乳杆菌发酵酸芋荷的工艺研究

朱 苗，鄂君威，胡菊丽，李 丽，李刚凤

（铜仁学院 材料与化学工程学院，贵州 铜仁 554300）

芋荷梗为单子叶天南星科芋（Colocasia esculentaSchott）的叶柄，含有叶绿素、氨基酸、维生素C等多种营养物质，含有优质的膳食纤维[1-4]。因其含有刺激性涩味影响食用没有得到有效利用[5]，而贵州印江芋荷种植面积大，当地农家通常将芋荷梗加以一定量的辣椒、大蒜等辅料，腌制成酸芋荷，传统工艺传承已久，色香味俱全，广受欢迎，但发酵时间较长，保存期短。

乳酸菌在食品加工中的应用非常广泛，不仅可以缩短发酵时间，延长食物的保存期，使食物的营养成分得到保留[6]；而且在维持人体肠道正常的微生态平衡中起到了不可替代的作用，作为人体极其重要的生理菌群，与机体健康紧密联系，经过发酵的乳酸菌还能分解胆盐为解聚态，使胆固醇含量降低[7-8]。在蔬菜发酵过程中会代谢产生乳酸、酒石酸和亚硝酸还原酶等[9]，使发酵环境的pH下降，从而抑制酶活和杂菌生长[10-11]，降低了因传统自然发酵造成亚硝酸盐含量超标而严重危害人体健康的现象[12-14]。因此，利用乳酸菌结合辅料发酵芋荷梗，弥补发酵周期长，贮藏时间短，营养价值流失快的缺点，还带来了更多对人体健康有好处的优点。

本研究以芋荷梗为原料，通过添加乳酸菌、蔗糖、姜、蒜、辣椒等辅料进行发酵，利用植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）发酵芋荷梗，旨在改善传统自然发酵芋荷梗发酵周期长、质量不稳定和食用安全性差等问题，为铜仁地区工业化、规模化、标准化利用乳酸菌纯种发酵芋荷梗提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 原辅料与菌种

芋荷梗、食盐、蔗糖、生姜、小米椒、大蒜均为铜仁市售；植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）：善恩康生物科技（苏州）有限公司。

1.1.2 化学试剂

盐酸、氨水、亚铁氰化钾、硫酸锌、硝酸钾（均为分析纯）、MRS固体培养基：北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

MAX-C30002电子分析天平：深圳市无限量衡器有限公司；PHS-3E酸度计：上海佑科仪器仪表有限公司；DPN-9082-1A电热恒湿培养箱：常州普天仪器执照有限公司；GZ-250-S生化培养箱：金坛市科析仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳杆菌发酵酸芋荷工艺流程及操作要点[15-17]

挑选：选取新鲜度、成熟度一致，大小均匀、组织紧密，不萎蔫，无腐烂，无损伤，颜色鲜艳，脆性好的芋荷梗。

清洗、切分：清洗掉污泥和附着在芋荷梗表面上的渣滓，浸泡10 min。将芋荷梗的老根和尖端部分去除，将芋荷梗切分成3～5 cm的长度，尽量保持所切分的芋荷梗外观形态一致。

空罐准备：玻璃罐用清水洗净后再利用高压蒸汽灭菌锅灭菌30 min左右备用，保持罐内的无菌环境。

漂烫、冷却：将切分好的芋荷梗放入沸水中漂烫15～20 s至稍褪色后捞出，沥干后放入事先准备好的空罐。用凉开水溶解所需要用的蔗糖和盐，完全溶解后倒入罐中待漂烫后剩下的余温全部冷却。

装罐、封罐：将经过预处理的辅料（姜、蒜、辣椒）和乳酸菌粉依次放入罐中并注意保持适当的顶隙度（3～5 cm）。先用保鲜膜封住罐口，罐盖紧紧拧住后再用保鲜膜封住一层，以防止漏气、跑气。

发酵：先将恒温箱提前调至所需要的温度，再将封罐好的产品进行编号，整齐放入恒温箱内，在发酵过程中要严格控制好温度，并定期检查罐内气密性是否完好。

1.3.2 发酵条件优化单因素试验

（1）发酵时间对酸芋荷品质的影响

称取5份25 g的芋荷梗，在食盐添加量2%、蔗糖添加量2%、发酵温度30 ℃、乳酸菌添加量0.2%的条件下进行封罐，放入电热恒温培养箱内分别发酵2 d、3 d、4 d、5 d、6 d后，感官评定小组对发酵产品进行感官评价，并测定pH值。

（2）发酵温度对酸芋荷品质的影响

称取5份25 g的芋荷梗，在食盐添加量2%、蔗糖添加量2%、乳酸菌添加量0.2%，分别在28 ℃、30 ℃、32 ℃、34 ℃、36 ℃下发酵结束后发酵时间3 d，感官评定小组对发酵产品进行感官评价，并测定pH值。

（3）乳酸菌添加量对酸芋荷品质的影响

称取5份25 g的芋荷梗，在食盐添加量2%、蔗糖添加量2%、发酵温度30 ℃、发酵时间为3 d的条件下，分别添加0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%乳酸菌，封罐后放入电热恒温培养箱内进行发酵，在发酵结束后，感官评定小组对发酵产品进行感官评价，并测定pH值。

（4）食盐添加量对酸芋荷品质的影响

称取5份25 g的芋荷梗，在蔗糖2%、发酵温度30 ℃、发酵时间为3 d、乳酸菌添加量为0.3%的条件下，分别添加食盐添加量1%、2%、3%、4%、5%，封罐后放入电热恒温培养箱内进行发酵，在发酵结束后，感官评定小组对发酵产品进行感官评价，并测定pH值。

1.3.3 发酵条件优化正交试验

在单因素试验基础上，采用正交设计L9（34）对工艺进行优化。设置4个影响因素即发酵时间（A）、发酵温度（B）、乳酸菌添加量（C）、食盐添加量（D），且每个影响因素各取3个水平，以pH值和感官评分作为评价标准，正交试验因素与水平见表1。

表1 发酵工艺优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for fermentation process optimization

1.3.4 分析检测

（1）感官评定[18-19]

组织10人成立感官评定小组，根据感官评分的标准对产品的品质进行评定，取其平均值准确、完整地记录，满分为100分，评分标准见表2。

表2 酸芋荷感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standards of fermented taro leafstalk

（2）安全性指标

亚硝酸盐含量：参照GB 5009.33—2016《食品安全国家标准食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》中方法进行测定[20]；沙门氏菌和金黄色葡萄球菌：参照GB 2714—2015《食品安全国家标准酱腌菜》中方法进行测定[21]。

2 结果与分析

2.1 发酵工艺优化单因素试验

2.1.1 发酵时间对酸芋荷品质的影响

由图1可得出，随着发酵时间的延长，感官评分呈先上升后下降的趋势。在发酵时间为3 d前，仍有杂菌在影响乳酸菌群的生长繁殖，发酵产生的乳酸量、酯味、辅料产生的香辛味等未达到最佳的状态，从而影响了发酵产品在气味和滋味上的感官得分；发酵时间为3 d时，乳酸菌群占到了绝对的生长优势，发酵产生的乳酸量、酯味、辅料产生的香辛味等达到最佳状态，发酵产品的感官评分最高，为72分；在发酵时间＞3 d以后，乳酸菌经发酵产生的乳酸过量，发酵液环境越来越偏酸性，酸气不断增重，芋荷梗在过酸环境中，内部组织开始变得松软，失去脆性。所以发酵产品在气味、滋味、质地上的得分逐渐变低。在发酵时间2～5 d范围内，pH值呈现出不断下降的趋势，其原因可能是随发酵时间的不断增长发酵液内的乳酸菌不断获得生长优势并迅速生长繁殖。在此发酵过程中，乳酸量不断增加，所以pH呈现出不断下降的趋势。发酵时间为3 d时，pH值为4.27，在此pH值条件下，产品色泽均匀、光泽度好、有酯香味，风味独特、口感酥脆、质地良好。因此，综合分析，选择最佳发酵时间为3d。

图1 发酵时间对酸芋荷品质的影响Fig.1 Effect of fermentation time on the quality of fermented taro leafstalk

2.1.2 发酵温度对酸芋荷品质的影响

由图2可得出，随着发酵温度的升高，感官评分呈现先上升后下降的趋势。发酵温度＜30 ℃以前，乳酸菌的增长速度较缓慢，发酵产品所处的发酵环境不够理想，产生的酯味气体较少，辅料产生的香辛味不足。影响了在气味和滋味上的感官评分；在发酵温度达到30 ℃时，适合乳酸菌生长，且繁殖速度较快，产品发酵的环境理想，产生的乳酸量适宜，酯味气体充足，辅料产生的香辛味浓郁，发酵产品的感官评分最高，为80分；在发酵温度＞30 ℃以后，乳酸菌的生理活性开始受到抑制，芋荷梗在过酸环境下进行发酵，会发生褐变，从而得到的发酵产品色泽开始变得暗淡，无光泽，影响到了产品在色泽和滋味上的感官得分。pH值在发酵温度28～36 ℃范围内呈下降的趋势，其中28～30 ℃范围内pH值下降幅度较大是因为此阶段温度适宜乳酸菌生长繁殖，产生的乳酸速度较快。在30～36 ℃范围内，由于乳酸菌活性开始受到抑制，产生乳酸的速度开始变慢。发酵温度为30 ℃时，pH值为3.1，在此条件下，产品色泽均匀、光泽度好、有酯香味，风味独特、口感酥脆、质地良好。因此，综合分析，选择最佳发酵温度为30 ℃。

图2 发酵温度对酸芋荷品质的影响Fig.2 Effect of fermentation temperature on the quality of fermented taro leafstalk

2.1.3 乳酸菌添加量对酸芋荷品质的影响

由图3可得出，随着乳酸菌添加量的增加，感官评分呈现出先上升后下降的趋势。在乳酸菌添加量为0.10%～0.30%时，感官评分呈上升趋势，是由于乳酸菌添加量越多，则发酵速度越快，产酸速度也越快，发酵液越快进入过酸环境，其形成的风味物质和风味气体的速度也在逐渐增加，从而影响到发酵产品在气味和滋味上的感官得分；当乳酸菌添加量达到0.30%，此时的乳酸、风味物质和气体的量增加到最佳，感官评分最高，为82分；当乳酸菌添加量＞0.30%后，过大的添加量会导致发酵速度过快，而不利于风味物质和气体的产生。过酸的环境又会导致芋荷梗内部组织变得松软，失去脆性，感官评价在色泽、气味、滋味上的得分逐渐变低。pH值在乳酸菌添加量0.15%～0.35%范围内快速下降后趋于平稳的势态，其原因可能是由于乳酸菌添加量在0.15%～0.20%内乳酸菌发酵的增速最快，产乳酸量最快，在添加量＞0.20%后，随着待发酵物质的逐渐减少，而发酵速度还在增加，故发酵液环境会越来越趋于稳定的状态。乳酸菌添加量为0.30%时，pH值为2.93，在此pH值条件下，产品色泽均匀、光泽度好、有酯香味，风味独特、口感酥脆、质地良好。因此，选择最佳乳酸菌添加量为0.30%。

图3 乳酸菌添加量对酸芋荷品质的影响Fig.3 Effect of Lactobacillus inoculum on the quality of fermented taro leafstalk

2.1.3 食盐添加量对酸芋荷品质的影响

由图4可得出，随着食盐添加量的增加，感官评分呈现出先上升后下降的趋势。在食盐添加量2%以下时，容易滋生腐败微生物，会影响乳酸菌产生特有的风味物质和气体，造成发酵产品的口感品质下降，且此食盐添加量下的产品，色泽度较差，质地过硬，感官评分为63分；食盐添加量为2%时，能抑制腐败微生物的生长繁殖且乳酸菌得到较好的发酵环境，利于发酵产生风味物质和气体，且此食盐添加量下的产品光泽度最好，有脆性，感官评分最高，为79分；食盐添加量＞2%之后，随着盐浓度的增加，对乳酸菌的抑制效果也会增大，但风味变差。pH值在1%～5%食盐浓度范围内，呈先下降后趋于平稳的势态。其原因可能是由于开始随着食盐浓度的增加，乳酸菌产乳酸量也在不断增加，pH值下降幅度较大，当食盐添加量过大时，对乳酸菌的生长抑制效果大于生长促进效果，产酸速度逐渐变小，故pH值开始趋于平稳。食盐添加量为2%时，pH值为3.46，在此pH值条件下，产品色泽均匀、光泽度好、有酯香味，风味独特、口感酥脆、质地良好。因此，综合分析，选择最佳食盐添加量为2%。

图4 食盐添加量对酸芋荷品质的影响Fig.4 Effect of salt addition on the quality of fermented taro leafstalk

2.2 发酵工艺优化正交试验

在单因素试验基础上，采用正交设计L9（34）对发酵工艺进行优化。考察影响因素即发酵时间（A）、发酵温度（B）、乳酸菌添加量（C）、食盐添加量（D）对pH值和感官评分的影响，正交试验结果与分析见表3。

表3 发酵工艺优化正交试验结果与分析Table 3 Results and analysis of orthogonal tests for fermentation process optimization

由表3可知，影响乳酸发酵芋荷梗感官品质的4个因素主要顺序依次是乳酸菌添加量＞发酵时间＞发酵温度＞食盐添加量，得出乳酸菌发酵芋荷梗的最佳组合是A1B2C2D2。影响乳酸发酵芋荷梗pH值的4个因素主要顺序依次是乳酸菌添加量＞发酵温度＞发酵时间＞食盐添加量，得出乳酸菌芋荷梗的最佳组合为A1B1C1D3。通过综合分析得出芋荷梗乳酸菌发酵的最佳发酵工艺条件组合为A1B2C2D2，即乳酸菌添加量为0.3%、发酵温度为30 ℃、发酵时间为3 d、食盐添加量为2%。在此优化条件下进行3次验证试验，感官评分平均值为84分，pH值为3.29。

2.3 安全性指标检测

乳酸发酵酸芋荷中亚硝酸钠含量为6.25 μg/g，未检出沙门氏菌、金黄色葡萄球菌，满足相关国标要求。

3 结论

以芋荷梗为原料，添加辅料，利用乳酸菌进行发酵，并通过单因素试验与正交试验来探究芋荷梗乳酸菌发酵的加工工艺。得出乳酸菌添加量是对乳酸发酵芋荷梗的感官评分和pH影响最大的因素。最佳工艺为乳酸菌添加量0.30%、发酵温度30 ℃、发酵时间3 d、食盐添加量为2%，此优化条件下，感官评分为84分，pH值为3.29。酸芋荷色泽均匀、光泽度好、有酯香味，风味独特、口感酥脆、质地良好。