发酵条件对芋头叶柄酸菜品质的影响

桂青，周立军，袁淑娜，潘剑，黄坚雄，陈俊明

中国热带农业科学院橡胶研究所/中国热带农业科学院林下资源综合利用研究中心/农业农村部儋州热带作物科学观测试验站（儋州 571737）

芋头（Colocasia esculenta（L.）Schott）为天南星科植物，在我国广泛种植。传统上，芋头的主要利用部位是其球茎，可直接作为蔬菜食用，是一种良好的食品资源[1]。芋头叶柄因营养丰富，在食品、医药和纺织业等领域也得到了广泛的利用[2]。酸菜在我国有着悠久的历史，它是指新鲜蔬菜在一定条件下经过发酵而成的一种传统的发酵食品，含有丰富的维生素、矿物质、膳食纤维及其他营养物质，按照发酵方式可分为自然发酵酸菜和人工接种发酵酸菜[3]。自然发酵的酸菜主要是利用新鲜蔬菜在一定条件下通过自身携带及环境中乳酸菌等微生物的作用进行发酵而制成的，其中微生物种类多，过程复杂，发酵条件粗放，与人工接种发酵相比，自然发酵酸菜的风味和滋味更优[4]。

我国常见的酸菜有东北酸菜、涪陵榨菜、浙江榨菜、四川泡菜等[5]。芋头叶柄酸菜是我国南方地区的一种传统腌制食品，目前极少见与其相关的文献报道[6-7]。学者对我国最具代表性的东北酸菜研究报道较多。韩宏娇等[8]的研究表明东北酸菜在自然发酵过程中氨基态氮、总酸、可溶性糖、亚硝酸盐及微生物菌落均呈现动态变化。岳喜庆等[9]研究结果表明东北酸菜的硬度、脆度等质构特性指标随着发酵时间的延长呈现下降趋势，发酵第40～第60天时食用品质最佳。马艺荧等[10]发现东北酸菜在发酵过程中有机酸呈现动态变化，暂时性感官支配分析法表明，第90天时酸菜的酸感柔和适中，各种有机酸含量及比例适宜。

海南省地处热带北缘，属热带季风气候，素来有“天然大温室”的美称，这里长夏无冬，年平均气温22～27 ℃，与我国东北、浙江、四川等地的气候完全不同，但是酸菜依然是海南人民餐桌上不可或缺的一道小菜，尤以黎家酸菜最为有名。然而，目前未见与海南酸菜相关的报道，因此研究不同的自然发酵条件对芋头叶柄酸菜品质的影响对指导在高温高湿条件下制作较好品质的酸菜有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

芋头叶柄采自中国热带农业科学院橡胶研究所林下资源综合利用基地，采摘时间为4-8月。

1.2 试验方法

1.2.1 样品的处理

芋头叶柄采后剥去表皮，洗净泥沙，晒至一定含水量后，加入适量的食盐揉搓均匀，置于腌菜坛中压实，拧紧坛盖，放置在适当的温度下自然发酵。此次试验分别设置不同含水量（80%，70%，60%，50%和40%）、食盐浓度（按原料质量计分别为4.0%，4.5%，5.0%和5.5%）、发酵温度（4 ℃，室温28±2℃和35 ℃）、发酵时间（装罐后每隔3 d取1次样）4个因素，研究不同自然发酵条件对芋头叶柄酸菜感官品质、营养品质和有害物质含量的影响。

1.2.2 分析方法

感官评定主要对酸菜的色泽、香味、滋味和色泽进行评分，感官评定小组由10人组成。总酸的测定参照GB/T 12456—2008中的酸碱滴定法，以乳酸含量计；可溶性糖的测定参考《果蔬采后生理生化实验指导》[11]中的试验方法；亚硝酸盐含量的测定参照GB 5009.33—2016中的分光光度法。

1.3 试剂和仪器设备

数显恒温水浴锅（XR 53648，新瑞仪器厂，江苏）；紫外可见分光光度计（普析T6新世纪，北京）；试剂均为分析纯；蒸馏水。

2 结果与分析

2.1 发酵条件对芋头叶柄酸菜感官品质的影响

采用晒干的方式，分别将新鲜芋头叶柄的水分含量控制在40%，50%，60%，70%和80%，发酵结束后对5个处理的芋头叶柄酸菜进行感官评定，结果如图1所示。综合考虑酸菜的色泽、香味、滋味和质地，感官评定分数依次为水分含量70%＞80%＞60%＞50%＞40%，当水分含量为70%时酸菜的综合分数最高，为99.2分，表明当水分含量为70%时酸菜的感官品质最好。

图1 不同原料水分含量时芋头叶柄酸菜的感官评定分数

取新鲜芋头叶柄，将水分含量控制在70%，食盐添加量分别为4.0%，4.5%，5.0%和5.5%，酸菜的感官评定结果如图2所示。当盐浓度为4.5%，5.0%和5.5%时感官评定结果差异较小，当盐浓度为4.0%时，评分较高，为101.4分，说明盐浓度4.0%时品质较佳。

图2 不同盐浓度时芋头叶柄酸菜的感官评定分数

温度试验的感官评定结果如图3所示。结果表明，温度越低，芋头叶柄酸菜的感官评定分数越高，依次为90.2，94.4和96.2分，其中室温与4 ℃条件下发酵后的感官品质差异较小。

图3 不同发酵温度时芋头叶柄酸菜的感官评定分数

2.2 发酵条件对芋头叶柄酸菜营养品质的影响

2.2.1 水分含量对芋头叶柄酸菜总酸和可溶性糖含量的影响

不同水分含量的芋头叶柄酸菜中总酸含量如图4所示。结果表明，水分含量越低，总酸含量越低，依次为85.48，61.82，50.49，28.94和25.45 g/kg。酸味物质含量是影响酸菜滋味的重要成分，因此芋头叶柄在发酵前保持较高的含水量，比较有利于酸味物质的生成，芋头叶柄酸菜的品质更好。

图4 不同水分含量时芋头叶柄酸菜的总酸含量

芋头叶柄水分含量对酸菜可溶性糖含量的影响如图5所示。结果表明，水分含量在50%～80%之间，随着水分含量的增加，总酸含量降低，当水分含量为40%时，总酸含量却急剧降低，其中水分含量为80%时可溶性糖含量最低，为65.16 mg/g；水分含量50%时最高，为233.8 mg/g。这可能是瓶装酸菜在发酵时产生的发酵水流出，带走部分可溶性糖，当水分含量较高时，发酵迅速，水分流失较多，从而可溶性糖也流失较多，而当水分含量仅为40%时，发酵速度明显减慢，可溶性糖的生成也较少。

图5 不同水分含量时芋头叶柄酸菜的可溶性糖含量

2.2.2 盐浓度对芋头叶柄酸菜总酸和可溶性糖含量的影响

不同盐浓度对芋头叶柄酸菜总酸含量的影响如图6所示。结果表明，盐浓度越低，总酸含量越高，依次为59.85，65.69，71.23和76.39 g/kg，这可能与盐浓度低时乳酸菌生长快有关[12]。

图6 不同盐浓度时芋头叶柄酸菜的总酸含量

当盐浓度为4.0%～5.5%时，芋头叶柄酸菜中的可溶性糖含量如图7所示。结果表明，盐浓度对可溶性糖含量的影响不显著，约为260 mg/g。

图7 不同盐浓度时芋头叶柄酸菜的可溶性糖含量

2.2.3 发酵温度对芋头叶柄酸菜总酸和可溶性糖含量的影响

由图8和图9可知，在室温条件下发酵，酸菜中的总酸和可溶性糖含量比4 ℃和35 ℃发酵时的高，高低顺序均为室温＞4 ℃＞35 ℃。室温条件下酸菜中总酸和可溶性糖含量分别为44.84 g/kg和181.99 mg/g。可见温度过高或过低均不利于总酸和可溶性糖的积累，这可能是温度过高，发酵速度加快，总酸和可溶性糖的流失也快；而温度过低，则发酵缓慢。乳酸菌发酵的最佳温度为25～30 ℃，且随着温度的升高，发酵速度也会加快，但有研究表明在较高温度下自然发酵不利于乳酸菌成为优势菌[13]。由此推测，温度过高对产酸具有不利影响，杂菌生长过快对可溶性糖的消耗也会更多更快。

图8 不同发酵温度时芋头叶柄酸菜的总酸含量

图9 不同发酵温度时芋头叶柄酸菜的可溶性糖含量

2.2.4 发酵时间对芋头叶柄酸菜总酸和可溶性糖含量的影响

由图10可以看出，在发酵期间，芋头叶柄酸菜中的总酸含量呈现先升高后略降低的趋势，第32天时达到最高，为67.84 g/kg。

图10 不同发酵时间芋头叶柄酸菜的总酸含量

图11表示的是在发酵期间芋头叶柄酸菜中可溶性糖含量的变化。结果表明，在第4～第8天，可溶性糖含量急剧降低，由117.55 mg/g降低至31.97 mg/g，随后可溶性糖含量略有降低，第48天时为24.24 mg/g。

图11 不同发酵时间芋头叶柄酸菜的可溶性糖含量

2.3 发酵条件对芋头叶柄酸菜中亚硝酸盐含量的影响

图12～图14分别反映了原料的水分含量、盐浓度和发酵温度对瓶装酸菜中亚硝酸盐含量的影响。结果表明，原料水分含量越低，酸菜中积累的亚硝酸盐含量越高，这可能与瓶装酸菜在发酵过程中发酵水流水有关；当盐浓度为4.5%时，亚硝酸盐含量最高；当盐浓度为5.5%时，亚硝酸盐的含量反而最低；温度试验说明4 ℃时亚硝酸盐的含量最高，室温发酵亚硝酸盐含量最低。

图12 不同水分含量时芋头叶柄酸菜中的亚硝酸盐含量

图13 不同盐浓度时芋头叶柄酸菜中的亚硝酸盐含量

图15反映的是发酵期间芋头叶柄酸菜中亚硝酸盐含量的变化。结果表明，亚硝酸盐含量先急剧降低，然后略有升高，再降低，最后在一定范围内波动。发酵第4天时亚硝酸盐含量为4.41 mg/kg；第12天时为1.59 mg/kg；第16～第20天时又升高，为约3.00 mg/kg；第24～第48天时保持在2.00 mg/kg上下波动。在整个发酵过程中，亚硝酸盐含量一直较低，在国家标准要求的限量标准之内（我国食品卫生法规定酱腌菜中亚硝酸钠残留量不超过20 mg/kg）。

图14 不同发酵温度时芋头叶柄酸菜中的亚硝酸盐含量

图15 不同发酵时间芋头叶柄酸菜的亚硝酸盐含量

3 讨论

由于发酵试验所需时间较长，可能对相同条件下不同时间测得的数据不同，可能的原因有：（1）此次试验的时间跨度长，环境湿度变化较大；（2）芋头叶柄的采摘时间跨度较长，原料的营养成分不完全一致，导致不同时期在室温条件下发酵的酸菜的营养成分和亚硝酸盐含量不完全一致。但此次试验的单因素试验时所用原料均一，因此单因素试验的数据是可靠的。试验证明环境对自然发酵酸菜的品质影响较大，因此若要实现工厂化生产得到品质稳定的酸菜，需要严格控制发酵条件。

大量研究报道称随着发酵时间的延长，东北酸菜中的总酸含量上升，还原糖、亚硝酸盐含量均先增加后减小[9,14]，此次试验中，总酸的变化趋势与之相同，而还原糖和亚硝酸盐含量的变化与之不一致，这可能与此次试验所采用的玻璃瓶发酵罐、发酵温湿度相对较高等因素有关。

亚硝酸盐一直被认为是强致癌物质。鲁敏等[15]认为酸菜腌制过程中亚硝酸盐含量与食盐浓度、食盐加入批次、腌制时间、环境温度、酸度、腌制的卫生条件和维生素C的加入等有关。孟良玉等[16]和蒲朝文等[17]的研究均表明延长腌制时间及多次换水能有效降低酸菜中的亚硝酸盐含量。黄丽慧等[18]认为亚硝酸盐可与乳酸作用生成亚硝酸而分解，温度越高，酸度越大，亚硝酸分解越快，另外加强优良乳酸菌种的筛选和纯种发酵技术的应用也是降低产品亚硝酸盐含量的可行途径。此次试验中亚硝酸盐含量一直较低，可能与发酵温度较高和发酵初期发酵液渗出有一定的关系。

4 结论

此次试验研究了不同发酵条件对芋头叶柄酸菜感官品质、营养品质和亚硝酸盐积累的影响。结果表明，原料的水分含量、盐浓度、发酵温度和发酵时间均对酸菜的发酵影响较大。在海南高温高湿条件下制作自然发酵的芋头叶柄酸菜，芋头叶柄水分含量为70%，食盐浓度为4%，室温下发酵32 d，所得芋头叶柄酸菜具有较好的品质，亚硝酸盐含量极低，可安全食用。