植物乳杆菌发酵对蕨菜品质的影响

孙 睿，孟祥慧，陈 萍

（吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林长春 134300）

蕨菜（Pteridium aquilinumL.）属凤尾蕨科，为多年生草本药食两用植物[1]，含有丰富膳食纤维和谷氨酸以及蛋白质等多种营养物质，食用蕨菜能够起到清热化痰、安神养心的功效[2]。其口感肉嫩，味道鲜美，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，由于采后蕨菜易出现褐变、老化、风味下降等品质劣变现象[3]，从而影响其食用价值，大量的蕨菜由于腐败变质、品质不达标等原因无法流入市场，造成了严重的资源浪费。因此，找到一种能够延长保质期、缩短腌制周期且能够保证蕨菜品质的腌制方式就显得尤为关键。

近年来，利用乳酸菌制剂发酵蔬菜成为腌制菜行业研究的热点之一[4−5]，乳酸菌发酵是维持或改善果蔬以及衍生食品贮藏特性及食用特性最简单和有价值的生物技术方法[6]。Filannino 等[7]应用乳酸菌发酵鳄梨，证实乳酸菌发酵能够分解鳄梨中的大分子营养物质，更有利于人体吸收；Gerardi 等[8]证实通过乳酸菌发酵后能够改善口感、增加香气，提升了产品的食用价值；陆利霞等[9]证实植物乳杆菌发酵蔬菜明显的缩短了发酵的周期；杜晓华等[10]研究发现植物乳杆菌发酵蔬菜可以减少有害微生物的数量；Hernán 等[11]利用乳酸菌发酵仙人掌发现在保存原有营养物质及活性成分的基础上延长了仙人掌的保存期；刘瀛[12]比较了乳酸菌发酵的蕨菜与新鲜蕨菜的营养成分，结果表明主要营养成分含量无明显差异。因此，通过接种植物乳杆菌发酵的方式将蕨菜加工成腌制菜，既保存了蕨菜的营养成分，又丰富了市场蕨菜产品种类。

本实验用植物乳杆菌对蕨菜进行42 d 的跟踪发酵，观察并监测了蕨菜在接种植物乳杆菌Z17 后pH、总酸、色度、褐变指数、咀嚼性以及黏性等理化指标的动态变化。通过与自然发酵做对比，总结并讨论了植物乳杆菌Z17 对蕨菜品质变化的影响，为以蕨菜为原料的各类发酵产品提供新的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

菌株Z17 吉林农业大学食品毒理安全实验室陈萍教授筛选、鉴定并于−80 ℃超低温冰箱冻存；蕨菜 选取长白山地区野生蕨菜；葡萄糖 生工生物工程有限公司；MRS 肉汤培养基、MRS 固体培养基

华益生物科技有限责任公司。

HZP-25-S 型振荡恒温培养箱 上海新诺仪器设备有限公司；TGL-16M 型高速冷冻离心机 湖南迈克尔实验仪器有限公司；N4S 型紫外可见分光光度计 浙江赛德仪器设备有限公司；BPH-7200 型pH 计 贝尔分析仪器有限公司；CT-3 质构仪 美国Brookfifield 公司；HH-2 型恒温水浴锅 苏州威尔实验用品有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 蕨菜的植物乳杆菌发酵工艺 选用李敏[13]的方法改良后进行发酵实验，将新鲜蕨菜清洗干净，切分成3～4 cm 的小段，分别称取250 g 加入到发酵罐中，并于发酵罐中加入3%的食盐和3%葡萄糖；设置接种发酵组与自然发酵组，按照蕨菜质量的4%（单因素实验确定的最佳接种量）加入二次扩大培养后的菌液进行发酵，作为接种发酵组，以不加入植物乳杆菌的自然发酵组作为对照。两组蕨菜加水密封，于25 ℃恒温连续发酵。

1.2.2 总酸含量的测定 参照 GB5009.239-2016《食品酸度的测定》方法[14]。

1.2.3 还原糖含量的测定 参照 GB5009.7-2016《食品中还原糖的测定》[15]中还原糖的测定方法。

1.2.4 pH 的变化情况 分别取试验组和对照组样品发酵液各15 mL 置于烧杯中，用PHS-25 型精密pH计进行测定。

1.2.5 褐变指数（BI）的测定 褐变是导致食品品质下降的重要原因，褐变指数越高，食品的色度越差、品质越低。参考 Zhang 等[16]的方法对发酵蕨菜的褐变指数进行测定和计算：

式中：L*代表明亮度；a*代表红绿色值；b*代表黄蓝色值；X 代表色度；BI 代表褐变指数。

1.2.6 质构的测定 将蕨菜样品切成长约3 cm 的小段，在质构仪TA44 探头下对蕨菜进行质构剖面分析（texture profile analysis，TPA）测试。质构测定参数为：测试速率：60 mm/min；压缩程度：距离6 mm；触发点负载：1 N；停顿时间：5 s。每个样品重复测量10 次取平均值以增加准确性。

1.2.7 感官评价 邀请10 名有经验的感官评定员，男女各5 名，按照表1中的指标对不同发酵方式的蕨菜进行感官评分。

1.3 数据处理

使用SPSS 18.0 分析实验数据，每次实验重复3 次，所有数据均通过方差（ANOVA）方法进行分析，所有均值均以P<0.05 的水平进行分离。通过差异分析了不同实验数据的生物学意义。所得数据均使用GraphPad Prism（6.0）[17]软件绘制数据曲线图。

2 结果与分析

2.1 蕨菜发酵过程中总酸含量变化

如图1所示，蕨菜发酵过程中，接种组蕨菜总酸的产生速率与总酸含量明显超过自然发酵组，这是由于接种组在接种植物乳杆菌Z17 后，在发酵内部成为优势菌群[18]，使得发酵过程中产生了更多的乳酸。目前对于蕨菜还没有出台相关的标准，因此参照GB 6094-85《榨菜》标准，结合蕨菜产业实际现状，确定蕨菜泡菜产品的总酸含量标准为5.0～10.0 g/kg（以乳酸计）。接种发酵组在发酵14 d 时总酸含量为（5.20±0.32） g/kg，达到标准。而自然发酵组在21 d 时才达到标准（5.30 g/kg）。而在35 d 后，两组总酸的含量趋于平稳，且两组此时的总酸含量为：接种发酵组（9.42±0.24） g/kg，自然发酵组（7.86±0.21） g/kg，均符合标准。在整个发酵期内接种发酵组产酸快，总酸度高，能够有效缩短发酵周期。

图1 发酵过程中蕨菜的总酸含量变化Fig.1 Changes in total acid content of Pteridium aquilinum during fermentation

2.2 蕨菜发酵过程中还原糖含量变化

蕨菜腌制过程中的还原糖含量变化如图2所示，随着腌制时间的增加，接种发酵组呈现出先升高后下降的趋势。接种发酵组还原糖含量明显高于自然发酵组，且发酵7 d 时达到峰值（5.21±0.15） g/100 g，出现这样结果的原因是在接种发酵过程中，植物乳杆菌将更多的蔗糖和多糖转化为还原糖[19]，同时植物乳杆菌对其他菌落的抑制作用[20]，使得接种发酵组还原糖含量增加，而在自然发酵组中，微生物消耗更多的还原糖导致其含量持续降低。

图2 发酵过程中蕨菜的还原糖含量变化Fig.2 Changes in reducing sugar content of Pteridium aquilinum during fermentation

2.3 蕨菜发酵过程中pH 的变化情况

发酵蔬菜pH 的大小是衡量发酵蔬菜酸味程度的重要指标[21]。图3显示了发酵过程中蕨菜的pH变化情况，蕨菜的pH 在发酵过程中呈现下降趋势，在发酵28 d 后逐渐趋于稳定。相比自然发酵组，接种发酵组pH 降低速率与幅度更大，发酵起始至发酵第7 d，pH 从（7.58±0.14）降至（5.23±0.20），下降2.35；自然发酵组pH 从（7.62±0.13）降至（5.42±0.12），下降2.2。在发酵第14 d 时，自然发酵组蕨菜pH 为（4.78±0.15），而接种发酵组pH 仅为（3.82±0.17），比自然发酵组低0.96。而在28 d 后两组pH 趋于稳定，此时接种发酵组的pH 维持在（3.28±0.15），显著低于自然发酵组的pH（3.90±0.15）（P<0.05）。出现这种情况的原因是接种发酵过程中产生更多的乳酸，有利于发酵液维持在较低的pH，从而抑制杂菌的生长[22−23]。

图3 发酵过程中蕨菜的pH 变化Fig.3 The pH change of Pteridium aquilinum during fermentation

2.4 蕨菜发酵过程中色度的变化

食品的色度是品质评价的重要指标之一[24]，色度能够直观的展现发酵蕨菜的品质品相，从而影响消费者的购买欲望。色度包含色泽和亮度，如图4A～4C 所示：L*表示亮度，a*+表示偏红色，a*−表示偏绿，b*+表示偏黄色，b*−代表偏蓝[25]，随着发酵时间的延长，接种发酵组与自然发酵组中L*值均有所下降，接种发酵组蕨菜L*值由（50.66±1.86）持续下降到（45.22±1.35），在不同发酵条件下相同发酵天数的L*值差异性显著（P<0.05），接种发酵组中的L*值始终高于自然发酵组，这表明接种发酵组中蕨菜的亮度更佳；接种发酵组a*值始终为负，说明发酵蕨菜始终保持偏绿色，保持了蕨菜原有的色泽。而自然发酵组a*值由（-7.93±0.78）增至（7.23±1.34），使得蕨菜蕨菜呈偏红色，改变蕨菜原始色泽的程度较大；发酵42 d 后，接种发酵组与自然发酵组的b*均为正值，分别为（25.09±1.76）和（10.54±2.43），发酵过程中b*值呈先上升后趋于稳定的趋势，说明蕨菜在发酵过程中逐渐变黄，而接种发酵组蕨菜变黄的程度较小。

褐变是导致食品品质下降的重要原因，通过a*、b*和L*值以及实验方法1.2.5 中褐变指数公式计算出蕨菜的褐变程度，如图4D 所示，褐变指数 BI 均呈上升趋势，发酵42 d 后接种发酵组的褐变指数为（102.08±2.43），远低于自然发酵蕨菜（203.41±1.73），这样的结果可能是由于植物乳杆菌的发酵作用有效地制了多酚氧化酶的活性，保存了更多的酚类物质，有效地改善了蕨菜的褐变情况[26]。

图4 发酵过程中蕨菜的色度变化Fig.4 Color change of bracken during fermentation

2.5 发酵蕨菜的TPA 比较

TPA 能够量化描述产品的质构[27−28]，其中硬度的感官定义是牙齿挤压样品的力量，咀嚼性的感官定义是咀嚼固体样品时需要的能量[29]。由表2可知，接种发酵蕨菜的硬度和咀嚼性更优，接种发酵的硬度为（38.66±1.87）N，咀嚼性为（98.47±2.45）mJ，分别比自然发酵蕨菜高出9.21 N 和9.83 mJ。而弹性、内聚性以及黏性虽有差异，但差异不显著。

表2 不同发酵组蕨菜的TPA 比较Table 2 Comparison of TPA of Pteridium aquilinum in different fermentation groups

2.6 感官评价

食品的感官评价是评定食品品质的重要指标[30]，由表3可知，在发酵42 d 后，邀请10 位评审对发酵蕨菜进行感官评价，感官评价的结果表明植物乳杆菌发酵明显优于自然发酵，发酵前期蕨菜色泽逐渐变黄，味道并无太大差异。发酵后期植物乳杆菌进一步进行发酵后乳酸开始大量增多使发酵蕨菜的口味酸鲜纯正，较自然发酵组比较无腐烂和刺激性酸味，从而提高了蕨菜的品质。接种发酵组蕨菜的颜色均一明亮切富有光泽、香气浓郁，不仅口感脆嫩，而且滋味酸鲜纯正；相比较于接种发酵组，自然发酵组的蕨菜色泽变化较大，整体呈偏黄红且没有光泽，发酵所得蕨菜的气味异常；口感软烂、松散，味道较差。

表3 不同发酵组蕨菜的感官评价Table 3 Sensory evaluation of Pteridium aquilinum in different fermentation groups

3 结论

研究表明，植物乳杆菌发酵蕨菜的速率比自然发酵快，pH 下降速率以及还原糖含量提升的速率明显优于自然发酵，有效缩短了发酵周期；不仅如此，接种发酵过程中的总酸、咀嚼性、硬度以及感官性质都有显著的影响，赋予发酵蕨菜更优质的口感。接种发酵与自然发酵蕨菜感官评分分别为（88.34±3.74）、（65.23±2.68）。综上所述，在发酵蕨菜中添加植物乳杆菌不仅可以缩短发酵周期、改善各项指标，还能赋予蕨菜产品更为鲜艳诱人的色泽，符合现代化发酵蔬菜的发展趋势，使得发酵蕨菜产品能够更好地迎合市场的需求和发展，为蕨菜发酵产业提供很好的参考价值。关于接种发酵蕨菜发酵过程中质构特性的变化机理有待进一步深入研究。