一種蔬菜乳酸菌發(fā)酵工藝的研究

蔬菜經(jīng)發(fā)酵后含有大量人體必需氨基酸、多種維生素、礦物質(zhì)和豐富的膳食纖維。目前國內(nèi)制作泡菜多采用自然發(fā)酵工藝，其原理是在高濃度食鹽溶液中，利用食鹽的高滲透壓抑制有害微生物的生長，而附著在蔬菜表面的乳酸菌不斷增長成為主導(dǎo)菌，發(fā)酵產(chǎn)酸獲得泡菜[1]。該方法存在發(fā)酵周期長、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、亞硝酸鹽和食鹽含量高等弊端。為解決上述問題，人工引入純益生菌參與蔬菜發(fā)酵，是蔬菜發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的一大必然趨勢[2]。本研究利用篩選出的優(yōu)良乳酸菌，直接采用發(fā)酵罐模式，利用復(fù)合純菌種凍干菌粉直投式對蔬菜進(jìn)行發(fā)酵，開發(fā)出一套工業(yè)化新型發(fā)酵模式，可全程監(jiān)控蔬菜發(fā)酵，有效保證了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了發(fā)酵時(shí)間，有利于降低成本，過程中所有發(fā)酵指標(biāo)及泡菜成品指標(biāo)均能有效控制，保證工業(yè)化過程的專業(yè)性和成品質(zhì)量的一致性。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

發(fā)酵劑：實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)，由植物乳桿菌A、乳酸乳球菌B以及輔料組成（活菌均≥109CFU·g-1）；蔬菜：包菜、蘿卜、姜、蒜、小米椒和花椒（菜場購得）。

發(fā)酵罐：314不銹鋼20 L發(fā)酵罐（有單向排氣閥以及物料放料口）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化篩選

1#——食鹽2.5%、發(fā)酵促進(jìn)劑20%、食用葡萄糖2%；2#——食鹽2.5%、蔬菜汁20%、食用葡萄糖2%；3#——食鹽2.5%、輔料浸出液20%、食用葡萄糖2%；4#——食鹽2.5%、10BX°麥芽汁20%[3]、食用葡萄糖2%；5#——食鹽2.5%、食用葡萄糖2%；接種0.5 g·L-1發(fā)酵劑以及蔬菜后置于37 ℃恒溫發(fā)酵36 h，檢測發(fā)酵液的活菌、pH以及蔬菜總酸含量，結(jié)合口感情況進(jìn)行篩選。

發(fā)酵培養(yǎng)基成分盡量選擇食品類原材料制備。①發(fā)酵促進(jìn)劑：蒜10%、姜25%、紅小米椒10%，將材料洗凈，用50 ℃溫開水1∶1混合后浸泡30 min，榨汁機(jī)打碎，4層紗布過濾，備用。②蔬菜汁：將需要進(jìn)行發(fā)酵的蔬菜與水1∶1混合進(jìn)行榨汁破碎，4層紗布過濾，備用。③輔料浸出液：蒜10%、姜25%、紅小米椒10%用80～100 ℃熱水浸泡30 min，取浸出液備用。發(fā)酵蔬菜要求完全浸沒于液體中。

1.2.2 發(fā)酵劑投菌量篩選

菌劑投加量控制，使其加入后初始乳酸菌活菌數(shù)分別為 105CFU·mL-1、106CFU·mL-1、107CFU·mL-1以及108CFU·mL-1。每6 h取一次樣分別檢測泡菜水的pH值和菜的總酸含量，比較發(fā)酵產(chǎn)酸情況，確定發(fā)酵劑的最適添加量。

1.2.3 食用葡萄糖濃度的篩選

加入一定量的葡萄糖主要是為乳酸菌前期生長提供一定的碳源，加快發(fā)酵速度，也能對蔬菜口感產(chǎn)生一定影響，控制其添加濃度分別為0%、1%、2%、3%和4%，36 h發(fā)酵結(jié)束后測定發(fā)酵液pH、活菌以及菜的總酸。

1.2.4 食鹽濃度篩選

食鹽的作用主要是維持乳酸菌生長的滲透壓，促進(jìn)菌體生長同時(shí)為泡菜的口感豐富一些咸香口味?？刂破涮砑訚舛确謩e為0%、1%、2%、3%和4%，36 h發(fā)酵結(jié)束后測定發(fā)酵液pH、活菌以及菜的總酸和亞硝酸鹽含量。

1.2.5 不同蔬菜連續(xù)發(fā)酵

采用篩選出的最佳發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵蔬菜，在第一次發(fā)酵蔬菜白蘿卜完成后，取出白蘿卜真空封口包裝后進(jìn)行高溫瞬時(shí)滅菌處理終止發(fā)酵，在原發(fā)酵液中加入新的發(fā)酵蔬菜包菜進(jìn)行二次發(fā)酵，結(jié)束后再進(jìn)行新鮮蔬菜三次發(fā)酵、每批次蔬菜發(fā)酵時(shí)間控制為36 h，測定菜的總酸、亞硝酸鹽含量，評定蔬菜口感。

1.2.6 分析方法

（1）活菌計(jì)數(shù)：10倍梯度稀釋傾注法。

（2）總酸以及亞硝酸鹽測定：滴定法[4-5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵培養(yǎng)基篩選

根據(jù)上述1.2.1中5組培養(yǎng)基進(jìn)行蔬菜發(fā)酵，蔬菜采用白蘿卜進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)酵完成檢測發(fā)酵液活菌情況以及其他相應(yīng)指標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1 不同培養(yǎng)基發(fā)酵蔬菜參數(shù)指標(biāo)表

由表1可知，1#培養(yǎng)基發(fā)酵情況最好，發(fā)酵液活菌高達(dá)1.5×109CFU·mL-1，產(chǎn)酸也高達(dá)0.65 g/100 g，說明該培養(yǎng)基非常適宜實(shí)驗(yàn)中乳酸菌生長產(chǎn)酸，利用其進(jìn)行蔬菜發(fā)酵，發(fā)酵出的泡菜口感能媲美傳統(tǒng)發(fā)酵的口感，為最適宜的發(fā)酵蔬菜培養(yǎng)基。

2.2 發(fā)酵劑投菌量試驗(yàn)

根據(jù)2.1篩選出的最佳培養(yǎng)基進(jìn)行發(fā)酵蔬菜，控制乳酸菌發(fā)酵劑投菌量進(jìn)行蔬菜發(fā)酵試驗(yàn)，發(fā)酵情況如圖1所示。當(dāng)發(fā)酵達(dá)36 h時(shí)，發(fā)酵劑添加量為 106CFU·mL-1、107CFU·mL-1、108CFU·mL-1時(shí)發(fā)酵產(chǎn)酸情況相差不大，考慮成本情況，可以選擇106CFU·mL-1作為發(fā)酵劑投菌量，發(fā)酵劑活菌為2×109～ 4×109CFU·g-1，則發(fā)酵劑添加量為 0.5 g·L-1。

圖1 發(fā)酵劑添加量對蔬菜發(fā)酵產(chǎn)酸影響圖

2.3 不同葡萄糖濃度對蔬菜發(fā)酵的影響

不同葡萄糖濃度對發(fā)酵會產(chǎn)生一定的影響，如圖2、圖3、圖4所示，糖添加量為1%～4%時(shí)，其對發(fā)酵液pH以及蔬菜的總酸影響相差不大，糖添加量為2%～4%時(shí)，發(fā)酵液活菌數(shù)目相差不大，糖作為碳源對菌體的生長會有一定的促進(jìn)作用。從實(shí)際應(yīng)用成本情況考慮，選擇2%葡萄糖濃度較為適宜。

圖2 糖添加量對發(fā)酵液pH的影響圖

圖3 糖添加量對發(fā)酵蔬菜總酸的影響圖

圖4 糖添加量對發(fā)酵液活菌的影響圖

2.4 不同食鹽濃度對蔬菜發(fā)酵的影響

添加5組不同濃度的食鹽進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)，相應(yīng)的發(fā)酵情況如表2所示。

表2 不同食鹽濃度對發(fā)酵情況的影響表

由表2可知，食鹽濃度在0%～4%均能實(shí)現(xiàn)蔬菜正常發(fā)酵，說明其對發(fā)酵的影響不大，但考慮到泡菜口感，選擇2%～3%較為適宜。且5組鹽濃度發(fā)酵蔬菜的亞硝酸鹽的含量均低于5 mg·kg-1，而國家標(biāo)準(zhǔn)對醬腌菜亞硝酸鹽含量要求為不高于20 mg·kg-1[6]，完全滿足健康食品要求。對于傳統(tǒng)自然發(fā)酵而言，食鹽的添加量一般高達(dá)6%～10%，主要是利用高鹽濃度抑制其他有害微生物生長，但高鹽濃度會帶來高亞硝酸鹽風(fēng)險(xiǎn)，不利于人體健康。本研究的純菌種發(fā)酵蔬菜，添加食鹽主要是豐富泡菜成品的咸香口感，添加量可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，不會對發(fā)酵產(chǎn)生很大影響。

2.5 不同蔬菜連續(xù)發(fā)酵情況

在發(fā)酵液中加入白蘿卜進(jìn)行一次發(fā)酵36 h，發(fā)酵結(jié)束將菜取出終止發(fā)酵處理，檢測相關(guān)指標(biāo)，然后在原發(fā)酵液中投入新的蔬菜，包菜進(jìn)行二次發(fā)酵，繼續(xù)發(fā)酵36 h，結(jié)束發(fā)酵，將泡菜取出終止發(fā)酵檢測相關(guān)指標(biāo)。驗(yàn)證該發(fā)酵液能否不斷投入新的蔬菜進(jìn)行持續(xù)發(fā)酵，在二次發(fā)酵結(jié)束，將發(fā)酵好的泡菜取出后，再次投入新的蔬菜進(jìn)行發(fā)酵，進(jìn)行試驗(yàn)，相應(yīng)結(jié)果如表3所示。

表3 連續(xù)發(fā)酵蔬菜情況表

由表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，該發(fā)酵模式只能進(jìn)行二次發(fā)酵，不能持續(xù)到三次發(fā)酵，分析原因可能是菌體發(fā)酵快速大量繁殖，堆積產(chǎn)生的大量代謝物以及死菌體等會對發(fā)酵蔬菜的口感造成較大的影響。

3 結(jié)論

本文研究了一種蔬菜乳酸菌發(fā)酵工藝，采用實(shí)驗(yàn)室自制的乳酸菌凍干菌粉，采用發(fā)酵罐進(jìn)行純菌種發(fā)酵蔬菜，研究開發(fā)了一種最適宜的培養(yǎng)基：乳酸菌劑0.5 g·L-1，食鹽2%～3%、發(fā)酵促進(jìn)劑20%、糖2%，pH 6.5，37 ℃發(fā)酵36 h，發(fā)酵蔬菜總酸含量高達(dá)0.60%～0.65%，發(fā)酵蔬菜口感佳。一次發(fā)酵蔬菜結(jié)束后能加入新鮮蔬菜進(jìn)行二次發(fā)酵，不影響發(fā)酵產(chǎn)酸和口感。目前市面上蔬菜發(fā)酵仍多數(shù)采用傳統(tǒng)自然發(fā)酵或者發(fā)酵劑強(qiáng)化的半自然發(fā)酵，這些發(fā)酵模式都有一定的不可控環(huán)境因素，發(fā)酵時(shí)間較長，易發(fā)生有害微生物污染，采用食鹽濃度較高，易造成亞硝酸鹽超標(biāo)，對人體健康不利。本研究采用乳酸菌劑純菌種工藝發(fā)酵蔬菜，其亞硝酸鹽含量較低。有研究表明，植物乳桿菌具有亞硝酸鹽還原特性[7]，因此加入大量菌體后各類蔬菜中產(chǎn)生的亞硝酸鹽被及時(shí)還原，使得乳酸菌發(fā)酵泡菜中亞硝酸鹽殘留低。本研究工藝發(fā)酵蔬菜成本低，低鹽低糖無亞硝酸鹽、綠色健康、發(fā)酵周期短，純菌種發(fā)酵，整個發(fā)酵過程可控，泡菜產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，便于工業(yè)化轉(zhuǎn)化放大。