响应面法对白芹泡菜加工工艺的优化研究

燕 志，魏继燕，朱江煜

（1.苏州技师学院，江苏 苏州 215009；2.溧阳市农业综合技术推广中心，江苏 溧阳 213300；3.扬州大学，江苏 扬州 225100）

泡菜在我国有着悠久的历史，《诗经》记载泡菜的历史最早可追溯至商周时期，而《齐民要术》一书中更详细阐述了泡菜的生产工艺流程[1]。泡菜是以各类蔬菜为原料，利用乳酸菌等多种菌群共同发酵后的产物[2-3]。泡菜在发酵过程中会产生有机酸、酯类、醇类、酚类以及二甲基硫化物等风味化合物[4]，这些特殊的风味成分不仅使泡菜咸鲜可口、酸爽脆嫩、滋香味美，而且提高了泡菜的营养价值。有研究表明，泡菜中的乳酸菌可抑制肠道腐败菌群的繁殖，减少其对肠道的毒害作用，对肠道疾病的发生具有预防作用[5]。泡菜的加工工艺流程简单，易于操作，广受人们的喜爱。

白芹属伞形科水芹属植物，作为溧阳特色的农产品，具有八百多年的栽培历史[6]。白芹不仅滋味鲜美、清新解腻，并且有着极其丰富的营养价值。白芹中矿物质元素铁的含量较高，约为8.8 mg/100 g，对缺铁性贫血的人群具有补益作用；富含大量的膳食纤维，是一类血糖生成指数较低的食物，对高血糖、高血脂、肥胖等人群具有一定的辅助治疗效果。但是，目前白芹的应用还主要集中在鲜食上，对于白芹泡菜的研究较少。本研究通过对白芹泡菜加工工艺的优化，提高白芹的保藏期，丰富其口感，促进其在食品加工领域的发展。

1 材料与方法

1.1 材料

主料：新鲜白芹。

调味辅料：大蒜、小米辣、姜、剁椒、无碘盐、白糖、白醋、白酒、川秀乳酸菌粉。

主料和调味辅料均采购于溧阳农贸市场。

1.2 仪器设备

V5800PC 分光光度计：上海元析仪器有限公司；FA1104分析天平：北京赛多利斯科技仪器有限公司；DHG-9140A电热鼓风干燥箱：上海昕仪仪器仪表有限公司；UPH-IV-5T超纯水系统：四川优普超纯科技有限公司；HWS26型电热恒温水浴锅：上海一恒科技有限公司。

1.3 主要试剂

盐酸（HCl，ρ=1.19 g/mL），氨水（NH3·H2O，25%），亚铁氰化钾[K4Fe（CN）6·3H2O]，硫酸锌（ZnSO4·7H2O），正辛醇（C8H18O），乙醇（C2H5OH，95%），酚酞（C20H14O4），氢氧化钠（NaOH）。

1.4 研究方法

1.4.1 单因素试验

基于相关参考文献[7-8]及白芹泡菜加工工艺流程，确定四个因素，分别为A发酵温度、B乳酸菌添加量、C食盐添加量、D白酒添加量。根据预试验结果对每个因素分别设定五个水平：发酵温度A 为10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃；乳酸菌粉添加量B 为0 mg/mL、0.5 mg/mL、1 mg/mL、1.5 mg/mL、2 mg/mL；食盐添加量C 为3%、5%、7%、9%、11%；白酒添加量D为0%、1%、2%、3%、4%。通过单因素试验初步选取每个因素的水平范围，每次试验进行三次重复。

1.4.2 响应面试验设计

在单因素试验结果的基础上，确定四因素三水平分别为发酵温度A（15 ℃、20 ℃、25 ℃）、乳酸菌粉添加量B（0 mg/mL、0.5 mg/mL、1 mg/mL）、食盐添加量C（5%、7%、9%）、白酒添加量D（0%、1%、2%），以感官评分为评价指标进行响应面设计，选择感官评价最优组合。

1.4.3 感官评价

邀请10位烹饪专业师生和5位从事泡菜生产的企业人员进行感官评价，评价指标包括白芹泡菜的色泽、滋味和口感三个方面，评价总分为9分。白芹泡菜感官评价指标及标准如下表1所示。

表1 白芹泡菜感官评价指标及标准

1.4.4 发酵时间对亚硝酸盐和总酸影响的试验

在选择最优加工工艺的基础上，对白芹泡菜中亚硝酸盐和总酸的含量进行每日检测。

1.4.4.1 亚硝酸盐测定

根据《食品安全国家标准食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》（GB 500933-2010）检测泡菜中亚硝酸盐含量。

1.4.4.2 总酸测定

根据《食品安全国家标准食品中总酸的测定》（GB 12456-2021）检测泡菜中总酸含量。

1.5 加工工艺流程

原料选择→初加工→沥干水分→调制腌料→混拌均匀→密封发酵→冷藏待用。

1.5.1 原料选择

原料选自溧阳优质白芹，茎节和叶柄部分均为白色，光泽鲜亮，茎、叶质地较嫩，味道清新，有特殊香味，无老叶、虫斑及腐烂异味。

1.5.2 初加工

将白芹放入水中漂洗，去除表面泥污。撕掉老筋，择除白芹根须和顶部黄叶，再次清洗白芹，洗净后将白芹码放整齐，依次切成2 cm长的形状。将初加工后的白芹盛入镂空篮子里，沥水待用。

1.5.3 调制腌料

大蒜切片，小米辣切成小段，生姜切成姜丝，一并放入碗中，倒入白糖、无碘盐、白醋、白酒、剁椒和乳酸菌粉，调至均匀。在操作过程中保证无油无水，防止对腌料造成污染。

1.5.4 密封发酵

将白芹与腌料混拌均匀后，迅速放入密封罐内，并加水密封。将其置于适宜温度下进行发酵。期间不得随意开罐，避免杂菌对泡菜造成污染。

1.6 数据统计及分析

试验结果采用Excel 2003及Design-Expert 8.0.6软件[9]进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 发酵温度对感官评分影响

如图1所示，泡菜的感官评分与发酵温度呈一定的线性关系。当发酵温度在10～20 ℃之间时，感官评分随着温度的升高而增加；当发酵温度大于20 ℃时，温度越高，感官评分越低。这与黄岩[10]研究的结论一致，即当发酵温度在10～20 ℃的范围内，发酵温度对乳酸菌的发酵具有促进作用，有利于提升泡菜风味成分，但当发酵温度超过20 ℃时，温度越高越容易引起泡菜酸败作用的发生，对其感官品质造成不良影响。

图1 发酵温度对感官评分影响

2.1.2 食盐添加量对感官评价的影响

如图2所示，当食盐添加量在3～7%之间时，感官评分随着食盐添加量的增加而增加；当食盐添加量超过7%时，感官评分随着食盐添加量增加呈下降趋势，表明泡菜感官评分在一定程度上受到食盐添加量的影响。食盐作为主要的呈味物质之一，其浓度大小不仅会影响泡菜的风味品质，而且也会影响到泡菜的质构[11]。

图2 食盐添加量对感官评分影响

2.1.3 乳酸菌粉添加量对感官评价的影响

如图3 所示，白芹表面存在天然的乳酸菌，在无添加乳酸菌粉的情况下可进行自然发酵，但完成发酵的时间较长，且泡菜成品的风味成分较少，感官评分不高。如乳酸菌粉添加量在0～0.5 mg/mL时，感官评分随着乳酸菌粉添加量的增加而增加。当乳酸菌粉添加量超过0.5 mg/mL时，感官评分则随着乳酸菌粉添加量的增加而下降，这可能是乳酸菌粉过量加入使泡菜酸性过强，会影响泡菜品质，导致感官评分降低[12]。

图3 乳酸菌添加量对感官评分影响

2.1.4 白酒添加量对感官评价的影响

如图4所示，白酒添加量在2%时泡菜的感官评分较高；当白酒添加量大于2%时，随着白酒添加量的增加感官评分降低。这表明白酒添加量在0～2%时，对泡菜风味增加具有促进作用，主要原因是白酒中的醇类和发酵过程中产生的有机酸生成了酯类化合物，使泡菜具有浓郁的香气，但随着白酒添加量的增加，会抑制乳酸菌的活性。因此，当白酒添加量超过2%时，其风味受到影响，感官评分有所下降[13]。

图4 白酒添加量对感官评分影响

2.2 响应面选择感官评价最优组合

利用Design-Expert软件对表2中数据进行多元回归拟合，得到感官评价分数与发酵温度A、乳酸菌添加量B、食盐添加量C、白酒添加量D的二次多项回归方程。

R1感官评分

=-16.503 75+0.599 67A-3.446 67B+3.284 17C-1.731 67D+0.080 000AB+0.045 000AC+0.095 000AD+0.850 00BC+0.150 00BD+0.3000 0CD-0.0217 00A2-1.970 00B2-0.301 25C2-0.380 00*D2

如表3 所示，该二次模型失拟项P 值=0.255 8，P值＞0.05，说明其在统计意义上不显著，与实际拟合度较好。复相关相关系数R2=0.971 9，较接近1，说明其拟合程度较高。校正决定系数R2Adj=0.943 8，说明感官评价结果中94.38%用于该模型解释。在响应值的二次模型方差分析中，A、B、C、D、BC的P值＜0.01，表明发酵温度、乳酸菌粉添加量、食盐添加量、白酒添加量对感官评价结果影响极显著，乳酸菌添加量和白酒添加量对感官评价结果交互影响显著。

由响应面图可知，各因素对白芹泡菜感官评分存在交互影响：图5显示发酵温度不变，感官评分随着乳酸菌添加量的增加有升高的趋势；当乳酸菌添加量不变，感官评分随着发酵温度的增加有升高的趋势。图6显示发酵温度不变，感官评分随着食盐添加量的增加有升高的趋势；食盐添加量不变，感官评分随着发酵温度增加有升高趋势。图7显示发酵温度不变，感官评分随着白酒添加量增加有升高的趋势；白酒添加量不变，感官评分随着发酵温度增加而有升高趋势。图8显示乳酸菌添加量不变，感官评分随着食盐添加量的增加而有升高趋势；食盐添加量不变，感官评分随着乳酸菌添加量的增加而有升高趋势。图9显示乳酸菌添加量不变，感官评分随着白酒添加量的增加有升高趋势；白酒添加量不变，感官评分随着乳酸菌添加量的增加有升高趋势。图10显示食盐添加量不变，感官评分随着白酒添加量的增加有升高趋势，白酒添加量不变，感官评分随着食盐添加量的增加而有升高趋势。根据响应面图的陡峭情况来看，对感官评分影响较大的因素是白酒添加量。

表2 响应面设计及结果

表3 响应值的二次模型方差分析

通过响应面法得出白芹泡菜的最优加工工艺参数为发酵温度24.77 ℃、乳酸菌添粉加量1 mg/mL、食盐添加量9%、白酒添加量1.99%。通过优化后的感官评分为8.86。

图5 乳酸菌粉添加量和发酵温度对感官评分响应面图

图6 食盐添加量和发酵温度对感官评分响应面图

图7 白酒添加量和发酵温度对感官评分响应面图

图8 食盐添加量和乳酸菌粉添加量对感官评分响应面图

图9 白酒添加量和乳酸菌粉添加量对感官评分响应面图

图10 白酒添加量和食盐添加量对感官评分响应面图

2.3 发酵时间对泡菜中亚硝酸盐和总酸的影响

2.3.1 发酵时间和亚硝酸盐的关系

亚硝酸盐含量与发酵时间的关系如图11所示。在发酵第2 d，亚硝酸盐含量为3.4 mg/kg，亚硝酸盐的含量达到最高峰值，第3 d后亚硝酸盐的含量开始呈下降趋势，第7 d 降至0.05 mg/kg，并趋于稳定。这与魏元研究的甘蓝6%食盐溶液下亚硝酸盐含量的变化相一致[14]。我国《食品中污染物限量》（GB 2762-2017）规定，酱腌菜中亚硝酸盐限量20 mg/kg，该加工工艺生产的白芹泡菜亚硝酸盐含量在安全食用范围内。

图11 发酵时间对泡菜中亚硝酸盐的影响

2.3.2 发酵时间和总酸的关系

总酸含量与发酵时间的关系如图12所示。随着发酵时间的增加总酸含量也在逐步增加，第9 d总酸含量为4.7 g/kg，趋近最大值。总酸中最主要的成分是乳酸，乳酸菌发酵前期产酸含量上升较快，当泡菜中的酸性环境达到较高水平时，会抑制部分乳酸菌活性，使产酸速度变缓[15]。

图12 发酵时间对泡菜中总酸的影响

3 结论

响应面法优化白芹泡菜加工工艺与实际效果拟合度较好，根据单因素试验和响应面法选择最优加工工艺参数为发酵温度24.77 ℃、乳酸菌粉添加量1 mg/mL、食盐添加量9%、白酒添加量1.99%，该加工工艺优化后的白芹泡菜滋味鲜美、清新解腻。在发酵时间对泡菜中亚硝酸盐和总酸的验证中表明，7 d后泡菜中亚硝酸盐含量趋近于最低值0.05 mg/kg，而总酸含量也趋近于最高值4.7 g/kg。在白芹泡菜发酵过程中亚硝酸盐的含量在安全食用范围内，总酸含量较为丰富，有益于人体肠道健康。