蔬菜快速无水发酵工艺研究

李静鹏，邓 力，陈 烁，罗鹏程

（贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州贵阳550025）

蔬菜快速无水发酵工艺研究

李静鹏，邓 力*，陈 烁，罗鹏程

（贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州贵阳550025）

以豇豆为代表性原料，添加食盐、食醋等常见辅料，探讨不同盐度条件下，豇豆无水快速发酵过程中的pH值、酸度、产乳酸速率以及亚硝酸盐含量的变化，最终采用感官评价法确定该工艺最适盐度为3%，发酵76 h后即达最佳成熟点pH值3.75，所得豇豆成品色泽美观、质地脆嫩、咸度适度且风味独特。与此同时，将无水发酵与浸泡发酵工艺进行对比，并借助其他蔬菜验证了快速无水发酵方法的可行性。与传统浸泡发酵蔬菜相比，无水快速发酵工艺具有发酵速度快、食盐及亚硝酸盐含量低、节省水资源、环境友好、生产成本低、应用范围广、产品风味好等诸多优势，值得进一步开发和利用。

无水发酵；豇豆；工艺；亚硝酸盐

乳酸发酵蔬菜是人类巧妙利用有益微生物加工制得的一类食品，具有独特风味，丰富了人们的饮食生活。泡菜是乳酸发酵蔬菜的代表之一[1]，直接将蔬菜加入含盐浸泡液进行乳酸发酵，产品不仅保留了良好的蔬菜营养成分和感官品质，而且因微生物代谢具有了新的食用品质和功能特性[2]，因此深受广大消费者的喜爱。

历经千年发展，泡菜生产工艺不断创新和完善，但采用浸泡发酵方式普遍存在下述问题[3-5]：第一，生产周期长，效率低下，一般泡菜需要泡制5～15 d才能食用。为解决这一问题，工业上多采用生物法即在发酵液中人工接种来实现快速发酵，同时辅以多段超高压发酵液渗透、超声盐渍入味等高新技术手段，却增加了生产成本；第二，需要消耗水、盐和辅料的泡菜水在生产中占比很高，却不用于食用，造成浪费；第三，发酵过程中，蔬菜中的硝酸盐被还原为亚硝酸盐，控制不好时存在安全问题；第四，由于发酵时间长，为抑制乳酸菌以外的杂菌生长，大量添加食盐导致成品含盐量高、口味过咸、组织软化甚至水化等问题，而高盐废水的排放又会给环境带来严重污染。

为解决上述问题，本研究提出一种发酵快速，食盐及亚硝酸盐含量低，无需额外添加水，生产工艺简单且产品风味独特的蔬菜无水快速发酵方法。

虽然当前一些腌制蔬菜采用无水发酵工艺生产（如榨菜、萝卜干等）。但这些腌制蔬菜的工艺[6-7]一般都包含压榨脱水工艺，且发酵时间达30～80 d，与本方法明显不同。

豇豆含有丰富的膳食纤维、维生素C和豆磷脂，具有低热、低糖等优势，且发酵成品质地脆嫩、口感优良，被广泛应用于泡菜制作工艺[8-9]。豇豆作为蔬菜乳酸发酵原料具有较好代表性。此外，大量研究表明[10-11]，食盐添加量对发酵产品的食用品质影响显著。

为得到快速无水发酵蔬菜的工艺参数及发酵特点，本试验首先以豇豆为代表性原料，添加食盐、食醋、姜、蒜等常见辅料，研究无水快速发酵过程的pH值、酸度、产乳酸速率以及亚硝酸盐含量随盐度的变化规律，进而通过感官评价法确定该工艺最适盐度、发酵时间和最佳成熟点pH值。与此同时，将无水发酵与浸泡发酵工艺进行同步对比，深入探讨无水快速发酵工艺的特点。进而采用白萝卜、青椒、黄瓜等开展了无水发酵试验，验证蔬菜快速无水发酵方法的可行性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料：豇豆、白萝卜、青椒、黄瓜、莲花白、蒜苔；辅料：食盐、姜、蒜和花椒；发酵容器：保鲜盒。以上材料均购于贵阳市花溪区星力超市。

亚硝酸钠（分析纯）：成都金山化学试剂有限公司；对氨基苯磺酸（分析纯）、盐酸萘乙二胺（分析纯）：天津市科密欧化学试剂有限公司。所用水均为去离子水。

1.2 仪器与设备

205型pH测量仪：德图仪器国际贸易有限公司；TU-1810型紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；JJ-2型组织捣碎机：上海高致精密仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 发酵豇豆制作工艺

（1）原料准备

挑选新鲜、无虫害的豇豆，洗净后切成长3 cm条状，姜、蒜切成碎末。保鲜盒洗净后干燥备用。

（2）制作工艺

①无水发酵

取2 400 g切好的豇豆分装于3个保鲜盒中，分别加入2%、3%、4%食盐，混匀后加入0.75%食醋、1%姜、1%蒜和0.25%花椒，搅拌均匀后置于室温（23±1）℃下盖紧后进行发酵。

②浸泡发酵

取2 400 g切好的豇豆分装于3个保鲜盒中，每个保鲜盒中分别加入1 000 mL水，再分别加入2%、3%、4%食盐，混匀后加入0.75%食醋、1%姜、1%蒜和0.25%花椒（按照原料及水质量总和计），搅拌均匀后置于室温（23±1）℃下盖紧后进行发酵。

1.3.2 理化指标

（1）pH值、酸度、产乳酸速率

每8 h分别取出10 g无水发酵和浸泡发酵样品置于组织捣碎机中捣碎至均匀浆状，借助pH测量仪测定浆状样品的pH值。酸度及产乳酸速率的计算过程见公式（1）和（2）。根据上述数据分别绘制pH-时间曲线、酸度-时间曲线以及产乳酸速率-时间曲线。

式中：K为换算系数0.09，即1 mol氢氧化钠相当于乳酸的克数，a为pH值。

式中：A1及A2为不同时间点的酸度，%；t1及t2为不同的时间点，h。

（2）亚硝酸盐含量

亚硝酸盐含量的测定按照国标GB5009.33—2010《食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》中的盐酸萘乙二胺比色法[12]。

亚硝酸盐标准曲线的制作：准确称取0.100 0 g亚硝酸钠，加水移入1 000 mL容量瓶，加水稀释至刻度，混匀。吸取上述10 mL亚硝酸钠标准溶液，置于100 mL容量瓶，加水稀释至刻度。然后取0、0.10mL、0.20mL、0.30mL、0.40mL、0.50mL亚硝酸钠标准使用液，分别置于50mL的带塞比色管中，分别加入2mL对氨基苯磺酸溶液，混匀，放置3～5 min，加入1mL盐酸萘乙二胺溶液，加水至刻度，混匀，静置15min，于波长538 nm处测定吸光度值。以亚硝酸钠标准曲线回归方程，计算发酵豇豆中亚硝酸盐含量。

1.3.3 最适盐度、发酵时间及最佳成熟点pH值的确定

根据预实验所得结果建立发酵豇豆感官评价指标评价标准及评分分配细则，满分10分，如表1所示。

当样品发酵至成熟点pH值附近时，请5名感官评价专业人员分别从香味、脆度、风味和色泽[13-14]4个方面为样品打分并计算综合感官评分。进而利用SPSS 16.0分析不同pH值下的感官评分数据差异是否显著，据此确定豇豆发酵样品的最适盐度、发酵时间和最佳成熟点pH值。

1.3.4 无水发酵方法可行性验证

将白萝卜、青椒、黄瓜、莲花白、蒜苔按需要切分，切分大小以块状蔬菜最长边长控制在1.5 cm内，片状/条状蔬菜最长边长控制在4 cm内，同样采用上述工艺进行无水快速乳酸发酵试验，验证蔬菜快速无水乳酸发酵方法的可行性。

2 结果与分析

2.1 豇豆发酵过程中pH值的变化

不同盐度条件下无水发酵和浸泡发酵豇豆的pH值随时间变化规律见图1。随发酵时间的延长，2种发酵方式豇豆pH值迅速降低，一段时间后基本稳定。其中，2%盐度样品的发酵速度最快，说明低盐有利于发酵速度的提高。出现这一现象的原因是高盐会对微生物产生渗透压及毒性[15]，微生物受到抑制甚至死亡。尽管乳酸菌属于耐盐微生物[16]，但高浓度食盐仍会影响其生理活动。

根据预实验所得结果，将各盐度对应的豇豆样品成熟点pH值选在3.75左右。由图1（a）可知，2%盐度无水发酵豇豆发酵60 h即达成熟；3%盐度则需76 h；4%盐度样品发酵速度最慢，92 h后基本成熟。由图1（b）可知，2%、3%和4%盐度浸泡发酵豇豆分别在发酵80 h、88 h及100 h后达到成熟。结果表明，各盐度无水发酵样品的发酵速度均早于浸泡发酵10～20 h，节省生产时间10%～25%。从pH值的变化来看，无水发酵速度快，生产周期短，与浸泡发酵豇豆相比具有显著优势。

2.2 豇豆发酵过程中酸度的变化

不同盐度条件下无水发酵和浸泡发酵豇豆的酸度随时间变化规律见图2。

由图2可知，无水发酵16 h后即进入迅速产酸阶段，比浸泡发酵提前6 h左右。2种豇豆发酵工艺中较低盐度样品的产酸速度都快于较高盐度。从酸度含量的变化来看，无水发酵产酸速度快，生产周期短，与浸泡发酵豇豆相比具有显著优势。

2.3 豇豆发酵过程中产乳酸速率的变化

食醋价格低廉、方便易得，是家庭必备烹饪辅料，其酿造所用醋醅含丰富的乳酸菌[6，17]，少量食醋及蔬菜自身携带的乳酸菌即可为无水发酵工艺提供稳定的乳酸菌来源。乳酸发酵过程为典型的正型乳酸发酵，代谢模式为同型代谢，因而产乳酸速率基本反映了乳酸菌的消长状况[18-19]。乳酸菌经发酵调整期适应环境后，迅速进入对数生长期，产生大量乳酸代谢产物。而后又被逐渐增加的乳酸抑制，生长代谢速度降低，最终形成驼峰状发酵高峰。不同盐度条件下无水发酵和浸泡发酵豇豆的产乳酸速率变化规律见图3。

由图3可知，3种盐度无水发酵豇豆的产乳酸速率达到峰值时间差别不大，均在36 h左右，但低盐样品中的乳酸菌更快形成优势菌种，产乳酸速率峰值较高。此后，因代谢产物反馈抑制乳酸代谢途径，各盐度样品产乳酸速率减慢，72 h后趋稳。盐度分别为2%、3%及4%的浸泡发酵样品的产乳酸速率顶峰分别出现在42 h、48 h和72 h，均慢于无水发酵6～36h。从产乳酸速率的变化来看，无水发酵产乳酸速度快，生产周期短，与浸泡发酵豇豆相比具有显著优势。

2.4 亚硝酸盐含量变化规律

2.4.1 亚硝酸钠标准曲线

采用分光光度法测定不同质量浓度亚硝酸钠标准溶液的吸光度值，以亚硝酸钠质量浓度（x）为横坐标，吸光度值（y）为纵坐标，绘制亚硝酸钠标准曲线见图4。

由图4可知，其标准曲线线性回归方程为y=0.757 9x+ 0.002 8，相关系数R=0.997，表明二者线性关系良好。

2.4.2 豇豆发酵过程中的亚硝酸盐含量的变化

发酵过程中豇豆中的有害微生物和某些杂菌将硝酸盐还原转化为亚硝酸盐，导致亚硝酸盐含量升高。随着发酵时间延长，乳酸菌产生大量乳酸，环境pH值降低，大量H+存在有利于二氧化氮（NO2）还原成一氧化氮（NO），亚硝酸盐残留量逐渐降低[20]。不同盐度条件下无水发酵和浸泡发酵豇豆的亚硝酸盐含量随时间变化规律见图5。

由图5可知，无水发酵全程亚硝酸盐含量均＜6 mg/kg，发酵76 h所得产品的亚硝酸盐含量约3 mg/kg，显著低于国标GB2762—2012《食品中污染物限量》中腌渍蔬菜20mg/kg的亚硝酸盐含量要求。相应时间下浸泡发酵豇豆中的亚硝酸盐含量约是无水发酵豇豆的2倍。可见，无水快速乳酸发酵产品亚硝酸盐含量低，安全性高。

此外，高盐度可显著降低发酵全程中的亚硝酸盐含量。这是因为高浓度食盐可不同程度抑制对盐耐受能力较弱的微生物，使硝酸盐还原过程减缓，亚硝酸盐生成量降低[4，21]。因此，实际生产中可适当提高发酵豇豆中的食盐浓度，优先考虑3%～4%的食盐添加量。

2.5 最适盐度、发酵时间及最佳成熟点pH值的确定

在上述研究的基础上，选择3.85、3.80、3.75和3.70 4个pH值测定点计算综合感官评分，不同pH值条件下的无水发酵和浸泡发酵样品的感官评分结果分别见表2及表3。

由表2及表3可知，不同pH值下的无水发酵和浸泡发酵样品的感官评分之间差异显著，表明所用pH值测定点具有代表性，所得数据可靠。3%盐度无水发酵样品评分最高，兼顾发酵速度及亚硝酸盐含量变化规律，将无水发酵的最适盐度定在3%，用盐量低。尽管浸泡发酵的最适盐度也在3%，但计算该样品所需食盐添加量时考虑了发酵液中的大量水分，实际用盐量高达无水发酵2～3倍。与浸泡发酵方式相比，无水快速乳酸发酵方法可节省大量食盐、食醋、姜、蒜等辅料及大量水资源，生产中又不产生高盐废水，利于环境保护。

随着pH值的下降，2种乳酸发酵豇豆的综合感官评分逐渐上升，无水发酵样品评分略低于浸泡发酵样品。pH值降至3.75时，无水发酵豇豆的综合感官评分达到最高值7.06分，产品色泽美观，质地脆嫩，咸度适度，风味独特，优于相同处理条件下的浸泡发酵样品。pH值继续下降，样品脆度降低、酸味过重、色泽暗淡甚至严重变色，综合感官评分迅速降低。结合前期试验结果，将无水发酵豇豆的最佳成熟点pH值选在3.75。

结合图1可知，3%最适盐度条件下豇豆样品无水发酵76 h即达成熟点pH值3.75，在这一成熟点pH值条件下发酵豇豆的酸度为1.60%，亚硝酸盐含量约为3 mg/kg，感官评分为7.06分。

2.6 无水发酵方法可行性验证

为验证蔬菜快速无水发酵方法的可行性，又采用白萝卜、蒜苔、黄瓜、青椒、莲花白5种常见蔬菜进行无水发酵试验。研究结果表明，盐度为3%的上述蔬菜原料在25℃下发酵2～4 d即达成熟（pH值3.75），成品亚硝酸盐含量为3～7 mg/kg，安全性高。同样具有与无水发酵豇豆类似的多重优势。

3 讨论

相比于浸泡发酵工艺，无水发酵工艺的发酵速度明显较快，出现这一现象的原因分析如下：第一，无水发酵蔬菜无需额外添加水分，由于不存在水分稀释作用，蔬菜上的乳酸菌相对浓度较高，发酵旺盛；第二，乳酸菌对营养需求特别严苛，除作为能源的糖类外，还需各种氨基酸、维生素、矿物质等以维持其生长，但长时间浸泡发酵导致水溶性营养成分流失并被大量发酵液稀释，导致乳酸菌对营养物质的实际利用率降低，无水发酵工艺则不存在这一问题；第三，无水发酵中，大量乳酸菌集中在蔬菜表面，代谢消耗蔬菜表面营养后易于突破植物细胞壁进入蔬菜内部利用可发酵碳水化合物。由于蔬菜内外部同时发酵，无水发酵工艺不仅发酵速度快而且产品内外品质均一、稳定，风味独特。此外，较快的发酵速度还会带来低亚硝酸盐含量、低成本等诸多优势。

4 结论

本研究提出一种蔬菜无水快速发酵工艺，与传统泡菜加工工艺相比，该工艺具有多重优势：

（1）用盐量低，发酵速度快，生产周期短而其风味又好。豇豆无水发酵的最适盐度为3%，发酵76 h后pH值降至3.75即达成熟，成品色泽美观，质地脆嫩，咸度适度，风味独特。

（2）亚硝酸盐含量低，安全性高。豇豆成品亚硝酸含量约3 mg/kg，峰值含量低于6 mg/kg，仅为浸泡发酵豇豆的1/2。

（3）无需制作泡菜水，节约了大量水资源，生产过程中也不会产生高盐废水，有效避免环境污染，添加辅料时无需考虑发酵液中大量水分对调味料的稀释作用，大大减少辅料投入量，降低生产成本。

（4）原料价格低廉，生产工艺简单，不仅适于工业生产，而且适合家庭自制食用；不仅适用于豇豆，应用在其他蔬菜上同样具有上述优势，值得进一步开发和利用。

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Research on rapid fermentation process of vegetables without soaking water

LI Jingpeng,DENG Li*,CHEN Shuo,LUO Pengcheng
(College of Liquor and Food Engineering,Guizhou University,Guiyang 550025,China)

Using cowpea as main material and using salt and vinegar as common auxiliary materials,the changes of pH,acidity,lactic acid producing rate and nitrite content with different salinities during the rapid fermentation process without soaking water were studied.The results showed that the optimal salinity was 3%,and the optimal mature pH point was 3.75 after fermentation for 76 h based on a sensory evaluation.The cowpea products had nice color,crisp texture,moderate salinity and unique flavor.In addition,the fermentation methods without and with soaking water were synchronously compared,and the feasibility of fermentation without soaking water was verified depend on the kind of vegetable.Compared with the traditional soaking fermented vegetables,the unsoaked process of cowpea by lactic acid bacteria fermentation was worth of further development and utilization due to its various advantages,such as high fermentation speed,low salt and nitrite content,water-saving,environmental friendly,low production cost,wide application range,good flavor,and so on.

fermentation without soaking water;cowpea;process;nitrite

TS264.2

A

0254-5071（2015）06-0033-06

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.06.008

2015-05-15

国家科技支撑计划重大项目（2012BAD37B02）；贵州省科学技术基金（黔科合J字[2009]2238号）；贵州省科技计划（黔科合农G字[2013]4016号）

李静鹏（1991-），女，硕士研究生，研究方向为挤压食品。

*通讯作者：邓力（1966-），男，教授，博士，研究方向为自动烹饪、复杂食品加工过程的数值分析、现代杀菌技术及挤压技术。