楊加懷,康然,李慧,王艷萍
(天津科技大學食品工程與生物技術(shù)學院,食品營養(yǎng)與安全教育部重點實驗室,天津300457)
乳酸菌發(fā)酵牛蒡泡菜的工藝研究
楊加懷,康然,李慧,王艷萍*
(天津科技大學食品工程與生物技術(shù)學院,食品營養(yǎng)與安全教育部重點實驗室,天津300457)
以牛蒡為原料,利用乳酸菌對其發(fā)酵制作泡菜,通過單因素和正交試驗確定了最佳發(fā)酵工藝條件為:蔗糖添加量5%(g/mL),食鹽添加量3%(g/mL),植物乳桿菌299:乳酸菌723比例為2∶1,接種量5%(Ml/mL),氯化鈣添加量0.4 %(g/mL),在20℃~25℃發(fā)酵7 d。并對亞硝酸鹽含量進行檢測,亞硝酸鹽含量為4.05mg/kg,遠低于國家標準,用此工藝發(fā)酵的牛蒡酸爽可口,香氣純正,為工業(yè)化應用奠定基礎(chǔ)。
牛蒡;乳酸菌;發(fā)酵條件;亞硝酸鹽
乳酸菌發(fā)酵泡菜是一種歷史悠久而又獨特的大眾化發(fā)酵蔬菜制品,其主要由營養(yǎng)豐富的各種蔬菜經(jīng)乳酸菌發(fā)酵而成。泡菜中含有豐富維生素、鈣、磷、鐵、氨基酸等多種營養(yǎng)成分[1]。乳酸菌發(fā)酵泡菜味美而嫩脆,不僅能增進食欲,而且能幫助消化,具有一定的醫(yī)療功效,同時泡菜具有抗菌[2]、抗突變活性[3-4]、抗動脈硬化、抗肥胖及抗衰老[5]等多種功能,是有多種調(diào)節(jié)作用的保健食品。
牛蒡?qū)倬湛贫晟荼局参?,高纖維食物,因形似牛尾而得名還享有“蔬菜之王”、“白肌人參”的美譽。牛蒡富含菊糖、氨基酸以及Ca、Fe、Mn等人體必需的宏量元素和微量元素[6]。牛蒡同時還具有較高的醫(yī)療價值,國內(nèi)外研究均發(fā)現(xiàn)其具有較好的抗衰老、抗氧化、抗腫瘤、抑菌等活性[7]。目前,牛蒡已經(jīng)開發(fā)成多種深加工產(chǎn)品,如牛蒡飲料、牛蒡罐頭、牛蒡膠囊等等,這些開發(fā)的深加工產(chǎn)品在獲得廣大消費者喜愛的同時也拓寬了牛蒡的銷售市場。但以牛蒡為原料發(fā)酵成泡菜在市場上還較稀少。因此,本實驗探究用牛蒡作為原料,利用乳酸菌對其進行發(fā)酵,制備泡菜,通過比較不同蔗糖添加量、接種量、食鹽添加量,考察牛蒡泡菜總酸度、感官等變化,優(yōu)化發(fā)酵牛蒡的工藝,為牛蒡泡菜的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。
1.1 材料
牛蒡購于徐州科宇食品科技有限公司,食鹽、白糖等購于當?shù)厥袌觥?/p>
1.2 主要儀器與試劑
市售泡菜壇;HFsafe 900型超凈工作臺;LRH-250生化培養(yǎng)箱;DELTA-320 pH計。
MRS培養(yǎng)基:牛肉膏10.0 g,蛋白胨10.0 g,酵母膏5.0g,葡萄糖20.0g,乙酸鈉5.0g,檸檬酸氫二銨2.0g,磷酸氫二鉀2.0 g,硫酸鎂0.2 g,硫酸錳0.05 g,吐溫801.0 g,蒸餾水定容至1L,pH6.2~6.4,121℃高壓滅菌20min。
1.3 方法
1.3.1 泡菜的制作工藝
新鮮牛蒡→清洗→切片→護色→切絲→裝壇→添加輔料及接種→水封→發(fā)酵
1.3.2 發(fā)酵牛蒡單因素試驗
分別選取5個不同的因素,在上述工藝下發(fā)酵,每個因素以總酸和感官評分為考察標準,考察不同因素對乳酸菌發(fā)酵牛蒡的品質(zhì)的影響。因素水平表見表1,每組試驗3組平行,結(jié)果為3組平行的平均值。
表1 發(fā)酵牛蒡單因素水平因素Table1 Factorsand levelsof the single factor experiment
1.3.3 正交試驗分析
根據(jù)1.3.2的試驗結(jié)果,分別選取蔗糖添加量、接種量、食鹽添加量三個因素進行正交試驗分析,每組試驗3個平行,試驗結(jié)果為3組平行的平均值,以感官評分作為評價標準,以得出最優(yōu)發(fā)酵條件。
1.3.4 檢測指標
1.3.4.1 感官評分
每次評分人數(shù)為9人,實驗前不接觸或避免使用有刺激性氣味的物品,避免感受器官受強烈刺激,于實驗區(qū)對發(fā)酵牛蒡作出評價。記錄數(shù)據(jù)分析,判斷處理間差異顯著性。感官評分標準見表2。
表2 感官指標要求及感官評分權(quán)重Table 2 Indicators requirements and evaluation criteria of the sensory
1.3.4.2 pH及總酸的檢測
取泡菜汁用DELTA-320 pH計測定。
總酸的測定根據(jù)GB/T12456-2008《食品中總酸的測定》中的規(guī)定,采用滴定法,以乳酸計。
2.1 發(fā)酵牛蒡單因素試驗
2.1.1 不同蔗糖添加量對發(fā)酵牛蒡的影響
分別選取0%、2%、4%、6%(g/mL)4個濃度的蔗糖進行發(fā)酵實驗,其他實驗因素為食鹽濃度6%(g/mL),接種量5%(mL/mL),氯化鈣濃度0.4%(g/mL)在20℃~25℃下發(fā)酵8 d,進行pH,總酸度及評分測評。
圖1 蔗糖添加量對總酸、pH及感官評分的影響Fig.1 Effectof sucrose concentration on totalacidity,pH valuesand sensory evaluation
由圖1a所示,蔗糖的添加能提高泡菜的總酸量,隨著蔗糖的增加,總酸量也隨之增大,當蔗糖添加量達到4%時,蔗糖對總酸的影響開始變緩,趨于平穩(wěn)。感官結(jié)果如圖1b所示,當蔗糖添加量到達6%時,過多的糖分降低了泡菜的酸爽感,同時相應增加成本,所以綜合感官評分及產(chǎn)酸量,選取蔗糖添加量為4%。
2.1.2 不同食鹽添加量對發(fā)酵牛蒡的影響
選取蔗糖添加量為4%(g/mL),食鹽添加量為2%、3%、4%、5%、6%(g/mL)5個濃度,其他因素為接種量5%(mL/mL),氯化鈣濃度0.4%(g/mL)在20℃~25℃下發(fā)酵8 d,進行pH、總酸度及評分測評。
如圖2a所示,食鹽的添加對總酸的影響較大,當食鹽添加量達到6%時,可以明顯發(fā)現(xiàn)泡菜產(chǎn)酸量較低,這可能是過高的鹽濃度對乳酸菌的生長產(chǎn)生一定的抑制。如圖2b所示,通過感官評定認為,2%的食鹽濃度口味偏淡,酸味偏重,評分值較3%低,不太容易被接受,所以選取食鹽添加量為3%。
2.1.3 不同菌株比例對發(fā)酵牛蒡的影響
選取實驗室保藏性能較好的植物乳桿菌299和乳酸菌723,其比例為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3,5種不同菌種比例進行發(fā)酵實驗,蔗糖添加量為4%(g/mL),食鹽添加量為3%(g/mL),接種量5%(mL/mL),氯化鈣濃度0.4%(g/mL)在20℃~25℃下發(fā)酵8 d,進行pH,總酸度及評分測評。
圖2 食鹽添加量對總酸、pH及感官評分的影響Fig.2 Effectsof NaClconcentration on totalacidity,pH valueand sensory evaluation
圖3 不同菌種比例對總酸、pH及感官評分的影響Fig.3 Effectsof strainsproportion on totalacidity,pH valuesand sensory evaluation
由圖3a所示,299對泡菜酸度的影響較大,當299占比例較大時,泡菜總酸偏大,當299比例較少時,產(chǎn)酸較少。乳酸菌723的加入可以改善299單株菌所造成的過酸及口味單一,但是723占比例較高時,后期酸度過低。綜合感官評分和產(chǎn)酸量的結(jié)果選取299和723的比例為2∶1為發(fā)酵比例。
2.1.4 不同接種量對發(fā)酵牛蒡的影響
選取接種量為3%、5%、7%、9%(體積分數(shù))4個水平,菌種比例為植物乳桿菌299∶乳酸菌723為2∶1,蔗糖添加量為4%(W/V),食鹽添加量為3%(W/V),氯化鈣濃度0.4%(W/V)在20℃~25℃下發(fā)酵8 d,進行pH,總酸度及評分測評。
圖4 不同接種量對總酸、pH及感官評分的影響Fig.4 Effectof inocu luMon totalacidity,pH valuesand sensory evaluation
如圖4a所示,接種量對發(fā)酵速度有較大的影響。接種量大時,產(chǎn)酸較快,雖然可以加快發(fā)酵酸度,抑制其他雜菌的生長,但由于短時間內(nèi)發(fā)生酸化,會使發(fā)酵牛蒡質(zhì)地發(fā)生軟化,影響質(zhì)地;但接種量較小時,由于菌株的生長緩慢,會使腐敗菌滋生,致使發(fā)酵失敗。綜合感官評分及產(chǎn)酸速度選取接種量為5%。
2.1.5 不同時間對發(fā)酵牛蒡的影響
發(fā)酵時間分別選取5、6、7、8、9 d 5個水平,植物乳桿菌299∶乳酸菌723為2∶1,接種量為5%(mL/mL),蔗糖添加量為4%(g/mL),食鹽添加量為3%(g/mL),氯化鈣濃度0.4%(g/mL)在20℃~25℃下發(fā)酵,進行pH,總酸度及評分測評。
圖5 不同發(fā)酵時間對總酸和pH的影響Fig.5 Effectof fermentation tiMeon totalacidity and pH values
如圖5a可以看出,隨著時間的增加,泡菜酸度慢慢增加,第7天起酸度增加緩慢,說明發(fā)酵成熟。由圖5b可以看出,當7天時,口感較好,而第6天時其酸度偏低,所以選擇第7天作為發(fā)酵時間結(jié)束點。
2.2 正交試驗分析確定發(fā)酵牛蒡的最佳工藝
根據(jù)上述單因素試驗結(jié)果,對發(fā)酵牛蒡品質(zhì)有影響的蔗糖添加量、接種量、食鹽添加量3個因素進行L9(33)正交試驗優(yōu)化,正交試驗設(shè)計及結(jié)果見表3。
表3 優(yōu)化發(fā)酵工藝正交試驗結(jié)果與分析Table3 Resultsand analysisof orthogonal tests for optiMal ferMentation
表4 正交試驗結(jié)果方差分析Table4 Varianceanalysisof resultsof orthogonalexperiment
由表3及表4可以看出,影響牛蒡泡菜因素的主次順序為蔗糖添加量>食鹽添加量>接種量,即3個因素中蔗糖添加量對牛蒡泡菜的影響最大,食鹽添加量對牛蒡泡菜的影響次之。正交試驗優(yōu)化結(jié)果顯示,牛蒡泡菜最佳發(fā)酵工藝為A3B2C2,最佳發(fā)酵條件為蔗糖添加量為5%(g/mL),接種量為5%(mL/mL),食鹽添加量3%(g/mL),氯化鈣濃度0.4%(g/mL)在20℃~25℃下發(fā)酵7 d。
2.3 牛蒡泡菜理化指標的測定
以上述最優(yōu)工藝進行牛蒡泡菜發(fā)酵,對樣品分別進行固形物、水分、食鹽、總酸、亞硝酸含量測定。結(jié)果如表5所示。
表5 牛蒡泡菜理化指標測定結(jié)果Table5 Resultsof cheMical index for burdock kiMchi
如表5所示,5個指標均在參考范圍之內(nèi)。其中總酸為1.03%,此時牛蒡酸度適中,配方中蔗糖的添加,使得泡菜酸爽可口,容易被大眾消費者接受。亞硝酸鹽含量為4.05mg/kg,發(fā)酵泡菜中亞硝酸鹽含量較低主要由于在較低pH下,乳酸菌可以產(chǎn)生亞硝酸鹽還原酶進行酶降解有關(guān)[8]。我國的國家標準GB5009.33-2010《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽測定》中規(guī)定,泡菜的亞硝酸鹽含量不應該超過20mg/kg,而牛蒡泡菜中亞硝酸鹽含量遠遠低于國標,符合國家生產(chǎn)要求。
綜上所述,經(jīng)過優(yōu)化得出的牛蒡泡菜最佳發(fā)酵條件為蔗糖添加量為5%(w/v),接種量為5%(體積分數(shù)),食鹽添加量為3%(w/v),氯化鈣濃度0.4%(w/v)在20℃~25℃發(fā)酵7 d。以最優(yōu)條件發(fā)酵泡菜可以快速降低體系中的pH,提高產(chǎn)酸速率,縮短發(fā)酵周期,同時亞硝酸鹽的含量遠低于國家標準。經(jīng)發(fā)酵后,牛蒡泡菜的風味酸爽可口,豐富了牛蒡產(chǎn)品的形式,為牛蒡泡菜的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。
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Fermentation Process of Burdock KiMchiby Lactobacillus
YANG Jia-huai,KANGRan,LIHui,WANGYan-ping*
(Key Laboratoryof Food Nutrition and Safety(Tianjin University of Science&Technology),Ministry of Education,Tianjin 300457)
Thisexperimenton the burdock as rawmaterial,adding lactobacillus fermentation burdock kimchi. The best fermentation conditionswere determined by single factor test and orthogonal experiment as follows:sucrose concentration 5%(g/mL),saltconcentration 3%(g/mL),and thestrainsproportion of299 to723was2∶1,inoculums 5%(ml/mL).Then the burdock kimchiwas fermented 7 d at20℃-25℃.According to the above method,the fermented burdock kimchi showed a good characteristic of texture and acidity.Furthermore,the concentration ofnitritewas lower than national food safety standard.Thus,the fermented processofpepperpickle hasprospectofindustrialization.
burdock;lactic acid bacteria;fermentation conditions;nitrite
10.3969/j.issn.1005-6521.2014.18.013
2014-09-15
“十二五”科技部高技術(shù)發(fā)展研究計劃‘863計劃’(2011AA100904)
楊加懷(1990—),男(漢),在讀碩士,研究方向:食品生物技術(shù)。
*通信作者:王艷萍(1962—),女(漢),教授,博士,研究方向:食品生物技術(shù)。