芥菜發(fā)酵工藝及生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)控制研究

摘要：為優(yōu)化芥菜發(fā)酵工藝，確定芥菜生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)，以河南本地產(chǎn)葉芥菜為原料，接種乳酸菌（短乳桿菌，Lactobacillus brevis）進(jìn)行芥菜發(fā)酵。首先進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以乳酸菌接種量（質(zhì)量比0.2%、0.4%、0.6%）、食鹽添加量（質(zhì)量比2%、5%、8%）、堆黃時(shí)間（3，5，7 d）進(jìn)行芥菜發(fā)酵生產(chǎn)，對(duì)產(chǎn)出芥菜進(jìn)行感官評(píng)價(jià)和色差分析；以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化發(fā)酵工藝參數(shù)；同時(shí)進(jìn)行品質(zhì)分析（pH值、色差、總酸含量和氨基酸態(tài)氮含量）。結(jié)果表明，當(dāng)堆黃時(shí)間為5 d、食鹽添加量為5%、乳酸菌接種量為0.6%時(shí)，芥菜品質(zhì)最優(yōu)，其感官評(píng)分可達(dá)（38.7±1.5）分，表現(xiàn)為口感酸爽、發(fā)酵液清澈、色澤明快，pH值為3.85，總酸含量為0.52%，亞硝酸鹽含量為0.12 mg/kg，氨基酸態(tài)氮含量為（0.082±0.001） g/100 g。

關(guān)鍵詞：芥菜；響應(yīng)面法；發(fā)酵工藝優(yōu)化；生產(chǎn)參數(shù)控制

中圖分類號(hào)：TS205.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1000-9973（2025）03-0155-04

Study on Fermentation Technology and Production Process

Parameter Control of Mustard

MA Cai-lan¹， CHEN Zhan-wei²

（1.Zhoukou Polytechnic， Zhoukou 466000， China; 2.Zhoukou Normal University，

Zhoukou 466001， China）

Abstract： In order to optimize the fermentation technology of mustard and determine the production process parameters of mustard， leaf mustard from Henan province is inoculated with Lactobacillus brevis for mustard fermentation.Firstly，single factor test is conducted on lactic acid bacteria inoculation amount （mass ratio of 0.2%， 0.4%， 0.6%）， salt addition amount （mass ratio of 2%， 5%， 8%） and aging time （3， 5， 7 d） to ferment mustard. Sensory evaluation and color difference analysis are carried out on the produced mustard.Using sensory score as the evaluation index， response surface test is designed to optimize the fermentation process parameters. Quality analysis （pH value， color difference， total acid content and amino acid nitrogen content） is also performed. The results show that the quality of mustard is the best when the aging time is 5 d， the salt addition amount is 5% and Lactobacillus inoculation amount is 0.6%， and the sensory score can reach （38.7±1.5） points. The taste is sour， the fermentation liquid is clear， the color is bright， the pH value is 3.85， the total acid content is 0.52%， the nitrite content is 0.12 mg/kg， and the amino acid nitrogen content is （0.082±0.001） g/100 g.

Key words： mustard; response surface method; optimization of fermentation technology; control of production parameters

收稿日期：2024-09-12

基金項(xiàng)目：河南省2025年科技發(fā)展計(jì)劃科技攻關(guān)項(xiàng)目（252102220119）

作者簡(jiǎn)介：馬彩蘭（1983—），女，河南周口人，講師，研究方向：食品工藝控制。

芥菜（Brassica juncea Coss.）為十字花科蕓薹屬植物，其營(yíng)養(yǎng)豐富。芥菜含有維生素C、維生素K和維生素A等多種維生素，可起到增強(qiáng)身體免疫力、保護(hù)視力、促進(jìn)骨骼健康的功效^[1]；同時(shí)含有鈣、鐵、鎂等多種礦物質(zhì)，類黃酮、硫化物等抗氧化物質(zhì)及豐富的膳食纖維^[2]。

腌制蔬菜是一種傳統(tǒng)的加工菜品，通過(guò)鹽、醋等調(diào)料腌制蔬菜，利用自然堆積或人工接種方式進(jìn)行蔬菜發(fā)酵后，能賦予其獨(dú)特風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，對(duì)食品保存和風(fēng)味提升具有重要意義^[3]。一般用于腌制的芥菜有兩種：一種為葉芥菜，最常見的是雪里蕻，以其葉片為主要使用部位進(jìn)行酸菜或泡菜的制作^[4]；另一種為根芥菜，或稱大頭菜，由于其塊狀根往往具有辛辣味，無(wú)法直接食用，因此須經(jīng)過(guò)腌制再加工食用^[5]。

芥菜腌制主要利用食鹽降低水分含量、微生物發(fā)酵作用、蛋白質(zhì)水解作用，從而提升芥菜的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值^[6]。目前芥菜腌制主要有兩種方法：自然發(fā)酵法和人工接種發(fā)酵法。其中，自然發(fā)酵法主要借助芥菜自身及環(huán)境中所存在的微生物進(jìn)行發(fā)酵，但此方法發(fā)酵效率較低，品質(zhì)不能得到保障^[7]；而人工接種發(fā)酵法是通過(guò)人為篩選發(fā)酵效率較高、風(fēng)味較好的菌種，在發(fā)酵環(huán)境、芥菜滅菌情況下進(jìn)行人工接種，在適當(dāng)發(fā)酵溫度下進(jìn)行發(fā)酵。相比于自然發(fā)酵法，人工接種發(fā)酵法可以有效抑制有害微生物的生長(zhǎng)，發(fā)酵效率高且風(fēng)味得以保證^[8]。

本文以河南本地產(chǎn)葉芥菜為原料，利用人工發(fā)酵方式接種乳酸菌（短乳桿菌，Lactobacillus brevis）發(fā)酵芥菜，調(diào)整乳酸菌接種量（質(zhì)量比0.2%、0.4%、0.6%）、食鹽添加量（質(zhì)量比2%、5%、8%）、堆黃時(shí)間（3，5，7 d）進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化發(fā)酵工藝，從而為腌制芥菜生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)控制研究提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料與試劑

新鮮葉芥菜、食鹽：購(gòu)自河南省周口市大潤(rùn)發(fā)超市（科技大道店）；L8短乳桿菌（Lactobacillus brevis）：購(gòu)自河南省微生物研究所。

冰醋酸、氫氧化鈉、鹽酸、鹽酸萘乙二胺、乙酸鋅（均為分析純）：購(gòu)自鞏義市大明化學(xué)試劑有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

EGS-CJ-3A型超凈工作臺(tái)、GJE-50L-A型高壓立式滅菌器河南萬(wàn)皓儀器設(shè)備廠；GN-02C型電子分析天平、YG-1D型手持式pH計(jì)、TA-2000B型色差儀上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司；BA-5000型紫外可見分光光度計(jì)天順風(fēng)能（蘇州）股份有限公司。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1腌制芥菜發(fā)酵過(guò)程

葉芥菜處理：去除發(fā)黃、有蟲眼或發(fā)育不完全的葉片，保留健康新鮮的葉芥菜，利用無(wú)菌水反復(fù)清洗后，平鋪晾于無(wú)菌托盤上，每24 h翻動(dòng)一次。

堆黃：將已鋪有葉芥菜的無(wú)菌托盤置于室溫下，濕度為35%，避光進(jìn)行堆黃處理，至全部葉片脫水萎蔫，置于無(wú)菌案板上，切分成2 cm寬的長(zhǎng)條備用。

腌制：取L8短乳桿菌（Lactobacillus brevis）菌粉，無(wú)菌水加熱至35 ℃后，溶解菌粉，制備菌液；取食鹽溶于無(wú)菌水中，制備食鹽水。將已切分的葉芥菜與菌液、食鹽水混合均勻，碼入無(wú)菌罐中，密封保存，37 ℃發(fā)酵16 d。

1.3.2腌制芥菜發(fā)酵單因素試驗(yàn)

堆黃時(shí)間：在1.3.1堆黃處理過(guò)程中，堆黃溫度控制在25 ℃，避光處理，設(shè)置堆黃時(shí)間為3，5，7 d。在此條件下，乳酸菌接種量固定為0.4%（質(zhì)量比）、食鹽添加量固定為5%（質(zhì)量比）。

乳酸菌接種量：在1.3.1菌種溶解過(guò)程中，首先稱重已堆黃處理的葉芥菜，以葉芥菜質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%、0.4%、0.6%稱取菌粉，溶于100 mL無(wú)菌水中。在此條件下，堆黃時(shí)間固定為5 d，食鹽添加量固定為5%（質(zhì)量比）。

食鹽添加量：在1.3.1食鹽水溶解過(guò)程中，以葉芥菜質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、5%、8%稱取食鹽，溶于100 mL無(wú)菌水中。在此條件下，堆黃時(shí)間固定為5 d，乳酸菌接種量固定為0.4%（質(zhì)量比）。

1.3.3腌制芥菜發(fā)酵工藝條件響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以葉芥菜感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以堆黃時(shí)間、食鹽添加量和乳酸菌接種量為主要影響因素設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1。

1.3.4腌制芥菜品質(zhì)指標(biāo)

1.3.4.1腌制芥菜感官評(píng)價(jià)

參考汪姣玲等^[9]的方法并略作修改。邀請(qǐng)8名具備食品感官評(píng)價(jià)相關(guān)知識(shí)的人員（4男4女），對(duì)腌制芥菜從氣味、滋味、色澤、口感4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，滿分40分，精確至小數(shù)點(diǎn)后一位，最終評(píng)分結(jié)果為8名評(píng)價(jià)人員評(píng)分的平均值。感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.3.4.2腌制芥菜pH值的測(cè)定

參考高世陽(yáng)等^[10]的方法并略作修改。取發(fā)酵完成時(shí)的發(fā)酵液，利用YG-1D型手持式pH計(jì)測(cè)定其pH值。

1.3.4.3腌制芥菜色差的測(cè)定

參考陳弦等^[11]的方法并略作修改。取一片完整的腌制芥菜，利用TA-2000B型色差儀對(duì)葉片和葉梗的色差進(jìn)行測(cè)定，取平均值。

1.3.4.4腌制芥菜總酸含量的測(cè)定

總酸含量依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12456—2021《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總酸的測(cè)定》中第一法酸堿指示劑滴定法進(jìn)行測(cè)定，總酸含量以乳酸含量計(jì)^[12]。

1.3.4.5腌制芥菜中亞硝酸鹽含量的測(cè)定

亞硝酸鹽含量依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.33—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測(cè)定》中第二法分光光度法進(jìn)行測(cè)定^[13]。

1.3.4.6腌制芥菜中氨基酸態(tài)氮含量的測(cè)定

氨基酸態(tài)氮含量依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.235—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸態(tài)氮的測(cè)定》中第一法酸度計(jì)法進(jìn)行測(cè)定^[14]。

1.4數(shù)據(jù)處理

所有品質(zhì)指標(biāo)均平行測(cè)定3次，取平均值。采用Excel 2012軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 12.0軟件進(jìn)行圖表制作。

2結(jié)果與分析

2.1腌制芥菜過(guò)程單因素試驗(yàn)

2.1.1堆黃時(shí)間對(duì)腌制芥菜品質(zhì)的影響

在芥菜腌制過(guò)程中，設(shè)置條件：乳酸菌接種量0.4%（質(zhì)量比）、食鹽添加量5%（質(zhì)量比），考察不同堆黃時(shí)間（3，5，7 d）對(duì)腌制芥菜品質(zhì)的影響，其感官評(píng)分和色差見表3。

堆黃在芥菜腌制過(guò)程中的主要作用是在發(fā)酵芥菜前先降解一部分蛋白質(zhì)，使微生物在發(fā)酵過(guò)程中更好地利用氨基酸，同時(shí)也可提升腌制芥菜的鮮味^[15]。植物的葉片中含有大量葉綠素，原本葉片為綠色，在堆黃過(guò)程中葉片由于缺水和避光處理逐漸變黃^[16]，因此在顏色變化上表現(xiàn)為L(zhǎng)*降低、b*升高，即亮度降低而黃藍(lán)色升高。對(duì)比3種不同堆黃時(shí)間可以看出，腌制芥菜的亮度差異不大，但5 d時(shí)腌制芥菜的顏色更加均勻，7 d時(shí)腌制芥菜偏向黃色，視覺效果較差。

從感官評(píng)分來(lái)看，5 d時(shí)腌制芥菜的感官評(píng)分最高，為38.5分，表現(xiàn)為口感濃郁且色澤明亮。總體來(lái)看，在5 d堆黃時(shí)間下腌制芥菜的氣味、滋味、色澤和口感最佳。

2.1.2食鹽添加量對(duì)腌制芥菜品質(zhì)的影響

在芥菜腌制過(guò)程中，設(shè)置條件：堆黃時(shí)間5 d、乳酸菌接種量0.4%（質(zhì)量比），考察不同食鹽添加量（2%、5%、8%）對(duì)腌制芥菜品質(zhì)的影響，其感官評(píng)分和色差見表4。

添加食鹽可以降低芥菜中的水分活度，從而抑制有害微生物的生長(zhǎng)，同時(shí)增加腌制芥菜的風(fēng)味；但食鹽添加量過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致接種的乳酸菌活性降低，從而影響發(fā)酵效果^[17]。在腌制芥菜過(guò)程中，設(shè)置食鹽添加量為堆黃處理后芥菜質(zhì)量的2%、5%、8%，在3種食鹽添加量下，可以明顯看出8%食鹽添加量的發(fā)酵效果有所下降，其感官評(píng)分僅有34.6分，表現(xiàn)為咸味過(guò)重、口感不佳；而2%食鹽添加量的感官評(píng)分較8%時(shí)略高，但由于食鹽添加量過(guò)低，咸味與辣味的融合度不高，導(dǎo)致辣味過(guò)重，適口性不好。3種食鹽添加量中，5%食鹽添加量下腌制芥菜的感官評(píng)分最高，且色澤明快、發(fā)酵液清亮。

2.1.3乳酸菌接種量對(duì)腌制芥菜品質(zhì)的影響

在芥菜腌制過(guò)程中，設(shè)置條件：堆黃時(shí)間5 d、食鹽添加量5%（質(zhì)量比），考察不同乳酸菌接種量（0.2%、0.4%、0.6%）對(duì)腌制芥菜品質(zhì)的影響，其感官評(píng)分和色差見表5。

腌制芥菜過(guò)程中微生物發(fā)酵主要存在乳酸發(fā)酵、乙醇發(fā)酵和醋酸發(fā)酵多種過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。乳酸發(fā)酵使芥菜中的糖類物質(zhì)分解成乳酸等，同時(shí)硫代葡萄糖苷降解產(chǎn)生異硫氰酸酯等辛辣味物質(zhì)，使腌制芥菜具備辛辣味、酸爽味；乙醇發(fā)酵和醋酸發(fā)酵產(chǎn)生揮發(fā)性的醇類和酯類化合物，使腌制芥菜產(chǎn)生香氣^[18]。在乳酸菌接種量為0.2%時(shí)，腌制芥菜的感官評(píng)分僅為34.1分，表現(xiàn)為口感較差，腌制芥菜具有的酸味和辣味均不足；隨著乳酸菌接種量的增加，腌制芥菜的感官評(píng)分不斷升高，乳酸菌接種量為0.6%時(shí)感官評(píng)分達(dá)到38.4分，其風(fēng)味純正，具有腌制芥菜特有的辛辣、酸爽口感。

2.2腌制芥菜發(fā)酵工藝條件響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

以乳酸菌接種量、食鹽添加量和堆黃時(shí)間為主要因素，考察3個(gè)因素下腌制芥菜的感官評(píng)分，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)和感官評(píng)分見表6。數(shù)據(jù)經(jīng)回歸分析后，擬合方程為Y=5.27-3.88A+1.73B+0.875C+1.73AB-0.42AC+0.52BC-0.85A²+2.18B²-10.7C²。

以感官評(píng)分為響應(yīng)值進(jìn)行模型評(píng)價(jià)，回歸模型方差分析見表7。

由表7可知，模型極顯著（P=0.002 6），失擬項(xiàng)不顯著（P=0.054 4），決定系數(shù)（R²）為0.998 3，一次項(xiàng)B和C均極顯著，A顯著；二次項(xiàng)A²和C²均極顯著，B²顯著；交互項(xiàng)AB極顯著，AC和BC不顯著。通過(guò)回歸分析可以看出，回歸方程的擬合效果較好，能很好地?cái)M合3個(gè)單因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系^[19]。通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)確定堆黃時(shí)間7 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.4%時(shí)發(fā)酵效果最佳，感官評(píng)分達(dá)38.2分。

2.3最佳生產(chǎn)工藝腌制芥菜品質(zhì)比較

通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)獲得最佳因素配比為堆黃時(shí)間7 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.4%；利用單因素試驗(yàn)獲得最佳因素配比為堆黃時(shí)間5 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.6%。為優(yōu)化生產(chǎn)工藝，對(duì)比這兩種生產(chǎn)工藝下腌制芥菜的品質(zhì)指標(biāo)。

設(shè)生產(chǎn)工藝1為堆黃時(shí)間7 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.4%；生產(chǎn)工藝2為堆黃時(shí)間5 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.6%，其感官評(píng)分、色差、總酸含量、pH值、亞硝酸鹽含量和氨基酸態(tài)氮含量見表8。兩種生產(chǎn)工藝下，2號(hào)工藝的感官評(píng)分略高于1號(hào)工藝，表現(xiàn)為口感更加酸爽、色澤明快、發(fā)酵液更清亮；同時(shí)，由于乳酸菌接種量略高，2號(hào)工藝條件下pH值略低，總酸含量高于1號(hào)工藝。

在腌制蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硝酸鹽，再經(jīng)發(fā)酵還原成亞硝酸鹽，而食用亞硝酸鹽對(duì)人體有很多危害^[20]。兩種生產(chǎn)工藝下，2號(hào)工藝條件產(chǎn)生的亞硝酸鹽含量比1號(hào)工藝略低；氨基酸態(tài)氮是腌制芥菜生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的重要呈味物質(zhì)，如有機(jī)酸、無(wú)機(jī)鹽、糖類、芥子苷等風(fēng)味物質(zhì)，為腌制芥菜提供了豐富的口感^[21]。兩種工藝條件下，2號(hào)工藝的氨基酸態(tài)氮含量為（0.082±0.001） g/100 g，高于1號(hào)工藝，這可能是其感官評(píng)分高于1號(hào)工藝的原因。

3討論與結(jié)論

腌制芥菜營(yíng)養(yǎng)豐富、口感酸爽，通過(guò)人工發(fā)酵方式可以保障發(fā)酵品質(zhì)，從而保證食品安全；同時(shí)發(fā)酵時(shí)間短，可控制發(fā)酵效果。但人工發(fā)酵所需步驟和物料添加因素較多，調(diào)整因素添加量會(huì)影響腌制芥菜成品的品質(zhì)。因此，本文以河南本地產(chǎn)葉芥菜為原料，接種乳酸菌（短乳桿菌，Lactobacillus brevis）進(jìn)行芥菜發(fā)酵。首先進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以乳酸菌接種量（質(zhì)量比0.2%、0.4%、0.6%）、食鹽添加量（質(zhì)量比2%、5%、8%）、堆黃

時(shí)間（3，5，7 d）進(jìn)行芥菜發(fā)酵生產(chǎn)，對(duì)產(chǎn)出芥菜進(jìn)行感官評(píng)分；并以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化發(fā)酵工藝參數(shù)；然后以最優(yōu)生產(chǎn)工藝進(jìn)行腌制芥菜生產(chǎn)，比較其品質(zhì)（pH值、色差、總酸含量和氨基酸態(tài)氮含量）。結(jié)果顯示，以堆黃時(shí)間5 d、食鹽添加量5%、乳酸菌接種量0.6%進(jìn)行芥菜腌制品質(zhì)最優(yōu)，其感官評(píng)分可達(dá)（38.7±1.5）分，表現(xiàn)為口感酸爽、發(fā)酵液清澈、色澤明快，pH值為3.85，總酸含量為0.52%，亞硝酸鹽含量為0.12 mg/kg，氨基酸態(tài)氮含量為（0.082±0.001） g/100 g。

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