乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜工藝優(yōu)化研究

周強(qiáng)，劉蒙佳，雷昌貴，孟宇竹

(1.福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，福建 泉州 362332； 2.河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院 食品與化工系，河南 平頂山 467000)

泡菜即將新鮮蔬菜經(jīng)切分或不切分，用鹽水和香辛料混合液生漬或熟漬而成的蔬菜制品，具有獨(dú)特的鮮香味，含有豐富的維生素和鈣、磷等無(wú)機(jī)物，能為人體提供充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1]。泡菜發(fā)酵方式有自然發(fā)酵及人工接種乳酸菌發(fā)酵兩種，而人工添加乳酸菌發(fā)酵方式愈來(lái)愈受到科學(xué)研究者的關(guān)注。乳酸菌在泡菜中含量極其豐富，不僅可以加速泡菜的發(fā)酵過(guò)程，抑制腐敗菌，亦是調(diào)節(jié)人體健康的重要成分[2]。日本泡菜的生產(chǎn)方式主要源于韓國(guó)，而后根據(jù)日本國(guó)情加以改進(jìn)并自成一家。產(chǎn)品從口味到制作工藝均與中國(guó)泡菜和韓國(guó)泡菜有明顯區(qū)別[3]。韓國(guó)泡菜具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，其適量攝入可促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，維持身體健康，并有防止肥胖等功效[4-6]。目前，韓國(guó)泡菜的品種已超過(guò)190 種[7]，并被成功推廣到100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。隨著韓國(guó)泡菜的快速發(fā)展，已經(jīng)由原本的家庭作坊生產(chǎn)發(fā)展為工廠化生產(chǎn)，并已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的成熟期[8]。韓國(guó)泡菜(kimchi)作為傳統(tǒng)醬腌菜，堪稱韓國(guó)“第一菜”[9]。其是以大白菜為主，再加上各種所需的輔料，鹽、糖、辣椒粉和各種香辛料以及多種水果等制作而成的具有傳統(tǒng)風(fēng)味的蔬菜制品[10]。本文以大白菜及乳酸菌為主要原料，通過(guò)改變?nèi)樗峋⑹雏}、香辛料和蔗糖不同的添加量，控制韓國(guó)泡菜的發(fā)酵溫度、時(shí)間，制出具有優(yōu)良口味的韓國(guó)泡菜，通過(guò)測(cè)定其pH值、亞硝酸鹽含量等理化指標(biāo)，并結(jié)合感官評(píng)價(jià)，綜合分析評(píng)價(jià)該韓國(guó)泡菜的品質(zhì)，并以正交試驗(yàn)為結(jié)論來(lái)優(yōu)化乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜的發(fā)酵工藝。

1 試驗(yàn)材料及儀器

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

原材料：新鮮大白菜、食鹽、蔗糖、生姜、大蒜、辣椒、蘋果、梨等原材料，均購(gòu)自豪利友購(gòu)物廣場(chǎng)；泡菜乳酸菌：北京川秀科技有限公司；主要試劑：亞硝酸鈉、鹽酸萘乙二胺、無(wú)水對(duì)氨基苯磺酸、二水合乙酸鋅、亞鐵氰化鉀、十水合四硼酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液等，均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)。

1.2 主要儀器

C21-SN216型多功能電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司；BSA224S-CW型電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；雷磁pHS-3C精密pH計(jì) 上海博科公司；JJ600型電子天平 常熟市雙杰測(cè)試儀器廠；DNP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱、DHG-9070型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；721型可見分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司；HWS-28型電熱恒溫水浴鍋 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；KQ-C型玻璃儀器氣流烘干器 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

2 試驗(yàn)方法

2.1 韓國(guó)泡菜的工藝流程

原料選擇(新鮮大白菜)→預(yù)處理(清洗、整形、初腌制)→配制調(diào)料(乳酸菌、蔗糖、食鹽、香辛料等)→入壇腌制→密封→發(fā)酵→成品。

2.2 操作要點(diǎn)

制作韓國(guó)泡菜過(guò)程中需注意的重點(diǎn)是：切勿使生水進(jìn)入泡菜中，從而影響泡菜的理化性質(zhì)及品質(zhì)。

2.2.1 原料選擇

本次試驗(yàn)選用組織緊密、質(zhì)地脆嫩、肉質(zhì)肥厚而且較不易軟化的大白菜作為主要原料。

2.2.2 預(yù)處理(清洗、整形、初腌制)

將新鮮大白菜的外葉剔除后，放入清水中清洗干凈，之后把大白菜腌制在濃度為10%的鹽水中15 h之后，先在清水里清洗10 min，再在涼開水中過(guò)濾1～2次，然后瀝干，備用。

2.2.3 配制調(diào)味醬

乳酸菌、蔗糖、食鹽、香辛料等材料按表1的組成比例調(diào)配泡菜調(diào)味醬。其中姜、蒜與辣椒粉按1∶1∶2的比例作為香辛料加入調(diào)料中，且所有的添加量均相對(duì)于大白菜質(zhì)量。

表1 韓國(guó)泡菜的配料及比例(每罐添加量)Table 1 Ingredients and proportions of Korean kimchi (dosage per can) g

首先，用水把糯米粉煮熟。然后，將梨和蘋果去皮去核，將蒜頭、生姜去皮，清洗后，一起放入榨汁機(jī)中榨碎。最后，將蒜泥、魚露、食鹽、蔗糖、辣椒粉一起加入放涼的糯米粥中攪拌均勻，制成調(diào)味醬。

2.2.4 入壇腌制和發(fā)酵

將調(diào)配好的調(diào)味醬均勻地涂抹在瀝干的大白菜每片葉上，然后放入玻璃罐中密封，最后置于恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵。

從發(fā)酵當(dāng)天開始計(jì)算，在第7天采樣測(cè)定相關(guān)理化指標(biāo)及感官評(píng)價(jià)。

2.3 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

泡菜的感官評(píng)定方法是從滋味、香氣、色澤、質(zhì)地4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)定。樣品制成后，當(dāng)泡菜的酸度達(dá)到pH為3.2～3.6時(shí)是風(fēng)味、滋味形成的階段，此時(shí)泡菜發(fā)酵成熟[11]，所以在此時(shí)間內(nèi)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)最佳。此時(shí)由10位評(píng)價(jià)員對(duì)發(fā)酵蔬菜的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，每項(xiàng)指標(biāo)取平均值，分項(xiàng)測(cè)評(píng)匯總[12]，泡菜品質(zhì)評(píng)分表[13]見表2。

表2 泡菜品質(zhì)綜合評(píng)分表(總分100分)Table 2 Comprehensive score Table of pickles' quality (total score is 100)

2.4 理化指標(biāo)的測(cè)定

在測(cè)定韓國(guó)泡菜的各項(xiàng)理化性質(zhì)時(shí)[14]，要使韓國(guó)泡菜始終保持在一定的溫度下，防止其他因素對(duì)泡菜的影響。

2.4.1 pH值的測(cè)定

對(duì)于泡菜pH值的測(cè)定采用精密數(shù)字pH計(jì)[15]。將校準(zhǔn)完的pH計(jì)置于處理好的泡菜溶液中，緩慢攪動(dòng)，不可碰到杯子壁或杯子底部，待讀數(shù)穩(wěn)定后記下測(cè)量值，分別測(cè)量3次數(shù)據(jù)后取平均值。

2.4.2 亞硝酸鹽含量測(cè)定方法

以鹽酸萘乙二胺法測(cè)定韓國(guó)泡菜中的亞硝酸鹽含量[16]，分別測(cè)定3次數(shù)據(jù)后取平均值。

2.4.3 綜合評(píng)分

發(fā)酵7天后的泡菜，對(duì)不同發(fā)酵條件下泡菜的pH值和亞硝酸鹽含量2個(gè)理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，并結(jié)合感官評(píng)分進(jìn)行綜合評(píng)分。

3 乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜工藝條件的確定

3.1 發(fā)酵條件對(duì)韓國(guó)泡菜品質(zhì)的影響

3.1.1 不同蔗糖添加量對(duì)韓國(guó)泡菜質(zhì)量的影響

表3 蔗糖添加量對(duì)泡菜指標(biāo)及感官質(zhì)量的影響Table 3 Effects of the additive amount of sucrose on the indicators and sensory quality of pickles

添加蔗糖能夠中和泡菜本身發(fā)酵所產(chǎn)生的酸味和泡菜中所添加乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的酸味。故蔗糖添加量有一定的范圍，過(guò)高或過(guò)低都影響泡菜的品質(zhì)。劉芳等[17]認(rèn)為蔗糖添加量對(duì)泡菜品質(zhì)有著極其重要的影響，添加量太少，泡菜會(huì)太咸，穩(wěn)定性偏差；加入過(guò)多，泡菜又會(huì)太甜，影響口感。乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜中因加入有乳酸菌，乳酸菌發(fā)酵在一定程度上影響泡菜酸味。由表3可知，當(dāng)蔗糖添加量為0%和2%時(shí)，泡菜口感偏酸，令消費(fèi)者較難接受；當(dāng)蔗糖添加量為4%時(shí)，泡菜口感酸甜適中，酸度減輕，同時(shí)也呈現(xiàn)了淡淡的甜味，且泡菜感官評(píng)價(jià)較好，此時(shí)綜合評(píng)分達(dá)到最高分80分；當(dāng)蔗糖添加量達(dá)到6%、8%時(shí)，泡菜口感偏甜，酸味不明顯，不符合泡菜的特殊風(fēng)味，此時(shí)蔗糖的添加量過(guò)多。隨著蔗糖添加量的增大，pH值增大，亞硝酸鹽含量呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì)，添加量為6%時(shí)達(dá)到峰值(0.638 mg/kg)，但含量均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。從發(fā)酵程度、適宜糖量以及泡菜的安全性等方面綜合考慮，確定蔗糖添加量4%為宜。

3.1.2 不同食鹽添加量對(duì)韓國(guó)泡菜質(zhì)量的影響

表4 食鹽添加量對(duì)泡菜指標(biāo)及感官質(zhì)量的影響Table 4 Effects of the additive amount of salt on the indicators and sensory quality of pickles

在泡菜發(fā)酵過(guò)程中，食鹽添加量的控制對(duì)泡菜發(fā)酵有著一定影響。有研究表明，抑制韓國(guó)泡菜的發(fā)酵速率可在其中加入相應(yīng)的食鹽，且隨著食鹽添加量的升高，pH值的降低速率會(huì)越來(lái)越慢，即泡菜的成熟速度越慢[18]。由表4可知，食鹽的添加量與pH值的變化呈正相關(guān)。在5個(gè)處理樣品中，當(dāng)添加食鹽量為0%時(shí)，pH值相對(duì)較低。食鹽添加量達(dá)到4%和6%時(shí)，pH值相對(duì)較高，且泡菜感官評(píng)價(jià)較好，此時(shí)泡菜的綜合評(píng)分也相對(duì)較高。而隨著食鹽添加量的增加，韓國(guó)泡菜的亞硝酸鹽含量呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢(shì)。當(dāng)食鹽添加量在0%、2%、4%、6%時(shí)，亞硝酸鹽含量較低；而當(dāng)食鹽添加量為8%時(shí)，亞硝酸鹽含量雖較高，但仍符合泡菜標(biāo)準(zhǔn)亞硝酸鹽含量，從發(fā)酵程度、適宜鹽度以及泡菜品質(zhì)等方面綜合考慮，確定添加4%的食鹽為宜。

3.1.3 不同乳酸菌添加量對(duì)韓國(guó)泡菜質(zhì)量的影響

表5 乳酸菌添加量對(duì)泡菜指標(biāo)及感官質(zhì)量的影響Table 5 Effects of the additive amount of lactic acid bacteria on the indicators and sensory quality of pickles

在泡菜發(fā)酵過(guò)程中，乳酸菌添加量的控制對(duì)泡菜的發(fā)酵有著重要的影響。乳酸菌會(huì)提高泡菜的發(fā)酵速度，縮短發(fā)酵時(shí)間，如果乳酸菌加入過(guò)多不僅會(huì)增加成本而且會(huì)影響泡菜的品質(zhì)，使泡菜過(guò)酸，提前發(fā)軟。由表5可知，增加乳酸菌在醬料中的量會(huì)使泡菜的pH值減小，而亞硝酸鹽的變化規(guī)律則因添加量的不同表現(xiàn)為先下降再上升的趨勢(shì)。當(dāng)乳酸菌添加量為0%時(shí)，pH值較高；當(dāng)乳酸菌添加量為0.5%、1%、1.5%時(shí)，pH值相對(duì)較高，泡菜感官評(píng)價(jià)較好，且當(dāng)乳酸菌添加量為1%時(shí)，綜合評(píng)分最高，表明添加1%的乳酸菌為宜。

3.1.4 不同香辛料添加量對(duì)韓國(guó)泡菜質(zhì)量的影響

表6 香辛料添加量對(duì)泡菜指標(biāo)及感官質(zhì)量的影響Table 6 Effects of the additive amount of spices on the indicators and sensory quality of pickles

香辛料除了可以用作調(diào)香外，還有防止食物腐敗的優(yōu)點(diǎn)[19-21]。而本試驗(yàn)主要研究了生姜、大蒜、辣椒3種香辛料的協(xié)同作用對(duì)乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜品質(zhì)的影響。由表6可知，隨著香辛料添加量的增加，韓國(guó)泡菜中的亞硝酸鹽量表現(xiàn)出先上升再下降的趨勢(shì)。5個(gè)處理樣品中，當(dāng)香辛料添加量為1%時(shí)，pH值最高；隨著香辛料添加量的增大，pH值降低；當(dāng)香辛料添加量達(dá)到2%和3%時(shí)，pH值相對(duì)較適宜，泡菜感官評(píng)價(jià)較好，且綜合評(píng)分相對(duì)較高。但香辛料添加量過(guò)低或過(guò)高均會(huì)影響泡菜的風(fēng)味和口感。因此從發(fā)酵速度、適宜辣度以及泡菜品質(zhì)的角度綜合考慮，確定香辛料添加量3%為宜。

3.2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

為確定韓國(guó)泡菜的最佳工藝參數(shù)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以pH值、亞硝酸鹽含量、感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，選取食鹽添加量、蔗糖添加量、乳酸菌添加量、香辛料添加量為影響因素，進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，添加的因素量見表7，結(jié)果見表8。所有因素添加量均相對(duì)于大白菜的質(zhì)量。

表7 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 7 The design of orthogonal test %

表8 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果分析Table 8 Analysis of orthogonal test results

續(xù) 表

從正交試驗(yàn)結(jié)果表的極差R值大小可以看出，乳酸菌添加量是影響乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜品質(zhì)的主要影響因素，蔗糖添加量、香辛料添加量是影響乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜品質(zhì)的次要因素，食鹽添加量的影響最??；各因素對(duì)乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜品質(zhì)的綜合評(píng)分影響大小為B>A>D>C，即乳酸菌添加量>蔗糖添加量>香辛料添加量>食鹽添加量。由極差分析得出最優(yōu)水平組合為A2B2C1D2。對(duì)表8進(jìn)行直觀分析可知，當(dāng)以綜合評(píng)分為指標(biāo)時(shí)，第6組試驗(yàn)所得產(chǎn)品綜合評(píng)分最高為87分，最優(yōu)水平組合為 A2B3C1D2，與極差分析的結(jié)果不重合，因此，需再做一次驗(yàn)證試驗(yàn)。通過(guò)綜合評(píng)分，選出乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜的最優(yōu)工藝條件，結(jié)果見表9。

表9 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 9 Results of verification test

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，A2B2C1D2的綜合評(píng)分比A2B3C1D2的綜合評(píng)分高，故乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜的最優(yōu)工藝為A2B2C1D2，即當(dāng)添加2%的食鹽、4%的蔗糖、3%的香辛料、1%的乳酸菌時(shí)，可發(fā)酵生產(chǎn)出色澤最亮、香味最濃、口感最佳、組織狀態(tài)最優(yōu)的韓國(guó)泡菜。

4 結(jié)論

韓國(guó)泡菜的制作與發(fā)酵過(guò)程中，乳酸菌添加量和蔗糖添加量是對(duì)泡菜的風(fēng)味品質(zhì)較為重要的影響因素。乳酸菌添加量影響韓國(guó)泡菜的發(fā)酵速度及泡菜的成熟與口感，而蔗糖添加量過(guò)大，甜味過(guò)于濃郁，添加量過(guò)少會(huì)使泡菜甜味寡淡，口感稍差。各添加量對(duì)乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜風(fēng)味口感與品質(zhì)的影響順序?yàn)椋喝樗峋砑恿?蔗糖添加量>香辛料添加量>食鹽添加量。乳酸菌發(fā)酵韓國(guó)泡菜最優(yōu)工藝條件為：蔗糖添加量4%，食鹽添加量2%，乳酸菌添加量1%，香辛料添加量3%，且在此工藝下發(fā)酵出的韓國(guó)泡菜質(zhì)量最佳，口感最好，綜合評(píng)分最高。