辣白菜制作工艺优化

张 文,徐梓焓,谢建美,张 乐,车兴艳,王先超

(西南科技大学生命科学与工程学院,四川绵阳 621010)

辣白菜属发酵食品,作为朝鲜族饮食文化中一个独特的存在,不但具有丰富的营养价值,还具有很多调节人体生理机能的保健和医疗作用,可解腻解酒、助消化、抗肿瘤等[1-4]。

近年来随着人民膳食结构的不断调整和食品工业的不断发展,我国的腌菜市场产销量呈逐年上升的趋势。很多企业将发酵后的辣白菜制成粉末或液状,成为辣白菜调味品,用于油炸、烧烤、方便面料包等,远销国外[5-6]。辣白菜的营养价值越来越被大众所认可[7-9]。腌制辣白菜需要加入食盐、糖、苹果梨、洋葱、葱、蒜及特色辅料鱼露等,适当辅料的添加不但能提升辣白菜的风味特色,还能促进辣白菜初期的乳酸发酵,使其提早进入适口性发酵期,更有利于减少亚硝酸含量[10-12]。研究发现,苹果梨富含维生素C及B1、B2等多种维生素和钙、磷、铁等营养成分,可增进食欲、助消化,还可使辣白菜更加爽口[10],因此本文将苹果梨添加至辣白菜中,观察其对辣白菜品质的影响。

现有腌制蔬菜方面的研究主要是优化发酵工艺、分析微生物多样性、筛选优势菌群等[13],但对其中品质指标的分析研究相对较少。本研究以辣白菜为研究对象,研究不同工艺条件对辣白菜品质指标(还原糖含量、总酸含量、pH和亚硝酸盐含量)的影响,并通过正交试验确定辣白菜的较优工艺条件,为高品质辣白菜生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

白菜、苹果梨、萝卜、葱、姜、蒜、白糖等 购自当地农贸市场;辣椒粉、糯米粉、食用盐、清静园鱼露 购自超市;氯化钠、硝酸、硫酸铁铵、硫氰酸钾、95%乙醇、乙醚、亚铁氰化钾等 均为分析纯,成都市科龙化工试剂所;邻苯二甲酸氢钾 分析纯,上海精化研究研究所;酚酞 分析纯,成都金山化学试剂有限公司;亚硝酸根标准溶液(GSB 04-2839-2011) 浓度1000 μg/mL,国家有色金属及电子材料分析测试中心。

XMTS-9000恒温干燥箱 余姚市工业仪表二厂;KQ3200E型超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;DL-1万用电炉 中兴伟业仪器有限公司;UV-5800PC紫外可见分光光度计 上海元析仪器有限公司;pH510型pH计 美国EUTECH公司;恒温培养箱 上海一恒科学仪器有限公司;HH-4恒温水浴锅 常州澳华仪器有限公司;YF/E-150B电子分析天平 上海赛多利斯仪器系统有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 辣白菜制作工艺 选取新鲜匀称、无虫害、无坏叶、无空心的大白菜,剔除白菜外部的老叶、黄叶和根,洗净;将大白菜均匀切成四半,沥水,加一定量的盐,放入泡菜坛中腌制24 h;之后将腌制好的白菜用清水洗净,沥水,并检测盐度;酱汁的制备：首先将糯米粉与水按1∶10比例混合并煮沸，熬成糊状后关火冷却；取白菜质量6%的糯米糊，添加白菜质量1%的蒜，姜，葱、辣椒粉、萝卜、韭菜和洋葱，一起加入榨汁机打磨成酱汁，与一定量的糖和苹果梨及2.5%添加量的鱼露混匀,均匀地抹在沥水后的白菜上;将抹好不同配比配料的辣白菜放入发酵盒中,密封后再将其放入4 ℃的恒温培养箱中低温发酵一定时间[14]。

1.2.2 单因素实验 以还原糖、总酸、pH、亚硝酸盐作为评价辣白菜品质的理化指标,分别研究盐度、苹果梨添加量、发酵时间、糖添加量对辣白菜理化指标和感官评定的影响。不同食盐浓度对腌菜的营养品质有很大影响,一般以初腌后盐度为2.5%左右为宜[15-17]。本研究探索不同盐度(1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%)对辣白菜各理化指标和感官的影响,此时固定苹果梨添加量、发酵时间和糖添加量分别为6%、10 d和3%;研究不同苹果梨添加量(2%、4%、6%、8%、10%)对辣白菜各理化指标和感官的影响,此时固定盐度、发酵时间和糖添加量分别为2.5%、10 d和3%;研究不同发酵时间(2、6、10、14、18 d)对辣白菜各理化指标和感官的影响,此时固定盐度、苹果梨添加量和糖添加量分别为2.5%、6.0%和3%;研究不同糖添加量(1%、2%、3%、4%、5%)对辣白菜各理化指标和感官的影响,此时固定盐度、苹果梨添加量和发酵时间分别为2.5%、6%和10 d。

1.2.3 正交试验 在单因素实验基础上,确定正交试验因素及水平,以还原糖、总酸、pH、亚硝酸盐和感官评定计算综合评分作为评价依据,设计正交试验,确定较优的辣白菜工艺条件组合。根据单因素实验结果,同时结合现有研究中较优的腌制菜制作因素水平等[17-18],选取盐度2.0%、2.5%和3.0%,苹果梨添加量5%、6%和7%,发酵时间9、10和11 d,糖添加量2.5%、3.0%和3.5%,进行正交试验。选择L9(34)的正交表,进行多指标有重复的正交试验。正交试验因素及水平汇总于表1。

表1 正交试验因素及水平Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

1.2.4 辣白菜理化指标检测 对选取的各理化指标按照下列选取的方法测定。还原糖的测定:采用直接滴定法进行测定[19];pH和总酸的测定:pH的测定采用pH(酸度)计测定,总酸的测定采用GB/T 12456-2008食品安全国家标准《食品中总酸的测定》中的酸碱滴定法[20];亚硝酸盐含量的测定:采用盐酸萘乙二胺法(即格里斯试剂比色法)[21-22];盐度的测定采用GB 5009.33-2016食品安全国家标准《食品中氯化物的测定》中的佛尔哈德法(即间接沉淀滴定法)[23]。

1.2.5 感官评定 感官评定由10名(5男5女)经过专门训练的人员构成。感官评定人员评定前用20 ℃水漱口,每个样本间隔1 min,评定人员之间独立打分,对评价结果取平均值,按照表2的方法和标准进行感官评定[24]。

表2 辣白菜感官评定评分标准Table 2 Standards for kimchi sensory evaluation

1.2.6 综合评分法 由于本试验是多指标正交试验,因此在进行优化时采用综合评分法将多指标整合为综合评分[25]。根据各指标的重要程度不同,本研究以公式(1)为例,对5个指标加权求和计算综合评分:

综合评分=0.5×感官评分+0.2×亚硝酸盐评分+0.1×还原糖评分+0.1×总酸评分+0.1×pH评分

式(1)

其中,还原糖、总酸、pH和亚硝酸盐评分采用排队评分法将各指标含量转化为评分[25]:把每项指标的优秀值定为满分,对其它试验组合所得的该指标值,视其与该优秀值的差异按比例打分。

1.3 数据处理

实验每个处理设置3次重复。数据分析与统计使用软件Microsoft Excel 2010和IBM SPSS Statistics 20。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果与分析

2.1.1 亚硝酸盐标准曲线 亚硝酸盐标准曲线如图1所示。该标准曲线线性拟合度高(R2=0.9998),可用于辣白菜亚硝酸盐含量测定。

图1 亚硝酸盐标准曲线Fig.1 Nitrite standard curve

2.1.2 盐度对辣白菜理化指标的影响 盐度对辣白菜各理化指标影响如图2所示。当盐度小于2.5%时,还原糖含量增加明显,当盐度大于2.5%时,还原糖含量继续增加但趋于平缓。同时，随着盐度的增加总酸逐渐减小、pH逐渐增大。该结果与李淑媛等[26]研究结果类似。这是因为盐度增加抑制了微生物生长，使得还原糖转化效率变低，减缓发酵产酸过程，从而还原糖剩余增多，总酸降低，pH升高。亚硝酸盐含量随盐度的增加呈较明显的降低趋势,当盐度大于3.0%后,其下降速度有所减缓。说明盐度的增加可抑制亚硝酸盐的生成,但在盐度增大到一定程度后,抑制亚硝酸盐生成的作用逐渐减小。传统的发酵蔬菜品质不稳定,亚硝酸盐含量较高,我国食品安全国家标准GB 2714-2015规定酱腌菜中亚硝酸盐含量不得超过20 mg·kg-1。在各条件下亚硝酸盐含量均满足要求,此外,盐度2.5%时感官评分最高。因而正交试验中主要依据感官评分选择研究因素水平为2.0%、2.5%和3.0%。

图2 盐度对各理化指标的影响Fig.2 Effect of salinity on physicochemical index

2.1.3 苹果梨添加量对辣白菜理化指标的影响 苹果梨添加量对辣白菜理化指标影响如图3所示。还原糖和总酸随苹果梨添加量的增加而增大,pH随着苹果梨添加量的增加而减小,原因是由于苹果梨为辣白菜乳酸发酵过程提供了供乳酸发酵的糖类,进而增加了产酸量。苹果梨添加量在6%以内时,亚硝酸盐随苹果梨添加量的增加而显著降低(p<0.05),但之后影响不明显,与李范洙等[20]结果一致。这可能是因为发酵产生的乳酸在一定程度内有抑制亚硝酸盐生成的作用,含量过高抑制作用不再增加。苹果梨中含丰富的矿质营养元素,与人类的健康有着密切的关系,并且苹果梨的添加能够增加辣白菜的营养和风味物质[20,27]。苹果梨添加量为6%时感官评分较高,这与张蕾[10]研究结果一致。同样,在亚硝酸盐含量均满足要求条件下,正交试验中主要依据感官评分选择研究因素水平为5%、6%和7%。

图3 苹果梨添加量对各理化指标的影响Fig.3 Effects of apple-pear addition on physicochemicl index

2.1.4 发酵时间对辣白菜理化性质的影响 发酵时间对辣白菜理化指标的影响如图4所示。还原糖含量随发酵时间的增加而减少,发酵时间在10 d前呈较快下降的趋势,10 d后下降速度有所减缓。随着发酵时间的增加,总酸逐渐增大,pH逐渐减小,这是因为发酵过程辣白菜持续进行乳酸发酵,产生的酸逐渐堆积。亚硝酸盐含量随着发酵时间先增大,至第6 d之后再逐渐减小,至第10 d后趋于稳定。这是由于发酵初期，泡菜中微生物生长较快，微生物将蔬菜中的硝酸盐氧化成亚硝酸盐；而随着微生物代谢活动持续，氧气消耗殆尽，环境不利于除乳酸菌以外的其它微生物生长，与此同时，蔬菜自身以及外部添加剂(如苹果梨)的维生素C等物质不断将亚硝酸盐还原，因此亚硝酸盐含量又逐渐降低并趋于稳定。发酵时间为10 d时感官评分最高,正交试验选择研究水平为9、10和11 d。

图4 发酵时间对各理化指标的影响Fig.4 Effect of fermentation time on physicochemica index

2.1.5 糖添加量对辣白菜理化指标的影响 糖添加量对辣白菜理化指标的影响如图5所示。随着糖添加量的增加,还原糖逐渐增加,总酸逐渐增大、pH逐渐减小。这是由于糖在水解后参与乳酸发酵,发酵越充分,产酸量越多。亚硝酸盐含量以糖添加量3%为转折点,以先快后慢的速度降低。出现这种情况同样可能是因为乳酸含量较大的情况下,对亚硝酸盐的生成有抑制作用,但超过一定含量后,抑制亚硝酸盐生成的作用将逐渐减小。糖添加量为3%时感官评分最高,正交试验中选择因素研究水平为2.5%、3.0%和3.5%。

图5 糖添加量对各理化指标的影响Fig.5 Effect of sugar addition on physicochemical index

2.2 正交试验结果

根据单因素实验,取感官值最优时所对应的各因素水平为优秀值:取还原糖含量0.13%为优秀值(100分),总酸0.43%为优秀值(100分),pH4.2为优秀值(100分),由于亚硝酸盐含量越低越好,本文取正交试验中最低值定为优秀值(100分),计算得出正交试验中各试验组合的综合评分如表3所示。正交试验结果和方差分析结果如表3和表4所示。方差分析结果表明,盐度对辣白菜综合评分的影响显著(p<0.05),苹果梨添加量和发酵时间对辣白菜综合评分影响极显著(p<0.01),且各因素影响大小的主次顺序为:发酵时间>苹果梨添加量>盐度>糖添加量。再次,根据多重比较结果确定最优组合[28]。由表5可知,在不考虑经济成本情况下,综合评分最优的组合为A2B3C1D3,即盐度2.5%,苹果梨添加量为7%,发酵时间9 d,糖添加量3.5%。

表3 正交试验结果Table 3 Orthogonal test results

表4 正交试验设计的综合评分方差分析结果Table 4 Results of variance analysis for the comprehensive score of the orthogonal design

表5 各因素不同水平的多重比较结果Table 5 Results of multiple comparisons for the different levels of test parameters

2.3 最优工艺辣白菜的验证及相关指标检测

按照正交试验所得综合评分最高的最优工艺条件(A2B3C1D3)进行验证,综合评分为(94.80±2.23)分,该工艺条件下,辣白菜表面色泽鲜亮,均匀一致;脆嫩适口滑溜,叶肉柔软;有柔和酸味和浓白菜清香味,无其它异味;致密,厚重,无裂缝,平整且表面光滑;对得到最优工艺的辣白菜的水分、盐度(以氯化钠计)、亚硝酸盐、总酸等理化指标进行检测,得到最优工艺的辣白菜水分为84.2%±0.87%,盐度为2.59%±0.34%,亚硝酸盐为(3.29±0.21) mg·kg-1,总酸为0.41%±0.06%,均满足行业标准SB/T 10439-2007要求。

3 结论

辣白菜品质与辅料的种类和添加比例有密切关系。单因素实验结果表明随着盐度增加,总酸逐渐减小、pH逐渐增大,并能有效降低亚硝酸盐含量;糖、苹果梨的添加能够为辣白菜的乳酸发酵提供还原糖,降低其中亚硝酸盐的含量。

通过正交试验得出一种制作辣白菜的优化工艺为:盐度2.5%,苹果梨添加量为7%,4 ℃条件下发酵时间9 d,糖添加量3.5%,此时综合评分为(94.80±2.23)分。该工艺条件下制作的辣白菜符合国家标准GB 2714-2015及行业标准SB/T 10439-2007。该工艺条件可执行性强,可为实际生产提供理论依据,在实际生产应用中还需结合经济成本分析进一步优化工艺条件。