发酵过程中韩式泡菜质构变化的研究

刘 刚,邓钱江,汪淑芳,*,张晓喻,李学理,卢 相

(1.四川师范大学生命科学学院,四川成都 610101;2.四川师范大学食品功能及加工应用研究所,四川成都 610101)

发酵过程中韩式泡菜质构变化的研究

刘 刚1,2,邓钱江1,汪淑芳1,2,*,张晓喻1,2,李学理1,卢 相1

(1.四川师范大学生命科学学院,四川成都 610101;2.四川师范大学食品功能及加工应用研究所,四川成都 610101)

为加强对韩式泡菜产品质量的控制、新产品的开发,研究发酵过程中乳酸菌含量、pH、总酸度和质构物性的变化。检测发酵过程中,韩式泡菜的乳酸菌含量、pH和总酸度,用质构仪测定质构特性指标,比较不同原材料、不同发酵时间及不同部位,韩式泡菜的质构差异性。结果显示:韩式泡白菜第4 d时乳酸菌含量最大,pH为3.48,总酸度是0.51%;韩式泡胡萝卜第6 d时乳酸菌含量才达到最大值,pH为3.40,总酸度是1.26%,它们的pH比较一致,但是韩式泡胡萝卜的总酸度比韩式泡白菜的高。茎叶类和根茎类蔬菜制成的韩式泡菜,硬度、弹性、内聚性和咀嚼性等质构特性有很大差异;发酵过程中,韧性、剪切力和剪切做功等质构特性也有显著差异。在设定的实验条件下,发酵第6 d的韩式泡白菜与发酵第4 d的韩式泡胡萝卜,质构特性变化最明显。因此,茎叶类和根茎类的蔬菜原料、发酵时间的差异,都会显著影响韩式泡菜的乳酸菌含量、pH、总酸度和质构特性。

韩式泡菜,质构特性,乳酸菌,发酵过程

泡菜是以生鲜蔬菜为原料,在一定盐度下,经乳酸菌发酵得到的一种发酵食品[1]。泡菜不仅制作简便,而且具有降低胆固醇[2]、保护肠道[3]、抗肿瘤[4]和延缓衰老[5]等功能。我国食用泡菜的历史可追溯到3000年前的商朝,到唐朝泡菜制作工艺传到朝鲜半岛,经过1300多年的发展,形成了韩式泡菜[6]。韩式泡菜的原料经盐渍处理,发酵时需要加入水果及其它的调味料,使其风味、吃法与中国传统泡菜有较大的差异[7],可以佐饭或佐酒食用[8],因此,其更像一种独立的菜品。研究谷物、乳制品、肉类、果蔬和凝胶等食品时,用质构仪测定的结果与感官评定的结果具有较高的相关性和一致性[9]。质构测定法不仅能更客观、定量描述食品的硬度、脆性、胶黏性、弹性和回复性等物性特征,而且误差小、易操作,已广泛用于食品的物性分析[10]。两种质构分析模式(全质构测试分析、剪切测试分析)可较好的表征质构特性[11],其中,全质构分析(TPA)通过模拟口腔对固体、半固体样品的两次压缩的咀嚼运动,可得到TPA质构曲线,获得与感官评价相似的质构特性参数:硬度、咀嚼性、弹性和脆性。由于韩式泡菜短时发酵的工艺特点[12],原料的质构物性对口感的影响比较大,同时,质构特性变化是泡菜品质变化的综合体现。本实验研究不同发酵天数的根茎类、茎叶类制备的产品,测定乳酸菌含量和pH等指标,同时测定其质构参数,从而了解发酵过程中韩式泡菜的质构变化规律,因此研究其质构物性的变化规律,有助于开发新产品、更好地控制产品口感、提高产品接受度和改善产品质量。进一步可以探讨在泡菜生产中,质构分析替代耗时、不精确和难重复的感官分析,满足生产在线检测和控制所需的快速物性测定,用于泡菜加工的物性研究及监测,为弥补现有国家和行业相关标准中对泡菜物性分析和控制的缺失,做出有益的探索。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜大白菜、胡萝卜 成都市龙泉果蔬批发市场;大蒜、生姜、干辣椒面、白糖、泡菜食盐、白酒、醪汁、面粉、梨、鱼露等 某超市。MRS培养基 北京奥博星生物技术有限责任公司;TMS-PRO型质构仪 美国FTC公司;HZQ-C型空气振荡器 哈尔滨东联电子技术有限公司;PHS-320型pH计 成都世纪方舟科技有限公司;LDZX-52KBS型灭菌锅 上海申安医疗器械厂。

1.2 样品的制备

参考卢沿钢等[12],选定制作韩式泡菜的工艺流程,见图1。按严先朋等[13]的优化配方,新鲜蔬菜按质量的4%(w/w)添加食盐,腌制2 d,捞出用清水清洗2次,沥干后备用。面粉加水调匀,加热糊化后冷却到室温,再按比例加入调味品,辣椒3.5%、白糖2.5%、梨2.5%、花椒面2%、味精1.2%、姜茸3.5%、蒜泥0.75%、鱼露0.5%等,制成调料糊后均匀抹在处理蔬菜的内外,放入缸内逐层压紧,盖上保鲜膜和缸盖。置于通风、洁净、阴凉处,约10 ℃室温自然发酵7 d,每天分别随机取5个重复样品。

图1 韩式泡菜的制作工艺流程Fig.1 The technological process of making Kimchi

1.3 乳酸菌含量的测定

乳酸菌含量测定采用MRS培养基平板计数法[14],观察菌落特征后,挑取单菌落进行革兰氏染色。MRS培养并结合革兰氏染色反应,涂片镜检见菌体呈球形或球杆状,长杆状、弯曲杆状或短杆状,无芽孢,革兰氏阳性的确定为乳酸菌[18]。

1.4 总酸度和pH的测定

韩式泡菜发酵时,每日定时取样后测定乳酸,分别测定乳酸菌含量达到最大值时(韩式泡胡萝卜发酵6 d、韩式泡白菜发酵5 d)的pH、总酸度。滴定法测定总酸度,0.2%酚酞指示剂,用0.01 mol/L的NaOH标准液滴定,溶液由黄色变为橙红色,且30 s内不褪色即为终点,记录滴定体积,计算出总酸度[15]。先用pH4.00和pH6.86的标准缓冲液校准pH计,再测定样品的pH。

1.5 质构特性的测定

选用全质构测试、剪切测试表征韩式泡菜的质构特性[16]。选择完整的样品,韩式泡胡萝卜直接进行测试,韩式泡白菜先将菜帮、菜叶分开,分别剪成2 cm×3 cm的条状再进行测试。剪切测试和全质构测试(TPA)每次重复测定3个样品,取平均值表征质构特性值。剪切测试用燕尾刀探头,设定触发力1 g,测试速度60 mm/min,以刀完全没入平台为起始位,剪切到样品断开,可得到样品被切断时的最大剪切力、剪切做功和韧性等指标。TPA测试用75 mm圆盘探头,以样品平台为位移零点,设定触发力2 g,测试速度60 mm/min,形变量50%,数据采集频率50点/秒,由质构特征曲线得到样品的硬度、咀嚼性、弹性和内聚性等指标值。

1.6 统计与分析

通过质构仪界面输出质构测试曲线,用其自带的TL-PRO Analysis软件宏分析功能对曲线进行自动分析,获得质构参数。用SPSS 18.0统计软件进行方差统计分析[17],组间的比较用邓肯多重比较(Duncan)。

2 结果与分析

2.1 韩式泡菜的乳酸菌含量

分别测定每天韩式泡胡萝卜、韩式泡白菜的乳酸菌含量,发酵1～7 d乳酸菌含量的变化明显,结果见图2。

图2 发酵过程中韩式泡菜乳酸菌含量的变化Fig.2 Changes of lactobacillus content in Kimchi during fermentation注：**p<0.01，差异极显著。

从图2可以看出,在发酵的7 d期间,两种韩式泡菜的乳酸菌含量都有显著性差异,在同一发酵时间,韩式泡胡萝卜的乳酸菌明显比韩式泡白菜的多。发酵的前3 d,两种类型原料的乳酸菌含量,增加都很缓慢,因为乳酸菌还不是优势菌群[19]。发酵3 d后,随着乳酸的积累,环境条件适合乳酸菌生长,含量增加迅速。发酵到5 d时,韩式泡白菜的乳酸菌含量达到最大,发酵到第6 d时,韩式泡胡萝卜的乳酸菌含量达到最大。两种韩式泡菜的乳酸菌含量达到最大后,都快速减少,说明发酵后期乳酸菌的增殖受到较强的抑制。

表2 发酵时间对韩式泡胡萝卜质构的影响(n=5)Table 2 Effect of different fermentation time on the carrot Kimchi texture(n=5)

从图2还可看出,两种类型原料的发酵中,乳酸菌增长的变化趋势一致,但是乳酸菌含量达到最大的时间和最大值都有显著差异。由于根茎类蔬菜的组织结构比较致密,营养物质不会快速渗透到细胞组织外,导致发酵过程较慢。作为储藏器官,根茎的营养物质丰富而多样,能为乳酸菌的生长提供充足的营养物。叶类蔬菜的组织结构疏松、营养物质较单一,前期的盐渍处理会降低水溶性的营养物,在发酵时叶类蔬菜的营养物质易渗透出,快速供给乳酸菌,但量不充分,因此叶类蔬菜发酵时乳酸菌含量达到最大值的时间短、最大值较小。

2.2 乳酸菌含量最高时韩式泡菜的pH和总酸度

从表1可看出:乳酸菌含量达到最大值时,两种泡菜pH的差异无显著性(p>0.05),但是总酸度的差异显著(p≤0.05)。发酵6 d韩式泡胡萝卜的总酸度达1.26%±0.02%,发酵5 d韩式泡白菜的总酸度为0.51%±0.02%。韩式泡白菜的总酸度与文献报道相近[20],与韩式泡白菜比较,韩式泡胡萝卜的总酸度更高,说明胡萝卜更适宜乳酸菌生长,而且酸性成分更丰富。

表1 韩式泡菜乳酸菌含量最大时的pH和总酸度(n=5)Table 1 The Kimchi pH and total acid in the maximum content of lactobacillus(n=5)

注：同列的字母不同，表示p≤0.05，差异显著。表2～表5同。

2.3 韩式泡胡萝卜的TPA测试

根据Bourne[21]对TPA质构特性参数的定义,硬度、咀嚼性、内聚性和弹性能较好描述固态样品的质构。按前述方法测定发酵0～7 d的韩式泡胡萝卜,得到TPA质构曲线,见图3,各指标的统计结果,见表2。

图3 韩式泡胡萝卜的TPA质构曲线Fig.3 The TPA texture curve of carrot Kimchi

从图3可以看出,韩式泡胡萝卜在不同发酵时间样品的TPA质构曲线第一个峰有明显差异,发酵0 d的最大载荷力(硬度)接近200 g,发酵4 d超过250 g,到7 d时降到200 g左右,发酵过程中的硬度变化呈现先增大,随后减小的规律。从表2的硬度值、咀嚼性、内聚性和弹性等数值可看出:发酵0 d的最大硬度值(193.7±1.5) g、4 d的最大硬度值(263.7±2.3) g和7 d的最大硬度值(199.0±1.9) g,相互间的差异都有显著性(p≤0.05);在0 d咀嚼性的值为(18.31±0.8) mJ、4 d为(57.70±1.3) mJ和7 d为(53.11±1.4) mJ,相互间也有显著性差异(p≤0.05);内聚性0 d为(0.09±0.01)、4 d为(0.13±0.01)和7 d为(0.11±0.01),有显著性差异(p≤0.05);弹性0 d为(0.31±0.02)、4 d为(0.28±0.01)和7 d为(0.34±0.02),有显著性差异(p≤0.05)。因此,随着发酵时间的推进,韩式泡胡萝卜的硬度先增高后降低,发酵4 d时硬度最大;咀嚼性的数值初期变大较多,然后稍有降低,4 d时咀嚼性的数值最大;内聚性的数值发酵初期稍变大,4 d时出现最大值;与前述指标的变化不同,弹性的数值4 d时变小,随后增大,到7 d时弹性数值甚至超过0 d的值。

2.4 韩式泡胡萝卜的剪切测试

按前述方法测定样品,发酵0～7 d的韩式泡胡萝卜,进行剪切测试,得到质构特征曲线和参数,结果见图4和表3。

图4 韩式泡胡萝卜剪切测试的质构曲线Fig.4 The shear testing texture curve of carrot Kimchi

表3 韩式泡胡萝卜剪切测试的结果(n=5)Table 3 The shear testing results of carrot Kimchi(n=5)

从图4可看出,韩式泡胡萝卜剪切测试的质构曲线显示:发酵7 d的样品剪切力较快增大到最大值,随后迅速减小,剪切到接近其结构中心时,剪切力最大;发酵0 d时,泡菜到达最大剪切力的位移最小,说明发酵初期硬度最大的结构主要集中在表皮部分;发酵4 d,在剪切过程中,剪切到样品中心位置时才达到最大剪切力。0 d和4 d的最大剪切力相近,远小于发酵7 d的样品,说明发酵7 d的韩式泡胡萝卜,其中心硬度变大。可能由于胡萝卜中心的胡萝卜芯,小而致密,其剪切力会突然增大,然后又快速减小。从表3可以看出,发酵0 d的最大剪切力值(8.8±0.5) g、4 d的最大剪切力值(5.7±0.4) g和7 d的最大剪切力值(65.2±1.3) g,相互间的差异都有显著性(p≤0.05);在0 d的剪切做功为(19.98±0.9) mJ、4 d为(78.10±1.4) mJ和7 d为(346.63±9.2) mJ,相互间也有显著性差异(p≤0.05)。最大剪切力值和剪切做功值都是7 d时最大,表明发酵会极大地影响韩式泡胡萝卜的最大剪切力、剪切做功等韧性指标值。

2.5 韩式泡白菜(菜帮)的剪切测试

由于白菜菜帮和菜叶的组织结构差异较大,需要分开分别进行剪切测试,菜帮样品的结果,见图5和表4。

图5 韩式泡白菜(菜帮)剪切测试的质构曲线Fig.5 The shear testing texture curve of cabbage Kimchi(stem)

发酵时间(d)最大剪切力(g)剪切做功(mJ)073.5±1.3a119.98±1.1a467.3±1.5b143.59±1.4b758.9±1.1c130.03±1.6c

由图5和表4可知,发酵0、4、7 d的韩式泡白菜(菜帮),在剪切测试中的质构变化趋势较一致,即接触到样品后剪切力逐渐增大,达到一定程度后,由于泡菜菜帮的表层破裂,使力量瞬间减小,当刀片碰到白菜菜帮中的纤维束时,剪切力又开始增大,由于菜帮中纤维束较多,因此,在剪切测试中,其质构曲线不平滑,有较多的小波。从表4可以看出,发酵0 d的最大剪切力值(73.5±1.3) g、4 d的最大剪切力值(67.3±1.5) g和7 d的最大剪切力值(58.9±1.1) g,相互间的差异都有显著性(p≤0.05);在0 d的剪切做功为(119.98±1.2) mJ、4 d为(143.59±1.4) mJ和7 d为(130.03±1.6) mJ,相互间也有显著性差异(p≤0.05)。最大剪切力值是0 d时最大,剪切做功值是4 d时最大,表明发酵对韩式泡白菜(菜帮)的最大剪切力、剪切做功等韧性指标值的影响很大。

2.6 韩式泡白菜(菜叶)的剪切测试

按前述方法,对韩式泡白菜的菜叶部位进行剪切测试,结果见图6和表5。

图6 韩式泡白菜(菜叶)剪切测试的质构曲线Fig.6 The shear testing texture curve of cabbage Kimchi(leaf)

发酵时间(d)最大剪切力(N)剪切做功(mJ)032.7±0.7a58.12±0.9a435.8±0.6b97.44±1.1b728.3±0.4c45.56±0.4c

从图6可以看出,发酵0 d和7 d的韩式泡白菜(菜叶)剪切测试的质构曲线比较一致,最高峰值均在8 mm左右出现,而发酵4 d的样品最高峰值在15 mm左右出现,差异明显。从表5可以看出,韩式泡白菜(菜叶)发酵0 d的最大剪切力值为(32.7±0.7) g、4 d的最大剪切力值(35.8±0.6) g和7 d的最大剪切力值(28.3±0.4) g,相互间的差异都有显著性(p≤0.05);在0 d的剪切做功为(58.12±0.9) mJ、4 d为(97.44±1.1) mJ和7 d为(45.56±0.4) mJ,三组间相互有显著性差异(p≤0.05)。最大剪切力和剪切做功都是4 d时最大,7 d时最小,表明发酵对韩式泡白菜(菜叶)的最大剪切力、剪切做功等韧性指标值的影响极大。

3 结论

蔬菜经过乳酸菌发酵,产生多种生物化学变化,改变蔬菜原有质构特性[22],呈现出泡菜特有的物理化学特性,并改变蔬菜的口感[19],同时产生对人体有益的代谢产物,如乳酸等。本研究以4%食盐量处理胡萝卜和白菜,经过7 d发酵得到韩式泡菜。MRS培养基平板和革兰氏染色结合测定乳酸菌含量,结果表明,韩式泡菜的乳酸菌含量受到原材料类型差异的影响,韩式泡白菜4 d时乳酸菌含量最大,韩式泡胡萝卜6 d时才达到最大值。韩式泡胡萝卜6 d时pH为3.40,总酸度是1.26%,韩式泡白菜4 d时pH为3.48,总酸度是0.51%。虽然pH比较一致,但是韩式泡胡萝卜的总酸度比韩式泡白菜的更高。

不同种类的蔬菜,由于食用部位的差异,如根茎类、茎叶类,制成的泡菜,质构特性具有显著的差异,并呈现出风味、口感的较大变化。质构测定的结果表明:韩式泡菜使用的原材料、发酵时间都会显著影响泡菜的最大剪切力、剪切做功、韧性等物性,进而导致口感的差异性。以胡萝卜为原料制备的韩式泡菜,发酵后的硬度随发酵时间改变,脆性等物性发生改变;以白菜为原料制备的韩式泡菜,经过发酵的时间不同,其最大剪切力、剪切做功均发生改变,其质构特性最大值对应发酵时间的乳酸菌含量达到最大。韩式泡菜的硬度、咀嚼性等物性,还与同一种原材料不同部位的组织结构差异性有很大关系。在发酵过程中,韩式泡菜质构的差异性变化的规律研究,还需要用更多不同种类的原材料,进行更深入的实验研究。探讨泡菜生产中,质构分析替代耗时、不精确和难重复的感官分析,满足在线检测和控制所需的快速物性测定,弥补现有国家和行业相关标准中对泡菜物性分析和控制的缺失。

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Study on the change of Kimchi’s texture characteristic during fermentation process

LIU Gang1,2,DENG Qian-jiang1,WANG Shu-fang1,2,*,ZHANG Xiao-yu1,2,LI Xue-li1,LU Xiang1

(1.College of Life Sciences,Sichuan Normal University,Chengdu 610101,China; 2.Food Function and Application Research Institute,Sichuan Normal University,Chengdu 610101,China)

To enhance the product quality of Kimchi as Korea traditional food,the lactic acid bacteria content,pH,total acidity and texture characteristic changes were studied during its fermentation. It was determined for the lactic acid bacteria content,pH and total acidity during Kimchi fermentation,meanwhile the qualitative and quantitative indexes were determined by the texture analyzer,to compare the texture character within the difference raw materials,difference fermentation time and difference part in one material. The results showed that the lactic acid bacteria content of cabbage Kimchi reached the maximum at 4th day,pH3.48,but the total acidity were 0.51%,the lactic acid bacteria content of carrot Kimchi reached the maximum at 6th day,pH3.40,the total acidity were 1.26%. These pH values were consistent,but the total acidity of carrot Kimchi were higher than that of cabbage. There were differently significant texture characteristics,such as hardness,elasticity,chewiness and cohesiveness,of kimchi between the leafy-stem vegetables and the root-stem vegetables. In the fermentation process,there were also differently significant texture characters as for the resilience,shear force and shear stress work. Under these experimental conditions,the texture changes were significantly difference between Kimchi cabbage for 4 days and Kimchi carrot for 6 days. Therefore,there were significantly affected by the different raw materials,fermentation time or vegetable’s leaves,stems and roots,thus resulting in differences between the lactic acid bacteria content,pH,total acidity or texture character.

Kimchi;texture characteristic;lactobacillus;fermentation process

2016-12-06

刘刚(1968-),男,硕士,副教授,主要从事植物、微生物的研究,E-mail:rh682@sohu.com。

*通讯作者:汪淑芳(1980-),女,硕士,高级实验师,主要从事植物资源的开发与研究,E-mail:67684407@qq.com。

四川省教育厅科研项目(17ZB0353);四川师范大学2015年创新创业教育课程“食品与药品制造检验综合应用的实践”项目;四川师范大学大精设备开放基金项目(DJ2016-08)。

TS218

A

1002-0306(2017)15-0112-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.15.022