芥菜發酵工藝及生產過程參數控制研究

摘要：為優化芥菜發酵工藝，確定芥菜生產過程參數，以河南本地產葉芥菜為原料，接種乳酸菌（短乳桿菌，Lactobacillus brevis）進行芥菜發酵。首先進行單因素試驗，以乳酸菌接種量（質量比0.2%、0.4%、0.6%）、食鹽添加量（質量比2%、5%、8%）、堆黃時間（3，5，7 d）進行芥菜發酵生產，對產出芥菜進行感官評價和色差分析；以感官評分為評價指標，進行響應面試驗設計優化發酵工藝參數；同時進行品質分析（pH值、色差、總酸含量和氨基酸態氮含量）。結果表明，當堆黃時間為5 d、食鹽添加量為5%、乳酸菌接種量為0.6%時，芥菜品質最優，其感官評分可達（38.7±1.5）分，表現為口感酸爽、發酵液清澈、色澤明快，pH值為3.85，總酸含量為0.52%，亞硝酸鹽含量為0.12 mg/kg，氨基酸態氮含量為（0.082±0.001） g/100 g。

關鍵詞：芥菜；響應面法；發酵工藝優化；生產參數控制

中圖分類號：TS205.5文獻標志碼：A文章編號：1000-9973（2025）03-0155-04

Study on Fermentation Technology and Production Process

Parameter Control of Mustard

MA Cai-lan¹， CHEN Zhan-wei²

（1.Zhoukou Polytechnic， Zhoukou 466000， China; 2.Zhoukou Normal University，

Zhoukou 466001， China）

Abstract： In order to optimize the fermentation technology of mustard and determine the production process parameters of mustard， leaf mustard from Henan province is inoculated with Lactobacillus brevis for mustard fermentation.Firstly，single factor test is conducted on lactic acid bacteria inoculation amount （mass ratio of 0.2%， 0.4%， 0.6%）， salt addition amount （mass ratio of 2%， 5%， 8%） and aging time （3， 5， 7 d） to ferment mustard. Sensory evaluation and color difference analysis are carried out on the produced mustard.Using sensory score as the evaluation index， response surface test is designed to optimize the fermentation process parameters. Quality analysis （pH value， color difference， total acid content and amino acid nitrogen content） is also performed. The results show that the quality of mustard is the best when the aging time is 5 d， the salt addition amount is 5% and Lactobacillus inoculation amount is 0.6%， and the sensory score can reach （38.7±1.5） points. The taste is sour， the fermentation liquid is clear， the color is bright， the pH value is 3.85， the total acid content is 0.52%， the nitrite content is 0.12 mg/kg， and the amino acid nitrogen content is （0.082±0.001） g/100 g.

Key words： mustard; response surface method; optimization of fermentation technology; control of production parameters

收稿日期：2024-09-12

基金項目：河南省2025年科技發展計劃科技攻關項目（252102220119）

作者簡介：馬彩蘭（1983—），女，河南周口人，講師，研究方向：食品工藝控制。

芥菜（Brassica juncea Coss.）為十字花科蕓薹屬植物，其營養豐富。芥菜含有維生素C、維生素K和維生素A等多種維生素，可起到增強身體免疫力、保護視力、促進骨骼健康的功效^[1]；同時含有鈣、鐵、鎂等多種礦物質，類黃酮、硫化物等抗氧化物質及豐富的膳食纖維^[2]。

腌制蔬菜是一種傳統的加工菜品，通過鹽、醋等調料腌制蔬菜，利用自然堆積或人工接種方式進行蔬菜發酵后，能賦予其獨特風味和營養價值，對食品保存和風味提升具有重要意義^[3]。一般用于腌制的芥菜有兩種：一種為葉芥菜，最常見的是雪里蕻，以其葉片為主要使用部位進行酸菜或泡菜的制作^[4]；另一種為根芥菜，或稱大頭菜，由于其塊狀根往往具有辛辣味，無法直接食用，因此須經過腌制再加工食用^[5]。

芥菜腌制主要利用食鹽降低水分含量、微生物發酵作用、蛋白質水解作用，從而提升芥菜的風味和營養價值^[6]。目前芥菜腌制主要有兩種方法：自然發酵法和人工接種發酵法。其中，自然發酵法主要借助芥菜自身及環境中所存在的微生物進行發酵，但此方法發酵效率較低，品質不能得到保障^[7]；而人工接種發酵法是通過人為篩選發酵效率較高、風味較好的菌種，在發酵環境、芥菜滅菌情況下進行人工接種，在適當發酵溫度下進行發酵。相比于自然發酵法，人工接種發酵法可以有效抑制有害微生物的生長，發酵效率高且風味得以保證^[8]。

本文以河南本地產葉芥菜為原料，利用人工發酵方式接種乳酸菌（短乳桿菌，Lactobacillus brevis）發酵芥菜，調整乳酸菌接種量（質量比0.2%、0.4%、0.6%）、食鹽添加量（質量比2%、5%、8%）、堆黃時間（3，5，7 d）進行單因素試驗，以感官評分為評價指標進行響應面試驗優化發酵工藝，從而為腌制芥菜生產過程的參數控制研究提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料與試劑

新鮮葉芥菜、食鹽：購自河南省周口市大潤發超市（科技大道店）；L8短乳桿菌（Lactobacillus brevis）：購自河南省微生物研究所。

冰醋酸、氫氧化鈉、鹽酸、鹽酸萘乙二胺、乙酸鋅（均為分析純）：購自鞏義市大明化學試劑有限公司。

1.2儀器與設備

EGS-CJ-3A型超凈工作臺、GJE-50L-A型高壓立式滅菌器河南萬皓儀器設備廠；GN-02C型電子分析天平、YG-1D型手持式pH計、TA-2000B型色差儀上海博迅醫療生物儀器股份有限公司；BA-5000型紫外可見分光光度計天順風能（蘇州）股份有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1腌制芥菜發酵過程

葉芥菜處理：去除發黃、有蟲眼或發育不完全的葉片，保留健康新鮮的葉芥菜，利用無菌水反復清洗后，平鋪晾于無菌托盤上，每24 h翻動一次。

堆黃：將已鋪有葉芥菜的無菌托盤置于室溫下，濕度為35%，避光進行堆黃處理，至全部葉片脫水萎蔫，置于無菌案板上，切分成2 cm寬的長條備用。

腌制：取L8短乳桿菌（Lactobacillus brevis）菌粉，無菌水加熱至35 ℃后，溶解菌粉，制備菌液；取食鹽溶于無菌水中，制備食鹽水。將已切分的葉芥菜與菌液、食鹽水混合均勻，碼入無菌罐中，密封保存，37 ℃發酵16 d。

1.3.2腌制芥菜發酵單因素試驗

堆黃時間：在1.3.1堆黃處理過程中，堆黃溫度控制在25 ℃，避光處理，設置堆黃時間為3，5，7 d。在此條件下，乳酸菌接種量固定為0.4%（質量比）、食鹽添加量固定為5%（質量比）。

乳酸菌接種量：在1.3.1菌種溶解過程中，首先稱重已堆黃處理的葉芥菜，以葉芥菜質量分數0.2%、0.4%、0.6%稱取菌粉，溶于100 mL無菌水中。在此條件下，堆黃時間固定為5 d，食鹽添加量固定為5%（質量比）。

食鹽添加量：在1.3.1食鹽水溶解過程中，以葉芥菜質量分數2%、5%、8%稱取食鹽，溶于100 mL無菌水中。在此條件下，堆黃時間固定為5 d，乳酸菌接種量固定為0.4%（質量比）。

1.3.3腌制芥菜發酵工藝條件響應面試驗設計

根據單因素試驗結果，以葉芥菜感官評分為評價指標，以堆黃時間、食鹽添加量和乳酸菌接種量為主要影響因素設計響應面試驗。響應面試驗因素水平設計見表1。

1.3.4腌制芥菜品質指標

1.3.4.1腌制芥菜感官評價

參考汪姣玲等^[9]的方法并略作修改。邀請8名具備食品感官評價相關知識的人員（4男4女），對腌制芥菜從氣味、滋味、色澤、口感4個方面進行評價，滿分40分，精確至小數點后一位，最終評分結果為8名評價人員評分的平均值。感官評價標準見表2。

1.3.4.2腌制芥菜pH值的測定

參考高世陽等^[10]的方法并略作修改。取發酵完成時的發酵液，利用YG-1D型手持式pH計測定其pH值。

1.3.4.3腌制芥菜色差的測定

參考陳弦等^[11]的方法并略作修改。取一片完整的腌制芥菜，利用TA-2000B型色差儀對葉片和葉梗的色差進行測定，取平均值。

1.3.4.4腌制芥菜總酸含量的測定

總酸含量依照國家標準GB 12456—2021《食品安全國家標準 食品中總酸的測定》中第一法酸堿指示劑滴定法進行測定，總酸含量以乳酸含量計^[12]。

1.3.4.5腌制芥菜中亞硝酸鹽含量的測定

亞硝酸鹽含量依照國家標準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》中第二法分光光度法進行測定^[13]。

1.3.4.6腌制芥菜中氨基酸態氮含量的測定

氨基酸態氮含量依照國家標準GB 5009.235—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸態氮的測定》中第一法酸度計法進行測定^[14]。

1.4數據處理

所有品質指標均平行測定3次，取平均值。采用Excel 2012軟件進行數據整理，采用SPSS 12.0軟件進行圖表制作。

2結果與分析

2.1腌制芥菜過程單因素試驗

2.1.1堆黃時間對腌制芥菜品質的影響

在芥菜腌制過程中，設置條件：乳酸菌接種量0.4%（質量比）、食鹽添加量5%（質量比），考察不同堆黃時間（3，5，7 d）對腌制芥菜品質的影響，其感官評分和色差見表3。

堆黃在芥菜腌制過程中的主要作用是在發酵芥菜前先降解一部分蛋白質，使微生物在發酵過程中更好地利用氨基酸，同時也可提升腌制芥菜的鮮味^[15]。植物的葉片中含有大量葉綠素，原本葉片為綠色，在堆黃過程中葉片由于缺水和避光處理逐漸變黃^[16]，因此在顏色變化上表現為L*降低、b*升高，即亮度降低而黃藍色升高。對比3種不同堆黃時間可以看出，腌制芥菜的亮度差異不大，但5 d時腌制芥菜的顏色更加均勻，7 d時腌制芥菜偏向黃色，視覺效果較差。

從感官評分來看，5 d時腌制芥菜的感官評分最高，為38.5分，表現為口感濃郁且色澤明亮。總體來看，在5 d堆黃時間下腌制芥菜的氣味、滋味、色澤和口感最佳。

2.1.2食鹽添加量對腌制芥菜品質的影響

在芥菜腌制過程中，設置條件：堆黃時間5 d、乳酸菌接種量0.4%（質量比），考察不同食鹽添加量（2%、5%、8%）對腌制芥菜品質的影響，其感官評分和色差見表4。

添加食鹽可以降低芥菜中的水分活度，從而抑制有害微生物的生長，同時增加腌制芥菜的風味；但食鹽添加量過高也會導致接種的乳酸菌活性降低，從而影響發酵效果^[17]。在腌制芥菜過程中，設置食鹽添加量為堆黃處理后芥菜質量的2%、5%、8%，在3種食鹽添加量下，可以明顯看出8%食鹽添加量的發酵效果有所下降，其感官評分僅有34.6分，表現為咸味過重、口感不佳；而2%食鹽添加量的感官評分較8%時略高，但由于食鹽添加量過低，咸味與辣味的融合度不高，導致辣味過重，適口性不好。3種食鹽添加量中，5%食鹽添加量下腌制芥菜的感官評分最高，且色澤明快、發酵液清亮。

2.1.3乳酸菌接種量對腌制芥菜品質的影響

在芥菜腌制過程中，設置條件：堆黃時間5 d、食鹽添加量5%（質量比），考察不同乳酸菌接種量（0.2%、0.4%、0.6%）對腌制芥菜品質的影響，其感官評分和色差見表5。

腌制芥菜過程中微生物發酵主要存在乳酸發酵、乙醇發酵和醋酸發酵多種過程同時進行。乳酸發酵使芥菜中的糖類物質分解成乳酸等，同時硫代葡萄糖苷降解產生異硫氰酸酯等辛辣味物質，使腌制芥菜具備辛辣味、酸爽味；乙醇發酵和醋酸發酵產生揮發性的醇類和酯類化合物，使腌制芥菜產生香氣^[18]。在乳酸菌接種量為0.2%時，腌制芥菜的感官評分僅為34.1分，表現為口感較差，腌制芥菜具有的酸味和辣味均不足；隨著乳酸菌接種量的增加，腌制芥菜的感官評分不斷升高，乳酸菌接種量為0.6%時感官評分達到38.4分，其風味純正，具有腌制芥菜特有的辛辣、酸爽口感。

2.2腌制芥菜發酵工藝條件響應面試驗結果

以乳酸菌接種量、食鹽添加量和堆黃時間為主要因素，考察3個因素下腌制芥菜的感官評分，響應面試驗設計和感官評分見表6。數據經回歸分析后，擬合方程為Y=5.27-3.88A+1.73B+0.875C+1.73AB-0.42AC+0.52BC-0.85A²+2.18B²-10.7C²。

以感官評分為響應值進行模型評價，回歸模型方差分析見表7。

由表7可知，模型極顯著（P=0.002 6），失擬項不顯著（P=0.054 4），決定系數（R²）為0.998 3，一次項B和C均極顯著，A顯著；二次項A²和C²均極顯著，B²顯著；交互項AB極顯著，AC和BC不顯著。通過回歸分析可以看出，回歸方程的擬合效果較好，能很好地擬合3個單因素與響應值之間的關系^[19]。通過響應面試驗確定堆黃時間7 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.4%時發酵效果最佳，感官評分達38.2分。

2.3最佳生產工藝腌制芥菜品質比較

通過響應面試驗設計獲得最佳因素配比為堆黃時間7 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.4%；利用單因素試驗獲得最佳因素配比為堆黃時間5 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.6%。為優化生產工藝，對比這兩種生產工藝下腌制芥菜的品質指標。

設生產工藝1為堆黃時間7 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.4%；生產工藝2為堆黃時間5 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.6%，其感官評分、色差、總酸含量、pH值、亞硝酸鹽含量和氨基酸態氮含量見表8。兩種生產工藝下，2號工藝的感官評分略高于1號工藝，表現為口感更加酸爽、色澤明快、發酵液更清亮；同時，由于乳酸菌接種量略高，2號工藝條件下pH值略低，總酸含量高于1號工藝。

在腌制蔬菜生產過程中會產生硝酸鹽，再經發酵還原成亞硝酸鹽，而食用亞硝酸鹽對人體有很多危害^[20]。兩種生產工藝下，2號工藝條件產生的亞硝酸鹽含量比1號工藝略低；氨基酸態氮是腌制芥菜生產過程中產生的重要呈味物質，如有機酸、無機鹽、糖類、芥子苷等風味物質，為腌制芥菜提供了豐富的口感^[21]。兩種工藝條件下，2號工藝的氨基酸態氮含量為（0.082±0.001） g/100 g，高于1號工藝，這可能是其感官評分高于1號工藝的原因。

3討論與結論

腌制芥菜營養豐富、口感酸爽，通過人工發酵方式可以保障發酵品質，從而保證食品安全；同時發酵時間短，可控制發酵效果。但人工發酵所需步驟和物料添加因素較多，調整因素添加量會影響腌制芥菜成品的品質。因此，本文以河南本地產葉芥菜為原料，接種乳酸菌（短乳桿菌，Lactobacillus brevis）進行芥菜發酵。首先進行單因素試驗，以乳酸菌接種量（質量比0.2%、0.4%、0.6%）、食鹽添加量（質量比2%、5%、8%）、堆黃

時間（3，5，7 d）進行芥菜發酵生產，對產出芥菜進行感官評分；并以感官評分為評價指標，進行響應面試驗設計優化發酵工藝參數；然后以最優生產工藝進行腌制芥菜生產，比較其品質（pH值、色差、總酸含量和氨基酸態氮含量）。結果顯示，以堆黃時間5 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.6%進行芥菜腌制品質最優，其感官評分可達（38.7±1.5）分，表現為口感酸爽、發酵液清澈、色澤明快，pH值為3.85，總酸含量為0.52%，亞硝酸鹽含量為0.12 mg/kg，氨基酸態氮含量為（0.082±0.001） g/100 g。

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