发酵方式对牛蒡泡菜理化特性及微生物数量变化的影响

黄和升，王海平，2*，王庆权

（1.江苏食品药品职业技术学院，江苏 淮安 223003；2.江苏食品加工工程技术研究开发中心，江苏 淮安 223003）

泡菜作为我国传统的、历史悠久的乳酸菌发酵食品，深受大众欢迎。泡菜是以蔬菜为原料经乳酸菌发酵而成的食品，原料发酵过程中可形成独特的色、香、味，同时可以抑制有害微生物的生长繁殖，使产品得以长期保藏[1-4]。泡菜风味独特，入口爽脆，口味别具一格，泡菜含有维生素，钙、磷、铁等矿物质和多种功能性成分[4-8]。传统的自然发酵泡菜因发酵周期长，发酵过程受卫生以及季节的影响，常会遭受有害微生物侵染导致产品品质不稳定[9-13]。泡菜原料发酵过程中，硝酸盐会转化为对人体健康有一定危害的亚硝酸盐，这也是人们高度关注的问题[12-14]。皮佳婷等[15]、Hsiao等[16]和葛焱等[17]研究发现，蔬菜采用人工接种乳酸菌进行发酵具有条件可控、发酵周期短、产品亚硝酸盐含量低等优点。为明确自然发酵方式和人工接种方式对发酵泡菜品质的影响，本研究以新鲜牛蒡为试验对象，以江苏省微生物工程实验室提供的发酵性能较强的植物乳杆菌为菌种，测定并比较4种不同发酵方式对牛蒡泡菜产品的理化特性和微生物数量变化的影响，并考察产品的感官品质，筛选出用牛蒡制作泡菜的最佳发酵方式，为牛蒡泡菜规模化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

盐酸萘乙二胺、对氨基苯磺酸（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；葡萄糖、3，5-二硝基水杨酸、亚硝酸钠（均为分析纯）：成都科龙化工试剂厂；苯酚、浓硫酸（均为分析纯）：湖北斯元化工有限公司；食盐、新鲜牛蒡：市售；乳酸菌：江苏省微生物工程实验室提供。

1.2 仪器与设备

AL104电子天平：梅特勒-托利多仪器上海有限公司；Cary60型紫外可见分光光度计：美国安捷伦科技公司；PHS-2F酸度计：上海五相仪器仪表有限公司；SPX-250B-Z型生化培养箱：上海博迅实业有限公司；Brookfield CTX质构仪：倍迎电子科技（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 牛蒡泡菜发酵工艺

新鲜牛蒡（直径2.5 cm～3.0 cm）→去皮→清洗（水温30℃）→沥干水分→切段（3 cm～4 cm）→加入食盐→装罐→密封→发酵约14 d（24℃～26℃）→成品。

1.3.2 试验设计

将牛蒡原料进行发酵制作泡菜，每种发酵方式做3个平行试验。在发酵14 d内，每隔2 d测定不同发酵方式所得产品的总糖含量、还原糖含量、总酸含量、pH值、氨基酸态氮含量、亚硝酸盐含量、乳酸菌数、大肠菌群数，分析并比较不同发酵方式对各指标的影响。4种发酵方式参数见表1。

1.3.3 产品品质测定方法

还原糖、总糖、总酸和氨基酸态氮的含量按照SB/T 10756—2012《泡菜》进行测定；pH值用酸度计直接测定；亚硝酸盐含量按照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》进行测定；大肠菌群计数按照GB 4789.3—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》进行测定；乳酸菌数量按照GB 4789.35—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验乳酸菌检验》进行测定；脆度采用质构仪进行测定。

1.3.4 感官评价

聘请10名感官评定员，对牛蒡泡菜产品进行感官评价，结果取平均值。感官评价标准见表2。

1.4 数据处理

试验均重复3次，结果取平均值，采用Microsoft Office Excel 2016进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 发酵方式对牛蒡泡菜理化性质的影响

2.1.1 发酵方式对牛蒡泡菜总糖和还原糖含量的影响

发酵方式对牛蒡泡菜总糖和还原糖含量的影响见图1和图2。

图1 发酵方式对牛蒡泡菜总糖含量的影响Fig.1 Effect of fermentation methods on the total sugar content of pickled burdock

图2 发酵方式对牛蒡泡菜还原糖含量的影响Fig.2 Effect of fermentation methods on reducing sugar content of pickled burdock

泡菜发酵过程中，乳酸菌分解利用原料中糖类物质转化为酸类物质，从而导致发酵液中糖含量减少，酸含量增加，当泡菜发酵成熟时，发酵液中糖含量基本不再变化[5]。由图1和图2可知，4种发酵方式牛蒡泡菜的总糖和还原糖含量变化趋势基本一致，在前10 d内基本都处于快速下降的趋势，主要原因是乳酸菌等微生物的生长代谢消耗了糖类物质。发酵10 d后，纯种湿法和自然湿法发酵液中总糖和还原糖含量基本稳定，纯种干法和自然干法发酵液中总糖和还原糖含量约12 d达到稳定。比较不同发酵方式泡菜的总糖和还原糖含量降低速度，湿法发酵糖含量降低速度大于干法发酵，原因可能与微生物生物代谢与环境的水分活度有关。因此，从还原糖和总糖指标分析，湿法发酵可以提高发酵速度，缩短发酵周期。

2.1.2 发酵方式对牛蒡泡菜总酸含量和pH值的影响

发酵方式对牛蒡泡菜总酸含量和pH值的影响见图3和图4。

图3 发酵方式对牛蒡泡菜总酸含量的影响Fig.3 Effect of fermentation methods on total acid content of pickled burdock

图4 发酵方式对牛蒡泡菜pH值的影响Fig.4 Effect of fermentation methods on pH value of pickled burdock

原料发酵过程中，酸度快速上升可防止细菌的污染，保证产品的品质。由图3和图4可知，4种发酵方式的牛蒡泡菜总酸含量上升和pH值下降的速度整体上在前10 d较快。在10 d～14 d，总酸含量和pH值缓慢趋于稳定，此时，纯种湿法发酵泡菜总酸含量最高，pH值最低，原因可能是腌制过程中加入乳酸菌，乳酸菌生长代谢产生大量乳酸所致。纯种干法发酵虽然也在腌制时加入了乳酸菌，但该腌制液水分含量低，乳酸菌生长代谢速度比湿法腌制时要低，因而，干法发酵泡菜总酸含量较湿法发酵泡菜低，pH值较高。

2.1.3 发酵方式对牛蒡泡菜氨基酸态氮和亚硝酸盐含量的影响

发酵方式对牛蒡泡菜氨基酸态氮含量的影响见图5。

图5 发酵方式对牛蒡泡菜氨基酸态氮含量的影响Fig.5 Effect of fermentation methods on the amino acid nitrogen content of pickled burdock

由图5可知，干法发酵氨基酸态氮含量整体先上升后下降，湿法发酵氨基酸态氮变化比较平缓，可能与湿法发酵中存在大量水分有关，大量水分使得乳酸菌蛋白酶活力减弱，导致分解蛋白质的能力降低。纯种干法发酵得到的牛蒡泡菜氨基酸态氮含量最高，明显高于纯种湿法发酵泡菜的氨基酸态氮含量。因而，从产品的氨基酸态氮含量分析，纯种干法发酵较好。

泡菜发酵过程中，原料中硝酸盐会在细菌代谢产生的硝酸还原酶作用下还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐达到一定量会致使食用人群细胞发生癌变[18-21]，GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》规定泡菜中亚硝酸盐含量不得高于2 mg/100 g。本试验中，4种发酵方式牛蒡泡菜亚硝酸盐变化情况如图6所示。

图6 发酵方式对牛蒡泡菜亚硝酸盐含量的影响Fig.6 Effect of fermentation methods on nitrite content of pickled burdock

由图6可知，4种发酵方式的泡菜亚硝酸盐含量高峰值均在第6天出现，之后均逐渐减小，8 d以后都下降到了国家限制值以下，其中纯种湿法发酵到第10天时，亚硝酸盐含量降到稳定值0.53 mg/100 g，其它3种发酵方式在第12天时亚硝酸盐降到稳定值。因而，从亚硝酸盐含量变化分析，纯种湿法发酵方式较好。

2.2 发酵方式对牛蒡泡菜微生物数量变化的影响

2.2.1 发酵方式对牛蒡泡菜乳酸菌数量变化的影响

乳酸菌对泡菜风味物质的形成具有一定的作用，并可加速泡菜发酵过程，缩短发酵周期。4种发酵方式对牛蒡泡菜乳酸菌数量影响如图7所示。

图7 发酵方式对牛蒡泡菜乳酸菌数量的影响Fig.7 Effect of fermentation methods on the count of lactic acid bacteria of pickled burdock

由图7可知，4种发酵方式牛蒡泡菜的乳酸菌数整体变化趋势一致，均为先上升后下降最后趋于稳定。其中，纯种湿法发酵在第6天时，乳酸菌数达到峰值，第8天时基本趋于稳定值；其它3种发酵方式泡菜在第8天时乳酸菌数达到峰值，第10天时基本趋于稳定。发酵结束后，人工接种乳酸菌的牛蒡泡菜乳酸菌数高于自然发酵的牛蒡泡菜，原因是接种泡菜在初始阶段人为加入乳酸菌，增加了最终产品的乳酸菌总数。

2.2.2 发酵方式对牛蒡泡菜大肠菌群数量的影响

4种发酵方式对牛蒡泡菜大肠菌群数量的影响如图8所示。

图8 发酵方式对牛蒡泡菜大肠菌群数量的影响Fig.8 Effect of fermentation methods on the count of Escherichia coli of pickled burdock

由图8可知，4种发酵方式的牛蒡泡菜大肠菌群数量变化趋势基本一致。均在第6天时达到峰值，然后开始下降，下降的原因可能是随发酵进行，环境的酸度变高，大肠菌群不能适应环境而死亡。相同发酵时间内，人工接种发酵牛蒡泡菜大肠菌群数明显低于自然发酵牛蒡泡菜大肠菌群数，可能是由于乳酸菌能够抑制大肠菌群生长。纯种湿法发酵的大肠菌群在第10天时基本达到稳定值（3 MPN/100 g），其他3种方式在发酵第14天时也都下降到10 MPN/100 g左右。4种发酵方式所得产品大肠菌群数均符合GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》规定。

2.3 不同发酵方式对牛蒡泡菜感官指标的影响

对4种发酵方式制得的牛蒡泡菜产品进行感官评价和脆度测定，结果如表3所示。

表3 不同发酵方式对牛蒡泡菜感官评分和脆度的影响Table 3 Effect of fermentation methods on sensory score and crispness of pickled burdock

由表3可知，4种发酵方式制作的牛蒡泡菜，产品脆度和感官评分结果优劣情况一致，其中自然湿法发酵产品的脆度和感官评分均为最低，自然干法发酵次之；纯种湿法发酵的产品脆度和感官评分均为最高。结合前述发酵方式对理化指标的影响，综合评价，纯种湿法发酵优势明显。

3 结论

通过考察自然干法、自然湿法、纯种干法、纯种湿法4种发酵方式对牛蒡泡菜理化特性及微生物数量变化的影响，结果表明：纯种湿法发酵方式发酵速度最快，亚硝酸盐含量经过10 d的发酵期就可降到稳定值0.53 mg/100 g，其它3种方式发酵12 d才能达到稳定；与其它3种方式相比，纯种湿法发酵牛蒡泡菜产品乳酸菌数稍高，总糖和还原糖含量、大肠菌群数量以及pH值较低；纯种湿法发酵的牛蒡泡菜脆度和感官评分最高，脆度值为2 005.02 g，感官评分为92.43；但是，湿法发酵产品的氨基酸态氮含量较低。综合比较，纯种湿法发酵制作牛蒡泡菜优势明显，规模化生产牛蒡泡菜可以考虑用此种方式进行。