处理条件对大白菜发酵过程中总酸及亚硝酸盐含量的影响

周强，刘蒙佳，谭属琼，谢君铨，雷昌贵，孟宇竹

(1.闽南科技学院 生命科学与化学学院，福建 泉州 362332；2.河南质量工程职业学院 食品与化工系，河南 平顶山 467000)

随着人们对乳酸菌及乳酸生物功能和保健功能认识的提高，泡菜日益受到全世界消费者的关注。乳酸菌可促进胃肠蠕动，帮助消化，防止便秘，同时刺激肠道免疫细胞产生抗体，预防疾病，还可抑制肠道中腐败细菌的生长，减弱腐败菌在肠道产毒，防止细胞老化，降低胆固醇及调节人体生理功能[1-3]。而影响泡菜安全性的因素主要是亚硝酸盐及其含量，当人体摄入亚硝酸盐后，亚硝酸与胃中的含氮化合物(仲胺、叔胺、酰胺及氨基酸)结合成具有致癌性的亚硝胺[4，5]。亚硝酸盐具有遗传毒性，能与DNA 碱基结合而损伤DNA，在酸性环境下能与胺类物质结合生成致癌物N-亚硝胺[6]，虽然硝酸盐对人体没有直接毒害作用, 但它在人体内的酶和微生物作用下可转变为有毒的亚硝酸盐, 使血液的输氧能力下降, 从而导致高铁血红蛋白症[7]，但可诱发人体消化系统的癌变[8]。因此, 设法减少亚硝酸盐及其前体化合物硝酸盐的摄入十分重要[9]，如何控制蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐含量成为当前研究的一个热点，据国际粮农组织1990年的统计，人体所需的90% VC、60% VA来自蔬菜，蔬菜在提供人体所需维生素的同时，也提供了进入人体的硝酸盐80%[10，11]。人体因摄入了蔬菜中大量的亚硝酸盐发生中毒或死亡的案例时有报道[12]。进到人体或在体内由硝酸盐转化形成的亚硝酸盐，可造成血红蛋白中的二价铁离子氧化，形成高铁血红蛋白，降低输氧能力，引起急性中毒，严重时可致死亡[13，14]。本文探究了处理条件对大白菜发酵过程中总酸度和亚硝酸盐含量的变化规律，旨在为大白菜及蔬菜发酵生产提供一定的数据及理论支持。

1 试验材料及仪器

1.1 试验材料

原料：大白菜、蔗糖、食盐、八角、花椒、干姜，均购于南安市康美镇康元路32号豪利有购物广场。

泡菜乳酸菌：北京川秀科技有限公司。

主要试剂：对氨基苯磺酸、乙酸锌、超纯水、亚硝酸钠、盐酸萘乙二胺、酚酞、亚铁氰化钾、硼酸钠、盐酸、氢氧化钠标准溶液等所用试剂均为分析纯，购自国药集团。

1.2 主要仪器

C21-SN216多功能电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司；BSA224S-CW型电子天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；DNP-9082型电热恒温培养箱 上海精宏实验设备有限公司；DHG-9070型电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司；HWS-28型电热恒温水浴锅 上海齐欣科学仪器有限公司；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司；KQ-C型玻璃仪器气流烘干器 巩义市予华仪器有限责任公司；721型可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司。

2 试验方法

2.1 泡菜的腌制工艺流程

原料选择(新鲜大白菜)→预处理(清洗、整形、沥干)→配制调料(乳酸菌、蔗糖、食盐、香辛料按比例调配)→入坛泡制→密封→发酵→成品。

2.2 操作要点

2.2.1 原料处理

清洗，剔除有腐烂、病虫害的蔬菜及不可食部分，用手或刀将其制成小块，晒干(或者用凉开水过一遍)。

2.2.2 配制调料

由于本次试验是研究单因素对泡菜的影响，必须严格按照比例调配。

2.2.3 入坛浸泡

将挑选加工好的大白菜置于泡菜坛中，盐水约占坛容量的1/2。将已配制好、冷却好的泡菜盐水倒入坛内，直至覆盖大白菜，约占坛内容量的4/5。

2.2.4 密封

将泡菜坛盖盖上，并且在坛盖加盐水后，放入培养箱中发酵即可。

2.3 理化性质测定方法

2.3.1 总酸的测定

采用标准碱液滴定法测定泡菜中的总酸含量[15]，且测定3次数据后取平均值。

2.3.2 亚硝酸盐含量测定方法

采用盐酸萘乙二胺法测定泡菜中的亚硝酸盐含量[16]。

3 分析与讨论

3.1 不同加糖量对泡菜总酸度和亚硝酸盐含量的影响

图1 不同蔗糖添加量对大白菜发酵酸度变化的影响 Fig.1 Effects of different additive amount of sucrose on acidity of Chinese cabbage in fermentation

由图1可知，大白菜发酵过程中添加2%的蔗糖量后经过1～5 d的总酸呈直线增长，第5天总酸度达到峰值4.95%，第5天之后略微下降。而大白菜发酵过程中添加4%蔗糖量，总酸含量在第1～3天呈上升趋势，第3～5天增长速度明显高于前3 d的速度，第5天达到了峰值4.23%，第5～7天总酸降低，第9天总酸为4.41%。综上可知，添加2%的蔗糖其总酸高于4%蔗糖添加量的泡菜。有研究表明，加糖可促进白菜发酵过程中乳酸菌的生长, 加快产品的成熟[17]。但过多的蔗糖会抑制乳酸菌的生长，在一定程度上降低总酸。

图2 不同蔗糖添加量对大白菜发酵亚硝酸盐含量变化的影响Fig.2 Effects of different additive amount of sucrose on nitrite content of Chinese cabbage in fermentation

由图2可知，添加与2%、4%蔗糖，泡菜中亚硝酸盐含量均呈现先上升后下降趋势，且在第5天出现峰值，分别为8.43，9.54 mg/kg。不同添加量比较，添加2%蔗糖的泡菜其亚硝酸盐较添加4%蔗糖组稍低。

3.2 不同pH对泡菜总酸度和亚硝酸盐含量的影响

图3 不同初始pH对大白菜发酵酸度变化的影响Fig.3 Effects of different initial pH values on the acidity of Chinese cabbage in fermentation

由图3可知，初始pH 4.0组与初始pH 4.5组的泡菜在1～7 d的酸度上升明显，第7天两实验组泡菜总酸均达到峰值，分别为3.69%、3.78%，到发酵后期其酸度稍有下降，两种泡菜的下降趋势基本相同。

图4 不同初始pH对大白菜发酵亚硝酸盐含量变化的影响

由图4可知，初始pH 4.0组与初始pH 4.5组的泡菜的亚硝酸盐均呈现先上升后下降趋势，两实验组泡菜均在第5天出现了峰值，分别为10.83，8.9 mg/kg，发酵到第7天，亚硝酸盐迅速降低，到第9天泡菜亚硝酸盐含量趋于稳定。整体而言，初始pH 4.0组的总酸与亚硝酸盐较初始pH 4.5组稍高。刘丛丛等[18]调节初始发酵液pH<4.5时,发现可以抑制发酵过程中亚硝酸盐的产生,使其低于3 mg/kg。

3.3 不同盐水浓度对泡菜总酸度和亚硝酸盐含量的影响

图5 不同盐添加量对大白菜发酵酸度变化的影响Fig.5 Effects of different additive amount of salt on acidity of Chinese cabbage in fermentation

由图5可知，两实验组在第5天总酸达最高值，分别为4.32%(盐添加量8%)、2.52%(盐添加量10%)，且在发酵期内，8%食盐添加量的总酸较10%食盐添加量总酸低，这可能与高盐导致的乳酸菌生长受抑制有关。

图6 不同盐添加量对大白菜发酵亚硝酸盐含量变化的影响Fig.6 Effects of different additive amount of salt on nitrite content of Chinese cabbage in fermentation

由图6可知，发酵前期(第1～3天)两实验组亚硝酸盐含量相差不大，两实验组泡菜中的亚硝酸盐含量迅速增长并达到峰值分别为9.45 mg/kg(盐添加量8%)、8.14 mg/kg(盐添加量10%)，而后出现下降。由此表明，在发酵期内，较低的食盐添加量有利于泡菜产酸量的升高，而其亚硝酸盐含量相对较高，这与张艳等[19]采用不同食盐发酵韩国泡菜的研究结果一致。较高的食盐浓度对腐败菌有抑制作用，同时也不利于乳酸菌的生产代谢及乳酸的累积。

3.4 不同香辛料添加量对泡菜总酸度和亚硝酸盐含量的影响

图7 不同香辛料添加量对大白菜发酵酸度变化的影响Fig.7 Effects of different additive amount of spices on acidity of Chinese cabbage in fermentation

由图7可知，发酵期内，两实验组酸度值均在第5天达到峰值，香辛料4%组的总酸大于香辛料2%组，这可能与香辛料添加量的升高抑制腐败菌生长而乳酸菌代谢旺盛有关。

图8 不同香辛料添加量对大白菜发酵亚硝酸盐含量变化的影响Fig.8 Effects of different additive amount of spices on nitrite content of Chinese cabbage in fermentation

由图8可知，两实验组泡菜的亚硝酸盐分别在第5天与第7天达到峰值，其峰值分别为8.45，9.4 mg/kg，由此表明，香辛料含量在一定范围内升高推迟了泡菜亚硝峰的出现时间。有研究表明，在泡菜发酵过程中一般总是要加入一定量姜、八角、辣椒等香辛料，既可以增强泡菜风味，又能够起到一定的防腐抑菌作用，同时还可提高泡菜的食用安全性。孙力军等[20]研究4种香辛料对泡菜发酵过程中乳酸菌生长的影响，结果发现一定浓度的香辛料液对两种乳酸菌的生长均具有促进作用。

3.5 不同温度对泡菜总酸度和亚硝酸盐含量的影响

图9 不同温度对大白菜发酵酸度变化的影响Fig.9 Effects of different temperatures on acidity of Chinese cabbage in fermentation

由图9可知，不同温度下两实验组泡菜的酸度均呈先上升后下降的趋势，25 ℃发酵泡菜的酸度高于10 ℃发酵泡菜的酸度，发酵第7天酸度达到峰值，分别为1.71%(10 ℃)、4.05%(25 ℃)。较高温度下乳酸菌生长代谢速度大大提高，其产酸量上升，有利于泡菜的成熟。

图10 不同温度对白菜发酵亚硝酸盐含量变化的影响Fig.10 Effects of different temperatures on nitrite content of Chinese cabbage in fermentation

由图10可知，两实验组发酵亚硝酸盐含量呈先上升后下降趋势，在第5天达到峰值6.63 mg/kg(10 ℃)、9.02 mg/kg(25 ℃)。发酵温度对白菜的发酵酸度影响效果明显，在室温时产酸量较高。发酵温度也影响“亚硝峰”峰值，当发酵温度较低时，乳酸菌数量少，繁殖速度慢，对杂菌抑制弱，杂菌大量生长，数量增加，亚硝峰出现得晚[21]。而徐海菊等[22]研究发现与低温比较，温度高，亚硝酸盐含量低。这可能与发酵蔬菜种类、微生物本底数以及发酵过程中微生物的繁殖速度有关，当发酵温度高时，乳酸菌数量多，繁殖速度快，对杂菌抑制强，其他杂菌的繁殖会减慢，其数量也相应降低，此时亚硝峰出现得早。

3.6 自然发酵和接种发酵对泡菜总酸度和亚硝酸盐含量的影响

图11 自然发酵和接种发酵对大白菜发酵酸度变化的影响Fig.11 Effects of natural fermentation and inoculated fermentation on acidity of Chinese cabbage in fermentation

由图11可知，接种发酵泡菜其酸度在发酵第7天时达到峰值3.6%，而自然接种在发酵第9天酸度为2.68%，整体而言，接种发酵组的产酸性能明显高于自然接种。接种乳酸菌有利于泡菜中乳酸菌的增殖及产酸，并提高泡菜的口感品质。

图12 自然发酵和接种发酵对大白菜发酵亚硝酸盐含量变化的影响Fig.12 Effects of natural fermentation and inoculated fermentation on nitrite content of Chinese cabbage in fermentation

由图12可知，自然发酵与接种发酵其亚硝酸盐均呈先上升后下降趋势，且在第5天达到峰值，分别为13.19，8.81 mg/kg，接种发酵组的峰值为自然发酵组的66.79%。由此表明，接种发酵加入了乳酸菌，在发酵过程中有利于产酸量的提高。另外，接种发酵可以有效地抑制亚硝酸盐的升高，这可能与接种乳酸菌对腐败菌的抑制有关。这与尹华等[23]研究泡辣椒发酵过程中亚硝酸盐的动态变化较一致。

4 结论

在制作泡菜过程前加入不同的处理条件会对发酵白菜的总酸、亚硝酸盐含量变化产生影响。研究发酵泡菜总酸及亚硝酸盐含量的变化，结果表明：处理条件对发酵泡菜总酸及亚硝酸盐含量影响明显。添加蔗糖、食盐、香辛料、乳酸菌、调节不同pH、温度、总酸及亚硝酸盐含量均在发酵后期(第5天或第7天)出现峰值；与另一实验组比较，蔗糖添加量为2%、香辛料添加量为4%、选取25 ℃及接种发酵能促进泡菜发酵过程中的产酸并抑制亚硝酸盐含量的升高。