（食品科学与工程专业论文）泡菜微生态的研究.pdf

四川大学硕士学位论文 y9 9 3 7 9 9 泡菜微生态的研究 食品科学与工程专业 研究生张伟指导教师杨瑞 摘要 泡菜是乳酸发酵蔬菜制品，在我国有着两千多年的悠久历史。一直以来， 泡菜以其独特的诱人风味和多种健康功效受到了消费者的广泛的青睐。 本论文以市售白菜为主要原料，通过理化分析和微生物检测对自然发酵泡 菜制作过程中的物质代谢和微生物区系变化进行全面的分析研究。 首先考察了在不同发酵条件下的泡菜发酵过程中“主要化学成分( 还原糖、 p h 值、总酸、v c 等) 变化”规律。得出了在不同食盐浓度、加碘与否、加香 料与否等条件下，泡菜发酵过程中的主要化学成分的代谢规律 研究发现，盐浓度为6 比8 更有利于乳酸发酵，同时碘元素和香料成分 的存在对于泡菜发酵也起促进的作用。 在同样的实验条件下，运用传统的逐步稀释平板划线分离和平扳菌落计数 法( c f u 法) ，实现了对风味泡菜发酵过程中有关的微生物菌系( 包括霉菌， 酵母菌，细菌等) 的菌落长势的统计。并且，进一步考察和分析了食盐浓度、 发酵温度、香料和碘元素的存在对自然发酵泡菜中微生物菌系的生长和代谢活 动的影响 研究表明：较高的发酵温度不利于乳酸菌生长形成优势菌群；较低的发酵 温度更有利于乳酸菌的生长代谢；食盐浓度的不同对乳酸的生长的影响也不一 样，6 的食盐浓度比8 的食盐浓度能更有利地促进乳酸菌的生长；花椒和碘 等元素的加入可使参与发酵的主要菌群乳酸菌和酵母菌生长繁殖加快。 本论文对自然发酵的泡菜中的优良乳酸菌进行了分离，并且对部分相关重 塑型查兰堡主兰堡堡壅 要的发酵性能进行研究。( 包括乳酸菌的液体培养特征，固体培养特征，革兰 氏染色，产酸能力强弱，抑菌能力的大小，抑菌物质热稳定性的强弱等) 总结分析：泡菜自然发酵过程中编号为3 2 ，3 3 ，5 2 ，5 3 四个菌株的综 合效果最好，是整个发酵过程中得到的优良乳酸菌。 关键词：泡菜风味成分微生物菌系自然发酵分离与鉴定 2 四川大学硕士学位论文 a n a l y s i so n m i c r o b i a lc o m m u n i t i e si np i c k l e s s p e c i a l i t y ：f o o ds c i e n c ea n dt e c h n o l o g y g r a d u a t e ：z h a n g w e i s u p e r v i s o r ：y a n g r u i a b s t r a c t p i c k l ei sat r a d i t i o n a lv e g e t a b l ep r o d u c t i o nw i t hl a c t i ca c i df e r m e n t o n ，w h i c h h a st w ot h o u s a n d so fh i s t o r y p i c k l eh a su n i q u ea n dd e l i c i o u sf l a v o ra n dm a n y h e a t h yf l a v o r s oc 0 删；l l m e 墙e 嘶o yi tv e r ym u c hf o ra l lo v e rt h et i m e b a s e d0 nc h i l l e s ec a b b a g e ，t h i sp a p e rh a ss t u d i e dn a t u r a lf e r m e n t e dv e g e t a b l e w i t hs e r i e so fa n a l y t i c a lm e t h o d si n p h y s i c a lc h e m i s t r ya n dn e c e s s a r y m i c r o b i a lw a y s ，t h et o t a la n a l y t i c a ls t u d yi sd o n e 、航t ht h en a t i o n a lf e r m a t i o n a l a n dm e t a b o l i z a lc o m p o n e n t so f p i c k l e f i r s to fa 1 1 t h i s e x p e r i m e n th a s s t u d i e dt h em e t a b o l i cr u l eo f c h e m i c a l c o m p o n e n t s ( s u c ha s ：d e o x i d i z e ds u g a r , t o t a la c i d ，p h ，v c ) o nd i f f e r e n te o n d f i o n s n a t u r a lf e r m e n t e dv e g e t a b l e t h er e g u l a r i t yo fc h a n g e sw e l ec o n c l u d e di np i c k l e ， u n d e rs u c hc o n d i t i o n st h a ta d d e dd i f f e r e n tq u a n t i t yo f s a l t , w e t h e ra d di o d i n e a n da r o m a t i co rn o t m a n yc o n c l u s i o n sw e r ef o u n d , t h es o l tc o n c e n t r a t i o n ( 6 ) w a gm o r ei nf a v o ro f t h ef e r m e n t a t i o nt h a n8 m e a n t i m e a d d i n gi o d i n ea n da r o m a t i ca l s ow a s p r o p i t i o u s t ot h el a c t i sf e r m e n t a t i o n u n d e rt h es a m el a b o r a t o r ye o n d t i o n s ，e x e r t e dt h e 罐l r e a dp l a t em e t h o d o l o g i e s a n dt h em e t h o do fc f uw e r eu t i l i z e dt oc l a s s i f ya n de l e m e n t a r i l yi d e n t i f yt h e m i c r o o r g a n i s m sw h i c hw e r ei nd e l i c i o u sp i c k l ej u i c e a n dw ea l s od e t e r m i n e da n d a n a l y z e dt h ei n f l u e n c e so fd i f f e r e n ti n i t i a lc o n c e n t r a t i o n so fs a l t ，t h ef e r m e n t a t i o n t e m p e r a t u r e s ，t h em i n o ri n g r e d i e n tw h i c hw a su s e dt os e a s o nt h ep i c k l e ，a n dt h e e x i s t e n c eo fi o d i n et ot h eg r o w t ha n dm c t a b o l i s r n so ft h em i c r o o r g a n i s m si np i c k l e j u i c e m a n yc o n c l u s i o n sw e r ef o u n d , l a c t i ca c i db a c t e r i ai sm o r ed i f f i c u l tt of o r mt h e 3 四川大学硕士学位论文 p r e p o n d e r a n tb a c t e r i au n d e rt h eh i g l lt e m p e r a t u r ec o n d i t i o n ；l a c t i ca c i db a c t e r i ai s m o r ee a s yt of o r mt h ep r e p o n d e r a n tb a c t e r i au n d e rt h el o w t e m p e r a t u r ec o n d i t i o n ； t h ed i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fs a l ta l s oh a ss o m ei n f l u e n c e so nt h eg r o w t ha n db r e e d o fl a c t i ca c i db a c t c r i & t h ec o n c e n t r a t i o no fs a l t ( 6 ) i sm o r ei nf a v o ro ft h eg r o w t h a n db r e e do fl a c t i ca c i db a c t e r i at h a n8 a d d i n gi o d i n ea n da r o m a t i ca l s ow a s p r o p i t i o u st ot h el a c t i sf e r m e n t a t i o na n dt h eb r e e do f y e a s t p r e p o n d e r a n tl a c t o b a c i l l u sw e r ei s o l a t e df r o mt h en a t u r a l f e r m e n t e dp i c k l e j u i c ed u r i n gp i c k l ef e r m e n t a t i o n p a r tp e r t i n e n t , r u c i a lf e r m e n t e dc a p a b i l i t yw e r e s t u d i e d t h r o u g hm a n yc h a r a c t e r i s t i co fr e p o n d e r a n tl a c t o b a c i l l u sw h i c hw c i ei s o l a t e d f r o mt h en a t u r a lf e r m e n t e dp i c k l e j u i c ed u r i n gd i f f e r e n tp h a s e ( 2 0 5 d ) i np i c k e f e r m e n t a t i o nw e r es t u d i e d s u c ha s t h ec h a r a c t e r i s t i co fl i q u i dc u l t u r ea n ds o l i d c u l t u r e ，c o l o r a t i o no fg t h ea b i l i t yo f p r o d u c i n ga c i d ，a n dp r o h i b i t i v eb a c i l l i a n d t h e s t a b i l i t y o fp r o h i b i t i v es u b s t a n c e s e v e r a lp e p o n d e r a n tl a c t o b a c i l l u sw e l - e i s o l a t e d a n ma l l ，t h ep o p o n d e r a n tl a e t o b a c i l l u sw e r e3 - 2 ，3 3 ，5 - 2 ，5 - 3 t h e yw e r et h e p e p o n d e r a n tl a e t o b a c i l l u sd u r i n gt h eb a 姐a lf e r m e n t e dp i c k l ej u i c e k e yw o r d s ：p i c k l e ， f l a v o u r c o m p o n e n t s ，m i c r o o r g a n i s m s ， n a t i o n a l f e r m e n t a t i o n ，i s o l a t i o na n di n d e n t i f i c a d o m 4 四川大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 前言 泡菜是一种独特而具有悠久历史的大众的乳酸发酵蔬菜制品n 1 ，它的制作 是一种利用食盐的高渗透压作用以乳酸发酵为主，兼有蛋白质分解的微生物发 酵过程的冷加工方法，对蔬菜的营养成分、色香味体的保存有利嘲它以各种 蔬菜为基本原料，其风味特点及营养价值均与蔬菜的化学成分和制作过程中的 变化有关。 泡菜常用的蔬菜有：白萝h 、胡萝卜、豇豆、黄瓜、藕、芹菜、刀豆、莴笋、 蒜台、莲花白、姜、蒜、辣椒等。啪辞海中说：“泡菜，将蔬菜用淡盐水 浸渍而成”特点是：“质脆、味香、而微酸，或略带辣味，不必复制就能食 用。”它不但风味优美，鲜嫩清脆，可助消化，而且卫生，可直接食用，也可 加入适当调料使用或烹调食用。鲫泡菜主要是利用乳酸菌发酵产生乳酸，辅以 低盐来保存蔬菜并增进其风味它是我国民间大众化的蔬菜加工食品嘲”1 泡菜的主要原料是营养丰富的各种蔬菜，因此水分、碳水化合物、维生素， 钙、铁，磷等矿物质含量相当丰富。泡菜富含乳酸，一般为0 4 8 0 9 6 ，咸酸适 度，味美而嫩脆，不仅能增进食欲，而且能帮助消化，具有一定的医疗功效，是有 多种调节作用的保健食品如：在疾病预防方面，是高血压、先天性代谢等预 防食品及抗癌食品；在疾病回复方面，是胆固醇调节食品，有关造血机能及血 小扳凝固食品；在调节身体机能方面，是精神调节食品，有关摄取机能及吸收 调节食品等；在抑制老化方面，可作为过氧化脂肪质生成抑制及抗老化食品等。 泡菜里含有许多对人体有健康功能的因子，既是维持我们生命的物质，又 可缓慢老化。在学界上也发表了相关文章，认为泡菜是可预防癌症的宝贵的食 品。因此泡菜里许多可称为“活着的生命物质”的成份 另据报道，泡菜随着发酵过程的进行可自然产生抗菌作用，多种病原菌在其 中均不能发育随着发酵过程的成熟酸味代谢物质产生和大量乳酸菌的累积， 可使泡菜更具美味，同时还能抑制肠道内的其他杂菌和致病菌。例如痢疾菌在 泡菜中经3 6h ，霍乱菌1 2h 内均能被杀灭，中医也证明泡菜有健胃治疾功 效另外，泡菜能抑制肠内有害菌的繁殖，净化肠胃，促进胃中蛋白质的分解， 四川大学硕士学位论文 并使肠内微生物分布正常化。因此，泡菜是一种既营养又卫生的蔬菜加工品，并 且食用有利于人体健康。 1 2 国内外关于泡菜工业的发展概况 1 2 i 国外泡菜工业发展概况 泡菜，堪称韩国“第一菜”。主要以大白菜为原料辣中带甜，清爽可口。 调料以辣椒为主，其红辣椒辣味柔和，香气浓，呈微甜等特点，很适宜制泡菜。 制作方式为：盐水腌渍的大白菜用辣椒混合并配以食盐、虾酱、鳗鱼酱、蒜泥、 葱、姜、苹果丝、梨条、各类小鱼虾等，在低温状态下自然形成乳酸发酵的制 品其生产特征是：不采用纯种乳酸发酵，各种辅科、调味料在泡制初期一并 加入，生产过程需要在低温条件下完成。“ 韩国泡菜具有千年以上的历史，但直到1 9 5 0 年前后，仍停留在家庭作坊的 制作方式。随着韩国观光业的发展，韩国泡菜逐渐为越来越多的各国旅游者所 喜爱，泡菜随之成为韩国的一宗新兴出口食品，泡菜的制作也逐渐从手工作坊 发展到工业化生产。自1 9 7 4 年出现第一家工厂化生产泡菜的企业以来，今日韩 国泡菜几乎成为纯粹的工业产品。由于韩国泡菜的不断更新在国际上得到了认 可。1 9 7 7 年在国际食品规格委员会会议上，将泡菜的国际标记定为韩国“泡菜” 两字发音的“k i 们h i ” 泡菜还为韩国其他行业带来商机，从泡菜中分离出乳酸菌生产的韩国型奶 酪已经问世；一种附加值极为可观的储藏泡菜的钢罐正着手研制。此外韩国清 州大学于2 0 0 0 年增设了泡菜食品科学专业，韩国农业水产部提出了改变泡菜主 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。该部还对美国进行调查，以了解西方人对泡菜的反应，为进军欧美市场 做准备。 日本生产的日式泡菜源于韩国，后根据本国国情加以改进自成一家。自8 0 年代后期开始盛行，除满足本国消费外也批量出口。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。制作方式为：使用天然色素或酱油泡制。 没有经过乳酸菌作用，属于低盐，低酸的非发酵型蔬菜制品。通常需冷链销售 叫 2 四川大学硕士学位论文 1 2 2 我国的泡菜工业发展现状 泡菜主要是利用乳酸菌发酵产生乳酸，辅以低盐来保存蔬菜并增进其风味。 它是我国民间大众化的蔬菜加工食品 9 1 1 6 。 国内的泡菜产地主要在四川成都，成都泡菜以其独有的高品质闻名于世。 既是佐餐佳肴，又是川菜必不可少地烹调作料地处人杰地灵、物华天宝川西 平原腹地的成都，温暖潮湿，四季分明的气候条件既有利于乳酸发酵，又有利 于四季蔬菜常青，蔬菜资源极为丰富。其品种之多，数量之大，质量之优，价 格之低是国内其他地区无法与之抗衡的。 目前成都地区的蔬菜年产量己达到3 0 0 万吨。丰富的资源和自然优势造就 了泡菜行业的崛起和兴旺据不完全统计，仅成都及周边地区的泡菜生产企业 就在千家以上产品畅销祖国大江南北，甚至远销国外但是也应当看到，在 众多泡菜生产企业中除为数不多的具备工业化生产能力以外，其余均属零星分 散小规模的作坊式生产。发酵型泡菜几乎都采用野生菌，相当数量的企业采用 非发酵型拌制菜工艺。在制作工艺方面，粗加工多，深加工精加工少。特别值 得注意的是，由于大量非发酵型拌制菜充斥市场，给不知内情的外埠人以误导， 他们错将拌制菜等同于泡菜，而对真正的高品味发酵泡菜知之甚少无缘品尝， 这的确是一种遗憾。国内为数不多的乳酸菌纯种生产泡菜的报道均为实验室探 索，规模多为小试和中试，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，乳酸等产品的专有菌种，因其在泡菜制作基质特定环境中适应性 差，生长繁殖困难，酿制出的菜品无发酵泡菜独有的品味而收到制约1 4 】。 近年来，泡菜生产发展迅速，世界每年贸易额约5 亿美元左右( 韩国占8 0 、 日本2 0 ) ，我国泡菜加工历史悠久，早在1 0 0 年前，四川泡菜就闻名国内外但我 国传统泡菜加工工艺简单，发酵速度、品质等方面受自然条件的影响大，品质极 不稳定，受污染后会产生危害人体健康的亚硝酸盐【5 ”、矿物质含量有所变化， 有机酸的种类和数量的变化，维生素的变化，亚硝酸盐等成分的变化。另外由 于泡菜本身是湿态食品，水份含量基本不变。 1 3 关于我国泡菜的发展前景和研究意义 1 3 1 我国蔬菜产业现状 四川大学硕士学位论文 我国是蔬菜产业大国，蔬菜种植面积和产量均居世界第一。 3 1 1 9 9 9 年我国 蔬菜种植面积达1 1 1 3 万公顷，设施栽培面积达到1 2 0 万公顷，年蔬菜总产量 3 2 亿吨，人均蔬菜占有量达到2 5 3 k g 。2 0 0 1 年我国蔬菜种植面积为1 5 2 3 7 万 公顷，占世界蔬菜播种总面积的3 5 ，总产量为4 2 4 亿吨，占世界总产量的 4 0 左右，人均占有量大于3 1 0 k g 。【1 4 】从总产量上看，中国已成为世界头号蔬 菜生产大国，而且蔬菜总产量逐年上升。 但是我国相应的蔬菜采后贮运加工能力却十分落后，采用预处理、分级、 包装设备严重不足，流通领域冷链系统不健全，蔬菜损失高达总产量的3 0 ； 我国蔬菜的年加工量仅占蔬菜总产量的2 q 【l 扣l g ；我国目前出口的加工蔬 菜产品不但数量少而且品种单一，大部分是粗加工产品，这些都严重影响了我 国蔬菜产业的产值。 加入w t o 后，中国蔬菜产业面临的是国际和国内两个市场，蔬菜产品面 临与发达国家在质量和价格方面的双重竞争，要让中国的蔬菜产品走向世界， 使中国的蔬菜产品在国际市场上有竞争力，就应该搞好蔬菜产品的采后贮藏加 工，以提高蔬菜产品的附加值，让农民既增产又增收。 1 3 2 我国泡菜工业的发展前景与研究意义 我国是蔬菜生产大国，一年四季均有制作泡菜取之部竭的菜源。随着泡菜 中乳酸菌的筛选成功，从根本上解决了工业化生产泡菜的难题，对泡菜的普及 和提高极为有利。同时泡菜对于有效储藏蔬菜，调节淡旺季，拉长蔬菜食用期， 满足国内外消费者日益增强的消费热情等方面均起到了积极的作用【2 j 。 泡菜，作为蔬菜深加工的成品，也是传统的发酵食品，受到许多消费者的 喜爱，我国消费者早餐稀饭或者夜宵都离不开这些小菜，作为开胃菜，许多餐 馆也往往要提供这些泡菜，其消费量是非常惊人的，市场潜力也是巨大的。 同时，泡菜工业的发展也能为其他行业带来了新的商机，促进周边地区蔬菜 种植产业化，启动了很多配套乡镇企业的发展，解决了大量农村富余劳动力的就 业问题，为大专院校毕业生的分配、下岗职工再就业提供了众多上岗的机遇。同 时延长了蔬菜保存期限，扩大了蔬菜销售半径，增加了蔬菜初级品的附加值，增加 了农民的收入，丰富了城乡人们的菜篮子总之泡菜带来的好处是不言而喻的 4 四川大学硕士学位论文 嘲 因而，有关泡菜工业化生产的研究，不仅仅具有较高的学术价值。而且具 有重大的实践意义；其研究成果也可望产生巨大的经济和社会效益 鉴于此，本论文以自然发酵的泡菜作为研究对象，尝试研究不同发酵条件 下，泡菜中的主要化学风味的变化规律和泡菜中主要微生物菌系对不同发酵条 件的波动反映；同时对自然发酵过程中的优势乳酸菌进行分离鉴定。为实现泡 菜工业化生产作进一步的探索和研究。 1 4 本论文的研究内容 本论文的研究内容为： ( 1 ) 不同发酵条件( 食盐浓度、发酵温度、香料和碘等) 下的泡菜微生态环 境中的的主要风味物质成分变化规律进行研究。 ( 2 ) 不同的发酵条件( 食盐浓度，发酵温度，香料和碘等) 下的泡菜微生态 环境中的微生物菌系的研究。 ( 3 )自然发酵泡菜的不同发酵阶段的乳酸菌进行分离与和部分特征的鉴定， 分离筛选优良乳酸菌。 5 四川大学硕士学位论文 2 泡菜自然发酵过程中主要风味物质成分的变化 2 1 引言 2 1 1 蔬菜中的主要化学成分 用于制作泡菜的蔬菜都是一些时令蔬菜，主要是含氮物质、有机酸、糖类 即碳水化合物、维生素等。 蔬菜中的含氮物质主要是蛋白质，其次是酰胺、某些铵盐和硝酸盐。其含 量较少，对泡菜的色、香、味可发生不同程度的影响p 】蔬菜中的有机酸含 量不高，除番茄等少数品种有明显酸味外，其他蔬菜含酸量少而无酸味。蔬菜 中有机酸常见的有酒石酸，苹果酸、柠檬酸和草酸，其中前三种有机酸的味道 醇和、刺激性小，因而能增进蔬菜的风味 3 1 。糖类即碳水化合物，是蔬菜于物 质的主要成分。主要有葡萄糖、果糖，蔗糖、淀粉、纤维素、半纤维素、果胶 质( 以原果胶、果胶和果胶酸三种形态存在于蔬菜组织中) 等。葡萄糖与果糖 是蔬菜的呼吸底物之一，在呼吸过程中被分解放出热量。糖又是微生物的营养 物质。乳酸菌可将糖转发为乳酸，改变泡菜的酸度【1 4 l 。且蔬菜中各部位的含糖 量不尽一样，如采用圆白菜的叶和心为原料，二者的还原糖和非还原糖含量见 表2 1 p s ，1 9 1 。 表2 - 圆白菜叶和菜心还原糖和非还原糖含量 蔬菜中的主要维生素有维生素a 、维生素b l ( 硫胺素) 、维生素b 2 ( 核黄素) 、 维生素b 5 ( 维生素p p ) 维生素b 。( 叶酸) 、维生素c ( 抗坏血酸) 、维生素e 、 维生素k 等。其中以维生素c 最为丰富，但易氧化而损失。维生素c 在酸性条件较 稳定，泡菜中由于发酵产生乳酸的关系，可使维生素c 少受损失【2 们。 四川大学碗十学位论文 2 1 2 蔬菜经泡制后化学成分的变化 蔬菜经过泡制后，所含有的各种化学成分的组成和含量都与新鲜蔬菜有很 大不同。这是因为新鲜蔬菜在泡制过程中，既有物理性的渗透及扩散和吸附等 作用造成原辅料之间的成分置换，又有微生物对蔬菜化学成分作用所产生的一 系列化学变化。 经乳酸发酵作用后，蔬菜组织内的含糖量则相应减少。在含水量基本相同 的情况下，新鲜黄瓜与酸黄瓜的糖、酸含量互相消长的情况极为明显：鲜黄瓜 的含糖量为2 ，酸黄瓜则为0 ；鲜黄瓜含酸量为o 1 ，而酸黄瓜则为o 8 。 其糖分减少的原因主要是被乳酸发酵所消耗【1 4 】。 维生素c 在酸性环境中较稳定，泡菜制作过程中，生成的乳酸较多，维生 素c 的损失就较少此外，维生素c 易被氧化，而泡菜是密封浸泡在盐水中， 与空气隔绝，维生素c 不被氧化而得以保存。其他维生素，例如维生素b l 、 b 2 、p p 和维生素a 的含量在泡制过程中均比较稳定【2 2 1 蔬菜在泡制过程中，含氮物质有所减少。这一方面是由于部分含氮物质渗 入到泡菜水中，另一方面是由于部分含氮物质被微生物所消耗嘲。 由于泡菜是湿态发酵的浸渍品，其含水量基本上没有改变1 3 】。 亚硝酸的形成是有害微生物将蔬菜的硝酸盐还原为亚硝酸盐所致。许多蔬 菜都含有一定量的硝酸盐，在发酵过程中某些杂菌可将硝酸盐转化成亚硝酸盐， 并进一步形成对人体有害的亚硝酸胺。因此采用纯接种发酵可抑制杂菌的繁殖， 从而抑制亚硝酸盐形成，且避免其出现高峰，这与大部分报道类似田2 4 l 。 因此，泡菜发酵过程中的主要风味物质成分的变化，直接或者间接的反应 泡菜发酵过程中微生物的生长，发育，繁殖，代谢等情况；同时风味物质的生 成和变化也受到微生物生长代谢变化的影响。例如：制作泡菜的原辅材料本身 的水分、各种营养成分、代谢产物的变化，有一种或者几种物质成分对泡菜的 整体品质产生决定性的作用。作为影响泡菜风味的主要风味化学成分，随着发 酵时间的变化，外界不同条件的变化而会发生不同程度的相应变化。在泡菜发 酵的不同阶段，整个微生态环境中的微生物之间在进行着不同的物质和能量代 谢变化过程。泡菜在发酵成熟的过程中产生的风味物质成分的变化在影响微生 物代谢的同时，也影响最终产品的质量。生物反应过程中的化学风味成分也就 。7 四川大学硕士学位论文 是通常说的操作条件如温度，p h 等对整个发酵过程的影响不容忽视，其莺要性 不亚于利用分子生物学和基因去进行菌种的改良。通过优化发酵过程中的环境 影响因子，操作条件和控制中间产物以及最终产物的浓度等能实现对最终产品 的最佳质量控制。 因此，有必要对泡菜自然发酵中的主要风味化学成分和代谢产物进行跟踪 检测，为实现泡菜工业化生产过程中的过程监控提供科学依据。 2 2 材料设备与方法 2 2 1 检测仪器 0 1 1 型电热鼓风干燥箱( 上海浦东跃欣科学仪器厂) 7 8 h w - 1 型恒温磁力搅拌器( 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司) s q 2 1 1 9 多功能食品加工机( 上海帅佳电子科技有限公司) k s k 恒温水浴锅( 上海科析试验仪器厂) p h s 2 5 c 酸度计( 上海康仪仪器有限公司) 7 2 l 型分光光度计( 四川分析仪器厂) 分析天平( 上海新航仪器厂) 可调万用电炉( 上海实验仪器厂) s h z - d 循环水式真空泵( v t 义英峪予华仪器厂) 冰箱，移液管、烧杯、锥形瓶、试管、量筒、容量瓶、漏斗、玻棒，泡菜 坛等 2 2 2 主要材料 白菜，食盐，水，花椒等辅料( 市售) 2 2 3 实验方法 2 2 3 1 泡菜的制作方法 ( 1 ) 工艺流程 白菜一清洗一沥干一切分一装坛一密封一发酵一成品 f 盐水( 花椒等辅料) 8 四川大学硕士学位论文 ( 2 ) 操作要点 挑选：挑选新鲜、成熟、没有虫害、无腐烂、肉厚且结实的白菜 清洗；去除老叶、烂叶、切除头部等，并将每片叶子清洗干净 沥于：将白菜表面的水分沥干，以免影响盐水的浓度 注盐水：注入泡菜坛内按比例配制好的盐水，至离坛口处适当距离 辅料的加入：大蒜要去皮后整体入坛，姜等清洗干净切片入坛 切分：将白菜切分成小块 装坛：将切好的白菜放入泡菜坛，压实 密封：坛沿用浓度1 0 的食盐水进行密封，避免氧气进入影响泡菜的发酵 ( 3 ) 泡菜制作配方中主要参数见表2 - 2 表2 - 2 泡制泡菜的配料方案 2 2 3 2 主要风味物质成分的检测方法鲫 样品预处理方法：泡菜采用打浆、过滤，取澄清液备用；盐水经过滤，取 滤液备用。 ( 1 ) p h 的分析方法( 采用p h 计法) ( 2 ) 总酸度的测定( 采用酸碱滴定法) ( 3 ) 氨基酸的测定( 采用甲醛滴定法) ( 4 ) v c 的测定( 比色法) ( 5 ) 还原糖的测定( 3 ，5 一二硝基水扬酸比色法) ( 6 ) 亚硝酸盐的测定( 盐酸奈乙二胺法) 2 3 结果与分析 2 3 1 食盐浓度对自然发酵泡菜物质代谢规律的影响 9 四川大学碘士学位论文 本实验采用配方l 和配方2 来配制盐水制作泡菜，研究食盐对自然发酵泡 菜中p h ，总酸，还原糖，氨态氮，亚硝酸盐，v c 的影响规律。 2 3 1 1 食盐浓度对p h 的影响 发酵过程中d h 值变化是微生物在特定环境下代谢活动的综合指标，是一 项重要的发酵参数。它对微生物生长和代谢产物的形成有重要的影响【1 0 1 。不同 种类的微生物对p h 值的要求不同，般真菌生长的p h 值范围广，而细菌较窄。 同一种微生物在不同生长阶段和不同的生理生化过程中，对环境中的p h 的要 求也不同。同一种微生物由于环境中的p h 不同，可能积累不同的代谢产物田j p h 在发酵过程中对微生物的影响主要有：影响酶的活性。p h 过高或过低能抑 制微生物体内某些酶的活性，使得微生物细胞的代谢受阻；影响微生物细胞膜 所带的电荷，从而改变细胞膜的渗透性，影响微生物对营养的吸收和代谢产物 的排泄；影响某些营养物质和中间代谢产物的离解，从而影响微生物对这些物 质的利用。因此，p h 值的变化不仅会引起发酵过程中微生物的生长和种类消长， 而且还会影响菌体代谢途径的改变和代谢产物的变化。另外，就食品感观指标 来分析，p h 值还会影响到泡菜的风味。 食盐浓度的不同对自然发酵泡菜p h 的影响如图2 1 5 5 5 捌4 5 暑4 3 5 3 2 5 0i2345678 发酵时伺【夭) 一泡菜6 + 盐水6 十泡菜8 9 i * 一盐水8 图p 1 盐浓度对泡菜( 水) 中p h 值的影响 1 0 1 5 1 川大学硕士学位论文 由图2 1 可知，泡菜发酵过程可分为发酵初期、发酵旺盛期和发酵末期。 在发酵初期，p h 值的变化的变化不是特别明显，发酵速度比较缓慢；发酵进入 旺盛期，p h 值显著下降，乳酸发酵达到高峰；发酵末期p h 值的变化趋缓。 另外由图2 1 还可以看出，食盐浓度为6 时泡菜液和泡白菜的p h 的下降速度 比食盐浓度为8 时快。这是因为食盐溶液具有较高的渗透压，能抑制一些有 害微生物的活动，但是乳酸菌在此种状态下也会受到一定程度的抑制，食盐浓 度越高，这种抑制作用越大，从而导致食盐浓度较高的泡菜发酵速度缓慢。 2 3 1 2 食盐浓度对总酸的影响 食盐浓度的不同对自然发酵泡菜总酸的影响如图2 2 卜泡菜6 5 - 1 - 盐水晶 - - k - 泡菜鼹 - - k - - 盐水器 02 发酵时闯( 天) 68 图2 - 2 盐浓度对泡菜( 水) 中总酸度的影响 由图2 2 可知，两种不同类型的泡菜，在发酵初期和发酵旺盛期泡菜液中 总酸含量随发酵时间的延长而上升，到了发酵末期泡菜液中的总酸含量趋于稳 定而泡白菜中总酸含量呈现在经过一个相对稳定期后下降，然后上升的规律。 即总酸含量会在整个发酵期间出现一个最低点，这可能是由于泡白菜与泡菜液 之间酸性物质的扩散、渗透以及微生物发酵综合作用的结果整个发酵过程中， 泡白菜本身带有的酸性物质在不断溶入泡菜液或是遭到分解，乳酸菌及其它微 生物也在不断产酸。 6 5 4 3 2 l o 0 o 0 o o o 四川大学硕士学位论文 从食盐浓度对泡菜发酵过程中总酸的影响来分析：食盐浓度6 的泡菜液 中总酸的含量随着发酵时间的上升趋势比食盐浓度8 的泡菜液快，这是由于 食盐浓度低对乳酸菌的抑制作用弱的原因。 食盐浓度6 的泡白菜中的总酸含量出现最低点的时间比食盐浓度8 的 泡白菜的时间晚，这可能是因为食盐浓度升高改变了白菜组织的扩散和渗透功 能，使白菜中酸性物质扩散速度加快的缘故，但因食盐浓度为6 时的产酸速 度较快，其泡菜中的总酸含量始终高于食盐浓度为8 时的泡菜。 2 3 1 3 食盐浓度对还原糖含量的影响 不同盐浓度对还原糖含量的影响见图2 3 0 8 0 7 ：0 粤o 0 簇0 委0 0 1 0 o 发酵时间( 天) 8 泡菜脯 + 盐水6 - h - - 泡菜既 喂一盐水8 图2 - 3 盐浓度对泡菜( 水) 中还原糖的影响 由图2 3 可见，白菜中的还原糖含量随着发酵时间的延长而逐渐减少；在发 酵初期和发酵旺盛期，食盐浓度为6 时白菜中还原糖含量的下降速度比8 时 下降更快。而液体样品中还原糖含量却随发酵时间的变化先上升后下降。这是 因为在整个泡菜发酵的微生态环境中，同时存在还原糖由白菜中溶解到泡菜液 里与还原糖被微生物利用的两个过程。当溶解速度大于微生物利用还原糖的速 度时，泡菜液中的还原糖就上升；反之，泡菜液中的还原糖就下降。 1 2 四川大学硕士学位论文 2 3 1 4 食盐浓度对氨态氮含量的影响 不同盐浓度对氨态氮含量的影响见图2 _ 4 水 v 腻 均 域 012345678 发酵时间( 天) 图2 - 4 盐浓度对泡菜中氨态氮的影响 泡菜6 泡菜脯 由图2 - 4 可知，氨态氮含量随发酵时间的延长而下降。在泡菜制作过程， 虽然由于蛋白酶的作用蛋白质不断降解，但由于肽、氨基酸等不断溶入泡菜汁， 并被微生物利用，因此泡菜中氨态氮含量不断减少食盐浓度对泡菜发酵过程 中的氨态氮含量的变化影响不明显 1 3 盯眈叽0 o o 0 0 o o o o o 四j i l 大学硕十学位论史 2 3 l5 食盐浓度对v c 含量的影响 i 一脯的泡菜l l ，一：6 啦包荣j 图2 - 5 盐浓度对泡菜中v c 值的影响 实验得出的泡白菜中v c 含量与发酵时间的关系图如2 5 所示，其v c 含 量随发酵时间延长而下降。其中食盐浓度为8 的泡菜中v c 含量随发酵时间的 延长比食盐浓度为6 的下降速度要慢。 2 3 1 6 食盐浓度对亚脯酸盐的影响 、， 机 韶 甚 鹰 制 图2 - 6 盐浓度对泡菜中亚硝酸盐含量的影响 1 4 四川大学硕士学位论文 由图2 6 可知，整个发酵过程中泡白菜中亚硝酸盐的含量随发酵时间在一 定范围内波动。食盐浓度为8 时白菜中亚硝酸盐的含量高于食盐浓度6 时 2 3 2 碘元素的存在对自然发酵泡菜物质代谢规律的影响 本实验采用配方l ( 对照组) 和配方3 ( 加碘组) 来配制盐水制作泡菜， 研究碘元素的存在对自然发酵泡菜中p h ，总酸，还原糖的变化规律。 2 3 2 1 碘元素的存在对自然发酵泡菜中p h 的影响 0l2345678 发酵时间( 天) 图2 - 7 碘元素对泡菜( 液) 中p h 值的影响 由图2 - 7 可知，加碘盐泡菜在第2 d 即进入发酵旺盛期，无碘盐泡菜在第 3 d 进入发酵旺盛期；在测定终点时，虽然两种类型的泡菜都已经到达发酵末期， 但碘盐泡菜到达末期的时间更早( 第5 d ) 。p h 下降更快。即碘盐泡菜比无碘 盐泡菜更有利于乳酸菌的发酵，发酵周期更短。 1 5 四川大学硕七学位论文 2 3 2 2 碘元素的存在对自然发酵泡菜中总酸的影响 0 7 0 6 0 5 ，、 艺0 4 型 铤o 3 蘧 0 2 0 1 0 02468 发酵时问( 天) 卜无碘泡菜 + 尤碘盐水 + 加碘泡菜 _ _ 加碘盐水 图2 - 8 碘元素对泡菜( 液) 中总酸度的影响 由图2 - 8 可知，用碘盐制作的泡白菜的总酸含量出现最低点的时间比用无碘 盐制作的泡菜的总酸含量出现最低点早，发酵进入第5 d 以后其总酸含量亦高于 无碘盐泡菜；碘盐泡菜液的总酸含量上升速度比无碘盐泡菜快。在整个发酵过 程中其总度均高于无碘盐泡菜液，说明泡菜中含碘有利于产酸。 2 3 2 3 碘元素的存在对自然发酵泡菜中还原糖的影响 o 8 翼o 6 誉 o 4 托 耋0 2 增 0 o2468 发酵时闻( 天) 1 6 - 0 - - 无碘泡菜 - - m - - 无谈盐水 - a - - 加砩泡菜 - - - x - - 加穰盐永 四川大学硕士学位论文 图2 - g 碘元素对泡菜( 液) 中还原糖的影响 由图2 - 9 可知加碘盐和无碘盐对于还原糖含量的影响在前期并不明显。进 入第3 d 后，碘盐泡菜中的还原糖损耗量始终大于无碘盐泡菜的损耗量，说明碘 元素的存在能使发酵更充分。在加碘食盐的实验条件下，发酵过程中还原糖含 量的变化较明显，发酵速度较快。从而验证了前面提高的加碘有利于乳酸发酵 缩短发酵时间的结论。 2 3 3 香料的存在对自然发酵泡菜物质代谢规律的影响 本实验采用配方3 和配方4 来配制盐水制作泡菜，研究香料的存在对自然 发酵泡菜中p h ，总酸，还原糖的变化规律。 2 3 3 1 香料存在对自然发酵泡菜中p h 的影响 123 4567 时间( d ) 图2 - 1 0 香料对泡菜( 液) 中p h 值的影响 由图2 - l o 可知：6 的无碘加香泡菜的p h 在发酵第1 d 内变化不大，为发酵 初期；从第1 d 到第5 dp h 的下降速度比较快，说明微生物发酵进入旺盛期；5 d 后p h 下降相对缓慢，进入发酵末期。加香泡菜与不加香泡菜比较，在第2 d 至 第7 d 之间，二者p h 相差较大这可能是因为加入花椒后其中的一些特殊物质 1 7 6 5 4 3 2 l o 四川大学碗七学位论文 溶解于水中后影响了微生物生长的微生态环境，抑制了杂菌活动或者促进了乳 酸菌的生长和繁殖，具体原理有待进一步研究。 2 3 3 2 香料存在对自然发酵泡菜中总酸的影响 o 7 0 6 0 5 艺0 4 蓉o 3 蹈o 2 0 1 0 + 无香泡菜 + 无香盐水 + 加香泡菜 蜘加香盐水 0 2 468 发酵时间( 天) 图2 - 1 1香料对泡菜( 液) 的总酸度的影响 由图2 n 可知，加入花椒后发酵过程中的白菜的总酸含量出现最低点的时 间比不加花椒的白菜早，发酵进入第3 d 以后其总酸含量亦高于不加花椒的白 菜；加花椒的泡菜液的总酸含量的上升速度比不加花椒的泡菜液快，在整个发 酵过程中其总酸度均高于无碘盐泡菜液。这可能是由于加入花椒后其中的一些 特殊物质改变了微生物生长的微生态环境，抑制了杂菌活动或者促进了乳酸菌 的生长和繁殖的缘故。总之，在泡菜发酵过程中添加花椒对泡菜发酵有利。 关于添加花椒能促进乳酸菌的生长繁殖的推测，我们通过分析发酵过程中 乳酸菌的生长情况得到了证实( 详细分析见第3 章的相关内容) 1 8 四川大学硕士学位论文 2 3 3 3 香料存在对自然发酵泡菜中还原糖的影响 n 8 0 7 ：o 暑0 二o 鬈o 晤 捌n 0 1 o 一无番泡菜 _ 卜无香盐水 - a - - 加香泡菜 一加香盐水 02468 发酵时间( 天) 图2 - 1 2 香料对泡菜( 液) 中还原糖的影响 由图2 1 2 可见，分析固体样品中还原糖含量的变化趋势。加香料与无香科 两种泡菜中还原糖的含量从第3 天开始，下降趋势出现不一致：加香料泡菜的 还原糖损耗更多，提早进入发酵末期。说明加香料能加快发酵速度，缩短发酵 周期。 2 4 本章小结 2 4 1p h 和总酸的变化规律 泡菜发酵过程可以根据p h 下降的快慢分为发酵初期、发酵旺盛期和发酵 末期三个阶段；在整个发酵过程中泡白菜和泡菜液中p h 均呈下降趋势，泡菜 液的总酸含量呈上升趋势，而在泡白菜中总酸含量呈现先下降然后再上升的规 律，即总酸含量会在整个发酵期间出现一个最低点 2 4 2 碘元素、香料和食盐等外界因素对发酵过程的影响 在泡菜制作过程中，采用较低食盐浓度、加碘、加香料的方法有利于产酸。 1 9 四川大学硕士学位论文 2 4 3 还原糖的变化规律 泡白菜中的还原糖随发酵过程的进行星现下降趋势，而泡菜液中的还原糖 含量则是先上升后下降。食盐浓度对还原糖含量的变化有一定的影响，在发酵 初期食盐浓度8 时泡菜液中还原糖含量比食盐浓度6 时高，在发酵旺盛期食 盐浓度8 时还原糖含量下降速度较比6 时慢。 2 4 4 氨态氮和v c 的变化规律 泡白菜中氨态氮含量和v c 含量随发酵过程的进行而下降，且呈现产酸速 度越慢，v e 下降的速度就越慢的规律。 2 4 5 亚硝酸盐的变化规律 整个发酵过程中泡白菜中亚硝酸盐的含量随发酵时间在一定范围内波动，而 含量较低。 四川大学硕士学位论文 3 不同的发酵条件对泡菜自然发酵过程中微生物菌系的影响 3 1 引言 泡菜是一种以湿态发酵方式加工制成的浸制品，属乳酸发酵食品。在我国有 着两千多年的悠久历史，1 7 世纪时传到欧洲。一直以来，在世界范围内，泡菜 以其独特的诱人风味和多种健康功效( 2