无盐酸菜在发酵和贮藏过程中品质的变化

陈乐乐 徐迪静 吴隽恺 王乙伊

(1. 宁波职业技术学院化学工程学院，浙江 宁波 315800；2. 宁波大学食品与药学学院，浙江 宁波 315800)

发酵酸菜营养成分的动态变化高度依赖于发酵过程中的微生物菌群[1]。乳酸菌能够代谢蔬菜的化学成分，而这些微生物产生的代谢产物的组合形成了最终产品的独特风味[2]。

发酵过程中，对腐败和致病微生物的抑制主要取决于初始微生物群的存在、环境温度、盐和酸浓度以及pH值。食盐的添加是酸菜生产中的一个关键点[3-4]，其影响了发酵过程中微生物的结构、代谢物的动态变化和产品的感官品质[5]。高浓度的盐虽然可以抑菌防腐，但也会一定程度限制益生菌的活性和功能。Xiong等[6]研究表明，盐在发酵初期也会对乳酸菌造成一定抑制作用。同时，高盐摄入量也会增加健康风险[7]。Yang等[8]研究发现，0.5%低盐条件下肠膜明串珠菌ORC2和植物乳杆菌HBUAS51041还原糖利用更加充分，有机酸显著积累，对酸菜的成熟有正面影响。He等[9]发现低盐条件(0%～1%)有利于接种菌株LC-20的生长和酸菜pH的降低。

植物乳杆菌是发酵益生菌菌属中最常见的一种，在乳杆菌属中因其高度灵活的基因组而具有非常好的生态位适应能力，对发酵产品的风味和质地有显著影响，是酸菜同型发酵的优势菌群。Miriam等[10]利用植物乳杆菌降解了橄榄苦苷，消除了其所造成的特征苦味，改善了食用橄榄的风味。嗜酸乳杆菌是发酵食品中具有高经济价值的益生菌菌株，属于同型发酵乳酸菌，可以在较强酸性条件下生长，主要用于乳制品的开发。Kwaw等[11]发现接种植物乳杆菌、副干酪乳杆菌和嗜酸乳杆菌发酵桑葚汁后，产品颜色更鲜艳。接种嗜酸乳杆菌和发酵乳杆菌发酵桃汁后显著增加了其超氧阴离子自由基清除活性和铁还原能力等，提高了果汁的生物活性潜力和营养价值[12]。

目前，有关无盐发酵制品的研究较少，而在厌氧条件下利用功能菌强化发酵，使益生菌快速增殖成为优势菌[13]，通过产生有机酸所造成的低酸环境或其他代谢物来抑制有害菌的生长是可实现的[14]。因此，研究拟采用无盐并接种乳酸菌发酵酸菜，分析其发酵过程及低温贮藏过程中的品质变化规律，旨在为酸菜工艺的改进提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

硫酸锰、硫酸镁、柠檬酸氢二钾、2,6-二氯靛酚、抗坏血酸：分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂；

牛肉膏、草酸：分析纯，北京奥博星生物技术有限责任公司；

氢氧化钠：分析纯，天津市天力化学试剂有限公司；

有机酸标准品：天津市津科精细化工研究所；

生化培养箱：SPX-150B型，上海佳胜实验设备有限公司；

立式压力高压灭菌锅：HVE-50型，上海申安医疗器械厂；

数显搅拌水浴锅：HH-4型，常州赛普实验仪器厂；

电热恒温鼓风干燥箱：HPG-9245型，北京东联哈尔仪器制造有限公司；

电子天平：PL2002型，梅特勒—托利多仪器有限公司；

高效液相色谱仪；1260型，美国安捷伦公司；

电子鼻：DM6型，日本INSENT公司；

电子舌：SA402B型，日本INSENT公司。

1.2 方法

1.2.1 发酵工艺 250 g白菜切丝，接种450 μL乳酸菌(m植物乳杆菌∶m嗜酸乳杆菌为2∶1)，添加7.5 g玉米汁，发酵5 d，发酵成品于4 ℃保存60 d，每5 d对酸菜的pH值、总酸含量和亚硝酸盐含量进行检测，并综合感官评价，评估无盐酸菜在常规冷藏条件下的稳定性。

1.2.2 pH值测定 5.00 g酸菜与等量水混合匀浆，采用pH计测定。

1.2.3 总酸含量测定 按GB 12456—2021执行。

1.2.4 亚硝酸盐含量测定 按GB 5009.33—2016执行。

1.2.5 还原糖含量测定 按GB 5009.7—2016执行。

1.2.6 维生素C含量测定 按GB 5009.86—2016执行。

1.2.7 有机酸含量测定 按GB 5009.157—2016执行。

1.2.8 电子鼻分析 根据文献[15]。

1.2.9 电子舌分析 根据文献[16]。

1.2.10 感官评价 选取10名人员按表1对酸菜成品进行感官评价。

表1 无盐酸菜成品感官评价标准

1.3 数据处理

每组试验平行3次，采用Excel、SPSS statistics 22.0软件进行数据分析，采用Origin 9.1软件作图。

2 结果与分析

2.1 发酵过程中理化指标的变化

2.1.1 pH值、总酸含量 由图1可知，发酵初始pH值为6.11±0.04，发酵第1天，pH值迅速下降至3.55±0.02，并在发酵第2～5天内逐渐下降至3.24±0.01。总酸含量随发酵时间的延长而增加，并在第5天达到(0.64±0.01) g/100 g。该无盐酸菜表现出比传统发酵酸菜更高的酸化速度，大大缩短了生产时间。

图1 发酵过程中pH值、总酸含量的变化Figure 1 Changes of pH value, total acid content during fermentation

2.1.2 亚硝酸盐含量 由图2可知，随着发酵的进行，乳酸菌迅速增殖，产酸迅速，硝酸盐还原菌被抑制，亚硝酸盐被乳酸菌分解，因此，亚硝酸盐含量明显降低，最终达到(0.23±0.10) mg/kg。与传统发酵酸菜相比，无盐酸菜中亚硝酸盐含量较低，在整个发酵过程中未观察到亚硝酸盐峰。这是因为混合乳酸菌在短时间内相互作用快速产生代谢产物，加快酸菜的发酵，但贮藏时间越长，代谢产物会越多，则会导致其滋味刺鼻，色泽暗黄，质地过软等现象。综上，无盐条件下应用混合乳酸菌(植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌)发酵可以有效提高酸菜的安全性[17]。

小写字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.1.3 还原糖、维生素C含量 由图3可知，发酵过程中，还原糖含量显著下降(P<0.05)，新鲜白菜中还原糖含量为(5.01±0.17) g/100 g，发酵第5天降至(0.57±0.01) g/100 g，消耗率达88.62%。发酵0～1 d，还原糖含量下降速率显著高于发酵第1～5天的(P<0.05)，此过程中，pH值下降速率最快，总酸积累速率最快，表明乳酸菌在发酵0～1 d时对还原糖的利用更高效，同时，酸物质的积累更迅速。随着酸水平的不断加深，营养物质逐渐被消耗，对乳酸菌的生长限制逐渐加大，因此，发酵第1～5天，还原糖的利用速率有所下降。

无盐酸菜发酵过程中，维生素C含量先急剧下降后缓慢下降，并在发酵成熟时达到(1.34±0.01) mg/100 g，与pH值的变化趋势一致。与发酵第0天相比，发酵成熟时的维生素C含量下降了90%以上。维生素C属于烯醇化合物，在无氧和CO2的作用下形成糠醛物质，而羟基糠醛可聚合成褐色物质影响产品色泽[19]。

图3 发酵过程中还原糖、维生素C含量的变化Figure 3 Changes in reducing sugars and vitamin C content during fermentation

2.1.4 有机酸含量 由表2可知，乳酸和醋酸在发酵第0天未检测到，说明这两种有机酸在白菜基质中不存在，而琥珀酸、草酸和柠檬酸在白菜基质中少量存在。5种有机酸中，乳酸和草酸是无盐酸菜发酵过程中的主要酸产物，与新鲜白菜相比，成熟无盐酸菜中的乳酸和草酸含量分别增加了26.5，12.3倍。随着发酵的进行，有机酸不断积累，乳酸作为酸菜发酵过程中最主要的代谢产物，在整个发酵过程中含量增加得最为显著，在第5天发酵成熟时达到最大值(26.523±0.170) mg/mL，是其他4种有机酸总量的2.4倍。草酸、醋酸和柠檬酸在发酵1 d后显著增加(P<0.05)，并在后续发酵期间缓慢增加。相比之下，琥珀酸含量在发酵1 d后增加了0.434 mg/mL，随后在1～5 d内略有降低。

表2 发酵过程中有机酸含量变化†

2.1.5 电子鼻分析

(1) 对不同发酵时间酸菜的信号响应：由图4可知，4种样品中，响应强烈的传感器为W1W和W5S，表明氮氧化合物、萜烯和有机硫化物可能对样品的风味作用较大；W3C、W6S和W5C的响应值最低。各样品的雷达图形状相似，表明4种样品的香气特征相似，但各种气体的挥发强度存在较大差异。此外，发酵0 d的样品响应值明显低于发酵5 d的，说明发酵对酸菜的风味有较大影响。

图4 电子鼻传感器对样品的雷达图Figure 4 Radar map of sample by electronic nose sensor

(2) 主成分分析(PCA)：由图5可知，PC1、PC2的贡献率分别为99.85%，0.11%，总贡献率>95%，表明4种样品的气味差异较大，因此，能够区分不同发酵时期的酸菜。另外，发酵5 d的样品与发酵3 d的样品的数据点稍有重合，其他样品数据点未有重合，说明风味化合物在发酵初期变化明显大于发酵后期，与酸含量变化趋势相一致。

图5 不同发酵时期样品的PCA分析

(3) 线性判别分析(LDA)：由图6可知，判别式LD1、LD2的贡献率分别为92.997%，6.729%，总贡献率为99.726%。虽然在区分度上没有PCA分析大，但是LDA图在一定程度上也能表现出不同样品间香气差异的远近程度。发酵5 d的样品与发酵3 d的样品相距较近，表明二者气味相近，与PCA分析结果一致。

图6 不同发酵时期样品的LDA分析Figure 6 LDA analysis of samples at different fermentation stages by electronic nose

2.1.6 电子舌分析 由图7可知，通常情况下，酸味和咸味是酸菜的重要感官指标，由于试验中未添加盐分，故咸味在两种样品中无显著差异。此外，酸味、鲜味在两种样品中差异显著(P<0.05)，且这些感官特征在酸菜中表现更强烈，表明发酵有效提高了产品的感官品质。

图7 电子舌传感器对样品的雷达图Figure 7 Electronic tongue sensor radar diagram of samples

2.2 低温下贮藏稳定性评估

2.2.1 基本理化指标 由图8可知，60 d的贮藏期内，pH值整体无显著变化，相应的总酸含量也无明显变化。贮藏期间，pH值为3.23～3.25，总酸含量为0.60～0.64 g/100 g，说明4 ℃冷藏条件下，酸菜中的腐败菌未能大量增殖而造成有机酸的消耗，产品仍有效维持着较为稳定的酸性体系。

图8 低温条件对无盐酸菜pH值、总酸含量和亚硝酸盐含量的影响

贮藏期间，酸菜中亚硝酸盐含量整体降低，贮藏第60天，亚硝酸盐含量显著下降(P<0.05)，几乎在样品中未检出，远低于GB 2762—2017的最高限值(20 mg/kg)。综上，无盐酸菜在4 ℃低温条件下能够较好地保留其良好的品质特性，极大地降低了传统酸菜中高盐、高亚硝酸盐对人体造成的健康风险。

2.2.2 感官评价 由图9可知，无盐酸菜在4 ℃下的感官质量始终维持在良好的状态，感官总评分为41.0～42.3。随着贮藏时间的延长，蔬菜颜色和气味评分稍有下降，但也始终保持着良好的色泽和独特的酸香气味。

图9 低温贮藏对无盐酸菜感官评分的影响

3 结论

无盐酸菜在发酵第5天达到成熟；其pH值、还原糖含量、维生素C含量及亚硝酸盐含量均显著降低(P<0.05)，总酸含量及总体有机酸含量显著升高(P<0.05)；无盐酸菜的发酵程度较为彻底，残糖量较少，有机酸含量增加显著(P<0.05)，亚硝酸盐含量极低为(0.23±0.10) mg/kg，4 ℃下贮藏60 d，无盐酸菜的pH值、总酸含量较为稳定，亚硝酸盐含量持续降低，说明无盐酸菜的品质特性稳定。后续可深入讨论不同菌种在发酵过程中对酸菜风味、营养及结构的影响。