泡菜是我国的传统发酵食品,因其口感独特、营养丰富而深受消费者喜爱[1]。但大量研究证实,泡菜在发酵过程中会积累亚硝酸盐,进而可形成亚硝胺,被认为与癌症有关[2-4]。国外有研究表明,人体如果摄入大量的硝酸盐也会在体内转化成亚硝酸盐[5-6],因此硝酸盐和亚硝酸盐的降解对泡菜的生产同样重要。
国内外关于泡菜中亚硝酸盐降解的方法很多,如物理法、化学法和生物法[7-10]。但很多方法都有局限性,对泡菜的风味也有一定影响。目前已有关于有机酸能降解亚硝酸盐的报道[11-12],但仅对比了不同有机酸对亚硝酸盐的降解能力,未做进一步研究。而采用向泡菜中添加有机酸,达到清除亚硝酸盐目的同时保证其风味的研究未见报道。柠檬酸是泡菜发酵的重要产物,具有较强的降解亚硝酸盐能力,酸味爽快可口,能为泡菜提供较好的口感。若将其运用到泡菜中,可能发挥更大的作用。
为探究有机酸对泡菜的影响,本试验以新鲜豇豆为原料,并添加不同浓度的柠檬酸制作泡菜。研究柠檬酸对泡菜中硝酸盐、亚硝酸盐、氨基酸态氮及挥发性香气成分的影响,并试图筛选出最佳浓度的柠檬酸,达到既可降低泡菜中硝酸盐和亚硝酸盐含量的效果,同时利于氨基酸态氮和香气成分形成,以期为泡菜的生产加工提供理论依据。
豇豆、食盐、柠檬酸(均为食品级):市售;氢氧化钠、甲醛、邻苯二甲酸氢钾、碳酸氢钠、乙酸锌、亚铁氰化钾、亚硝酸钠、硝酸钠,对氨基苯磺酸、盐酸萘乙二胺、四硼酸钠(均为分析纯):重庆川东化工有限公司。
PB-10酸度计:赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;UV-1000紫外可见分光光度计:上海元析仪器有限公司;5810台式高速离心机:德国Eppendorf公司;GC-MS-QP2010气相质谱联用(gas chromatography-Mass spectrometry,GC-MS)仪:日本岛津公司;聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)萃取头(50/30 μm):美国Supelco公司。
1.3.1 泡菜(酸豇豆)腌制方法
豇豆→清洗→切分→装坛→按1∶1加入8%食盐水→用水密封→22 ℃恒温发酵7 d→酸豇豆
1.3.2 分析检测
硝酸盐测定:参照唐志华[13]的方法;亚硝酸盐测定:参照GB5009.33—2016《食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》中的分光光度法[14];氨基酸态氮测定:参照王冉[15]的方法;泡菜挥发性风味成分测定:采用气相色谱-质谱联用法。
顶空固相微萃取(headspacesolid-phasemicro-extraction,HS-SPME)提取泡菜香气成分:取适量泡菜用研钵粉碎至匀浆,称取1.00 g样品放入顶空瓶中,加入3.00 g NaCl,60 ℃水浴平衡30 min后用PDMS萃取头在60 ℃吸附30 min[16-17]。然后将萃取头插入气相色谱进样口中解吸3 min,进行GC-MS分析,其色谱条件如下:
气相色谱条件:DB-5MS色谱柱(30.0 m×0.25 mm,0.25 μm);载气:氦气(He);进样口温度为230 ℃,柱箱温度50 ℃,进样时间1 min,溶剂延迟3 min,不分流进样;升温程序:50 ℃,保持4 min,以7 ℃/min升至140 ℃,再以10 ℃/min升至150 ℃,再以5 ℃/min升至180 ℃,保持2 min,最后以10 ℃/min升至230 ℃,保持3 min[18-19]。
质谱条件:离子源为电子电离(electronic ionization,EI)源;离子源温度230 ℃;电子能量70 eV;接口温度230 ℃;扫描质量范围50~550 m/z[20]。
挥发性成分定性与定量:利用质谱结果定性,通过计算机检索与美国国家标准技术研究所(national institute of standards and technology,NIST)2014提供的标准质谱对照,根据匹配度,并结合已有的文献进行定性分析。并采用面积归一法计算各成分的相对含量。
不同的柠檬酸添加量(0、0.30%、0.45%、0.60%、0.75%、0.90%)对发酵过程中泡菜的硝酸盐及亚硝酸盐含量影响结果见图1。由图1A可知,泡菜中硝酸盐含量随着发酵进行不断减少,在发酵前5 d,柠檬酸处理组比未处理组降低速率慢;发酵第7 天,柠檬酸处理组中硝酸盐含量均明显低于未处理组(145.13 mg/kg),但各处理组间差异不显著(P>0.05)。综上所述,添加柠檬酸能降低泡菜中硝酸盐含量,且添加0.30%柠檬酸使终产品的硝酸盐含量最低。由图1B可知,在整个发酵过程中,柠檬酸各处理组中亚硝酸盐含量均保持在3 mg/kg的低水平,与未处理组相比,未出现“亚硝峰”。原因可能是经柠檬酸处理后,一方面抑制了发酵后期微生物中的硝酸盐还原酶活性,使亚硝酸盐的产生降低;另一方面,柠檬酸使亚硝酸盐降解加快且积累少,最终使其含量一直保持较低水平。不同浓度柠檬酸处理组之间差异性不显著(P>0.05),但考虑到成本以及对硝酸盐含量影响效果,选用柠檬酸添加量为0.3%较为合适。
图1 不同浓度柠檬酸对泡菜中硝酸盐(A)及亚硝酸盐含量(B)的影响
Fig.1 Effect of different citric acid concentration on nitrate content (A)and nitrite contents (B) in pickle
不同柠檬酸添加量(0、0.30%、0.45%、0.60%、0.75%、0.90%)对泡菜中氨基酸态氮含量变化影响结果见图2。由图2可知,随着发酵的进行,各处理组中氨基酸态氮含量均呈先上升再曲折下降的趋势。在发酵初期,所有处理组的氨基酸态氮含量均上升,最高可达到0.82 g/kg,这可能是由于豇豆中的蛋白质被微生物分泌的蛋白酶降解形成多肽、氨基酸[21];之后随着发酵的进行,氨基酸态氮含量开始下降,且在第7 天时,0.90%处理组中氨基酸态氮含量降至最低,为0.44 g/kg。这可能是由于多肽、氨基酸不断渗透进入到泡菜液中,且有些会被微生物生长繁殖所利用所致。经过7 d发酵后,0.30%柠檬酸处理组与未处理组最为接近,无显著差异(P<0.05)。因此,0.30%柠檬酸处理组对氨基酸态氮含量无显著影响。
图2 不同浓度柠檬酸对泡菜中氨基酸态氮含量的影响
Fig.2 Effect of different citric acid concentration on amino acid nitrogen contents in pickles
由表1可知,经HS-SPME-GC-MS共检出148种物质,酯类30种,醇类31种,醛类26种,酮类11种,挥发性酸类11种,芳香族类13种,烯烃类5种,烷烃类21种,各类物质相对含量变化见图3。由图3可知,添加柠檬酸对泡菜中醇类和烯烃类物质含量影响较大。0.30%柠檬酸处理组使泡菜中醇类物质由44.64%降至28.84%,烯烃类物质由21.20%降至2.70%;而添加柠檬酸使泡菜中酯类物质、醛类物质和芳香族物质相对含量有所提升,其中0.30%柠檬酸处理组中这3类物质较其他处理组均最高,分别为12.54%、20.09%和16.13%。
0.30%柠檬酸处理组发酵7 d后,样品的香气物质种类最多(88种,其中酯类20种,醇类13种,醛类19种,酮类5种,挥发性酸类5种,芳香族类9种,烯烃类3种,烷烃类14种)。醇类物质具有香甜花香味,酮类物质具有甘草气息,含有苯环的芳香族类物具有芳香气味,醛类物质是泡菜特殊风味的重要组成部分,这些物质的存在使泡菜风味协调。且0.30%柠檬酸处理组各类物质相对含量相差小,形成的泡菜风味更好,这可能是该浓度柠檬酸抑制了有害微生物的生长,但未抑制有益微生物的发酵作用,使泡菜发酵环境快速进入理想化状态,从而使泡菜的香气物质组成更丰富,风味更和谐。
表1 各处理组发酵7 d样品香气成分相对含量
Table 1 Relative contents of aroma components of each treatment group after fermentation 7 d
续表
续表
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注:“-”表示未检出。
图3 不同处理组发酵7 d各挥发性香气成分变化
Fig.3 Variation of aroma components of each treatment group after fermentation 7 d
添加0.30%柠檬酸于泡菜中能最大程度的降解其中的硝酸盐、亚硝酸盐,使其含量分别达到97.86 mg/kg、2.33 mg/kg;且氨基酸态氮含量为0.52 g/kg,与自然发酵泡菜相近。经柠檬酸处理的6组泡菜在发酵7 d后共检测出148种香气成分,且0.30%柠檬酸处理组的香气物质种类最多,为88种,包括酯类20种,醇类13种,醛类19种,酮类5种,挥发性酸类5种,芳香族类9种,烯烃类3种,烷烃类14种,且各类物质含量差异小,使各香气物质组成更协调,泡菜整体风味整体更和谐。因此,选择0.30%柠檬酸添加至泡菜中,既能最大程度的降解硝酸盐和亚硝酸盐,同时对泡菜风味的影响也最小。
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Effect of citric acid on nitrate,nitrite and the flavor substances in pickle