乳酸菌发酵韩国泡菜工艺优化研究

周强，刘蒙佳，雷昌贵，孟宇竹

(1.福建师范大学闽南科技学院 生命科学与化学学院，福建 泉州 362332； 2.河南质量工程职业学院 食品与化工系，河南 平顶山 467000)

泡菜即将新鲜蔬菜经切分或不切分，用盐水和香辛料混合液生渍或熟渍而成的蔬菜制品，具有独特的鲜香味，含有丰富的维生素和钙、磷等无机物，能为人体提供充足的营养物质[1]。泡菜发酵方式有自然发酵及人工接种乳酸菌发酵两种，而人工添加乳酸菌发酵方式愈来愈受到科学研究者的关注。乳酸菌在泡菜中含量极其丰富，不仅可以加速泡菜的发酵过程，抑制腐败菌，亦是调节人体健康的重要成分[2]。日本泡菜的生产方式主要源于韩国，而后根据日本国情加以改进并自成一家。产品从口味到制作工艺均与中国泡菜和韩国泡菜有明显区别[3]。韩国泡菜具有很高的营养价值，其适量摄入可促进肠道蠕动，维持身体健康，并有防止肥胖等功效[4-6]。目前，韩国泡菜的品种已超过190 种[7]，并被成功推广到100多个国家和地区。随着韩国泡菜的快速发展，已经由原本的家庭作坊生产发展为工厂化生产，并已进入工业化生产的成熟期[8]。韩国泡菜(kimchi)作为传统酱腌菜，堪称韩国“第一菜”[9]。其是以大白菜为主，再加上各种所需的辅料，盐、糖、辣椒粉和各种香辛料以及多种水果等制作而成的具有传统风味的蔬菜制品[10]。本文以大白菜及乳酸菌为主要原料，通过改变乳酸菌、食盐、香辛料和蔗糖不同的添加量，控制韩国泡菜的发酵温度、时间，制出具有优良口味的韩国泡菜，通过测定其pH值、亚硝酸盐含量等理化指标，并结合感官评价，综合分析评价该韩国泡菜的品质，并以正交试验为结论来优化乳酸菌发酵韩国泡菜的发酵工艺。

1 试验材料及仪器

1.1 试验材料与试剂

原材料：新鲜大白菜、食盐、蔗糖、生姜、大蒜、辣椒、苹果、梨等原材料，均购自豪利友购物广场；泡菜乳酸菌：北京川秀科技有限公司；主要试剂：亚硝酸钠、盐酸萘乙二胺、无水对氨基苯磺酸、二水合乙酸锌、亚铁氰化钾、十水合四硼酸钠、盐酸、氢氧化钠标准溶液等，均为分析纯，购自国药集团。

1.2 主要仪器

C21-SN216型多功能电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司；BSA224S-CW型电子天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；雷磁pHS-3C精密pH计 上海博科公司；JJ600型电子天平 常熟市双杰测试仪器厂；DNP-9082型电热恒温培养箱、DHG-9070型电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司；721型可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司；HWS-28型电热恒温水浴锅 上海齐欣科学仪器有限公司；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司；KQ-C型玻璃仪器气流烘干器 巩义市予华仪器有限责任公司。

2 试验方法

2.1 韩国泡菜的工艺流程

原料选择(新鲜大白菜)→预处理(清洗、整形、初腌制)→配制调料(乳酸菌、蔗糖、食盐、香辛料等)→入坛腌制→密封→发酵→成品。

2.2 操作要点

制作韩国泡菜过程中需注意的重点是：切勿使生水进入泡菜中，从而影响泡菜的理化性质及品质。

2.2.1 原料选择

本次试验选用组织紧密、质地脆嫩、肉质肥厚而且较不易软化的大白菜作为主要原料。

2.2.2 预处理(清洗、整形、初腌制)

将新鲜大白菜的外叶剔除后，放入清水中清洗干净，之后把大白菜腌制在浓度为10%的盐水中15 h之后，先在清水里清洗10 min，再在凉开水中过滤1～2次，然后沥干，备用。

2.2.3 配制调味酱

乳酸菌、蔗糖、食盐、香辛料等材料按表1的组成比例调配泡菜调味酱。其中姜、蒜与辣椒粉按1∶1∶2的比例作为香辛料加入调料中，且所有的添加量均相对于大白菜质量。

表1 韩国泡菜的配料及比例(每罐添加量)Table 1 Ingredients and proportions of Korean kimchi (dosage per can) g

首先，用水把糯米粉煮熟。然后，将梨和苹果去皮去核，将蒜头、生姜去皮，清洗后，一起放入榨汁机中榨碎。最后，将蒜泥、鱼露、食盐、蔗糖、辣椒粉一起加入放凉的糯米粥中搅拌均匀，制成调味酱。

2.2.4 入坛腌制和发酵

将调配好的调味酱均匀地涂抹在沥干的大白菜每片叶上，然后放入玻璃罐中密封，最后置于恒温培养箱中发酵。

从发酵当天开始计算，在第7天采样测定相关理化指标及感官评价。

2.3 感官评分标准

泡菜的感官评定方法是从滋味、香气、色泽、质地4个方面进行评定。样品制成后，当泡菜的酸度达到pH为3.2～3.6时是风味、滋味形成的阶段，此时泡菜发酵成熟[11]，所以在此时间内进行感官评价最佳。此时由10位评价员对发酵蔬菜的质量进行评定，每项指标取平均值，分项测评汇总[12]，泡菜品质评分表[13]见表2。

表2 泡菜品质综合评分表(总分100分)Table 2 Comprehensive score Table of pickles' quality (total score is 100)

2.4 理化指标的测定

在测定韩国泡菜的各项理化性质时[14]，要使韩国泡菜始终保持在一定的温度下，防止其他因素对泡菜的影响。

2.4.1 pH值的测定

对于泡菜pH值的测定采用精密数字pH计[15]。将校准完的pH计置于处理好的泡菜溶液中，缓慢搅动，不可碰到杯子壁或杯子底部，待读数稳定后记下测量值，分别测量3次数据后取平均值。

2.4.2 亚硝酸盐含量测定方法

以盐酸萘乙二胺法测定韩国泡菜中的亚硝酸盐含量[16]，分别测定3次数据后取平均值。

2.4.3 综合评分

发酵7天后的泡菜，对不同发酵条件下泡菜的pH值和亚硝酸盐含量2个理化指标进行测定，并结合感官评分进行综合评分。

3 乳酸菌发酵韩国泡菜工艺条件的确定

3.1 发酵条件对韩国泡菜品质的影响

3.1.1 不同蔗糖添加量对韩国泡菜质量的影响

表3 蔗糖添加量对泡菜指标及感官质量的影响Table 3 Effects of the additive amount of sucrose on the indicators and sensory quality of pickles

添加蔗糖能够中和泡菜本身发酵所产生的酸味和泡菜中所添加乳酸菌发酵产生的酸味。故蔗糖添加量有一定的范围，过高或过低都影响泡菜的品质。刘芳等[17]认为蔗糖添加量对泡菜品质有着极其重要的影响，添加量太少，泡菜会太咸，稳定性偏差；加入过多，泡菜又会太甜，影响口感。乳酸菌发酵韩国泡菜中因加入有乳酸菌，乳酸菌发酵在一定程度上影响泡菜酸味。由表3可知，当蔗糖添加量为0%和2%时，泡菜口感偏酸，令消费者较难接受；当蔗糖添加量为4%时，泡菜口感酸甜适中，酸度减轻，同时也呈现了淡淡的甜味，且泡菜感官评价较好，此时综合评分达到最高分80分；当蔗糖添加量达到6%、8%时，泡菜口感偏甜，酸味不明显，不符合泡菜的特殊风味，此时蔗糖的添加量过多。随着蔗糖添加量的增大，pH值增大，亚硝酸盐含量呈现先上升再下降的趋势，添加量为6%时达到峰值(0.638 mg/kg)，但含量均在标准范围内。从发酵程度、适宜糖量以及泡菜的安全性等方面综合考虑，确定蔗糖添加量4%为宜。

3.1.2 不同食盐添加量对韩国泡菜质量的影响

表4 食盐添加量对泡菜指标及感官质量的影响Table 4 Effects of the additive amount of salt on the indicators and sensory quality of pickles

在泡菜发酵过程中，食盐添加量的控制对泡菜发酵有着一定影响。有研究表明，抑制韩国泡菜的发酵速率可在其中加入相应的食盐，且随着食盐添加量的升高，pH值的降低速率会越来越慢，即泡菜的成熟速度越慢[18]。由表4可知，食盐的添加量与pH值的变化呈正相关。在5个处理样品中，当添加食盐量为0%时，pH值相对较低。食盐添加量达到4%和6%时，pH值相对较高，且泡菜感官评价较好，此时泡菜的综合评分也相对较高。而随着食盐添加量的增加，韩国泡菜的亚硝酸盐含量呈现先下降再上升的趋势。当食盐添加量在0%、2%、4%、6%时，亚硝酸盐含量较低；而当食盐添加量为8%时，亚硝酸盐含量虽较高，但仍符合泡菜标准亚硝酸盐含量，从发酵程度、适宜盐度以及泡菜品质等方面综合考虑，确定添加4%的食盐为宜。

3.1.3 不同乳酸菌添加量对韩国泡菜质量的影响

表5 乳酸菌添加量对泡菜指标及感官质量的影响Table 5 Effects of the additive amount of lactic acid bacteria on the indicators and sensory quality of pickles

在泡菜发酵过程中，乳酸菌添加量的控制对泡菜的发酵有着重要的影响。乳酸菌会提高泡菜的发酵速度，缩短发酵时间，如果乳酸菌加入过多不仅会增加成本而且会影响泡菜的品质，使泡菜过酸，提前发软。由表5可知，增加乳酸菌在酱料中的量会使泡菜的pH值减小，而亚硝酸盐的变化规律则因添加量的不同表现为先下降再上升的趋势。当乳酸菌添加量为0%时，pH值较高；当乳酸菌添加量为0.5%、1%、1.5%时，pH值相对较高，泡菜感官评价较好，且当乳酸菌添加量为1%时，综合评分最高，表明添加1%的乳酸菌为宜。

3.1.4 不同香辛料添加量对韩国泡菜质量的影响

表6 香辛料添加量对泡菜指标及感官质量的影响Table 6 Effects of the additive amount of spices on the indicators and sensory quality of pickles

香辛料除了可以用作调香外，还有防止食物腐败的优点[19-21]。而本试验主要研究了生姜、大蒜、辣椒3种香辛料的协同作用对乳酸菌发酵韩国泡菜品质的影响。由表6可知，随着香辛料添加量的增加，韩国泡菜中的亚硝酸盐量表现出先上升再下降的趋势。5个处理样品中，当香辛料添加量为1%时，pH值最高；随着香辛料添加量的增大，pH值降低；当香辛料添加量达到2%和3%时，pH值相对较适宜，泡菜感官评价较好，且综合评分相对较高。但香辛料添加量过低或过高均会影响泡菜的风味和口感。因此从发酵速度、适宜辣度以及泡菜品质的角度综合考虑，确定香辛料添加量3%为宜。

3.2 正交试验结果及分析

为确定韩国泡菜的最佳工艺参数，在单因素试验的基础上，以pH值、亚硝酸盐含量、感官评价为指标，选取食盐添加量、蔗糖添加量、乳酸菌添加量、香辛料添加量为影响因素，进行四因素三水平正交试验设计，添加的因素量见表7，结果见表8。所有因素添加量均相对于大白菜的质量。

表7 正交试验设计Table 7 The design of orthogonal test %

表8 正交试验设计结果分析Table 8 Analysis of orthogonal test results

续 表

从正交试验结果表的极差R值大小可以看出，乳酸菌添加量是影响乳酸菌发酵韩国泡菜品质的主要影响因素，蔗糖添加量、香辛料添加量是影响乳酸菌发酵韩国泡菜品质的次要因素，食盐添加量的影响最小；各因素对乳酸菌发酵韩国泡菜品质的综合评分影响大小为B>A>D>C，即乳酸菌添加量>蔗糖添加量>香辛料添加量>食盐添加量。由极差分析得出最优水平组合为A2B2C1D2。对表8进行直观分析可知，当以综合评分为指标时，第6组试验所得产品综合评分最高为87分，最优水平组合为 A2B3C1D2，与极差分析的结果不重合，因此，需再做一次验证试验。通过综合评分，选出乳酸菌发酵韩国泡菜的最优工艺条件，结果见表9。

表9 验证实验结果Table 9 Results of verification test

验证实验结果显示，A2B2C1D2的综合评分比A2B3C1D2的综合评分高，故乳酸菌发酵韩国泡菜的最优工艺为A2B2C1D2，即当添加2%的食盐、4%的蔗糖、3%的香辛料、1%的乳酸菌时，可发酵生产出色泽最亮、香味最浓、口感最佳、组织状态最优的韩国泡菜。

4 结论

韩国泡菜的制作与发酵过程中，乳酸菌添加量和蔗糖添加量是对泡菜的风味品质较为重要的影响因素。乳酸菌添加量影响韩国泡菜的发酵速度及泡菜的成熟与口感，而蔗糖添加量过大，甜味过于浓郁，添加量过少会使泡菜甜味寡淡，口感稍差。各添加量对乳酸菌发酵韩国泡菜风味口感与品质的影响顺序为：乳酸菌添加量>蔗糖添加量>香辛料添加量>食盐添加量。乳酸菌发酵韩国泡菜最优工艺条件为：蔗糖添加量4%，食盐添加量2%，乳酸菌添加量1%，香辛料添加量3%，且在此工艺下发酵出的韩国泡菜质量最佳，口感最好，综合评分最高。