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        嗜酸乳桿菌和乳酸乳球菌混合發(fā)酵菊芋泡菜的研究

        2020-10-21 07:38:26徐清萍郭苗苗唐培鑫任超凡唐百芬胡麗亞
        中國(guó)調(diào)味品 2020年10期
        關(guān)鍵詞:甜菊糖菊芋態(tài)氮

        徐清萍,郭苗苗,唐培鑫,任超凡,唐百芬,胡麗亞

        (1.鄭州輕工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,鄭州 450001;2.食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心,鄭州 450001)

        菊芋為菊科向日葵屬多年生草本植物,是一種生態(tài)抗逆性強(qiáng)、生命力旺盛的能源作物[1]。菊芋可用于生產(chǎn)菊粉、果糖、乙醇、丁醇等多種生物制品[2,3]。將菊芋粉添加到面包中,可以試制菊芋面包[4],制作菊芋飲料[5,6]。菊芋中含有菊糖、脂肪酸、萜類、酚酸類等多種生物活性物質(zhì)[7]。目前國(guó)內(nèi)的菊芋主要用于生產(chǎn)醬菜、動(dòng)物飼料等初級(jí)產(chǎn)品。

        菊芋用于制作泡菜,多采用高鹽腌制的方式加工,這不僅影響了菊芋食品的口感,同時(shí)后期生產(chǎn)泡菜進(jìn)行脫鹽處理也增加了生產(chǎn)成本[8]。采用自然發(fā)酵的傳統(tǒng)泡菜工藝,生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)菌群有乳桿菌屬、片球菌屬、鏈球菌屬、腸桿菌屬等[9]。在前期,由原料和環(huán)境帶入的雜菌較多,致病菌污染的風(fēng)險(xiǎn)難以完全排除。與自然發(fā)酵相比,人工接種發(fā)酵具有亞硝酸鹽含量低、總酸含量高、發(fā)酵速度快的優(yōu)點(diǎn)。嗜酸乳桿菌LA、乳酸乳球菌LL為本實(shí)驗(yàn)室前期篩選,對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等具有一定抑菌活性,有利于降低致病菌污染風(fēng)險(xiǎn)。本文主要將具有抗菌性能的嗜酸乳桿菌LA、乳酸乳球菌LL應(yīng)用于菊芋泡菜發(fā)酵中,并研究接種量、加糖量、加鹽量、發(fā)酵時(shí)間對(duì)嗜酸乳桿菌LA、乳酸乳球菌LL混合發(fā)酵菊芋泡菜的影響,研究抗菌性乳酸菌的應(yīng)用對(duì)菊芋泡菜主要指標(biāo)的影響。

        1 材料和方法

        1.1 材料

        食鹽、白砂糖、甜菊糖苷:食品級(jí),市售;菊芋:采收自鄭州附近種植地。

        嗜酸乳桿菌LA、乳酸乳球菌LL:鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品新產(chǎn)品新技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室保藏菌種。

        MRS肉湯培養(yǎng)基:杭州百思生物技術(shù)有限公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        SHP-250智能生化培養(yǎng)箱 上海鴻都電子科技有限公司;LX-C35L滅菌鍋 合肥華泰醫(yī)療設(shè)備有限公司;SW-CJ-2FD潔凈工作臺(tái) 蘇凈集團(tuán)蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司;YP20001電子天平 上海光正醫(yī)療儀器有限公司;UV-5500分光光度計(jì) 上海元析儀器有限公司。

        1.3 發(fā)酵菊芋的制備

        1.3.1 工藝流程

        菊芋→清洗→晾干→切片→裝壇→加香辛料液→接種→發(fā)酵→成品。

        1.3.2 操作要點(diǎn)

        配制番茄-黃豆芽-菊芋培養(yǎng)液[10]:稱取20 g番茄,20 g黃豆芽,10 g菊芋,加入1 L水煮30 min,過(guò)濾后加入20 g葡萄糖,攪拌溶解,補(bǔ)水定容至1 L,滅菌,冷卻后備用。

        將嗜酸乳桿菌LA和乳酸乳球菌LL接入MRS肉湯培養(yǎng)基活化后,按1∶1的比例混合接種,總接種量2%(體積分?jǐn)?shù)),轉(zhuǎn)接到番茄-黃豆芽-菊芋培養(yǎng)液中培養(yǎng)24 h,作為乳酸菌種液。

        配制香辛料液,每1 kg水中,加入干辣椒30 g,生姜10 g,八角1 g,花椒1 g,白砂糖20 g,加熱,煮沸。

        菊芋清洗、晾干、切片,按香辛料液∶菊芋為3∶1(質(zhì)量比)的比例倒入香辛料液,按比例加入白砂糖、食鹽,拌勻,接種乳酸菌種液。分別考察接種量、加糖量、甜味劑用量、加鹽量、發(fā)酵時(shí)間等對(duì)菊芋片發(fā)酵過(guò)程中總酸(以乳酸計(jì))含量、亞硝酸鹽含量、氨基酸態(tài)氮含量的影響。發(fā)酵期間定期取樣測(cè)定發(fā)酵液中總酸(以乳酸計(jì))含量、氨基酸態(tài)氮含量及菊芋片中的亞硝酸鹽含量。

        1.4 乳酸含量的測(cè)定

        參考國(guó)標(biāo)GB/T 12456—2008《食品中總酸的測(cè)定》。

        1.5 亞硝酸鹽含量的測(cè)定

        參考國(guó)標(biāo)GB 5009.33—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測(cè)定》。

        1.6 氨基酸態(tài)氮含量的測(cè)定

        參考國(guó)標(biāo)GB 5009.235—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸態(tài)氮的測(cè)定》。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 不同接種量發(fā)酵菊芋泡菜

        按香辛料液∶菊芋為3∶1(質(zhì)量比)的比例,將菊芋、香辛料液倒入泡菜壇中,分別接種乳酸乳球菌LL、嗜酸乳桿菌LA混合種液2,5,10,20,50 g/kg,室溫(25 ℃)下發(fā)酵7 d。發(fā)酵期間定時(shí)取樣測(cè)定發(fā)酵液中總酸(以乳酸計(jì))含量、氨基酸態(tài)氮含量及菊芋片中亞硝酸鹽含量,結(jié)果見(jiàn)圖1。

        圖1 不同接種量發(fā)酵菊芋時(shí)各指標(biāo)的變化Fig.1 Changes of various indexes in the fermentation of Jerusalem artichoke with different inoculation amount

        圖1中(1)為乳酸乳球菌LL、嗜酸乳桿菌LA在不同接種量時(shí),菊芋泡菜發(fā)酵液中總酸含量(以乳酸計(jì))隨時(shí)間的變化曲線。由圖1中(1)可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),產(chǎn)酸量逐漸增加,其中總酸含量(以乳酸計(jì))在發(fā)酵前5 d時(shí)變化較快,發(fā)酵5 d后,總酸含量基本不再明顯增加。接種量低于10 g/kg時(shí),適當(dāng)提高接種量,有利于提高發(fā)酵前期(3 d)發(fā)酵液的總酸含量;接種量高于10 g/kg時(shí),各組間的總酸含量變化差異不大。發(fā)酵7 d時(shí),不同接種量對(duì)應(yīng)發(fā)酵液的總酸(以乳酸計(jì))最低為10.01 g/L,最高為10.79 g/L。說(shuō)明發(fā)酵液總酸含量主要受發(fā)酵時(shí)間的影響,適當(dāng)增加接種量有利于提高產(chǎn)酸速度。

        圖1中(2)為乳酸乳球菌LL、嗜酸乳桿菌LA混合發(fā)酵在不同接種量時(shí),菊芋泡菜發(fā)酵液中氨基酸態(tài)氮含量隨時(shí)間的變化曲線。由圖1中(2)可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),氨基酸態(tài)氮含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì),其中在發(fā)酵前3 d時(shí),氨基酸態(tài)氮含量增加較快,發(fā)酵3 d后,變化逐漸趨于穩(wěn)定。接種量主要在發(fā)酵前期對(duì)發(fā)酵液中氨基酸態(tài)氮含量的影響差異較大,適當(dāng)提高接種量,發(fā)酵液中氨基酸態(tài)氮含量相對(duì)更高。發(fā)酵5 d后,各組間的氨基酸態(tài)氮含量相差不大。

        圖1中(3)為嗜酸乳桿菌LA、乳酸乳球菌LL混合接種,不同接種量時(shí)發(fā)酵菊芋片中亞硝酸鹽含量的變化。由圖1中(3)可知,采用嗜酸乳桿菌LA、乳酸乳球菌LL混合發(fā)酵,菊芋片中亞硝酸鹽含量較低,其中亞硝酸鹽含量相對(duì)較高的時(shí)間為發(fā)酵1 d或3 d,發(fā)酵5 d后,亞硝酸鹽含量均低于5 mg/kg,不同接種量組間亞硝酸鹽含量差異不大,發(fā)酵7 d,除個(gè)別組外,亞硝酸鹽含量均低于4 mg/kg。亞硝酸鹽含量在發(fā)酵過(guò)程中無(wú)明顯的高峰,亞硝酸鹽含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定限量,醬腌菜制品中亞硝酸含量不得超過(guò)20 mg/kg。據(jù)相關(guān)報(bào)道,乳酸菌產(chǎn)生的亞硝酸還原酶和代謝產(chǎn)物乳酸,可降解和清除亞硝酸鹽,從而降低泡菜發(fā)酵過(guò)程中亞硝酸鹽含量[11]。

        綜合考慮接種量對(duì)總酸、氨基酸態(tài)氮、亞硝酸鹽含量的影響,接種量主要影響產(chǎn)酸速度和氨基酸態(tài)氮含量,適當(dāng)提高接種量有利于縮短發(fā)酵菊芋到達(dá)合適總酸含量的時(shí)間。

        2.2 不同加糖量時(shí)菊芋泡菜指標(biāo)變化

        按香辛料液∶菊芋為3∶1(質(zhì)量比)的比例混合,接種乳酸菌混合種液20 g/kg,分別加白砂糖0,10,15,20,25,30 g/kg,室溫發(fā)酵7 d,定時(shí)取樣測(cè)定發(fā)酵液中總酸含量、氨基酸態(tài)氮含量及菊芋片中亞硝酸鹽含量,結(jié)果見(jiàn)圖2。

        圖2 不同加糖量發(fā)酵菊芋時(shí)各指標(biāo)的變化Fig.2 Changes of various indexes in the fermentation of Jerusalem artichoke with different sugar additive amount

        圖2中(1)為不同加糖量時(shí)總酸含量隨時(shí)間的變化曲線。由圖2中(1)可知,隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng),發(fā)酵液中總酸含量增加,其中總酸含量(以乳酸計(jì))在發(fā)酵前5 d時(shí)增長(zhǎng)較快,發(fā)酵5 d后,總酸含量不再明顯增加。與不添加白砂糖組相比,加白砂糖量高的發(fā)酵液總酸含量更高一些,但從各組間總酸含量的差值看,差值變化并不是很大。根據(jù)前期對(duì)嗜酸乳桿菌LA、乳酸乳球菌LL利用不同碳源的試驗(yàn)分析,與葡萄糖相比,嗜酸乳桿菌LA、乳酸乳球菌LL利用蔗糖產(chǎn)酸能力較弱,添加白砂糖(成分為蔗糖)對(duì)嗜酸乳桿菌LA、乳酸乳球菌LL混合發(fā)酵的結(jié)果測(cè)定也表明其在發(fā)酵菊芋前期對(duì)總酸含量變化的影響較小。

        圖2中(2)為不同加糖量時(shí)發(fā)酵液中氨基酸態(tài)氮含量隨時(shí)間的變化曲線。由圖2中(2)可知,氨基酸態(tài)氮含量基本在發(fā)酵5 d時(shí)達(dá)到高峰,此后又有所下降。與未加糖組進(jìn)行對(duì)比,適當(dāng)增加糖含量,有利于提高發(fā)酵液中氨基酸態(tài)氮的含量。發(fā)酵7 d時(shí),各組間氨基酸態(tài)氮含量相差不大。

        圖2中(3)為不同加糖量時(shí)菊芋片中亞硝酸鹽含量隨時(shí)間的變化曲線。由圖2中(3)可知,采用乳酸乳球菌LL、嗜酸乳桿菌LA混合發(fā)酵,亞硝酸鹽含量在發(fā)酵1 d時(shí)相對(duì)較高,此后降低。與不添加白砂糖組相比,適當(dāng)添加白砂糖,有利于降低發(fā)酵后期亞硝酸鹽含量,但各組間的差值并不是很大。其中白砂糖添加量為20 g/kg時(shí),亞硝酸鹽含量在整個(gè)發(fā)酵期間均處于較低水平。

        2.3 不同甜菊糖苷添加量時(shí)菊芋泡菜指標(biāo)變化

        甜菊糖苷是一種常用的甜味劑,乳酸乳球菌LL、嗜酸乳桿菌LA混合種液接種量20 g/kg,白砂糖20 g/kg,分別添加甜菊糖苷0,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3 g/kg,室溫發(fā)酵7 d,定期取樣測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)圖3。

        圖3 不同甜菊糖苷添加量發(fā)酵菊芋時(shí)各指標(biāo)的變化Fig.3 Changes of various indexes in the fermentation of Jerusalem artichoke with different steviol glycosides additive amount

        圖3中(1)為甜菊糖苷在不同添加量時(shí)發(fā)酵液中總酸含量(以乳酸計(jì))隨時(shí)間的變化曲線。由圖3中(1)可知,隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng),總酸含量增加,發(fā)酵前5 d增長(zhǎng)較快,發(fā)酵5 d后,總酸含量不再明顯變化。對(duì)比甜菊糖苷在不同添加量時(shí)對(duì)總酸的影響,甜菊糖苷添加量對(duì)發(fā)酵液總酸含量(以乳酸計(jì))變化無(wú)明顯影響。

        圖3中(2)為甜菊糖苷在不同添加量時(shí)發(fā)酵液中氨基酸態(tài)氮含量隨時(shí)間的變化曲線。由圖3中(2)可知,氨基酸態(tài)氮含量隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增加,發(fā)酵5 d時(shí)達(dá)到高峰,此后略有降低。不同甜菊糖苷添加量,發(fā)酵3~5 d時(shí),甜菊糖苷在一定范圍內(nèi)適當(dāng)提高,發(fā)酵液中氨基酸態(tài)氮含量有所提高,具體原因尚待進(jìn)一步分析。發(fā)酵后期,各組間氨基酸態(tài)氮含量變化相差不大。

        圖3中(3)為甜菊糖苷在不同添加量時(shí)菊芋中亞硝酸鹽含量隨時(shí)間的變化曲線。由圖3中(3)可知,亞硝酸鹽含量在發(fā)酵1 d時(shí)最高,此后降低。在發(fā)酵前期,與不添加甜菊糖苷組相比,添加甜菊糖苷組亞硝酸鹽含量略低于非添加組,發(fā)酵后期各組間亞硝酸鹽含量與甜菊糖苷添加量無(wú)明顯劑量關(guān)系。

        2.4 加鹽量對(duì)發(fā)酵的影響

        乳酸乳球菌LL、嗜酸乳桿菌LA混合種液按接種量20 g/kg接入裝有菊芋和香辛料混合液的泡菜壇中,加入白砂糖20 g/kg,甜菊糖苷0.15 g/kg,室溫25 ℃發(fā)酵??疾禧}添加量分別在10,30,50,70,90 g/kg時(shí)對(duì)乳酸菌發(fā)酵菊芋的影響。不同鹽添加量對(duì)菊芋泡菜發(fā)酵的影響見(jiàn)圖4。

        圖4 不同鹽添加量發(fā)酵菊芋時(shí)各指標(biāo)的變化Fig.4 Changes of various indexes in the fermentation of Jerusalem artichoke with different salt additive amount

        由圖4中(1)可知,鹽的添加量對(duì)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸速度的影響較大。其中加鹽量在10~30 g/kg時(shí),總酸含量(以乳酸計(jì))在發(fā)酵前3 d增長(zhǎng)較快,發(fā)酵5 d后不再明顯變化。隨著加鹽量的增加,發(fā)酵液中總酸含量增長(zhǎng)速度變慢,加鹽量越大,抑制作用越強(qiáng)。當(dāng)加鹽量達(dá)到90 g/L時(shí),對(duì)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸具有明顯抑制作用,接種發(fā)酵5 d后,總酸含量才開(kāi)始明顯增加。不同鹽添加量時(shí),發(fā)酵液中氨基酸態(tài)氮含量隨時(shí)間的變化情況見(jiàn)圖4中(2)。由圖4中(2)可知,發(fā)酵液中氨基酸態(tài)氮含量在發(fā)酵前3 d增長(zhǎng)較快,其后逐漸趨于穩(wěn)定。與低濃度加鹽量相比,加鹽量為70~90 g/kg時(shí),發(fā)酵前期高鹽濃度對(duì)氨基酸態(tài)氮的形成或溶出有一定抑制作用。發(fā)酵5 d后,各組間差距減少。不同鹽添加量時(shí),菊芋片中亞硝酸鹽含量隨時(shí)間的變化情況見(jiàn)圖4中(3)。由圖4中(3)可知,鹽含量較低(≤10 g/kg)時(shí),發(fā)酵菊芋的亞硝酸鹽含量在發(fā)酵1 d時(shí)相對(duì)較高;鹽含量增加,發(fā)酵菊芋3 d時(shí)亞硝酸鹽含量相對(duì)較高,發(fā)酵過(guò)程中無(wú)明顯亞硝酸鹽峰值。

        從不同因素對(duì)嗜酸乳桿菌LA、乳酸乳球菌LL混合發(fā)酵菊芋的影響方面分析,影響各指標(biāo)變化的主要因素為加鹽量和發(fā)酵時(shí)間。其中,不同加鹽量對(duì)發(fā)酵菊芋總酸含量變化有顯著差異,直接影響著產(chǎn)酸速度。采用低鹽發(fā)酵能使菊芋泡菜在較短時(shí)間達(dá)到理想酸度。發(fā)酵菊芋的總酸含量、氨基酸態(tài)氮含量、亞硝酸鹽含量直接與發(fā)酵時(shí)間相關(guān),在一定時(shí)間范圍內(nèi),總酸含量、氨基酸態(tài)氮含量隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)而增加至一定峰值后不再明顯變化,或略有下降。亞硝酸還原酶和酸性環(huán)境(pH<4.0)是發(fā)酵蔬菜中亞硝酸鹽降解的主要原因,此外,乳酸菌產(chǎn)生的細(xì)菌素也在其中起著重要作用[12]。采用具有抑菌活性的嗜酸乳桿菌和乳酸乳球菌混合發(fā)酵菊芋,通過(guò)測(cè)定也表明采用抗菌性乳酸菌發(fā)酵,能使發(fā)酵酸度較快地達(dá)到理想酸度,而亞硝酸鹽含量在發(fā)酵過(guò)程中無(wú)明顯高峰。抑菌乳酸菌主要對(duì)發(fā)酵蔬菜中的腸桿菌等有害菌有抑制作用,從而降低了發(fā)酵過(guò)程中的亞硝酸鹽含量。

        3 結(jié)論

        乳酸菌發(fā)酵菊芋的總酸含量主要與時(shí)間、接種量和加鹽量有關(guān)。無(wú)鹽添加時(shí),隨時(shí)間延長(zhǎng),總酸含量增加,發(fā)酵5 d后總酸含量趨于穩(wěn)定;接種量大時(shí),總酸含量增長(zhǎng)更快。加鹽發(fā)酵時(shí),鹽濃度明顯影響產(chǎn)酸速度,鹽濃度越高,產(chǎn)酸速度越慢,鹽濃度在90 g/kg以上時(shí),對(duì)總酸的增長(zhǎng)有明顯抑制作用。

        適當(dāng)提高接種量,有利于發(fā)酵前期氨基酸態(tài)氮含量的增加,發(fā)酵5 d后,氨基酸態(tài)氮含量不再明顯增加,或略有下降。

        發(fā)酵菊芋中亞硝酸鹽含量變化主要與時(shí)間有關(guān),亞硝酸鹽在發(fā)酵前3 d相對(duì)較高,發(fā)酵3 d后無(wú)明顯亞硝酸鹽高峰,采用嗜酸乳桿菌、乳酸乳球菌混合發(fā)酵菊芋能明顯抑制亞硝酸鹽峰值的形成。

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