枣阳酸浆水来源乳酸菌对泡菜及泡菜水发酵品质的影响

代程洋，陈江红，郭 壮，张振东，马 磊，雷 敏*

（1.湖北文理学院 食品科学技术学院 鄂西北传统发酵食品研究所，湖北 襄阳 441053；2.枣阳市食品药品监督管理局，湖北 枣阳 441021）

泡菜是我国传统发酵食品之一，它以各类蔬菜为主要原料，经中低浓度盐水泡渍发酵而成[1]。蔬菜经发酵后生成大量酸味成分，经适当调味后，具有“新鲜、清香、嫩脆、味美”的特点，作为餐桌上的开胃菜，广受大众喜爱[2]。泡菜在制作中经乳酸菌发酵后产生多种生物活性物质，可抑制便秘、降低直肠癌发病率、降低血清胆固醇含量等[3]。泡菜的加工制作主要有自然发酵和人工接种发酵两种方式[4]。传统的自然发酵工艺制作环境相对开放，因此，泡菜中微生物群落丰富而复杂，每次发酵的菌群结构不仅不易控制，而且可能混有少量其他腐败菌等有害微生物，对泡菜的品质和安全性均构成一定的威胁[5-6]；而纯种发酵不仅保证了产品的稳定性和安全性，更能通过合适的发酵剂配比来缩短生产周期，是目前规模化、标准化生产的方向[7]。由于纯种发酵的泡菜风味和口感往往不及自然发酵，目前，国内外对此展开了较多的研究。JUNG Y J等[8]在保证泡菜风味和口感的前提下，建立了一套完善的泡菜人工接种发酵体系；王秋霞等[9-10]比较了自然发酵与人工接种发酵泡菜风味的差异，结果表明，人工接种发酵生产的泡菜与自然发酵方式生成的风味物质非常接近，但挥发性物质种类较少且相对百分含量较低可能是纯种发酵泡菜风味欠佳的原因；刘春燕等[11]对不同乳酸菌纯种发酵泡萝卜的风味进行研究发现植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）发酵的泡菜中乳酸含量最高。以上研究对于开发适于泡菜工业生产的发酵剂、提高泡菜的生产效率具有重要的意义。

襄阳市枣阳地区酸浆面是入选湖北省非物质文化遗产的著名小吃，其主要呈味原料—酸浆水的制作工艺与泡菜相似。酸浆面味道酸香可口，其中乳酸菌是泡菜发酵的优良菌种资源，亟待进一步地开发。本研究利用分离自酸浆水的15株植物乳杆菌和15株发酵乳杆菌发酵萝卜制备泡菜，对泡菜的质构特性及泡菜水的理化性质进行研究，并结合电子鼻、电子舌技术和主成分分析（principal component analysis，PCA）、典型相关分析（canonical correlation analysis，CCA）对泡菜水的风味品质进行测定和评价，从而为开发适于泡菜或其他发酵食品人工接种的微生物资源奠定一定的理论基础。

1 材料及方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 菌株

15株发酵乳杆菌（编号HBUAS53177～HBUAS53180、HBUAS53185～HBUAS53187、HBUAS53189、HBUAS53191、HBUAS53194和HBUAS53198～HBUAS53202）、15株植物乳杆菌（编号HBUAS53188、HBUAS53192、HBUAS193、HBUAS53220～HBUAS52223、HBUAS53236～HBUAS53238、HBUAS53257、HBUAS53258、HBUAS553265、HBUAS53266和HBUAS53269）：均分离自枣阳酸浆水，保存于本实验室。

1.1.2 试剂

食盐（分析纯）：市售；苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸和琥珀酸（纯度均为99.5%）：国药集团化学试剂有限公司。

1.1.3 培养基

乳酸细菌（MRS）培养基：葡萄糖20 g、蛋白胨10 g、牛肉膏10g、酵母粉5g、柠檬酸二铵2g、K2HPO42g、乙酸钠5g、MgSO4·7H2O 0.58 g、MnSO4·H2O 0.25 g、吐温-80 1 mL，蒸馏水定容至1 L，121℃灭菌15 min。

1.2 仪器与设备

5810R台式高速冷冻离心机：德国Eppendorf公司；PHS-25数显pH计：上海仪电科学仪器股份有限公司；Abbemat350全自动折光仪：奥地利安东帕公司；SA-402B电子舌：日本Insent公司；PEN3电子鼻：德国Airsense公司；TA.XT plus质构仪：英国SMS公司；UitraScan全自动多功能色度仪：美国HunterLab公司；LC-20ADXR高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）仪：日本岛津公司。

1.3 方法

1.3.1 泡菜的工艺流程及操作要点

原料筛选→清洗切条→原料装坛→加入冷却的沸水→加入食盐→接种乳酸菌→密封发酵→泡菜成品

操作要点：挑选无虫蛀，无腐坏，规格、品质相同的白萝卜，洗净后切成萝卜条（1 cm×1 cm×5 cm）备用。将萝卜（34%）、食盐（4%）、冷却后的沸水（62%）按比例加入泡菜坛中。按照每2.5 L泡菜水接种5 mL菌液（107CFU/mL）的接种量将30株乳酸菌分别接入30个泡菜坛中，每一株菌对应一个泡菜坛，密封后于25℃条件下发酵7 d，以不添加乳酸菌进行自然发酵的泡菜为对照组。

1.3.2 泡菜质构的测定

从每个泡菜坛中选取5根相同长度的萝卜条，参照汪立平等[13-14]的方法采用质构仪进行穿刺测试。

1.3.3 泡菜水理化性质的测定

总酸含量：参照GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》方法进行测定；可溶性固形物含量：参照胡伯凯等[15]的方法进行测定；有机酸含量：参照田辉等[16-17]的方法进行测定；pH值：采用pH计测定[18]；色度：参照黄盛蓝等[19]的方法采用透射模式对样品的亮度值（L*）、红度值（a*）和黄度值（b*）进行测定，每个样品平行测定3次。

1.3.4 泡菜水风味物质的测定

气味的测定：参照钱琴莲等[20]的方法，使用电子鼻测定泡菜水的气味。测定样品时，探头插入电子鼻样品瓶中距离应相同，选取49s、50s和51s时的平均值为测试数据。

滋味的测定：样品预处理：取150 mL泡菜水样品，10 000 r/min离心5 min，取上清液，用纯水稀释3倍。参照郭壮等[21]的方法使用电子舌测定泡菜水样品中的酸、苦、涩、鲜和咸味味值。每个样品重复测4次，选取后3次测量的数据进行后续分析，同时在数据处理时将对照组样品的各滋味指标设置为0。

1.3.5 数据处理与统计分析

使用SAS软件对泡菜水的风味进行主成分分析[22]；使用Matlab2012a软件进行典型相关分析；使用Origin8.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同乳酸菌发酵泡菜理化性质的分析

选用分离自枣阳酸浆水的30株乳酸菌制作泡菜，并对泡菜的质构特性（硬度、脆性、咀嚼性）及泡菜水的理化性质（总酸、pH值、可溶性固形物含量及色度）进行检测，结果如表1所示。

由表1可知，在泡菜的质构特性上，发酵乳杆菌制作的泡菜的咀嚼性显著高于植物乳杆菌制作的泡菜（P＜0.05），其平均值分别为594.05 mJ和539.29 mJ，而在硬度和脆性上无显著性差异（P＞0.05）；且用发酵乳杆菌或植物乳杆菌制作的泡菜的硬度、脆性和咀嚼性均显著高于自然发酵对照组（P＜0.05）。对泡菜水的检测发现，两种不同乳酸菌发酵的泡菜水的总酸含量、pH值均与自然发酵对照组无显著性差异（P＞0.05），且可溶性固形物含量均为1.34%。两种不同乳酸菌发酵的泡菜水的亮度值（L*）和黄度值（b*）存在显著差异（P＜0.05），且发酵乳杆菌发酵的泡菜水的色度与自然发酵对照组无显著差异（P＞0.05）。

表1 不同乳酸菌发酵泡菜的质构特性及泡菜水的理化性质测定结果Table 1 Determination results of texture characteristics of kimchi and physical and chemical characters of kimchi juice fermented by different lactic acid bacteria

酸味是泡菜的主要味觉呈现之一，乳酸是泡菜中最主要的有机酸，其含量的多少对泡菜的品质有较大的影响[8]。对不同乳酸菌发酵泡菜的有机酸含量进行测定，结果如表2所示。

表2 不同乳酸菌发酵泡菜水中有机酸含量的测定结果Table 2 Determination results of organic acid contents in kimchi juice fermented by different lactic acid bacteria

由表2可知，不同乳酸菌发酵的泡菜水中主要有机酸均为乳酸，其中自然发酵对照组泡菜水中乳酸的含量显著高于发酵乳杆菌（P＜0.05），略高于植物乳杆菌，而植物乳杆菌发酵的泡菜水中乳酸含量略高于发酵乳杆菌发酵的泡菜水，其平均含量分别为5.80 g/kg和4.31 g/kg；其次，植物乳杆菌发酵的泡菜水中琥珀酸含量为0.64g/kg，柠檬酸含量为0.28 g/kg，均显著高于自然发酵对照组泡菜水（P＜0.05）；发酵乳杆菌制作的泡菜水中乙酸含量为1.34 g/kg，显著高于自然发酵对照组泡菜水（0.28 g/kg）（P＜0.05）；另外，自然发酵对照组泡菜水中苹果酸含量显著高于纯种发酵的泡菜水（P＜0.05）。

综合上述结果，从总酸含量、有机酸的含量或种类上，植物乳杆菌或发酵乳杆菌制作的泡菜水与对照组泡菜水相比均未呈现明显不足，且植物乳杆菌制作的泡菜水中乳酸含量与自然发酵组无显著性差异（P＞0.05），显示其具有应用于实践生产的潜力。

2.2 不同乳酸菌发酵泡菜水的滋味分析

采用电子舌技术对枣阳地区不同乳酸菌发酵泡菜水的滋味进行分析，结果如图1所示。

图1 不同乳酸菌发酵泡菜水各滋味指标的分析Fig.1 Analysis of taste index of kimchi juice fermented by different lactic acid bacteria

由图1可知，植物乳杆菌制作的泡菜水在酸味上显著高于发酵乳杆菌制作的泡菜水（P＜0.05），而在苦味、涩味、咸味、鲜味、后味A（涩味的回味）、后味B（苦味的回味）和丰度（鲜味的回味）均无显著性差异（P＞0.05）。由此可见，在泡菜的滋味品质上，由枣阳酸浆水分离的两种乳酸菌仅影响泡菜的酸味，即植物乳杆菌制作的泡菜其酸味值更高。

2.3 不同乳酸菌发酵泡菜水的气味分析

采用电子鼻技术对枣阳地区不同乳酸菌发酵制作的泡菜水的气味进行研究，电子鼻各传感器对不同泡菜水响应值的差异性分析如表3所示。

由表3可知，传感器W1C和W3C对植物乳杆菌制作泡菜水的响应值显著高于发酵乳杆菌制作的泡菜水（P＜0.05），比自然发酵对照组略高（P＞0.05）；而传感器W1C和W3C主要对芳香类物质灵敏，由此表明，由植物乳杆菌制作的泡菜水的芳香类化合物含量比发酵乳杆菌制作的泡菜水高。另外，W6S传感器（对氢气敏感）对植物乳杆菌制作泡菜水的响应值显著高于发酵乳杆菌（P＜0.05），且略高于自然发酵对照（P＞0.05）。传感器W5S（对氢氧化物敏感）和W1W（对有机硫化物、萜类物质灵敏）对两种乳酸菌制作泡菜水的响应值差异性均不显著（P＞0.05），且均略高于自然发酵对照。

表3 不同乳酸菌发酵泡菜水各气味指标的分析Table 3 Analysis of order index of kimchi juice fermented by different lactic acid bacteria

W2S（对乙醇灵敏）和W2W（对有机硫化物灵敏）对发酵乳杆菌制作的泡菜水的响应值显著高于其他组（P＜0.05）。而传感器W5C（对烷烃、芳香类物质敏感）、W1S（对甲烷敏感）和W3S（对烷烃类物质灵敏）对3组泡菜水的响应值均无显著性差异（P＞0.05）。

由此可见，在泡菜的气味品质上，由枣阳酸浆水分离的植物乳杆菌和发酵乳杆菌制作的泡菜水在气味品质上与自然发酵对照组相比并未呈现明显不足，且植物乳杆菌制作的泡菜水在芳香类物质的含量上更为丰富，显示其可作为纯种发酵直投剂的潜力。

2.4 泡菜水风味品质的主成分分析

泡菜水风味品质的主成分1和主成分2因子载荷图如图2所示。

图2 基于主成分分析泡菜水风味品质的主成分1与主成分2因子载荷图Fig.2 Factor loading diagram of main components 1 and 2 of kimchi juice flavor quality based on PCA

泡菜的风味主要由滋味和气味决定，由图2可知，第一主成分为气味成分，贡献率为37.08%；第二主成分为滋味成分，贡献率为23.53%。第一主成分由W1C（对芳香类物质灵敏）、W3C（对芳香类物质灵敏）、W5C（对烷烃、芳香类物质灵敏）、W3S（对烷烃类物质灵敏）、W1W（对有机硫化物、萜类物质灵敏）、W1S（对甲烷灵敏）和W2S（对乙醇灵敏）7个传感器指标构成，第二主成分由涩味和苦味两个滋味指标构成。泡菜风味品质的主成分1和主成分2因子得分图如图3所示。

图3 基于主成分分析泡菜水风味品质的主成分1与主成分2因子得分图Fig.3 Factor score diagram of main components 1 and 2 of kimchi juice flavor quality based on PCA

由图3可知，在第一主成分上，植物乳杆菌和发酵乳杆菌制作的泡菜水风味呈现明显的分离趋势，发酵乳杆菌在空间排布上位于右下角，相对应于图2中W1W（对有机硫化物、萜类物质灵敏）、W1S（对甲烷灵敏）和W2S（对乙醇灵敏）传感器，这也与表3中发酵乳杆菌对应的以上3种传感器的数值较高相对应；而第二主成分的空间分布未能呈现明显的分离趋势，这与图1中两种乳杆菌制作的泡菜水其苦味和涩味无显著性差异相对应。

进一步对两种乳酸菌制作泡菜水的风味进行典型相关分析，结果如图4所示。

图4 植物乳杆菌和发酵乳杆菌发酵泡菜风味的典型相关分析Fig.4 Canonical correlation analysis of flavor quality of kimchi fermented by L.fermentatum and L.plantarum

由图4可知，植物乳杆菌和发酵乳杆菌制作泡菜水的风味呈现明显的分离趋势，植物乳杆菌位于图像的右侧，发酵乳杆菌位于图像的左侧，这表明枣阳地区不同乳酸菌制作泡菜水的风味整体差异性显著（P＜0.05）。

3 结论

本研究利用枣阳酸浆水来源的15株植物乳杆菌和15株发酵乳杆菌发酵制作泡菜，并对泡菜的质构特性、泡菜水的基本理化性质和风味进行了初步评价。结果表明，在质构特性上，发酵乳杆菌制作泡菜的咀嚼性较高（P＜0.05），且纯种发酵制作的泡菜的硬度、脆性及咀嚼性均高于自然发酵对照组（P＞0.05）；在有机酸组成上，纯种发酵制作的泡菜中乳酸含量与自然发酵相当，且在有机酸组成上与自然发酵相似；而其他理化性质并无明显差异（P＞0.05）。电子舌检测发现，植物乳杆菌制作泡菜水的酸味值大于发酵乳杆菌制作的泡菜水，而在苦味、涩味、咸味、鲜味、后味A、后味B和丰度均无显著差异（P＞0.05）；电子鼻检测发现，植物乳杆菌制作的泡菜水中芳香类化合物含量更高，且与自然发酵水平相当。综上所述，用植物乳杆菌或发酵乳杆菌进行纯种发酵制作的泡菜及泡菜水的品质与自然发酵制作的品质相似，尽管在理化特性上，发酵乳杆菌制作的泡菜表现出更好的咀嚼性，但植物乳杆菌制作泡菜的风味优于发酵乳杆菌制作的泡菜。结合两种乳酸菌的优势，将开发更为优质的应用于泡菜或其他发酵食品的直投式发酵剂。