含量分別由0.88%下降至0.60%，0.85%下降至0.43%。糖類物質是微生物生長繁殖的重要能量來源，紅酸湯原料中淀粉、多糖類物質被降解成還原糖，以乳酸菌為主的微生物生長繁殖消耗碳源，導致還原糖含量逐漸降低，而乳酸菌強化發酵中以乳酸菌為主的優勢菌群多于自然發酵，且乳酸菌生產還原糖的速率低于其分解還原糖的速率，從而導致乳酸菌強化發酵紅酸湯還原糖下降速率明顯低于自然發酵的消耗。0～6 d，微生物繁殖較為旺盛，消耗還原糖較為迅速，但由于紅酸湯中可供微生物利用的還原糖不多，還原糖消耗量變化逐漸變緩。

2.5 發酵過程中可溶性固形物含量的動態變化

由圖6可知，在整個發酵期間，自然發酵紅酸湯中的可溶性固形物含量均高于乳酸菌強化發酵且下降趨勢比乳酸菌強化發酵慢，發酵0～42 d，自然發酵可溶性固形物下降緩慢，由17.83%降至14.33%；乳酸菌強化發酵第0～18天下降較為迅速，由17.67%降至14.13%，隨后緩慢下降，在第42天達到13.33%，其中乳酸菌強化發酵中可溶性固形物含量下降速率最快是6～9 d。因為自然發酵紅酸湯發酵過程中微生物較少則利用的可溶性固形物含量較少，從而導致可溶性固形物的消耗量呈緩慢下降的趨勢，而乳酸菌強化發酵前期已經建立了較多的優勢菌群，生長繁殖快，因此利用可溶性固形物速率快，前期可溶性固形物下降趨勢較為明顯。

圖6 發酵過程中可溶性固形物含量的動態變化曲線Fig.6 Dynamic change curve of soluble solids contents during the fermentation process

2.6 發酵過程中水分含量的動態變化

由圖7可知，發酵0～6 d自然與乳酸菌強化發酵過程中紅酸湯水分含量均呈下降趨勢，下降速率快并達到最低值，分別為84.83%與84.18%，發酵6～42 d，自然發酵水分含量呈波浪式上升，最終變為87.37%，發酵初期由于可溶性維生素的氧化以及可溶性物質被微生物所消耗，導致紅酸湯中水分下降，但中后期在厭氧條件下，微生物代謝產生較多的水分以至于水分含量逐漸回升。乳酸菌強化發酵在第6～30天，水分含量在85.20%～84.65%之間呈波動趨勢，第30～42天趨于平緩，最終變為84.54%，中后期的波動狀況可能是由于微生物在自身繁殖和代謝過程中產生水分，一部分水分又通過土壇表面散失造成。

圖7 發酵過程中水分含量的動態變化曲線Fig.7 Dynamic change curve of moisture contents during the fermentation process

3 結論

實驗結果表明，與自然發酵的紅酸湯相比，乳酸菌強化發酵的紅酸湯總酸含量保持在較高的水平，對應pH保持在較低水平，因此在整個發酵過程中對亞硝酸鹽的抑制明顯，并未出現亞硝峰，并使亞硝酸鹽始終保持在低水平。在整個發酵期間，自然與乳酸菌強化發酵紅酸湯的抗壞血酸、可溶性固形物、還原糖均呈下降趨勢，且乳酸菌強化發酵下降速率大于自然發酵發酵速率。同時低pH能夠促進抗壞血酸的強抗氧化性對亞硝酸鹽的清除能力，呈正比關系。無論是自然發酵還是乳酸菌強化發酵，在整個發酵期間亞硝酸鹽的含量均未超標（4 mg/kg），由此可見，貴州自然與乳酸菌強化發酵紅酸湯中的亞硝酸鹽含量對人體不會產生威脅，可供各類人群安全食用。因此，乳酸菌強化發酵與自然發酵相比，極大縮短了紅酸湯的發酵周期，由30 d縮短至15 d，并保證了紅酸湯品質的穩定，為直投式乳酸菌發酵劑運用到工業化生產中提供了一定的理論依據。