植物乳桿菌發(fā)酵對蕨菜品質(zhì)的影響

孫 睿，孟祥慧，陳 萍

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春 134300）

蕨菜（Pteridium aquilinumL.）屬鳳尾蕨科，為多年生草本藥食兩用植物[1]，含有豐富膳食纖維和谷氨酸以及蛋白質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì)，食用蕨菜能夠起到清熱化痰、安神養(yǎng)心的功效[2]。其口感肉嫩，味道鮮美，享有“山菜之王”的美名。蕨菜通常在5月上旬至6月下旬成熟，由于采后蕨菜易出現(xiàn)褐變、老化、風(fēng)味下降等品質(zhì)劣變現(xiàn)象[3]，從而影響其食用價值，大量的蕨菜由于腐敗變質(zhì)、品質(zhì)不達標(biāo)等原因無法流入市場，造成了嚴重的資源浪費。因此，找到一種能夠延長保質(zhì)期、縮短腌制周期且能夠保證蕨菜品質(zhì)的腌制方式就顯得尤為關(guān)鍵。

近年來，利用乳酸菌制劑發(fā)酵蔬菜成為腌制菜行業(yè)研究的熱點之一[4?5]，乳酸菌發(fā)酵是維持或改善果蔬以及衍生食品貯藏特性及食用特性最簡單和有價值的生物技術(shù)方法[6]。Filannino 等[7]應(yīng)用乳酸菌發(fā)酵鱷梨，證實乳酸菌發(fā)酵能夠分解鱷梨中的大分子營養(yǎng)物質(zhì)，更有利于人體吸收；Gerardi 等[8]證實通過乳酸菌發(fā)酵后能夠改善口感、增加香氣，提升了產(chǎn)品的食用價值；陸利霞等[9]證實植物乳桿菌發(fā)酵蔬菜明顯的縮短了發(fā)酵的周期；杜曉華等[10]研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌發(fā)酵蔬菜可以減少有害微生物的數(shù)量；Hernán 等[11]利用乳酸菌發(fā)酵仙人掌發(fā)現(xiàn)在保存原有營養(yǎng)物質(zhì)及活性成分的基礎(chǔ)上延長了仙人掌的保存期；劉瀛[12]比較了乳酸菌發(fā)酵的蕨菜與新鮮蕨菜的營養(yǎng)成分，結(jié)果表明主要營養(yǎng)成分含量無明顯差異。因此，通過接種植物乳桿菌發(fā)酵的方式將蕨菜加工成腌制菜，既保存了蕨菜的營養(yǎng)成分，又豐富了市場蕨菜產(chǎn)品種類。

本實驗用植物乳桿菌對蕨菜進行42 d 的跟蹤發(fā)酵，觀察并監(jiān)測了蕨菜在接種植物乳桿菌Z17 后pH、總酸、色度、褐變指數(shù)、咀嚼性以及黏性等理化指標(biāo)的動態(tài)變化。通過與自然發(fā)酵做對比，總結(jié)并討論了植物乳桿菌Z17 對蕨菜品質(zhì)變化的影響，為以蕨菜為原料的各類發(fā)酵產(chǎn)品提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菌株Z17 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品毒理安全實驗室陳萍教授篩選、鑒定并于?80 ℃超低溫冰箱凍存；蕨菜 選取長白山地區(qū)野生蕨菜；葡萄糖 生工生物工程有限公司；MRS 肉湯培養(yǎng)基、MRS 固體培養(yǎng)基

華益生物科技有限責(zé)任公司。

HZP-25-S 型振蕩恒溫培養(yǎng)箱 上海新諾儀器設(shè)備有限公司；TGL-16M 型高速冷凍離心機 湖南邁克爾實驗儀器有限公司；N4S 型紫外可見分光光度計 浙江賽德儀器設(shè)備有限公司；BPH-7200 型pH 計 貝爾分析儀器有限公司；CT-3 質(zhì)構(gòu)儀 美國Brookfifield 公司；HH-2 型恒溫水浴鍋 蘇州威爾實驗用品有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蕨菜的植物乳桿菌發(fā)酵工藝 選用李敏[13]的方法改良后進行發(fā)酵實驗，將新鮮蕨菜清洗干凈，切分成3～4 cm 的小段，分別稱取250 g 加入到發(fā)酵罐中，并于發(fā)酵罐中加入3%的食鹽和3%葡萄糖；設(shè)置接種發(fā)酵組與自然發(fā)酵組，按照蕨菜質(zhì)量的4%（單因素實驗確定的最佳接種量）加入二次擴大培養(yǎng)后的菌液進行發(fā)酵，作為接種發(fā)酵組，以不加入植物乳桿菌的自然發(fā)酵組作為對照。兩組蕨菜加水密封，于25 ℃恒溫連續(xù)發(fā)酵。

1.2.2 總酸含量的測定 參照 GB5009.239-2016《食品酸度的測定》方法[14]。

1.2.3 還原糖含量的測定 參照 GB5009.7-2016《食品中還原糖的測定》[15]中還原糖的測定方法。

1.2.4 pH 的變化情況 分別取試驗組和對照組樣品發(fā)酵液各15 mL 置于燒杯中，用PHS-25 型精密pH計進行測定。

1.2.5 褐變指數(shù)（BI）的測定 褐變是導(dǎo)致食品品質(zhì)下降的重要原因，褐變指數(shù)越高，食品的色度越差、品質(zhì)越低。參考 Zhang 等[16]的方法對發(fā)酵蕨菜的褐變指數(shù)進行測定和計算：

式中：L*代表明亮度；a*代表紅綠色值；b*代表黃藍色值；X 代表色度；BI 代表褐變指數(shù)。

1.2.6 質(zhì)構(gòu)的測定 將蕨菜樣品切成長約3 cm 的小段，在質(zhì)構(gòu)儀TA44 探頭下對蕨菜進行質(zhì)構(gòu)剖面分析（texture profile analysis，TPA）測試。質(zhì)構(gòu)測定參數(shù)為：測試速率：60 mm/min；壓縮程度：距離6 mm；觸發(fā)點負載：1 N；停頓時間：5 s。每個樣品重復(fù)測量10 次取平均值以增加準(zhǔn)確性。

1.2.7 感官評價 邀請10 名有經(jīng)驗的感官評定員，男女各5 名，按照表1中的指標(biāo)對不同發(fā)酵方式的蕨菜進行感官評分。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 18.0 分析實驗數(shù)據(jù)，每次實驗重復(fù)3 次，所有數(shù)據(jù)均通過方差（ANOVA）方法進行分析，所有均值均以P<0.05 的水平進行分離。通過差異分析了不同實驗數(shù)據(jù)的生物學(xué)意義。所得數(shù)據(jù)均使用GraphPad Prism（6.0）[17]軟件繪制數(shù)據(jù)曲線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 蕨菜發(fā)酵過程中總酸含量變化

如圖1所示，蕨菜發(fā)酵過程中，接種組蕨菜總酸的產(chǎn)生速率與總酸含量明顯超過自然發(fā)酵組，這是由于接種組在接種植物乳桿菌Z17 后，在發(fā)酵內(nèi)部成為優(yōu)勢菌群[18]，使得發(fā)酵過程中產(chǎn)生了更多的乳酸。目前對于蕨菜還沒有出臺相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，因此參照GB 6094-85《榨菜》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合蕨菜產(chǎn)業(yè)實際現(xiàn)狀，確定蕨菜泡菜產(chǎn)品的總酸含量標(biāo)準(zhǔn)為5.0～10.0 g/kg（以乳酸計）。接種發(fā)酵組在發(fā)酵14 d 時總酸含量為（5.20±0.32） g/kg，達到標(biāo)準(zhǔn)。而自然發(fā)酵組在21 d 時才達到標(biāo)準(zhǔn)（5.30 g/kg）。而在35 d 后，兩組總酸的含量趨于平穩(wěn)，且兩組此時的總酸含量為：接種發(fā)酵組（9.42±0.24） g/kg，自然發(fā)酵組（7.86±0.21） g/kg，均符合標(biāo)準(zhǔn)。在整個發(fā)酵期內(nèi)接種發(fā)酵組產(chǎn)酸快，總酸度高，能夠有效縮短發(fā)酵周期。

圖1 發(fā)酵過程中蕨菜的總酸含量變化Fig.1 Changes in total acid content of Pteridium aquilinum during fermentation

2.2 蕨菜發(fā)酵過程中還原糖含量變化

蕨菜腌制過程中的還原糖含量變化如圖2所示，隨著腌制時間的增加，接種發(fā)酵組呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢。接種發(fā)酵組還原糖含量明顯高于自然發(fā)酵組，且發(fā)酵7 d 時達到峰值（5.21±0.15） g/100 g，出現(xiàn)這樣結(jié)果的原因是在接種發(fā)酵過程中，植物乳桿菌將更多的蔗糖和多糖轉(zhuǎn)化為還原糖[19]，同時植物乳桿菌對其他菌落的抑制作用[20]，使得接種發(fā)酵組還原糖含量增加，而在自然發(fā)酵組中，微生物消耗更多的還原糖導(dǎo)致其含量持續(xù)降低。

圖2 發(fā)酵過程中蕨菜的還原糖含量變化Fig.2 Changes in reducing sugar content of Pteridium aquilinum during fermentation

2.3 蕨菜發(fā)酵過程中pH 的變化情況

發(fā)酵蔬菜pH 的大小是衡量發(fā)酵蔬菜酸味程度的重要指標(biāo)[21]。圖3顯示了發(fā)酵過程中蕨菜的pH變化情況，蕨菜的pH 在發(fā)酵過程中呈現(xiàn)下降趨勢，在發(fā)酵28 d 后逐漸趨于穩(wěn)定。相比自然發(fā)酵組，接種發(fā)酵組pH 降低速率與幅度更大，發(fā)酵起始至發(fā)酵第7 d，pH 從（7.58±0.14）降至（5.23±0.20），下降2.35；自然發(fā)酵組pH 從（7.62±0.13）降至（5.42±0.12），下降2.2。在發(fā)酵第14 d 時，自然發(fā)酵組蕨菜pH 為（4.78±0.15），而接種發(fā)酵組pH 僅為（3.82±0.17），比自然發(fā)酵組低0.96。而在28 d 后兩組pH 趨于穩(wěn)定，此時接種發(fā)酵組的pH 維持在（3.28±0.15），顯著低于自然發(fā)酵組的pH（3.90±0.15）（P<0.05）。出現(xiàn)這種情況的原因是接種發(fā)酵過程中產(chǎn)生更多的乳酸，有利于發(fā)酵液維持在較低的pH，從而抑制雜菌的生長[22?23]。

圖3 發(fā)酵過程中蕨菜的pH 變化Fig.3 The pH change of Pteridium aquilinum during fermentation

2.4 蕨菜發(fā)酵過程中色度的變化

食品的色度是品質(zhì)評價的重要指標(biāo)之一[24]，色度能夠直觀的展現(xiàn)發(fā)酵蕨菜的品質(zhì)品相，從而影響消費者的購買欲望。色度包含色澤和亮度，如圖4A～4C 所示：L*表示亮度，a*+表示偏紅色，a*?表示偏綠，b*+表示偏黃色，b*?代表偏藍[25]，隨著發(fā)酵時間的延長，接種發(fā)酵組與自然發(fā)酵組中L*值均有所下降，接種發(fā)酵組蕨菜L*值由（50.66±1.86）持續(xù)下降到（45.22±1.35），在不同發(fā)酵條件下相同發(fā)酵天數(shù)的L*值差異性顯著（P<0.05），接種發(fā)酵組中的L*值始終高于自然發(fā)酵組，這表明接種發(fā)酵組中蕨菜的亮度更佳；接種發(fā)酵組a*值始終為負，說明發(fā)酵蕨菜始終保持偏綠色，保持了蕨菜原有的色澤。而自然發(fā)酵組a*值由（-7.93±0.78）增至（7.23±1.34），使得蕨菜蕨菜呈偏紅色，改變蕨菜原始色澤的程度較大；發(fā)酵42 d 后，接種發(fā)酵組與自然發(fā)酵組的b*均為正值，分別為（25.09±1.76）和（10.54±2.43），發(fā)酵過程中b*值呈先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢，說明蕨菜在發(fā)酵過程中逐漸變黃，而接種發(fā)酵組蕨菜變黃的程度較小。

褐變是導(dǎo)致食品品質(zhì)下降的重要原因，通過a*、b*和L*值以及實驗方法1.2.5 中褐變指數(shù)公式計算出蕨菜的褐變程度，如圖4D 所示，褐變指數(shù) BI 均呈上升趨勢，發(fā)酵42 d 后接種發(fā)酵組的褐變指數(shù)為（102.08±2.43），遠低于自然發(fā)酵蕨菜（203.41±1.73），這樣的結(jié)果可能是由于植物乳桿菌的發(fā)酵作用有效地制了多酚氧化酶的活性，保存了更多的酚類物質(zhì)，有效地改善了蕨菜的褐變情況[26]。

圖4 發(fā)酵過程中蕨菜的色度變化Fig.4 Color change of bracken during fermentation

2.5 發(fā)酵蕨菜的TPA 比較

TPA 能夠量化描述產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)[27?28]，其中硬度的感官定義是牙齒擠壓樣品的力量，咀嚼性的感官定義是咀嚼固體樣品時需要的能量[29]。由表2可知，接種發(fā)酵蕨菜的硬度和咀嚼性更優(yōu)，接種發(fā)酵的硬度為（38.66±1.87）N，咀嚼性為（98.47±2.45）mJ，分別比自然發(fā)酵蕨菜高出9.21 N 和9.83 mJ。而彈性、內(nèi)聚性以及黏性雖有差異，但差異不顯著。

表2 不同發(fā)酵組蕨菜的TPA 比較Table 2 Comparison of TPA of Pteridium aquilinum in different fermentation groups

2.6 感官評價

食品的感官評價是評定食品品質(zhì)的重要指標(biāo)[30]，由表3可知，在發(fā)酵42 d 后，邀請10 位評審對發(fā)酵蕨菜進行感官評價，感官評價的結(jié)果表明植物乳桿菌發(fā)酵明顯優(yōu)于自然發(fā)酵，發(fā)酵前期蕨菜色澤逐漸變黃，味道并無太大差異。發(fā)酵后期植物乳桿菌進一步進行發(fā)酵后乳酸開始大量增多使發(fā)酵蕨菜的口味酸鮮純正，較自然發(fā)酵組比較無腐爛和刺激性酸味，從而提高了蕨菜的品質(zhì)。接種發(fā)酵組蕨菜的顏色均一明亮切富有光澤、香氣濃郁，不僅口感脆嫩，而且滋味酸鮮純正；相比較于接種發(fā)酵組，自然發(fā)酵組的蕨菜色澤變化較大，整體呈偏黃紅且沒有光澤，發(fā)酵所得蕨菜的氣味異常；口感軟爛、松散，味道較差。

表3 不同發(fā)酵組蕨菜的感官評價Table 3 Sensory evaluation of Pteridium aquilinum in different fermentation groups

3 結(jié)論

研究表明，植物乳桿菌發(fā)酵蕨菜的速率比自然發(fā)酵快，pH 下降速率以及還原糖含量提升的速率明顯優(yōu)于自然發(fā)酵，有效縮短了發(fā)酵周期；不僅如此，接種發(fā)酵過程中的總酸、咀嚼性、硬度以及感官性質(zhì)都有顯著的影響，賦予發(fā)酵蕨菜更優(yōu)質(zhì)的口感。接種發(fā)酵與自然發(fā)酵蕨菜感官評分分別為（88.34±3.74）、（65.23±2.68）。綜上所述，在發(fā)酵蕨菜中添加植物乳桿菌不僅可以縮短發(fā)酵周期、改善各項指標(biāo)，還能賦予蕨菜產(chǎn)品更為鮮艷誘人的色澤，符合現(xiàn)代化發(fā)酵蔬菜的發(fā)展趨勢，使得發(fā)酵蕨菜產(chǎn)品能夠更好地迎合市場的需求和發(fā)展，為蕨菜發(fā)酵產(chǎn)業(yè)提供很好的參考價值。關(guān)于接種發(fā)酵蕨菜發(fā)酵過程中質(zhì)構(gòu)特性的變化機理有待進一步深入研究。