两株乳酸菌混合发酵剂发酵泡菜的研究

陕西教育学院普高生毕业设计（论文）两株乳酸菌混合发酵剂发酵泡菜的研究生物科学与技术系指导老师：濮智颖学生：食品质检班·周良明两株乳酸菌混合发酵剂发酵泡菜的研究摘要：研究了嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌纯种混合组成的发酵剂接种发酵泡菜，两株菌的接种比例、接种量、加盐量、加糖量4个因素的不同水平对泡菜感官品质、产酸速率、乳酸菌含量具有明显影响。结果发现两种菌1:1的混合比例，5%的接种量，4%的食盐添加量，2%的葡萄糖糖添加量，在37℃条件下，发酵48h，此时泡菜品质最优。关键词：发酵剂、乳酸菌、发酵条件、配比泡菜作为世界性的大众文化发酵食品有着2000多年的悠久历史，是一种乳酸菌发酵蔬菜制品，其发酵原理是乳酸菌利用蔬菜中的糖类等营养物质发酵产酸，并形成泡菜的特殊风味。其加工工艺简单、原料成本低廉,同时泡菜制品的鲜味及香味独特，产品具有开胃理气、降低胆固醇等功效，深受消费者喜爱。泡菜的优点：适宜长期保存、制作简单、取食方便、成本低廉，泡菜中含有丰富的乳酸菌，如果能在体内正常发挥代谢活性，就能直接为宿主提供可利用的必需氨基酸（如赖氨酸和蛋氨酸）和各种维生素，还可以提高矿物元素的生物活性，进而达到为宿主提供必需营养物质，增强动物的营养代谢，直接促进生长的作用。此外泡菜的保健作用还包括乳酸菌产生的酸性代谢产物使肠道环境偏酸性，而一般消化酶的最适ＰＨ值为酸性，这样就有利于营养素的消化吸收，有机酸的产生还可以加强肠道的蠕动和分泌，也可促进消化吸收养分[1]。泡菜中的乳酸多为异型发酵，产生乳酸的同时还伴随产生醋酸、丙酸等有机酸，这些有机酸是构成泡菜风味的重要酸类。同时乳酸菌发酵中产生的２—庚酮、２—壬酮可以赋予产品爽口、清香的口感、产生的双乙酰使泡菜有奶油香味，低级脂肪酸有水果香味。这些物质都是泡菜具有了独特的风味[2]。乳酸菌是一类能利用可发酵糖类产生大量乳酸的革兰氏阳性细菌的统称。（主要包括的菌种有：嗜热链球菌、明串珠菌属、植物乳杆菌和保加利亚乳杆菌，如黄瓜发酵乳酸菌、胚芽乳杆菌和短乳杆菌。）乳酸菌在自然界中分布非常广泛，和人类关系非常密切，在食品、饲料、药品等领域都有很高的利用价值[3]。很多国家的学者对泡菜中的乳酸菌进行了深入的研究，尤其是韩国和日本，已从泡菜中分离到多种优势乳酸菌并运用到工业生产中，取得了可观的经济效益[4]。国际上泡菜市场的争夺也是非常激烈的。日本、韩国、新加坡等国家对泡菜加工的研究起步较早，并实现了工业化生产，例如韩国泡菜在20世纪70年代开始已经实现产业化，现在韩国每年出口泡菜创外汇有7000万美元[5]。日韩两国正在不断扩大它们的泡菜市场。韩国农林水产部已提出了改变泡菜主要向日本出口的局面,拟将泡菜打进以米饭为主食的中国和东南亚市场的战略决策[6]。这必将对我国的泡菜行业产生巨大的冲击,因此结合我国的国情和人们的饮食习惯,保护我国传统的发酵蔬菜制品,使其在激烈的国际竞争中占有一席之地,生产出具有竞争力的泡菜制品势在必行[7]。以往家庭制作泡菜都是采用自然发酵。工业生产则采用传统乳酸菌发酵剂发酵。因传统乳酸菌发酵剂的生产利用标准菌种进行活化复壮，再经逐级扩大培养而成，制备过程比较繁琐复杂，操作不规范还造成污染，菌种质量不易控制，特别是中小型发酵食品厂，因生产条件简陋，技术人员不足，生产批量小等原因，采用传统的菌种生产工艺，菌种质量得不到保证，而且生产成本高。直投式泡菜专用菌粉发酵生产泡菜工艺技术优势明显，可以减少生产加工工序、节省泡菜生产企业人、财、物的投入、便于规范化生产等[8]。国内为数不多的乳酸菌纯种发酵泡菜的报道均为实验室探索,规模多为小试及中试,不具备产业化生产的成熟条件。且采用的乳酸菌多为用于酸奶、乳酸等产品的专用菌种,因其在泡菜制作基质特定环境中适应性差,生长繁殖困难,配制出的菜品无发酵泡菜独有的品位而受到制约。国内对泡菜的研究也多集中在泡菜中乳酸菌区系的研究和泡菜中乳酸菌的分离及菌种特性的研究,而利用纯种发酵泡菜的工艺研究及发酵过程中参数变化和影响因子的系统研究报道较少[9]。结合国外的研究情况和国内存在的问题,能在发酵泡菜的菌种上得到突破,是提高我国泡菜品质的途径之一。我国泡菜所用的菌株多为嗜热链球菌、明串珠菌属和植物乳杆菌，如黄瓜发酵乳酸菌、胚芽乳杆菌和短乳杆菌。泡菜的酸味是由乳酸菌产生的，在腌制泡菜的过程中，若人工接入适量的优良的乳酸菌菌株，可提高其泡菜的风味，并能提高发酵速度。根据有关报道，我国泡菜中的明串珠菌属和植物乳杆菌耐胃酸和胆酸的性能不强，不能在肠道内定殖，致使泡菜中的营养成分流失，所以用可以在肠道内定殖的嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌发酵制作泡菜成为我国泡菜的发展的趋势[10]。要提高产品质量和产量,使其在国际市场上占有一席之地,我们就必须深入研究泡菜的生产工艺,而接种和发酵是泡菜加工工艺中的关键环节,通过对这个环节的深入研究,探究菌种的选择、配比,发酵的条件等,从而推进其规模化生产,生产出优质的食品,同时创造出巨大的经济效益[11]鉴于上述情况，本实验将对嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌纯种混合组成的发酵剂接种发酵泡菜进行研究。1.材料与方法1.1材料1.1.1菌株两种供试嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌由陕西教育学院微生物实验室提供。1.1.2培养基MRS培养基：蛋白胨10g、牛肉膏10g、酵母膏5g、葡萄糖5g、吐温801g、K2HPO42g、醋酸钠5g、MgSO4·7H2O0.2g、CaCO320g、MnSO4·H2O0.05g、琼脂粉20g、水1000ml、ＰＨ６.５～６.８、灭菌制斜面牛奶培养基：纯鲜牛奶、离心脱脂（３５００转／ｍｉｎ）、分装、灭菌1.1.3蔬菜：包菜800g，白萝卜400g1.2仪器血球计数板，显微镜，酸度计，离心机，恒温培养箱，高压蒸汽灭菌锅，电热干燥箱1.3方法1.3.1乳酸菌活化、培养将嗜热链球菌接种于已制好的MRS培养基；保加利亚乳杆菌接种于已制好的牛奶培养基，37℃充分培养。1.3.2发酵剂配制取已充分培养的两种菌各一支，加无菌水稀释，用血球计数板测菌液浓度，将两种菌液浓度调至相当；分别按保加利亚乳杆菌比嗜热链球菌的比例3:7；1:1；7：3配制发酵剂备用。1.3.3泡菜制作工艺流程白萝卜和包菜→清洗→杀菌(75%酒精擦拭)→无菌水清洗2～3次→晾干→切分→称质量→加入盐水、葡萄糖→接种乳酸菌纯培养液→37℃下密封发酵→成品(根据不同的口感需要，可在发酵结束后进行调配)→冷藏保存(4℃)1.3.4分析测定在发酵终点分别测定其ＰＨ值、乳酸菌活菌数／ｘ１０ＣＵＦ／ｍｌ，并对发酵好的泡菜进行感官品评，记录实验数据。1.4不同发酵条件对人工接种泡菜品质的影响1.4.1发酵条件因素水平通过试验考察人工接种泡菜生产过程中起重要作用的4个因素(菌液比例、接种量、加糖量、加盐量)对泡菜感官品质、发酵周期、乳酸菌活菌数的影响，具体发酵因素和水平见下表。在实际生产中，不同种类的泡菜加盐量差异很大(从4%～20%不等)，一般用于直接食用的泡菜含盐量较低(大约3%～6%)，而用作配料的泡菜一般含盐量较高(6%～20%)。虽然食盐含量越高，防腐能力越强，但泡菜含盐量过高会对食用人群的身体健康造成影响，而且限制了消费者数量，所以为了研究低食盐含量的开胃泡菜，本实验泡菜的加盐量控制在3%～5%的范围。发酵因素水平表因素水平菌液比例接种量/%加糖量/%加盐量/%13:73１321:14２437:35３5注：温度３７℃1.4.2成熟终点的判定由于泡菜成熟的判定没有相应的国家标准可执行[12]，而且不同的蔬菜类型成熟时的条件也有差异，因此本实验采用酸度与口感相结合的方法进行判定。当打开泡菜坛后能闻到典型的发酵酸香味；口感品尝萝卜辣味消失、酸度适中、口感脆嫩，表示泡菜已基本成熟[13]，即可用于泡菜各指标的测定，并对产品作感官评价。1.4.3泡菜感官评价及分析本实验对不同发酵条件下的泡菜样品通过感官分析来进行评分。泡菜发酵结束后，由自己和同学对样品进行感官评价。感官评价具有较强的客观性。按色泽,风味,口感进行评价，对样品的评价分为7个等级：7：好；6：良好；5：中等；4：一般；3：稍有缺陷；2：明显缺陷；1：极显著缺陷。1.4.4酸度ＰＨ测定当泡菜成熟后，取发酵液测定泡菜的ＰＨ，ＰＨ是间接体现接种发酵泡菜生产效率的重要指标。1.4.5乳酸菌活菌数测定乳酸菌活菌数是体现泡菜保健功能的重要指标，活菌数越高，对人体的保健作用越大。泡菜中乳酸菌活菌数按GB/T4789.35—2008《食品卫生微物学检验食品中乳酸菌检验》中乳酸菌总数计数法测定[14]2结果与分析2.1不同发酵条件对泡菜品质的影响泡菜发酵成熟后，对其进行感官品评，同时测定不同样品的ＰＨ值、乳酸菌活菌数，结果见表2、３、４、５。不同因素对指标的影响程度不同，而且不同指标对应的最佳发酵条件也有所不同。下面分别对两株菌的接种比例、接种量、加糖量、加盐量4个因素对泡菜品质的影响作详细分析。2.1.1菌液比例对泡菜品质的影响不同乳酸菌对泡菜品质的影响有所不同从下表可知，在发酵过程中嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌的菌液比例为1:1时，产品的口感最好，乳酸菌活菌数最高。说明选用的这两种乳酸菌在风味的产生以及口感的影响方面起主要作用，而且对于保持较高的活菌数有显著效果。菌液比例对泡菜品质的影响表菌液比例感官评价ＰＨ值乳酸菌活菌数／ｘ１０ＣＵＦ／ｍｌ３:７良好３.３６.７２１:１好２.９７.９７７:３中等３.２６.０３注：比例为保加利亚乳杆菌比嗜热链球菌2.1.2接种量对泡菜品质的影响虽然接种量对产品的口感影响较小，但对产酸速率、乳酸菌活菌数影响较大，本实验中接种量5%时，发酵成品的产酸率、乳酸菌活菌数最高，接种量4%时产品的口感最好。一般来说，接种量小于5%时，接种量越大，初始乳酸菌含量越大，相应的产酸速率越大，乳酸菌活菌数越高；随着接种量继续增大，产酸速率增加不明显[15]。鉴于接种量对口感的影响较小，可以考虑接种量选择5%。接种量对泡菜品质的影响表接种量感官评价ＰＨ值乳酸菌活菌数／ｘ１０ＣＵＦ／ｍｌ３％良好３.２６.９６４％良好２.９７.２９５％良好２.８７.８８2.1.3加葡萄糖对泡菜品质的影响加入葡萄糖主要是为两种菌在发酵初期提供充足的碳源和营养物质，使其迅速生长，快速发酵，使泡菜周期缩短，有利于提高发酵产酸速率，其最适宜添加量为２.０％。加葡萄糖对泡菜品质的影响表加糖量感官评价ＰＨ值乳酸菌活菌数／ｘ１０ＣＵＦ／ｍｌ１．０％良好３．２５.４５２．０％好３．２７.１３３．０％好３．３６.２４2.1.4加盐量对泡菜品质的影响加盐量对泡菜品质的影响主要体现在对产品口感的影响方面，仅次于温度对口感品质的影响，本实验中4g/100mL的加盐量口感最好。一般来说，为了达到抑菌、延长货架期的目的，大多数腌制类蔬菜制品含盐量都偏高，含盐量大约在6%～8%左右，用于作调料的泡菜甚至高达15%～20%。含盐量过高同型发酵会占优势，从而使异型发酵过程缩短、乳酸含量增大，产品的颜色、风味和口感都遭到不同程度的破坏。同时含盐量过高，影响消费者的健康，泡菜的销售量也会降低，所以低浓度的食盐含量不仅有助于提高泡菜的食用安全性，而且对产品的感官品质都有不同程度的提高。虽然很多报道证实高盐含量会影响乳酸菌的生长代谢[16]，但由于本实验盐添加量不是很大，所以对乳酸菌的生长影响不是很大，因此对产酸率、乳酸菌活菌数以及亚硝酸盐含量影响都不是很大。所以对于制作低盐的开胃泡菜，加盐量在4%左右比较适宜。加盐量对泡菜品质的影响表加盐量感官评价ＰＨ值乳酸菌活菌数／ｘ１０ＣＵＦ／ｍｌ３％良好３.２４.７５４％好３.０６.１３５％良好２.８５.３７3结论与讨论通过人工接种保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌这两株乳酸菌发包菜和酵萝卜实验，结果表明不同因素对不同指标的影响有差异，其中菌液比例对感官评分、乳酸菌活菌数以及产酸速率影响都最大。通过接种这两种乳酸菌发酵，能有效改善泡菜的口感，提高泡菜的食用价值和保健功能，但是目前市场上很多泡菜产品通过添加柠檬酸或是其他酸化剂来达到泡菜增酸和防腐的目的