芋头叶柄泡菜泡制工艺优化及其香气物质研究

汪甚彤 ，王 丽 ，孙 敏 ，徐 平 ，周毅峰 ，罗兴武

（1.湖北民族大学生物科学与技术学院，湖北 恩施 445000；2.生物资源保护与利用湖北省重点实验室，湖北 恩施 445000）

国内外对芋头叶柄发酵食品的研究较少，主要是因为芋头叶柄中含有特殊的刺激物质使之带有麻口涩味；芋头叶柄发酵食品科技含量不高导致生产力低下，成本较高；亚硝酸盐和食盐含量过高，食用安全性差等［6-8］。为推广芋头叶柄泡菜等发酵食品，需针对发酵过程中主要风味物质变化、发酵过程中主要化学成分变化，采用适当方法除涩，为芋头叶柄腌制提供理论和实践基础，提升芋头叶柄产品质量，凸显发酵蔬菜特有的风味和品质，使其色、香、味以及安全性得到根本改善［9-11］。

中国芋头资源丰富，芋秆产量大，对环境产生巨大的压力［12］。本研究不仅可以生产出味道鲜美、营养丰富的芋头叶柄发酵食品，还能通过加工提高对芋头叶柄的利用率，节约成本，因此具有广阔的开发和利用前景。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

芋头叶柄，湖北馋裕食品有限公司提供；乳酸钙、山梨酸钾、脱氢乙酸钠、乙二胺四乙酸二钠、焦亚硫酸钠、呈味核苷酸二钠均为国产食用级，市售；无水硫酸钠（分析纯）、氯化钠（分析纯），购自国药集团化学试剂有限公司。

WK2102电磁炉，广州美的生活电器制造有限公司；5977BGC-MS Agilent Technologie；MS1160 真空机，美吉斯真空包装机工厂；EL204电子天平，上海越平科学仪器有限公司；LC-20A 手动进样器，上海安谱试验科技股份有限公司；50∕30 μm DVB∕CAR∕PDMS萃取头；KM-5硬度计，竹村电械制作所（日本）。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 芋头叶柄泡菜硬度试验 将芋头叶柄分切为三部分，靠近叶片的标识为上、靠近叶原基的标识为下，二者之间标识为中，如表1 所示进行处理，并加入20.00 g∕L 乳酸钙。拌料前和成熟后分别用硬度计测各段芋头叶柄的硬度。原料及辅料用量为：芋头叶柄300 g，食盐9 g，糖6 g，蒜3 g，红辣椒6 g，白酒3 g。每天不定时观察发酵状况并及时给坛沿加水，保持坛沿水不干。

表1 芋头泡菜硬度试验设计

1.2.3 4 种防腐剂及不同浓度对泡菜pH 的影响试验

1）防腐剂种类和浓度筛选试验。根据国标GB 2760—2014 规定的防腐剂允许使用最大量，在1 kg芋头叶柄中允许加入选定的防腐剂如表2 所示。待发酵芋头叶柄成熟后，各防腐剂依次按最大用量的0%、20%、40%、60%、80%、100%添加到产品中。产品真空包装后分别在低温（6～10 ℃）和常温（20～25 ℃）中贮存，定期测定pH。

5日上午，惠州海事局4名船舶安检官（FSCO）组成安全检查组，依据《2009年海上移动式钻井平台构造和设备规则》《海上移动平台入级与建造规范》及SOLAS 公约等有关规定，对“海洋石油982”进行船旗国检查。安检组登上平台后对船舶证书、驾驶台资源、船体情况、船舶配员、救生消防应急设施、防火布置等方面实施了认真细致的检查。现场检查结束后，安检组针对发现的缺陷，进行了仔细梳理，并提出了具体的整改要求。同时，重点针对消防设备、救生设备、应急设施等，向平台工作人员宣贯了法规标准和有关要求。

表2 防腐剂在芋头叶柄中的添加量

2）防腐剂复配试验。在防腐剂种类和浓度筛选试验的基础上，对选定的4 种防腐剂进行不同浓度梯度的复配试验，待发酵芋头叶柄成熟后，加入相应防腐剂，添加量如表3 所示。经真空包装后分别置低温（6～10 ℃）和常温（20～25 ℃）贮存 24 h，测定pH。

表3 复配试验各防腐剂添加比例

1.2.4 贮藏温度对产品酸度的影响试验 将真空包装的芋头叶柄泡菜分为2 组，一组置于冰箱（6～10 ℃）中保存，另一组置于常温（20～25 ℃）中保存，定期取其样本测量pH。

1.2.5 泡菜增鲜效果的优化研究

1）增味剂对泡菜的增鲜效果研究。用增味剂5′-呈味核苷酸二钠来调整食品风味，改善食品感官品质。GB 2760—2014 规定该增味剂可按生产需要量添加，经初步试验，选择添加0.010～0.035 g∕kg。为控制防腐剂添加量，100 g 泡菜样品中只添加0.063 g 山梨酸钾，增味剂添加量为0、0.001 0、0.001 5、0.002 0、0.002 5、0.003 0、0.003 5 g，常温环境下放置 72 h。泡菜的感官评价项目及分值分配参考SB∕T 10756—2012，由11 位经培训、具有经验的食品科学与工程专业的教师和学生组成。

2）正交试验。分别选取泡菜增味剂、防腐剂浓度、泡菜预处理对泡菜感官影响的因素进行正交试验，以泡菜的感官评分为标准，确定最佳工艺配方，三因素三水平正交试验设计见表4。

表4 正交试验因素与水平

1.2.6 产品香气物质的测定

1）试验材料处理。选取腌制的芋头叶柄泡菜为试验材料，100 g 泡菜中加入 0.002 0、0.002 5、0.003 0 g的泡菜增味剂，同时做空白对照，一个样品做2 次平行试验。

2）顶空固相微萃取条件。称取2.0 g 泡菜于顶空瓶，立即密封顶空瓶。将样品瓶置于加热的磁力搅拌器上，在50 ℃的恒温水浴锅中平衡40 min，萃取头（取样前在气相色谱进样口老化处理1 h，老化温度250 ℃）插入顶空瓶中萃取40 min，然后将手动SPME 装置插入气相色谱（GC）进样口，在相同温度下解吸附5 min，同时启动仪器收集数据。

3）GC-MS 分析条件［13］。气相色谱条件∶色谱柱122-5532 为DB-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）色谱柱，进样口温度250 ℃。升温梯度∶①以3 ℃∕min 升至 100 ℃；②以 8 ℃∕min 升至 250 ℃。载气 He；检测器温度280 ℃。质谱条件∶EI 离子源，离子源温度为230 ℃，电离能为70 eV，前进样口温度为250 ℃，四极杆温度150 ℃，电离方式为EI，检索谱库为NIST。

1.3 数据处理

运用Excel 及SPSS 19.0 软件对试验数据进行整理和显著性分析。

2 结果与分析

2.1 钙离子对产品硬度的影响

在拌料工艺中加入乳酸钙来分析钙离子对产品硬度的影响。在30 ℃环境下发酵4 d，芋头叶柄泡菜发酵成熟，测其发酵后的硬度，并将发酵前后的硬度进行对比，见图1。芋头叶柄上部在腌制前后的硬度变化较为明显，腌制后的芋头叶柄硬度普遍比新鲜芋头叶柄的硬度小，不同处理工艺和坛子对芋头叶柄的硬度影响不同，处理工艺II 的硬度变化比其他处理工艺平稳，腌制后芋头叶柄上、中、下硬度相近，腌制出的泡菜口感均匀。综合分析，选用处理工艺II腌制泡菜。

图1 芋头叶柄腌制前后硬度对比

2.2 不同用量的4 种防腐剂及贮藏环境对芋头叶柄泡菜酸度的影响

酸度是衡量泡菜原料发酵成熟度最重要的指标，试验选用山梨酸钾、脱氢乙酸钠、乙二胺四乙酸二钠、焦亚硫酸钠4 种防腐剂，在发酵芋头叶柄成熟后依次按其最大用量的0%、20%、40%、60%、80%、100%添加到产品中，常温贮存24 h 后测定pH，结果见表5。由表5 可知，随着防腐剂用量增加，泡菜pH呈下降趋势，说明防腐剂浓度越高，抑菌效果越好，加入乙二胺四乙酸二钠、焦亚硫酸钠的泡菜在第二天均出现涨袋现象，说明其对发酵菌抑制效果差，继续测其pH 无意义；其他试验组第二天仅空白对照有涨袋现象。每隔 1 d 测 1 次 pH，测定 5～6 次，后期每5 d 测1 次，直至其pH 逐渐稳定。在防腐剂种类和浓度筛选试验基础上，对选定的4 种防腐剂进行不同浓度梯度的复配试验，包装后贮存24 h，测定pH，结果见图2、图3。结果表明，山梨酸钾和脱氢乙酸钠复配效果较好。

贮藏温度是影响泡菜酸度的重要因素，发酵成熟的芋头叶柄泡菜中添加不同用量的防腐剂后分别置于低温与常温条件下贮藏，定期测其pH，结果见图2、图3，低温条件时山梨酸钾、脱氢乙酸钠、焦亚硫酸钠复配效果较好；常温条件时，山梨酸钾和脱氢乙酸钠复配效果较好；图3A 表明，低温时乳酸菌的活性受抑制，暂时处于休眠状态，导致发酵速度减慢，pH 较高，第九天从低温环境下拿出后，乳酸菌活性升高，使泡菜继续发酵，pH 降低，酸度增加。综合表明，低温条件下A∶B∶D2复配浓度的抑酸效果较好。

表5 4 种防腐剂不同用量芋头叶柄泡菜pH 多重比较（SSR 法）

图2 不同贮藏条件下芋头叶柄泡菜pH 与防腐剂种类和用量的关系

2.3 泡菜增鲜效果的优化

为改善泡菜的风味和感官品质，在发酵成熟后的泡菜中加入浓度为 0.010～0.035 g∕kg 增味剂 5′-呈味核苷酸二钠，常温下放置72 h，从气味、滋味、色泽形态和质地4 个方面进行感官评价，评分结果见表6。由表6 可知，6 号综合感官评分最高，说明风味最好；3、4、5 号间差异较小，2、7 号偏酸；评委普遍认为未添加增味剂的1 号鲜味不够，增味剂添加量在0.015～0.030 g∕kg 时泡菜较受欢迎。为进一步优化产品鲜味，选取泡菜增味剂、防腐剂浓度、泡菜预处理为3 个因素，以泡菜的感官评分为评价标准，进行正交试验，结果见表7。由表7 可知，山梨酸钾防腐剂浓度对泡菜感官品质的影响最大，其次是泡菜前处理，而泡菜增味剂添加量影响最小；最佳配方为A3B2C1，即泡菜增味剂添加量为0.03 g∕kg，山梨酸钾防腐剂浓度0.60 g∕kg，且泡菜不做前处理。SPSS 软件方差分析结果见表8，由表8 可知，各因素的F均大于F临界值，对芋头叶柄泡菜口感和品质影响显著（P＜0.05）。最优条件下，对泡菜最优配方进行验证试验，并进行感官评价，结果表明优化得到的泡菜配方最佳。

图3 不同贮藏条件下不同用量防腐剂芋头叶柄泡菜pH 随时间变化情况

表6 泡菜的感官评分

表7 正交试验结果

表8 正交试验方差分析结果

2.4 芋头叶柄泡菜香气物质成分分析

为进一步探究芋头叶柄泡菜中的香气成分，试验选取口感较好的3 个泡菜作为试验材料（增味剂浓度分别为 0.020、0.025、0.030 g∕kg），采用 SPMEGC-MS 测定芋头叶柄泡菜中的香气物质，结果见图4 和表9。由图4 和表9 可知，芋头叶柄泡菜的主要香气成分为酯类、酚类、醛类、酸类等物质，其中酯类8 种、酚类 5 种、醛类 3 种、酸类2 种。酸类物质（除山梨酸外）、酚类物质、酯类物质、醛类物质依次占总挥发性物质的19.78%、7.67%、6.93%、4.75%。芋头叶柄泡菜主要呈香物质包括4-己烯酸、苯甲醛、己基-4-烯酸乙酯、2，4-二叔丁基苯酚、4-乙基苯酚、甲酸异戊酯、4-乙基愈创木酚等，约占总挥发性物质的38%（添加的山梨酸除外）。

图4 芋头叶柄泡菜挥发性成分GC-MS 总离子流

表9 芋头叶柄泡菜香气物质成分检测结果

2.5 增味剂对芋头叶柄泡菜香气物质成分的影响

增味剂可以改善食品风味，试验采用增味剂5’-呈味核苷酸二钠，研究不同浓度增味剂下泡菜挥发性物质的相对含量，试验结果见表10。结果表明，增味剂浓度分别为0.020、0.025、0.030 g∕kg，其挥发性物质分别有13、10、20 种，比对照样品分别减少11、14 和4 种，其主要呈香物质仍由醛类、酸类、酚类和酯类构成。但不同浓度增味剂呈香物质所占比例不同。2，4-二叔丁基苯酚、己基-4-烯酸乙酯、苯甲醛、4-乙基苯酚、4-己烯酸、甲酸异戊酯、4-乙基愈创木酚为芋头叶柄泡菜的主要风味化合物，少量的右旋萜二烯、萜品油烯、棕榈酸乙酯、2-庚酮等香味物质对泡菜的风味也有重要作用。添加增味剂的泡菜中2，4-二叔丁基苯酚较对照组明显减少，0.030 g∕kg 增味剂的泡菜中己基-4-烯酸乙酯、苯甲醛、4-乙基苯酚较高，含有较多的酯类、醇类物质，且酸类物质适中，故口感相对较好。

3 小结

本研究旨在对传统芋头叶柄泡菜泡制工艺进行优化，改善风味品质，延长贮藏期，并对其香气物质进行分析，同时比较添加不同浓度增味剂的芋头叶柄泡菜的香气物质。试验以酸度为指标，采用防腐剂筛选及多种防腐剂复配试验，选出最佳防腐剂浓度；通过感官评分确定正交试验，进行泡菜增香效果的优化；采用SPME-GC-MS 分析芋头叶柄泡菜中的香气物质成分，研究增味剂对芋头叶柄泡菜香气物质成分的影响。确定了常温条件下最佳防腐剂浓度为山梨酸钾 0.63 g∕kg、脱氢乙酸钠 0.36 g∕kg；低温条件下最佳防腐剂浓度为山梨酸钾0.30 g∕kg、脱氢乙酸钠 0.50 g∕kg、焦亚硫酸钠 0.02 g∕kg。 在芋头叶柄发酵成熟后添加5’-呈味核苷酸二钠增味剂，最佳增香效果条件为增味剂浓度0.030 g∕kg，山梨酸钾浓度0.60 g∕kg，泡菜不做前处理。芋头叶柄泡菜的主要香气成分有酸类、酯类、酚类、醛类等几类物质，其中酯类8 种、酚类4 种、醛和酮种类及数量均较少，酸的种类较少但所占比例较大，其中酸类（除山梨酸外）、酚类、酯类、醛类依次占总挥发性物质的19.78%、7.67%、6.93%、4.75%。芋头叶柄泡菜主要呈香物质包括4-己烯酸、苯甲醛、己基-4-烯酸乙酯、2，4-二叔丁基苯酚、4-乙基苯酚、甲酸异戊酯、4-乙基愈创木酚等，约占总挥发性物质的38%［14］。添加浓度为0.030g∕kg 增味剂的泡菜中含有较多的酯类和醇类，且酸类含量适中，口感相对较好。

表10 不同浓度增味剂泡菜挥发性物质的相对含量