杨加怀，康然，李慧，王艳萍

（天津科技大学食品工程与生物技术学院，食品营养与安全教育部重点实验室，天津300457）

乳酸菌发酵牛蒡泡菜的工艺研究

杨加怀，康然，李慧，王艳萍*

（天津科技大学食品工程与生物技术学院，食品营养与安全教育部重点实验室，天津300457）

以牛蒡为原料，利用乳酸菌对其发酵制作泡菜，通过单因素和正交试验确定了最佳发酵工艺条件为：蔗糖添加量5%（g/mL），食盐添加量3%（g/mL），植物乳杆菌299：乳酸菌723比例为2∶1，接种量5%（Ml/mL），氯化钙添加量0.4 %（g/mL），在20℃～25℃发酵7 d。并对亚硝酸盐含量进行检测，亚硝酸盐含量为4.05mg/kg，远低于国家标准，用此工艺发酵的牛蒡酸爽可口，香气纯正，为工业化应用奠定基础。

牛蒡；乳酸菌；发酵条件；亚硝酸盐

乳酸菌发酵泡菜是一种历史悠久而又独特的大众化发酵蔬菜制品，其主要由营养丰富的各种蔬菜经乳酸菌发酵而成。泡菜中含有丰富维生素、钙、磷、铁、氨基酸等多种营养成分[1]。乳酸菌发酵泡菜味美而嫩脆，不仅能增进食欲，而且能帮助消化，具有一定的医疗功效，同时泡菜具有抗菌[2]、抗突变活性[3-4]、抗动脉硬化、抗肥胖及抗衰老[5]等多种功能，是有多种调节作用的保健食品。

牛蒡属菊科二年生草本植物，高纤维食物，因形似牛尾而得名还享有“蔬菜之王”、“白肌人参”的美誉。牛蒡富含菊糖、氨基酸以及Ca、Fe、Mn等人体必需的宏量元素和微量元素[6]。牛蒡同时还具有较高的医疗价值，国内外研究均发现其具有较好的抗衰老、抗氧化、抗肿瘤、抑菌等活性[7]。目前，牛蒡已经开发成多种深加工产品，如牛蒡饮料、牛蒡罐头、牛蒡胶囊等等，这些开发的深加工产品在获得广大消费者喜爱的同时也拓宽了牛蒡的销售市场。但以牛蒡为原料发酵成泡菜在市场上还较稀少。因此，本实验探究用牛蒡作为原料，利用乳酸菌对其进行发酵，制备泡菜，通过比较不同蔗糖添加量、接种量、食盐添加量，考察牛蒡泡菜总酸度、感官等变化，优化发酵牛蒡的工艺，为牛蒡泡菜的大规模工业化生产提供依据。

1 材料和方法

1.1 材料

牛蒡购于徐州科宇食品科技有限公司，食盐、白糖等购于当地市场。

1.2 主要仪器与试剂

市售泡菜坛；HFsafe 900型超净工作台；LRH-250生化培养箱；DELTA-320 pH计。

MRS培养基：牛肉膏10.0 g，蛋白胨10.0 g，酵母膏5.0g，葡萄糖20.0g，乙酸钠5.0g，柠檬酸氢二铵2.0g，磷酸氢二钾2.0 g，硫酸镁0.2 g，硫酸锰0.05 g，吐温801.0 g，蒸馏水定容至1L，pH6.2~6.4，121℃高压灭菌20min。

1.3 方法

1.3.1 泡菜的制作工艺

新鲜牛蒡→清洗→切片→护色→切丝→装坛→添加辅料及接种→水封→发酵

1.3.2 发酵牛蒡单因素试验

分别选取5个不同的因素，在上述工艺下发酵，每个因素以总酸和感官评分为考察标准，考察不同因素对乳酸菌发酵牛蒡的品质的影响。因素水平表见表1，每组试验3组平行，结果为3组平行的平均值。

表1 发酵牛蒡单因素水平因素Table1 Factorsand levelsof the single factor experiment

1.3.3 正交试验分析

根据1.3.2的试验结果，分别选取蔗糖添加量、接种量、食盐添加量三个因素进行正交试验分析，每组试验3个平行，试验结果为3组平行的平均值，以感官评分作为评价标准，以得出最优发酵条件。

1.3.4 检测指标

1.3.4.1 感官评分

每次评分人数为9人，实验前不接触或避免使用有刺激性气味的物品，避免感受器官受强烈刺激，于实验区对发酵牛蒡作出评价。记录数据分析，判断处理间差异显著性。感官评分标准见表2。

表2 感官指标要求及感官评分权重Table 2 Indicators requirements and evaluation criteria of the sensory

1.3.4.2 pH及总酸的检测

取泡菜汁用DELTA-320 pH计测定。

总酸的测定根据GB/T12456-2008《食品中总酸的测定》中的规定，采用滴定法，以乳酸计。

2 结果与分析

2.1 发酵牛蒡单因素试验

2.1.1 不同蔗糖添加量对发酵牛蒡的影响

分别选取0%、2%、4%、6%（g/mL）4个浓度的蔗糖进行发酵实验，其他实验因素为食盐浓度6%（g/mL），接种量5%（mL/mL），氯化钙浓度0.4%（g/mL）在20℃~25℃下发酵8 d，进行pH，总酸度及评分测评。

图1 蔗糖添加量对总酸、pH及感官评分的影响Fig.1 Effectof sucrose concentration on totalacidity，pH valuesand sensory evaluation

由图1a所示，蔗糖的添加能提高泡菜的总酸量，随着蔗糖的增加，总酸量也随之增大，当蔗糖添加量达到4%时，蔗糖对总酸的影响开始变缓，趋于平稳。感官结果如图1b所示，当蔗糖添加量到达6%时，过多的糖分降低了泡菜的酸爽感，同时相应增加成本，所以综合感官评分及产酸量，选取蔗糖添加量为4%。

2.1.2 不同食盐添加量对发酵牛蒡的影响

选取蔗糖添加量为4%（g/mL），食盐添加量为2%、3%、4%、5%、6%（g/mL）5个浓度，其他因素为接种量5%（mL/mL），氯化钙浓度0.4%（g/mL）在20℃~25℃下发酵8 d，进行pH、总酸度及评分测评。

如图2a所示，食盐的添加对总酸的影响较大，当食盐添加量达到6%时，可以明显发现泡菜产酸量较低，这可能是过高的盐浓度对乳酸菌的生长产生一定的抑制。如图2b所示，通过感官评定认为，2%的食盐浓度口味偏淡，酸味偏重，评分值较3%低，不太容易被接受，所以选取食盐添加量为3%。

2.1.3 不同菌株比例对发酵牛蒡的影响

选取实验室保藏性能较好的植物乳杆菌299和乳酸菌723，其比例为3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，5种不同菌种比例进行发酵实验，蔗糖添加量为4%（g/mL），食盐添加量为3%（g/mL），接种量5%（mL/mL），氯化钙浓度0.4%（g/mL）在20℃~25℃下发酵8 d，进行pH，总酸度及评分测评。

图2 食盐添加量对总酸、pH及感官评分的影响Fig.2 Effectsof NaClconcentration on totalacidity，pH valueand sensory evaluation

图3 不同菌种比例对总酸、pH及感官评分的影响Fig.3 Effectsof strainsproportion on totalacidity，pH valuesand sensory evaluation

由图3a所示，299对泡菜酸度的影响较大，当299占比例较大时，泡菜总酸偏大，当299比例较少时，产酸较少。乳酸菌723的加入可以改善299单株菌所造成的过酸及口味单一，但是723占比例较高时，后期酸度过低。综合感官评分和产酸量的结果选取299和723的比例为2∶1为发酵比例。

2.1.4 不同接种量对发酵牛蒡的影响

选取接种量为3%、5%、7%、9%（体积分数）4个水平，菌种比例为植物乳杆菌299∶乳酸菌723为2∶1，蔗糖添加量为4%（W/V），食盐添加量为3%（W/V），氯化钙浓度0.4%（W/V）在20℃~25℃下发酵8 d，进行pH，总酸度及评分测评。

图4 不同接种量对总酸、pH及感官评分的影响Fig.4 Effectof inocu luMon totalacidity，pH valuesand sensory evaluation

如图4a所示，接种量对发酵速度有较大的影响。接种量大时，产酸较快，虽然可以加快发酵酸度，抑制其他杂菌的生长，但由于短时间内发生酸化，会使发酵牛蒡质地发生软化，影响质地；但接种量较小时，由于菌株的生长缓慢，会使腐败菌滋生，致使发酵失败。综合感官评分及产酸速度选取接种量为5%。

2.1.5 不同时间对发酵牛蒡的影响

发酵时间分别选取5、6、7、8、9 d 5个水平，植物乳杆菌299∶乳酸菌723为2∶1，接种量为5%（mL/mL），蔗糖添加量为4%（g/mL），食盐添加量为3%（g/mL），氯化钙浓度0.4%（g/mL）在20℃~25℃下发酵，进行pH，总酸度及评分测评。

图5 不同发酵时间对总酸和pH的影响Fig.5 Effectof fermentation tiMeon totalacidity and pH values

如图5a可以看出，随着时间的增加，泡菜酸度慢慢增加，第7天起酸度增加缓慢，说明发酵成熟。由图5b可以看出，当7天时，口感较好，而第6天时其酸度偏低，所以选择第7天作为发酵时间结束点。

2.2 正交试验分析确定发酵牛蒡的最佳工艺

根据上述单因素试验结果，对发酵牛蒡品质有影响的蔗糖添加量、接种量、食盐添加量3个因素进行L9（33）正交试验优化，正交试验设计及结果见表3。

表3 优化发酵工艺正交试验结果与分析Table3 Resultsand analysisof orthogonal tests for optiMal ferMentation

表4 正交试验结果方差分析Table4 Varianceanalysisof resultsof orthogonalexperiment

由表3及表4可以看出，影响牛蒡泡菜因素的主次顺序为蔗糖添加量＞食盐添加量＞接种量，即3个因素中蔗糖添加量对牛蒡泡菜的影响最大，食盐添加量对牛蒡泡菜的影响次之。正交试验优化结果显示，牛蒡泡菜最佳发酵工艺为A3B2C2，最佳发酵条件为蔗糖添加量为5%（g/mL），接种量为5%（mL/mL），食盐添加量3%（g/mL），氯化钙浓度0.4%（g/mL）在20℃～25℃下发酵7 d。

2.3 牛蒡泡菜理化指标的测定

以上述最优工艺进行牛蒡泡菜发酵，对样品分别进行固形物、水分、食盐、总酸、亚硝酸含量测定。结果如表5所示。

表5 牛蒡泡菜理化指标测定结果Table5 Resultsof cheMical index for burdock kiMchi

如表5所示，5个指标均在参考范围之内。其中总酸为1.03%，此时牛蒡酸度适中，配方中蔗糖的添加，使得泡菜酸爽可口，容易被大众消费者接受。亚硝酸盐含量为4.05mg/kg，发酵泡菜中亚硝酸盐含量较低主要由于在较低pH下，乳酸菌可以产生亚硝酸盐还原酶进行酶降解有关[8]。我国的国家标准GB5009.33-2010《食品中亚硝酸盐与硝酸盐测定》中规定，泡菜的亚硝酸盐含量不应该超过20mg/kg，而牛蒡泡菜中亚硝酸盐含量远远低于国标，符合国家生产要求。

3 结论

综上所述，经过优化得出的牛蒡泡菜最佳发酵条件为蔗糖添加量为5%（w/v），接种量为5%（体积分数），食盐添加量为3%（w/v），氯化钙浓度0.4%（w/v）在20℃～25℃发酵7 d。以最优条件发酵泡菜可以快速降低体系中的pH，提高产酸速率，缩短发酵周期，同时亚硝酸盐的含量远低于国家标准。经发酵后，牛蒡泡菜的风味酸爽可口，丰富了牛蒡产品的形式，为牛蒡泡菜的大规模工业化生产提供依据。

[1]焦巧芳,竺利红,施跃峰.泡菜的营养保健价值及其规模化生产的研究进展[J].安徽农学通报,2009,15(7)：56-58

[2]胡晓清,潘露,王汝毅.发酵蔬菜中乳酸菌的功能性与安全性研究进展[J].现代食品科技,2012,28(11)：1606-1611

[3]PARK K.Y.The Nutritional Evaluation and Antimutagenic and Anticancereffectsof Kimchi[J].Journalof Korean Society of Food and Nutrition,1995,24(1)：169-182

[4]JONGH Y.The effectof Kimchion production of free radicals and anti-oxidative enzyme activities in the brain of SAM[J].Journal of Korean Societyof food Scienceand Nutrition,2002,31(1)：117-123

[5]李书华,蒲彪,陈封政.泡菜的功能及防腐研究进展[J].中国酿造, 2005(4)：6-8

[6]胡喜兰,刘存瑞,曾宪佳,等.新疆不同地区牛蒡根中氨基酸和八种元素的含量分析[J].广西中医药,2002,25(2)：55-56

[7]高新楼,李晓青,韩燕丽.牛蒡的营养保健功能与加工利用[J].中国食物与营养,2005(12)：43-44

[8]张庆芳,迟乃玉,郑燕.乳酸菌降解亚硝酸盐机理的研究[J].食品与发酵工业,2002,28(8)：27-31

Fermentation Process of Burdock KiMchiby Lactobacillus

YANG Jia-huai，KANGRan，LIHui，WANGYan-ping*
（Key Laboratoryof Food Nutrition and Safety（Tianjin University of Science&Technology），Ministry of Education，Tianjin 300457）

Thisexperimenton the burdock as rawmaterial，adding lactobacillus fermentation burdock kimchi. The best fermentation conditionswere determined by single factor test and orthogonal experiment as follows：sucrose concentration 5%（g/mL），saltconcentration 3%（g/mL），and thestrainsproportion of299 to723was2∶1，inoculums 5%（ml/mL）.Then the burdock kimchiwas fermented 7 d at20℃-25℃.According to the above method，the fermented burdock kimchi showed a good characteristic of texture and acidity.Furthermore，the concentration ofnitritewas lower than national food safety standard.Thus，the fermented processofpepperpickle hasprospectofindustrialization.

burdock；lactic acid bacteria；fermentation conditions；nitrite

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.18.013

2014-09-15

“十二五”科技部高技术发展研究计划‘863计划’（2011AA100904）

杨加怀（1990—），男（汉），在读硕士，研究方向：食品生物技术。

*通信作者：王艳萍（1962—），女（汉），教授，博士，研究方向：食品生物技术。