大頭菜-剁辣椒復合發酵品的工藝優化研究

張長貴，伍自力，王興華，張耕

(1.宜賓學院 生命科學與食品工程學院，四川 宜賓 644000；2.固態發酵資源利用四川省重點實驗室，四川 宜賓 644000；3.四川眉山李記食品有限公司，四川 眉山 620010；4.四川彭州廣樂食品有限公司，四川 彭州 611930)

大頭菜屬于根用型芥菜，該蔬菜產量大，易于栽種，在四川、云南、湖北、山東等地有種植。大頭菜肉質堅韌而厚實，不僅富含VC、糖類、礦物質和蛋白質等營養物質[1]，還具有抗菌消腫、解毒清熱、暖胃溫脾等保健功效，深受百姓喜歡。新鮮大頭菜因具有濃烈的沖鼻味、辛辣味和苦澀味，需要通過加工將辛辣苦澀物質去除后再食用[2]，而腌制加工是常見的方法。近年來，全國各地逐步形成了各具特色的腌制大頭菜地方品牌，有四川省的內江大頭菜、四川省的宜賓冰糖大頭菜、湖北省的襄樊大頭菜、江蘇省的淮安龍須大頭菜和浙江省的慈溪大頭菜等[3]。加工腌制大頭菜時，一般挑選個頭大、菜體完整、表面光滑、無粗大側根的大頭菜作為加工原料，因此畸形大頭菜、個頭小的大頭菜、大頭菜側根、須根等一般不會被利用，常被直接廢棄，導致環境污染，但這些次等大頭菜原料仍具有食用價值，棄之可惜。因此，充分將大頭菜腌制加工后剩余的這些次等原料轉化為食用資源，對于增加經濟效益和生態效益都非常必要。本研究的目的是本著節約資源和合理利用資源的原則，將其開發成為一種發酵型大頭菜復合調味食品，希望能為企業對大頭菜殘次原料的利用提供一種思路和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大頭菜原料(主要是個頭小的大頭菜、加工其他產品后的大頭菜邊角余料、大頭菜側根、須根)：某企業提供；辣椒、姜、蒜、香辛料、白酒：超市購買；乳酸菌粉：四川高福記有限公司。

對氨基苯磺酸、鹽酸萘乙二胺、氫氧化鈉、硼酸鈉、冰乙酸、亞鐵氰化鉀、酚酞、乙酸鋅、鹽酸等試劑：均為AR試劑；亞硝酸鈉：基準試劑。

1.2 儀器

SHP-250型恒溫培養箱；PHS-3C型酸度計；磁力攪拌器；分光光度計；組織搗碎機；電子分析天平；DZ-500-2SB型真空封口機。

1.3 方法

1.3.1 基本工藝流程

1.3.2 主要操作要點

將新鮮的個頭小的大頭菜、加工腌制大頭菜產品后的邊角余料、大頭菜側根、須根用水清洗干凈，剔除黑斑等，然后切制成0.3～0.5 cm左右的小段或小顆粒，晾曬脫水至鮮重的70.0%為宜。新鮮的紅辣椒、蒜瓣和姜清洗干凈后，按照質量比45∶3∶2絞碎成0.3 cm的混合辣椒碎。把預處理好的大頭菜顆粒與辣椒碎以3∶2的質量比配料，按照試驗比例加入食鹽、菌粉、適量白酒和少量香料粉混合均勻，裝入小玻璃發酵壇中，在一定溫度條件下發酵，每隔一定時間測定總酸度、亞硝酸鹽及感官評分。

1.3.3 腌制發酵工藝的單因素試驗

1.3.3.1 乳酸菌粉添加量對發酵的影響

按質量分別接種0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的菌粉，在食鹽濃度為4.0%、發酵溫度為30 ℃的條件下發酵8 d，并對發酵產品進行總酸含量測定及感官評價，研究菌粉添加量對發酵產酸和感官評分的影響。

1.3.3.2 食鹽添加量對發酵的影響

按質量分別添加2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%的食鹽，在菌粉添加量為0.3%、發酵溫度為30 ℃的條件下發酵8 d，并對發酵產品進行總酸含量測定及感官評價，研究食鹽添加量對產品發酵產酸和感官評分的影響。

1.3.3.3 發酵時間對發酵的影響

按照發酵工藝的流程，在鹽濃度為4.0%、菌粉添加量為0.3%、發酵溫度為30 ℃的條件下，分別發酵2，4，6，8，10，12 d，并對發酵產品進行總酸含量測定及感官評價，研究發酵時間對發酵產酸和感官評分的影響。

1.3.3.4 發酵溫度對發酵的影響

按照發酵工藝的流程，在鹽濃度為4.0%，菌粉添加量為0.3%的條件下，分別在18，21，24，27，30，33 ℃的條件下發酵8 d，并對發酵產品進行總酸含量測定及感官評價，研究發酵溫度對發酵產酸和感官評價的影響。

1.3.4 腌制發酵工藝的正交試驗設計

以單因素試驗為基礎，選取菌粉添加量(A)、食鹽添加量(B)、發酵時間(C)和發酵溫度(D)在單因素試驗中較優的發酵條件作為設計正交試驗的因素水平，以總酸和產品感官評分作為評價指標，采用多指標正交試驗分析方法對總酸和感官評分兩個指標進行計算，得出最終的綜合評定值，以L9(34)正交試驗來確定最佳的腌制發酵工藝條件，其正交試驗因素與水平見表1。

表1 正交試驗因素與水平Table 1 The factors and levels of orthogonal experiment

1.3.5 產品發酵過程中亞硝酸鹽含量的變化規律

在正交試驗獲得的最優發酵條件下，每2 d測定產品的亞硝酸鹽含量。

1.3.6 殺菌溫度和時間的確定

通過對150 g包裝的產品在90，95，100 ℃ 3種溫度條件下分別殺菌8，10，12 min，并進行保溫檢驗，結合殺菌后的感官品質和保溫效果篩選最佳殺菌工藝條件。

1.3.7 相關理化指標測定方法、感官評價及綜合評定值的方法

產品亞硝酸鹽的測定：參照GB 5009.33-2016《食品安全國家標準 食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》。

產品總酸的測定：參照GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》。

產品感官分析評價：將樣品放置于白瓷盤中，由經過本試驗小組培訓過的感官品評員10人對產品的色澤(30分)、氣味(30分)、滋味(30分)、質地(10分)進行感官評價和打分，以100分為滿分，最后以品評員的評分結果(取其平均值)來確定產品質量，具體的感官評分標準見表2[4-6]。

表2 產品感官評分標準Table 2 The sensory evaluation standard of product

1.4 數據分析

運用Excel和SPSS 19對試驗數據進行分析與處理。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 菌粉添加量對產酸和感官評分的影響

菌粉添加量對產酸和感官評分影響的試驗結果見圖1。

圖1 菌粉加量對產酸和感官評分的影響Fig.1 Effect of bacterial powder additive amount on total acid and sensory score

由圖1可知，隨著菌粉添加量的增加，產品發酵過程中的產酸量總體呈不斷上升的趨勢。當菌粉添加量在0.4%～0.6%時，產酸量升高趨于平緩，由顯著性分析可知0.4%～0.6%菌粉添加量時產品的產酸量差異不顯著(P>0.05)。這可能是因為菌粉添加量增多時，產酸菌由于自身的生長繁殖也要消耗糖類物質，致使產酸增幅減弱[8]。由圖1可知，產品感官評分則隨菌粉添加量的增加呈先增加后減少的趨勢，在菌粉添加量為0.3%時產品的感官評分最高。這是由于菌粉添加量太低，產品發酵弱、酸度偏低，致使滋味不佳，感官評分低；反之，菌粉添加量太大，產品酸度則偏高，同時產品還因發酵速度過快而不利于相關風味物質的生成[9]，產品風味單調，香氣與滋味均較差，從而影響整體感官品質。此外，過大的菌粉添加量還會造成生產成本加大。因此，綜合考慮產品酸度、感官評分和成本，選擇0.3%菌粉添加量較合適。

2.1.2 食鹽添加量對產酸和感官評分的影響

食鹽不僅影響發酵過程中微生物的生長繁殖，同時還有調節發酵產品風味(咸淡)的重要作用。當發酵過程中食鹽添加量過低時，在發酵初期腐敗微生物容易滋生，會影響發酵的順利進行，且影響產品品質；反之，若加鹽量過高，則又會抑制有益微生物的生長繁殖，造成發酵速度慢、發酵時間長[10]。

圖2 食鹽添加量對產酸和感官評分的影響Fig.2 Effect of salt additive amount on total acid and sensory score

由圖2可知，產品總酸隨鹽度增加呈逐步下降的趨勢。主要是因為隨著產品鹽度的逐漸增大，產酸菌活力被大大抑制，故產酸量逐漸減少。由圖2的感官評價可知，感官評分隨鹽度增加呈先增加后降低的趨勢，在鹽度為5.0%時感官評分最高。這是由于當鹽度低于5.0%時，鹽度越低產酸量越大，酸度太大則產品酸感太強，感官評分低；當鹽度高于5.0%時，鹽度越高咸味越大，難以被消費者接受而影響感官評分。適宜的鹽度既可抑制腐敗菌生長，又可使產品酸咸適口，因此綜合考慮產品的總酸和感官評價指標，選擇食鹽濃度5.0%為最佳。

2.1.3 發酵時間對產酸和感官評分的影響

圖3 發酵時間對產酸和感官評分的影響Fig.3 Effect of fermentation time on total acid and sensory score

發酵時間對產品的品質影響較大。若時間過長，不僅生產效率低，還會使產品酸感過強，適口性變差；若發酵時間太短，則產酸量不足、風味平淡，且產品的“生沖”味和“生辣”味比較重，滋味不協調[11]。由圖3可知，產品中總酸的含量隨著發酵時間的延長呈不斷增加，10 d后總酸增長緩慢并趨于平緩，而感官評分隨著發酵時間的延長呈先升高后降低的趨勢，在發酵的第6天時產品的感官評分最高，綜合考慮產品總酸和感官評價指標，選擇發酵時間為6 d最佳。

2.1.4 發酵溫度對產酸和感官評分的影響

圖4 發酵溫度對產酸和感官評分的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on total acid and sensory score

溫度也是影響發酵速度和產品質量的重要因素之一。當發酵溫度低時，產酸微生物的生長繁殖速度慢，發酵過程中產品易遭受腐敗菌感染，不利于酸的生成和相關風味物質的形成；隨著溫度的升高，產酸微生物生長繁殖加快，成為優勢菌，發酵速度加快，總酸逐步增加，但過快的發酵速度產香弱，過高酸度會讓產品酸感太強、適口性變差。由圖4可知，產品總酸的含量隨著發酵溫度的升高呈增加趨勢，而感官評分隨著發酵溫度的升高呈現出先升高后降低的趨勢，在發酵溫度為27 ℃時，產品的感官評分最高，且產品發酵溫度高于30 ℃時，產品有一定的異味，綜合考慮產品總酸和感官品質，故發酵溫度為27 ℃最佳。

2.2 正交試驗的結果與分析

在單因素試驗的基礎上，以菌粉添加量、食鹽添加量、發酵時間和發酵溫度為探討因素，監測感官評分和總酸含量，以產品的綜合評定值作為評價指標，進行四因素三水平的正交試驗，正交試驗結果和分析見表3。

表3 產品發酵的正交試驗結果Table 3 The results of orthogonal experiment for product fermentation

由表3正交試驗極差R可知，影響產品綜合評定值的各因素的主次順序為D>C>A>B，各因素的最佳組合為A3B1C3D2。由于該組合在正交試驗的7組試驗中出現，且此組合條件下產品的綜合評定值最高，因此不需再做驗證試驗，故確定產品發酵的最佳工藝條件為菌粉添加量0.4%、食鹽添加量4.0%、發酵時間8 d和發酵溫度27 ℃。

在表3試驗結果中，食鹽添加量(B)因素的極差R與其他3個因素比較，相差較大，且值最小，故此因素的影響較小。因此，采用將極差最小的一項(食鹽添加量)作為誤差項進行方差分析，其分析結果見表4。

表4 正交試驗結果的方差分析Table 4 Variance analysis of the orthogonal experiment results

結果表明，發酵溫度(D)對產品的綜合評定值有顯著性影響(P<0.05)，菌粉添加量(A)、發酵時間(C)對產品的綜合評定值影響不顯著。

2.3 產品發酵過程中亞硝酸鹽的變化

長期以來，亞硝酸鹽是蔬菜在腌制發酵過程中的重要監測指標[12]。亞硝酸鹽作為亞硝胺類化合物(強致癌物質)的前體物質，常常容易在腌制發酵食品，如泡菜、酸菜等中產生和積累[13]，從而影響食品的安全性，威脅人們的健康。在2.2正交試驗中篩選出的最佳工藝條件下(即菌粉添加量0.4%、食鹽添加量4.0%、發酵溫度27 ℃)，產品在發酵過程中亞硝酸鹽含量隨時間變化的規律見圖5。

圖5 發酵過程中亞硝酸鹽的變化Fig.5 Effect of fermentation time on nitrite in the fermentation process

由圖5可知，產品亞硝酸鹽含量呈先增加后逐步減少的總體變化規律。產品中亞硝酸鹽含量在前4 d呈上升趨勢，在第2天和第4天增加幅度較大，差異顯著(P<0.05)，第4天達到峰值(6.72 mg/kg)；之后總體呈下降趨勢，第6天亞硝酸鹽下降幅度最大，與第4天相比差異顯著(P<0.05)，第8天之后產品亞硝酸鹽含量總體趨于穩定，且差異不顯著(P>0.05)。在產品腌制發酵初期，產品中產酸菌相對含量較少，而產硝酸還原酶的雜菌含量較多，故產品中亞硝酸鹽含量隨時間延長而逐步升高，并出現一個亞硝酸鹽峰值；之后隨著產酸菌含量的增加，硝酸鹽還原菌的生長繁殖被抑制[14]，同時產酸菌的大量產酸會使產品中亞硝酸鹽在酸性環境中被部分降解，故亞硝酸鹽含量又隨著發酵的進行而逐步降低，使產品安全性得到提高[15]。本試驗整個發酵過程中，產品亞硝酸鹽含量都符合四川泡菜(DB51/T 975-2009)地方標準的亞硝酸鹽限量要求(≤10 mg/kg)，更是遠低于國家標準中對腌漬蔬菜亞硝酸鹽的限量指標(≤20 mg/kg)[16]，安全性可靠。

2.4 殺菌工藝條件

本試驗產品屬于發酵類的酸性蔬菜制品，因此適宜采用常壓殺菌。由于熱殺菌對該產品的感官品質(氣味、滋味、色澤、質地)會產生一定影響，因此在保證產品商業無菌的前提下，應盡量降低殺菌強度(降低殺菌溫度和縮短殺菌時間)，以確保產品有良好的感官。本研究在預試驗的基礎上，設計了100，95，90 ℃ 3個殺菌溫度，每個殺菌溫度分別設計了8，10，12 min 3個殺菌時間，產品經殺菌后進行感官品質評價，并存放于恒溫培養箱30 ℃保溫10 d后，對脹袋及腐敗情況進行檢驗，結果見表5。

表5 殺菌試驗結果Table 5 Results of bactericidal experiment

由表5可知，采用90 ℃的殺菌溫度時，產品保溫過程中有不同程度的產氣或酸敗現象；而采用95 ℃和100 ℃殺菌溫度時，殺菌時間都需要10 min以上才能達到商業無菌的殺菌要求。結合殺菌后產品質地、色澤、風味等感官品質變化情況可知，采用95 ℃殺菌12 min及100 ℃殺菌10 min以上時，產品會有不同程度色澤變暗、質地變軟的現象。因此，綜合考慮，采用95 ℃殺菌10 min的殺菌工藝既可達到商業無菌的殺菌要求，又可保證產品良好的感官品質。

3 結論

利用單因素和正交優化試驗設計，獲得產品發酵的最佳工藝條件為菌粉添加量0.4%、食鹽添加量4.0%、發酵時間8 d和發酵溫度27 ℃，方差分析表明，發酵溫度對產品的綜合評定值有顯著性影響(P<0.05), 菌粉添加量、發酵時間對產品的綜合評定值影響不顯著；在此最佳發酵工藝條件下，產品亞硝酸鹽含量在發酵的第4天達到最高值6.72 mg/kg，在整個發酵過程中亞硝酸鹽含量低于10 mg/kg，符合安全要求；采用95 ℃殺菌10 min的殺菌工藝，產品既有良好的感官品質，又達到了商業無菌的要求。