温度对辣白菜发酵及保藏过程中品质的影响

关慧 张锡茹 赵强 赵雅冉 李娅馨 李华敏 刘文丽

摘要：探究不同发酵温度对辣白菜发酵及保藏期品质的影响，以期提高辣白菜品质、延长货架期。对分别在10，15，20 ℃发酵的辣白菜在发酵期和保藏期的pH、乳酸菌数、总酸、总糖、亚硝酸盐、氨基酸态氮、质构、感官品质进行跟踪监测，结果表明，10，15，20 ℃发酵的辣白菜分别在第12，6，4天达到最佳成熟期（酸度达0.6%左右），之后在4 ℃进行保藏。在较高的发酵温度下，理化指标变化较快，有利于缩短发酵时间，但20 ℃发酵的辣白菜感官品质较低。随着保藏时间的延长，各理化指标变化趋近，辣白菜的pH和总糖先降低后稳定，乳酸菌数和酸度先升高后平稳，氨基酸态氮含量先升高后降低。其中，15 ℃发酵的辣白菜发酵周期较短，发酵及保藏期间风味最佳，货架期较长，总体接受度更高。

关键词：辣白菜；温度；保藏；理化指标；感官评定

中图分类号：TS205.5      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）08-0060-06

Effect of Temperature on the Quality of Kimchi During

Fermentation and Storage

GUAN Hui1， ZHANG Xi-ru1， ZHAO Qiang1， ZHAO Ya-ran1， LI Ya-xin1，

LI Hua-min1，2*， LIU Wen-li1，2*

（1.School of Food Engineering， Ludong University， Yantai 264025， China; 2.Institute of

Bionanotechnology， Ludong University， Yantai 264025， China）

Abstract：The effect of different fermentation temperatures on the quality of kimchi during fermentation and storage is investigated， in order to improve the quality of kimchi and extend the shelf life. pH， lactic acid bacteria count， total acid， total sugar， nitrite， amino acid nitrogen， texture and sensory quality of kimchi fermented at 10， 15， 20 ℃ respectively are monitored during fermentation and storage. The results show that the kimchi fermented at 10， 15， 20 ℃ reach the optimum mature period on the 12th， 6th and 4th day respectively （with the acidity of about 0.6%）， and then the kimchi is stored at 4 ℃. At higher fermentation temperatures， the physicochemical indexes change faster， which is helpful to shorten the fermentation time， but the sensory quality of kimchi fermented at 20 ℃ is lower. With the extension of storage time， the changes of each physicochemical index tend to be similar. pH and total sugar of kimchi decrease firstly and then stabilize， lactic acid bacteria count and acidity increase firstly and then stabilize， and the amino acid nitrogen content increases firstly and then decreases. Among them， the kimchi fermented at 15 ℃ has a shorter fermentation period， the best flavor during fermentation and storage， longer shelf life and higher overall acceptance.

Key words： kimchi; temperature; storage; physiochemical indexes; sensory evaluation

收稿日期：2023-02-20

基金项目：烟台市科技计划项目（2022XDRH013）；山东省自然科学基金面上项目（ZR2021MC153）

作者简介：关慧（1998－），女，山东荣成人，硕士，研究方向：食品加工与安全。

通信作者：李华敏（1982－），男，山东潍坊人，讲师，博士，研究方向：食品微生物；

刘文丽（1982－），女，山东德州人，讲师，博士，研究方向：食品发酵。

辣白菜是我國东北地区的传统发酵蔬菜，利用自身微生物发酵而成。研究表明，温度影响辣白菜的微生物群落和发酵速度，导致代谢产物和成熟时间的差异，是决定辣白菜最终品质的关键因素[1-2]。目前，有关温度对辣白菜品质影响的研究主要集中在4～25 ℃之间的发酵温度对辣白菜理化指标、挥发性化合物和微生物群落的影响。研究发现，4 ℃发酵和20 ℃发酵分别在第35天和第2天达到最佳成熟期，4 ℃发酵的辣白菜代谢物变化较慢，20 ℃发酵的辣白菜中检出更多的挥发性化合物，但产生强烈刺鼻气味[3-4]。

持续发酵会导致辣白菜的品质劣化。因此，在发酵结束后，需要低温贮藏来抑制微生物的生长，稳定辣白菜的品质。辣白菜于20 ℃发酵1～2 d后4 ℃保藏至100 d，与4 ℃持续发酵至100 d的辣白菜进行对比分析，结果表明，在100 d时，20 ℃发酵的辣白菜琥珀酸和丙二醇的含量明显高于4 ℃发酵的辣白菜，且在20 ℃下发酵速度加快，促进乳酸菌的生长[5]。辣白菜酸度达到0.6%左右为最佳成熟期。通过调节温度来控制发酵速率可以获得品质更佳的辣白菜，保证贮藏期的品质[6]。目前，对辣白菜达到最佳成熟期转入低温保藏后的理化指标和感官品质评价的研究较少。

本文采用10，15，20 ℃发酵制作辣白菜，达到最佳成熟期后在4 ℃进行保藏，跟踪监测辣白菜的总酸、乳酸菌数、pH、总糖、质构、亚硝酸盐、氨基酸态氮和感官品质等，探究发酵温度对辣白菜品质特性以及保藏期的影响，以期为调控发酵速度、延长货架期、生产高品质的辣白菜产品提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

白菜（Brassica rapa var. glabra Regel）、白萝卜、洋葱、大蒜、姜、虾酱、鱼露、辣椒粉、绵白糖、糯米粉：购于烟台市芝罘区振华量贩超市。

亚铁氰化钾、氢氧化钠、对氨基苯磺酸、亚硝酸钠、盐酸萘乙二胺、邻苯二甲酸氢钾、碳酸钙、葡萄糖、柠檬酸氢二铵、硫酸镁、硫酸锰、磷酸氢二钾、乙酸钠、蒽酮：均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；蛋白胨、牛肉浸膏、胰蛋白胨、琼脂、酵母粉、吐温80：北京索莱宝科技有限公司。

1.2 主要仪器与设备

CT3质构仪 美国布鲁克菲尔德工程实验室公司；电子天平 奥豪斯仪器（上海）有限公司；721G型分光光度计 上海精密科学仪器有限公司；SPX-150B-Z型生化培养箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；LDZH-100KBS型立式压力蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂；PB-10型pH计 河南新锐仪器仪表有限公司；SpectraMax 190酶标仪 美谷分子仪器（上海）有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 培养基

MRS固体培养基（g/L）：蛋白胨5.0、胰蛋白胨10.0、吐温80 1.0、牛肉浸膏5.0、酵母浸粉5.0、葡萄糖20.0、磷酸氢二钾2.0、硫酸锰0.25、硫酸镁0.58、乙酸钠5.0、柠檬酸氢二铵2.0、碳酸钙3.0、琼脂20，用于乳酸菌计数。

PES培养基[7]（g/L）：蛋白胨5.7、酵母浸粉0.5、葡萄糖20.0、磷酸二氢钾1.0、硫酸镁0.244、硫酸铵2.0、苯乙醇1.5、琼脂20，用于明串珠菌计数。

LBS培养基[7]（g/L）：胰蛋白胨10.0、吐温80 1.0、酵母浸粉5.0、硫酸锰0.12、硫酸镁0.5、乙酸钠25.0、磷酸二氢钾6.0、柠檬酸铵2.0、硫酸锌0.25、乙酸1.3、硫酸亚铁0.03、琼脂20，用于乳酸杆菌计数。

上述培养基均在121 ℃灭菌20 min。

1.3.2 辣白菜制作工艺

将白菜去皮、去根后切成3 cm×3 cm的片状，并在相同质量的6%盐水中浸泡12 h。用自来水冲洗5 min并晾置1 h。腌白菜片72.1%、白萝卜12.0%、洋葱3.6%、大蒜3.6%、姜0.5%、虾酱1.2%、鱼露1.2%、辣椒粉1.7%、绵白糖0.5%和糯米糊3.6%混合均匀，装于泡菜坛中，每坛2 000 g辣白菜，并分别置于10，15，20 ℃发酵，坛口用水密封，发酵结束后4 ℃保藏，每2 d取样一次。

取25 g辣白菜片和等质量的无菌水进行匀浆，得到的泡菜浆用于乳酸菌数和理化指标的测定。

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 乳酸菌菌数测定

取100 μL泡菜浆和900 μL无菌生理盐水混合均匀，梯度稀释，选取合适的梯度稀释液100 μL涂布于3种计数培养基，30 ℃培养48 h，每个梯度设置3个平行。

1.3.3.2 理化指标测定

pH的测定采用pH计。

总酸含量的测定参照GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》。

总糖含量的测定采用Masuko等[8]的方法，取200 μL泡菜浆与1 mL蒽酮-硫酸试剂置于具塞试管中混合均匀，沸水浴10 min后放置于室温条件下，取200 μL样液加入96孔板，在620 nm处测定吸光度。用10，20，40，60，80，100 mg/L葡萄糖标准溶液绘制标准曲线。

亚硝酸盐含量的测定参照GB 5009.33—2010《食品安全国家标准 食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》。

氨基酸态氮含量的测定参照GB 5009.235—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸态氮的测定》。

1.3.3.3 质构的测定

用质构仪测定辣白菜的硬度、弹性、咀嚼性、内聚性，采用Vatansever等[9]的方法，并稍作修改。测定参数：TPA模式，T10探头，测定速度1.3 mm/s，触发力0.5 N，测定距离1.0 mm。

1.3.3.4 感官评定

感官評定采用Jeong等[10]的方法。在第6天和第20天，取20 g辣白菜置于透明塑料杯中，不同组用不同的三位数字随机编号。由13名经过培训的感官评定人员对辣白菜的外观、香气、滋味、质地、总体接受度进行评分。采用1～9分制的定量描述分析（QDA）法，1分表示非常低，9分表示非常高。

1.4 数据分析

采用Microsoft 2019 Excel对数据进行整理，并采用Origin 9.0进行绘图与数据分析。

2 结果与分析

2.1 温度对辣白菜pH、总酸和总糖含量的影响

总酸、pH和总糖是辣白菜发酵过程中的重要指标，可直观反映辣白菜的发酵程度，影响微生物的生长和代谢产物的积累，从而影响辣白菜的安全性和风味[11-12]。由图1可知，辣白菜初始pH值为5.8，总酸含量为0.18%，总糖含量为5.9%。总酸含量变化与pH值和总糖含量变化呈相反趋势，随着发酵的进行，辣白菜中土著微生物利用葡萄糖等营养物质生长繁殖，产生乳酸、乙酸等物质，使pH和总糖含量逐渐降低，总酸含量逐渐升高[12]。10 ℃发酵的辣白菜比15 ℃和20 ℃发酵的辣白菜pH值、总糖含量低，总酸含量增加缓慢。10，15，20 ℃发酵的辣白菜pH和总酸含量分别在第12，6，4天达到4.2和0.6%左右，为最佳成熟期[4]。温度越高，微生物生长繁殖越快，pH值、总酸和总糖含量变化越快，表明在一定的温度范围内，提高发酵温度有利于快速产酸、加速发酵过程和缩短发酵周期。

在达到最适酸度0.6%左右后，进入4 ℃保藏期，pH值保持稳定，维持在3.94～4.25。总酸和总糖含量升高和降低的速度比发酵期缓慢，可能是因为酸性环境和低温抑制了微生物的生长，降低了微生物的新陈代谢。20 d后总酸含量最终维持在0.97%左右，10 d后总糖含量最终维持在2.23%～2.28%。

2.2 温度对辣白菜乳酸菌数的影响

乳酸菌是辣白菜的优势菌群，在辣白菜的口感、贮藏和安全性方面发挥着重要作用[13-14]。其中，与辣白菜味道和成熟程度相关的乳酸菌是明串珠菌和乳酸杆菌[15]。由图2可知，乳酸菌数呈先增加后稳定的趋势。初始乳酸菌數为4.37 lg CFU/g，10，15，20 ℃发酵的辣白菜乳酸菌数分别在第10，6，4天达到峰值，分别为8.81，8.69，8.64 lg CFU/g。明串珠菌和乳酸杆菌在辣白菜发酵过程中起重要作用。10，15，20 ℃发酵的辣白菜中明串珠菌数和乳酸杆菌分别在第12天、第10，6天和第22，18，16天达到峰值。研究表明，乳酸菌在发酵初期利用环境体系中的营养物质快速生长并产酸，异型乳酸发酵的明串珠菌在辣白菜发酵早期占主导地位[16]。进入保藏期后，乳酸菌数逐渐稳定，明串珠菌数在达到峰值后，缓慢降低，乳酸杆菌数在不断增加后趋于平稳，可能是因为发酵过程中快速产酸，形成较高的酸性环境，抑制酶活性和乳酸菌的生长，导致乳酸菌数量趋于平稳，不耐酸的明串珠菌不断减少，耐酸的乳酸杆菌不断增加，逐渐成为优势菌[16]。

10 ℃发酵的辣白菜乳酸菌数、明串珠菌数较高，乳酸杆菌数在保藏后期较高。研究表明低温发酵泡菜有利于保持发酵过程中的乳酸菌数，更有利于异型乳酸发酵乳酸菌的生长，发酵后期乳酸杆菌为优势菌群，具有显著的耐酸能力[17]。

2.3 温度对辣白菜质构的影响

质构是一种重要的感官特性，主导着产品质量并影响消费者的接受度。硬度、弹性、咀嚼性和内聚性在一定程度上反映辣白菜的柔软度、组织结构和表皮质地，是用来评价辣白菜质构的重要属性[18]。由图3可知，硬度、弹性、咀嚼性和内聚性变化趋势一致。辣白菜的初始硬度、弹性、咀嚼性和内聚性分别为5.8 N、2.3 mm、2.5 mJ和0.75，随着发酵时间的延长而逐渐降低。20 ℃发酵的辣白菜的内聚性在第2天迅速下降至0.4。辣白菜的质构由果胶和构成白菜结构的纤维组成。辣白菜发酵过程中微生物产生的果胶酶和纤维素酶分解细胞壁并破坏细胞结构，且pH值降低导致细胞膜渗透性降低，硬度、弹性、咀嚼性和内聚性降低，质构逐渐变软[19-20]。

发酵和保藏24 d后，3组温度发酵的辣白菜的硬度、弹性、咀嚼性和内聚性分别为1.9～1.94 N、0.76～0.91 mm、0.2～0.35 mJ、0.3～0.34。保藏期间，质构缓慢变软，除微生物作用外，可能由于呼吸作用造成干物质损失，辣白菜脱水而组织松弛[21]。温度越低，硬度、弹性、咀嚼性和内聚性越高，说明低温有利于维持辣白菜的质构特性。对四川酸菜的研究也表明温度对硬度有很大影响，温度越高，硬度下降越快[22]。辣白菜因微生物的存在而持续发酵，使得质构有所降低[23]。尽量在最佳适口期食用，低温会降低质构变软的速度，因此建议在保质期内冷藏保存。

2.4 温度对辣白菜氨基酸态氮含量的影响

氨基酸态氮是以游离氨基形式存在的氮的化学形式，可以用作食品质量的指标，与具有末端氨基的物质总量有关[12]。氨基酸态氮作为一种表征辣白菜营养和感官质量的指标，对辣白菜的风味有着重要的影响[24]。由图4可知，随着发酵时间的延长，辣白菜氨基酸态氮含量呈先升高后平稳再降低的趋势，这与之前的研究基本一致，泡菜成熟期氨基酸态氮含量增加，发酵过熟期含量降低[16]。研究表明，乳酸菌数与氨基酸态氮含量呈正相关[16]。辣白菜初始氨基酸态氮含量为0.02 mg/g，15 ℃和20 ℃发酵的辣白菜氨基酸态氮含量在0～4 d迅速上升，在第4天分别达到0.21，0.23 mg/g，10 ℃发酵的辣白菜氨基酸态氮含量在第10天达到最大值，为0.22 mg/g，可能是由于较高的温度下微生物产蛋白酶能力强，促进蛋白质分解成氨基酸，而10 ℃的低温不利于蛋白质的分解[9]。3组辣白菜氨基酸态氮含量在第12天迅速下降，趋势基本一致，最终含量为0.05 mg/g左右。氨基酸态氮含量逐渐降低可能是由于氨基酸态氮进一步分解成小分子物质。

2.5 温度对辣白菜亚硝酸盐含量的影响

亚硝酸盐是衡量辣白菜食用安全性的重要指标。由图5可知，亚硝酸盐含量呈先升高后降低至平稳的趋势，初始亚硝酸盐含量为4.01 mg/kg，随着发酵的进行，15 ℃和20 ℃发酵的辣白菜在第2天出现亚硝峰，分别为15.03，17.62 mg/kg。10 ℃发酵的辣白菜亚硝峰出现在第4天，为14.37 mg/kg。这是由于发酵前期乳酸菌生长缓慢，不能很好地抑制产硝酸还原酶微生物的生长，原料中的硝酸盐被还原为亚硝酸盐，导致亚硝酸盐浓度突然增加[25-26]。较高的温度使这些微生物代谢活动更强，亚硝峰更早出现[27]。研究表明，自然发酵的辣白菜亚硝酸盐含量普遍偏高[28]。20 ℃发酵的辣白菜亚硝峰最高，这可能是由于硝酸还原酶活性偏高。较低的发酵温度对亚硝酸盐的积累有抑制作用[29]。

亚硝峰出现后，亚硝酸盐含量逐渐降低至平稳，这可能是由于部分微生物无法在酸性环境生长，酸性环境也能使亚硝酸盐转化降解，同时乳酸菌占主导地位，大部分乳酸菌本身含有亚硝酸还原酶[30]。10，15，20 ℃发酵的辣白菜亚硝酸盐含量比国家限量标准低，且保藏期间亚硝酸盐含量维持在3.50 mg/kg左右，远低于国家限量标准。

2.6 温度对辣白菜感官的影响

在发酵过程中，微生物的生长代谢影响着辣白菜的营养成分和风味，有机酸含量增加，糖含量和pH值随发酵的进行而降低，直接或间接影响泡菜的感官特性。乳酸菌和理化指标变化相似并不意味着辣白菜具有相似的感官特性。因此，对辣白菜进行感官评定可以确定合适的发酵温度和保藏时间，改进发酵工艺。

由图6中（a）可知，10 ℃发酵的辣白菜在第6天质构得分较高，但是，外观、香气、滋味和总体接受度与15 ℃和20 ℃发酵的辣白菜相比得分较低，可能是由于10 ℃发酵的辣白菜在第6天还未发酵成熟，口感清脆，生白菜味强，酸味较弱，整体风味寡淡。20 ℃发酵的辣白菜比15 ℃发酵的辣白菜外观偏暗，酸味偏重，咸味过高，有异味和涩味出现，可能是由于温度高，发酵速度过快，导致发酵过度。

由图6中（b）可知，20 ℃发酵的辣白菜在第20天外观、香气、滋味、质地和总体接受度与10 ℃和15 ℃发酵的辣白菜相比得分最低，可能是由于20 ℃发酵的辣白菜发酵速度过快，质地过软，酸味过强，异味和涩味明显，风味不佳。15 ℃比10 ℃发酵的辣白菜总体接受度更高，有碳酸的刹口感，光泽感偏高，辣白菜味道浓郁，酸味、甜味、咸味适中。从两种感官评价结果来看，15 ℃發酵的辣白菜品质更稳定。

3 结论

本研究分别采用10，15，20 ℃对辣白菜进行发酵，达到最适酸度后进行4 ℃保藏，对理化指标和感官品质进行评价分析。随着发酵时间的延长，pH、总糖、硬度、弹性、咀嚼性和内聚性降低，总酸含量逐渐增加，乳酸菌数、明串珠菌数和乳酸杆菌数先增加后平稳，亚硝酸盐和氨基酸态氮含量先升高后降低。20 ℃发酵的辣白菜理化指标和感官变化最快，因此较高的温度有利于缩短发酵时间。10 ℃发酵的辣白菜在保藏期乳酸菌数保留较多，尤其是明串珠菌。15 ℃发酵的辣白菜在保藏期香气浓郁，总体接受度最高，品质更稳定。发酵过程中微生物的变化对辣白菜品质的影响很大，可利用气相色谱-质谱联用仪和高通量测序研究发酵和保藏过程中挥发性风味物质变化和微生物群落演替过程，更好地控制辣白菜发酵和保藏过程，提高辣白菜的风味和品质稳定性。

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