不同發酵方式對酸豇豆品質的影響

孫 宇，周主貴，劉 健，辛 明，李昌寶*，馮錦清，李杰民，李天宇，葉冬青，零東寧

（1.廣西壯族自治區農業科學院 農產品加工研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西壯族自治區農業科學院 廣西果蔬貯藏與加工新技術重點實驗室，廣西 南寧 530007；3.廣西壯族自治區農業科學院 廣西農產品貯藏保鮮與加工科技成果轉化中試研究基地，廣西 南寧 530007；4.中國輕工業南寧設計工程有限公司，廣西 南寧 530012）

豇豆（Vigna unguiculata（Linn.）Walp.）別名豆角，屬豆科，為一年生草本植物，是我國食用豆類作物之一。其營養豐富，蛋白質含量高，含有多種維生素、膳食纖維、碳水化合物、礦物質、酚類物質等，具有理中益氣、健胃補腎、調顏養身等功效[1-3]。在我國，以豇豆為主的加工食品可分為新型和傳統型。新型食品主要有豇豆飲料[4]、酸奶[5]、辣條[6]等；傳統型有酸豇豆和豇豆干制品。酸豇豆是中華傳統發酵蔬菜，屬于泡菜，深受消費者喜愛，具有解膩開胃、促消化等功效[7]。

泡菜利用乳酸菌為優勢益生菌發酵而成，具有清爽可口、鮮香脆嫩等獨特的風味[8]，還有抗菌、抗癌、抗衰老、抗動脈硬化和抗肥胖等作用[9-11]。目前泡菜以自然發酵和人工接種發酵為主：自然發酵是利用蔬菜表面附帶的微生物及食鹽的高滲透性進行發酵，發酵周期長、安全性不穩定，易發生有害微生物污染，有一定的不可控環境因素；人工接種發酵通過加入合適的發酵劑來縮短發酵周期，可保證產品質量穩定性。人工接種發酵分為純種乳酸菌接種發酵和直投式發酵兩種方式[12]。如牟琴等[13]用混合乳酸菌發酵番茄醬風味佳，發酵周期短；王海平等[14]以純種濕法發酵芥藍證明可縮短發酵周期；陳大鵬等[15]研究表明，人工接種發酵與自然發酵相比，可縮短泡菜發酵周期，減少亞硝酸鹽含量，且風味物質接近。直投式發酵劑是在純種乳酸菌發酵技術基礎上，經高濃度菌液通過冷凍干燥制備而得的發酵劑，活菌含量高且質量穩定，能夠使發酵產品實現標準化、產業化。已有研究表明，直投式乳酸菌發酵蔬菜成熟后品質優于自然發酵和老鹽水發酵蔬菜，且能縮短發酵周期并有效抑制雜菌生長[16]。直投發酵黃秋葵泡菜發酵成熟周期更短，亞硝酸鹽含量更低[17]。陳鳳等[18]采用直投式乳酸菌劑發酵豇豆所得成品色澤好，菌劑啟酵快產酸能力強。

目前，國內發酵豇豆主要采用自然發酵方式，雖然風味獨特，但發酵過程極不穩定，容易受到各種環境因子的影響，無法保證產品安全、質量穩定。因此，很難實現標準化、產業化生產。本實驗分別采用自然發酵、接種商業菌劑發酵、接種自篩直投式發酵菌劑3種方式制作酸豇豆，對比研究3種不同發酵方式對酸豇豆發酵過程及成品理化特性、感官特性和品質特性的影響，以期篩選出適合酸豇豆的發酵方式，提高酸豇豆品質，保證其產品安全性穩定性，為改進酸豇豆發酵工藝和品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豇豆、食鹽、糖（均為食品級）：市售；自篩直投式菌劑（L5、L12植物乳桿菌（活性1×1010CFU/g））：分離自廣西特色酸芥菜，保藏于本實驗室；商業菌劑（乳酸菌（活性1×1010CFU/g））：大連亞芯生物科技有限公司；氫氧化鈉、乙醇、酚酞、甲醛、鄰苯二甲酸氫鉀、氯化鈉（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；MRS固體培養基、MC固體培養基培養：廣東環凱微生物科技有限公司；亞硝酸鹽含量檢測試劑盒：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設備

PGL精密天平：深圳市怡華新電子有限公司；CT3質構儀：博勒飛中國阿美特克商貿（上海）有限公司；SQ510C立式壓力蒸汽滅菌鍋：重慶雅馬拓科技公司；D-37520型高速冷凍離心機：德國賽默飛世爾有限公司；TU-1810紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；MJ-160生化恒溫培養箱：上海博迅實業有限公司；SW-CJ-2FD凈化工作臺：上海博迅實業有限公司醫療設備廠；PHS-3C pH計：上海儀電科學儀器股份有限公司；CS-280分光色差儀：上海彩譜科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發酵工藝

（1）自然發酵（CK組）：將豇豆洗凈并去除表皮雜質，瀝干水分，裝壇，加入含有40 g/L食用鹽、10 g/L白砂糖的水，密封發酵。（2）商業菌種發酵（CS組）：將豇豆洗凈并去除表皮雜質，瀝干水分，裝壇，加入含有40 g/L食用鹽、10 g/L白砂糖的水，按豇豆質量加入0.1 g/kg商業菌劑，密封發酵。（3）自篩直投式菌劑發酵（DVS組）：將豇豆洗凈并去除表皮雜質，瀝干水分，裝壇，加入含有40 g/L食用鹽、10 g/L白砂糖的水，按豇豆質量加入0.1 g/kg自篩直投式菌劑，密封發酵。

將上述3種豇豆處理后在壇口處加入適量水密封以防止雜菌污染，室溫條件下靜置發酵，在發酵0～7 d每天取發酵液測定總酸、pH、菌落總數，發酵25 d后取酸豇豆成品測定鹽度、亞硝酸鹽、氨基酸態氮、游離氨基酸、乳酸菌總數、色度以及進行感官評價、質構特性測定。

1.3.2 理化指標測定

pH：取發酵罐上、中、下層的發酵液混勻，用pH計連續測定3次，取平均值作為最終結果；總酸：酸堿滴定法，參考GB 12456—2021《食品安全國家標準食品中總酸的測定》測定[19]；鹽度：參考GB 5009.44—2016《食品安全國家標準食品中氯化物的測定》測定[20]；亞硝酸鹽：采用亞硝酸鹽測試盒測定，具體實驗方法按照試劑盒說明書進行；氨基酸態氮：參考GB 5009.235—2016《食品安全國家標準食品中氨基酸態氮的測定》測定[21]；游離氨基酸：參考曹建康等[22]的方法測定。

1.3.3 微生物指標

乳酸菌數：參考國標GB 4789.35—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》測定[23]。

1.3.4 顏色參數分析

采用CS-280分光色差儀進行測定L*、a*、b*值，每組樣品平行測定3次。L*值代表亮度，a*值代表紅綠色度指標，b*值代表黃藍色度指標。

1.3.5 感官評定

感官評價方法參考文獻[24]并略作修改。邀請10名具有感官評定經驗的食品加工相關人員組成評定小組，根據表1分別從酸豇豆的色澤、氣味、滋味、脆度進行感官評定，在評分中的加權系數分別為20%、20%、30%、30%，結果取平均值，滿分為9分。

表1 酸豇豆成品感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standard of sour cowpea products

1.3.6 質構特性測定

參考厙曉等[25]的方法并稍作改動，質構剖面分析（texture profile analysis，TPA）參數：探頭TA/39，夾具TA-RT-KI，測前速度2 mm/s，測定速度0.50 mm/s，測后速度1.0 mm/s，壓縮程度30%，每個處理設8個重復，結果取平均值。

1.3.7 數據處理

指標測定數據為3次以上重復實驗的平均值±標準差；使用SPSS 22.0軟件進行統計分析，利用鄧肯多重比較法（Duncan）對數據間進行差異顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同發酵方式對發酵過程中酸豇豆總酸的影響

由圖1可知，在酸豇豆發酵過程中，CK組和CS組酸豇豆總酸隨著發酵時間的增加逐漸升高；DVS組酸豇豆總酸增長速度最快，在5 d時達到最大值后呈下降趨勢。DVS組總酸含量在1～6 d均顯著高于CS組（P＜0.05），在1 d、2 d、4 d、5 d、6 d顯著高于CK組（P＜0.05）。但在7 d時，CK組、CS組、DVS組總酸含量分別為4.88 g/L、3.73 g/L、3.20 g/L，其中CK組總酸含量顯著高于CS組和DVS組（P＜0.05）。DVS組總酸含量下降可能是由于乳酸過量抑制了乳酸菌代謝，乳酸被其他微生物消耗以克服乳酸脅迫作用[26]，也可能由于酯化反應生成酯類芳香物質抑制乳酸菌的生命活動，導致總酸含量降低[27]。以上結果表明，DVS組發酵啟動快，但CK組產酸能力更強。

圖1 不同發酵方式對發酵過程中酸豇豆總酸的影響Fig.1 Effects of different fermentation methods on total acid of sour cowpea during fermentation

2.2 不同發酵方式對發酵過程中酸豇豆pH值的影響

pH值是泡菜發酵過程的重要理化指標，可反映出發酵過程微生物生長狀況。由圖2可知，在酸豇豆發酵過程中，CK組、CS組、DVS組的pH值隨著發酵時間的增加均呈現下降的趨勢。在0～2 d，3種發酵方式的豇豆pH值迅速下降，其中CS組、DVS組的pH值下降速率比CK組快，這是因為CS、DVS組里的乳酸菌含量豐富，生長、繁殖、代謝快，產酸速率快使pH值迅速下降，且低pH值可抑制不耐酸的雜菌繁殖，這與李俊健等[28-29]的研究結果一致；而CK組靠豇豆表面攜帶大量微生物進行發酵，需要較長的時間進行繁殖代謝才形成優勢種菌，進行發酵。在2～7 d內，CK組pH緩慢上升，CS組pH呈現緩慢下降趨勢，DVS組pH緩慢下降于4 d后并趨于平緩。7 d時，CK組、CS組、DVS組pH值分別為3.59、3.34、3.45，CS組和DVS組均顯著低于CK組（P＜0.05）。說明CS組與DVS組均能提升發酵速度。

圖2 不同發酵方式對發酵過程中酸豇豆pH值的影響Fig.2 Effects of different fermentation methods on pH value of sour cowpea during fermentation

2.3 不同發酵方式對酸豇豆成品理化特性的影響

食鹽是人們生活中不可缺少的營養物質，但食鹽攝入過多會引發高血壓、心臟病等心腦血管疾病，不利于身體健康。與高鹽食品相比，低鹽飲食因更加營養健康已被推薦作為現代人健康飲食的標準之一。由表2可知，發酵成熟后酸豇豆的鹽度為CK組＞CS組＞DVS組，DVS組的鹽度顯著低于CK組、CS組（P＜0.05），因此DVS組更符合當今低鹽綠色健康食品的趨勢。

表2 不同發酵方式對酸豇豆成品理化特性的影響Table 2 Effects of different fermentation methods on physicochemical properties of sour cowpea products

亞硝酸鹽是在發酵過程中產生的一種有害的物質，攝入過量后能在人體內與仲胺類物質結合生成亞硝胺，而亞硝胺具有強致癌性，因此亞硝酸鹽是評價泡菜產品食用安全的重要指標[30]。3種發酵方式得到的酸豇豆樣品的亞硝酸鹽含量均低于國家標準限量20 mg/kg，其中DVS組最低，為0.18 mg/kg，分別比CK組、CS組降低59.10%、43.75%。這是由于在發酵過程中，原料中硝酸鹽會在細菌代謝產生的硝酸還原酶作用下還原為亞硝酸鹽，而乳酸菌又可降解亞硝酸鹽[31-32]。表明DVS組與其他發酵方式相比更具食用安全性。

在發酵過程中，蔬菜的蛋白質在微生物水解酶的作用下分解成各種氨基酸，從而使泡菜產生鮮味，因此氨基酸態氮的含量在一定程度上可代表泡菜的感官品質[33]。3種發酵方式得到的酸豇豆樣品中DVS組的氨基酸態氮含量最高為0.85 mg/100 g，顯著高于CK組、CS組63.46%、80.85%（P＜0.05）。

食物中所含氨基酸由游離氨基酸和非游離氨基酸組成，游離氨基酸是泡菜獨特風味的來源之一，是酸豇豆中重要的風味物質[34]。3種發酵方式中DVS組的游離氨基酸含量最高，為38.86 mg/100 g，顯著高于CK組、CS組22.97%、52.03%（P＜0.05）。

綜上所述，DVS組的酸豇豆更佳，低鹽健康，風險較低，品質好、風味佳。

2.4 不同發酵方式對酸豇豆成品乳酸菌數的影響

由表3可知，CK組、CS組、DVS組的酸豇豆乳酸菌數分別為5.04 lg（CFU/g）、5.18 lg（CFU/g）、5.65 lg（CFU/g）。乳酸菌具有改善人體胃腸道功能、防癌和抗癌等多種功能作用，對人體有一定保健或生物學功能[35]。所以酸豇豆乳酸菌數越高，益生價值越高。

表3 不同發酵方式對酸豇豆成品乳酸菌數的影響Table 3 Effect of different fermentation methods on lactic acid bacteria count of sour cowpea products

2.5 不同發酵方式對酸豇豆成品色澤的影響

從表4可知，3種發酵方式得到的酸豇豆的L*值、a*值均無顯著性差異（P＞0.05）；DVS組b*值顯著低于其他兩種發酵方式（P＜0.05）。b*值越大代表黃色越深，說明DVS組可緩解酸豇豆黃色度上升但不影響光澤度。

表4 不同發酵方式對酸豇豆成品色度的影響Table 4 Effect of different fermentation methods on chromaticity of sour cowpea products

2.6 不同發酵方式對酸豇豆成品感官評分的影響

由表5可知，3種發酵方式得到的酸豇豆在色澤方面無顯著差異（P＞0.05）；在氣味、脆度方面，DVS組評分最高均與顯著高于CK組、CS組（P＜0.05）；在滋味方面，DVS組評分最高；在加權平均分方面，DVS組評分最高為7.11分，顯著高于CK組、CS組（P＜0.05）。由此可知，DVS組的酸豇豆感官品質優于CK組、CS組的酸豇豆。

表5 不同發酵方式對酸豇豆成品感官評分的影響Table 5 Effect of different fermentation methods on sensory evaluation of sour cowpea products

2.7 不同發酵方式對酸豇豆成品質構特性的影響

質構特性是用質構儀TPA模式對酸豇豆進行兩次壓縮，模擬人口腔的咀嚼運動，從中分析出樣品的硬度、彈性、粘力、膠著性、咀嚼性等和人口感相關質構特性，從而避免人為因素對食物質構評價結果的主觀影響[36]。硬度反映的是牙齒間壓迫酸豇豆所需的力。由于在發酵過程中，酸豇豆酸度增加，細胞壁中的果膠在酸性環境中逐漸水解，酸豇豆的硬度逐步下降。硬度越小，酸豇豆越容易腐爛，且不易儲存。彈性反映的是第一擠壓結束后酸豇豆恢復的高度。粘力反映的是探頭表面與酸豇豆表面分離時所需的力，為第一次壓縮循環時最大的負向作用。膠著性反映了吞咽前破碎酸豇豆需要的能量，咀嚼性反映了咀嚼酸豇豆需要的能量，咀嚼性越小，口感越合適[37]。由表6可知，3種發酵方式中DVS組酸豇豆的硬度、粘力、膠著性、咀嚼性值均最高，顯著高于CS組（P＜0.05），略高于CK組但差異不顯著（P＞0.05）；CK組、CS組、DVS組彈性值顯著不差異（P＞0.05）。其中CS組硬度、粘力、膠著性、咀嚼性最低，可能是CS組的微生物代謝活動及滲透作用影響了豇豆細胞間的結合力，組織變得疏松，細胞液泡中水分流失有關[38]。綜合說明，CK組、DVS組酸豇豆均有良好的質地。相比CK組，DVS組具有更好的硬度、粘力、膠著性、咀嚼性。結合感官評分，DVS組酸豇豆的品質更優。

表6 不同發酵方式對酸豇豆成品質構特性的影響Table 6 Effect of different fermentation methods on texture characteristics of sour cowpea products

3 結論

本文對比分析了發酵方式對酸豇豆品質的影響。研究結果表明，在發酵過程中，DVS組的總酸呈現先上升再下降的趨勢，其增長速度較CK組、CS組快，1～6 d時均高于CK組、CS組；3種發酵方式的pH值均呈現下降的趨勢，CS組、DVS組的下降速率比CK組快，在發酵7 d時DVS組與CS組均顯著低于CK組（P＜0.05）。發酵成熟后，DVS組的鹽度、亞硝酸鹽、b*值最低，氨基酸態氮、游離氨基酸、乳酸菌數、感官評分、硬度、粘力、膠著性、咀嚼性最高，但L*值、a*值、彈性與其他發酵方式無顯著性差異（P＞0.05）。綜合分析，3種發酵方式中DVS組發酵啟動快，且綜合品質更優于CK組、CS組發酵的酸豇豆，說明采用DVS發酵豇豆可提高產品品質。