食盐浓度和发酵时间对泡菜中亚硝酸盐含量影响

摘要:食盐浓度和发酵时间是制作泡菜的两个关键因素,它们影响泡菜中微生物的生长和代谢,从而影响泡菜的口味及亚硝酸盐含量。本课题探究了某种温度下不同的食盐浓度对泡菜中亚硝酸盐含量的变化规律,以及某一食盐浓度下随着发酵时间的进行亚硝酸盐含量发生变化的规律,为泡菜的制作提供理论和实践依据。

关键词: 食盐浓度 发酵时间 微生物生长 乳酸菌 亚硝酸盐比色

一、研究背景

泡菜是人们日常生活中比较喜欢的一种食品。它成本低廉、制作简单、风味独特、利于储存,我国很多地区均有制作泡菜的习惯。但是泡菜中却含有亚硝酸盐。当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3 g~0.5 g时,会引起中毒;当摄入总量达到3 g时,会引起死亡。我国卫生标准规定,亚硝酸盐的残留量在酱菜中不得超过20 mg/kg。

膳食中的绝大部分亚硝酸盐在人体内以“过客”的形式随尿液排出,只有在特定的条件下才会转变成致癌物──亚硝胺。亚硝胺具有致癌作用,同时对动物具有致畸和致突变作用。人类的某些癌症可能与亚硝胺有关。

二、问题的提出

针对泡菜在发酵过程中会产生亚硝酸盐的事实,我们提出了以下问题:

1.某一特定食盐浓度的泡菜,随着发酵时间的进行,亚硝酸盐含量发生了什么样的变化?

2.用不同的食盐浓度分别制作泡菜,其亚硝酸盐含量会有什么样的变化?

三、实验原理与方法

1. 制作泡菜的原理 利用乳酸菌在无氧的环境下大量繁殖制作泡菜。

2. 测定亚硝酸盐含量的原理 在盐酸酸化条件下,亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮反应后,与N—1—萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料。将显色反应后的样品与已知浓度的标准液进行目测比较,可以大致估算出泡菜中亚硝酸盐的含量。以下为反应方程式。

3. 无机大分子颗粒吸附有机杂质的原理和方法。

四、实验过程与操作

(一)泡菜的制作

经过查找资料和初步实验,发现当食盐浓度为3%以下时,制作的泡菜容易发生腐败,而当食盐浓度在8%以上时,制作的泡菜又容易成为腌菜。因此,我们分别制作了3%、5%、7%的食盐浓度梯度的泡菜,以供实验检测。

本实验选择的泡菜原料为白萝卜和洋白菜。这两样蔬菜不含或含有较少量的色素,有利于检测。制作泡菜时所采用的配料为:料酒、白醋、白糖、味精、姜、香料、花椒、辣椒。除食盐浓度不同外,配料完全相同并等量,以保证只有食盐浓度一个变量。

(二)测定亚硝酸盐含量

1. 配制实验溶液 质量浓度为4mg/ml的对氨基苯磺酸溶液,质量浓度为2mg/ml的N—1—萘基乙二胺盐酸盐溶液(使其与对氨基苯磺酸溶液发生重氮反应),质量浓度为5μg/ml的亚硝酸钠溶液,提取剂(称取50 g氯化镉和50 g氯化钡溶于1 000 ml的蒸馏水中,用浓盐酸调节pH至1。提取剂的作用为提取泡菜汁中的杂质,以利比色),氢氧化铝乳液(进一步吸附泡菜汁中的杂质)和物质的量浓度为2.5 mol/L的氢氧化钠溶液(使其与泡菜汁中的部分物质形成沉淀)。

2. 制备标准显色液 用刻度移液管吸取0.2 ml、0.4 ml、0.6 ml、0.8 ml、1.0 ml、1.2 ml与1.5 ml的亚硝酸钠溶液(相当于1μg、2 μg、3 μg、4 μg、5 μg、6 μg和7.5 μg亚硝酸钠),分别移于50 ml比色管中,再另取1支比色管作为空白对照。在各管中分别加入2.0 ml氨基苯磺酸溶液,混匀,静至3~5 min后,各加入1.0 ml的N-1-萘基乙二胺盐酸盐溶液,添加蒸馏水,使各比色管内体积为50 ml,混匀,观察亚硝酸钠溶液颜色的梯度变化。

3. 样品处理 以下是样品处理流程图

将3坛泡菜做好标记后,分别做如下处理:称取0.2 kg泡菜,用榨汁机粉碎,离心后过滤,得到大约100 ml汁液。将其中的20 ml转移到100 ml容量瓶中,加40 ml蒸馏水,20 ml提取剂,振荡1小时,再加入8 ml氢氧化钠溶液,用蒸馏水定容至100 ml后,立即离心和过滤。将60ml滤液转移至100 ml容量瓶中,加入氢氧化铝乳液,定容至100 ml,再次离心和过滤。此时,滤液变得无色透明。离心的目的是缩短过滤时间,因为过滤的时间太长,每次过滤约需1 h左右。

4. 比色 吸取40 ml的透明滤液,转移到50 ml的比色管中,重复“制作标准显色液”中的显色步骤,每隔2天检测一次,比色检测。计算样品中的亚硝酸盐含量:

亚硝酸盐含量=样品中亚硝酸盐含量(mg)/取样量(40ml滤液的质量,kg)

5. 数据记录 根据以上方法,我们分别在泡菜腌制完成后的第3 d、第5 d、第7 d、第9 d、第11 d和第13 d分别对食盐浓度为3%、5%、7%的3坛泡菜做了亚硝酸盐含量的检测,经过多次实验检测,我们得到以下数据:

五、实验结果与分析

三种食盐浓度的泡菜中的亚硝酸盐含量与发酵天数的关系图

从上面的曲线图中我们可以看出,泡菜中亚硝酸盐含量在发酵刚刚开始的时候都处于上升趋势,在5 d或者7 d的时候会达到一个最高值,之后就会慢慢下降,在发酵时间达到13 d左右的时候下降到一个相对比较稳定的数值,达到平稳状态。

对比不同食盐浓度的泡菜中亚硝酸盐含量,食盐浓度为3%的泡菜中亚硝酸盐含量总体上是3坛泡菜中最高的;食盐浓度为5%的泡菜中亚硝酸盐含量变化最快,它的最高值是三坛中最高的,当亚硝酸盐降到最低值时,也是3坛泡菜中最低的;而食盐浓度为7%的泡菜中亚硝酸盐含量变化不大,一直处于较低的数值。

通过以上记录的数据,特分析如下:

发酵初期,泡菜中的微生物生长很快,微生物将蔬菜中的硝酸盐氧化成亚硝酸盐,如此同时,蔬菜中的酚类物质和维生素C等物质也会将亚硝酸盐还原,但总体来说,生成的亚硝酸盐大于被还原的亚硝酸盐,因此,随着发酵时间的进行,亚硝酸盐的含量会逐步上升。随着微生物代谢活动的持续,氧气被消耗殆尽,泡菜坛中的环境不利于除乳酸菌以外的其他微生物的生长。与此同时,蔬菜中的硝酸盐含量由于被氧化而减少,因此,亚硝酸盐的含量会逐渐下降并趋于一个相对稳定的数值。

此外,食盐浓度也会对泡菜中的亚硝酸盐含量产生影响。根据所测得的数据可以发现,3%的食盐浓度所制作的泡菜,经过13 d发酵后,泡菜中的亚硝酸盐含量相对较高,低浓度的食盐溶液可能对微生物生长的抑制作用较小,而7%的食盐溶液则对微生物的生长有较大的抑制作用,因此,高浓度的食盐浓度泡菜中的亚硝酸盐含量较低。

进一步推测:选择不同的蔬菜,其亚硝酸盐含量及其变化曲线应该不同;泡菜制作时的温度不同,检测的数据也会有所变化。

六、结论

1.泡菜在发酵初期,其亚硝酸盐含量一直在上升,在发酵时间达到第5 d或第7 d时,其亚硝酸盐含量会达到一个最高值。之后,亚硝酸盐含量将慢慢下降。

2.不同的食盐浓度会影响泡菜中的亚硝酸盐含量,过高或过低的食盐浓度对泡菜中的亚硝酸盐含量都有不同程度的影响。

3.经过对泡菜口味的尝试、实验结果以及其原因的分析,我们认为食盐浓度为5%的泡菜比较适合食用,但要在发酵时间达到11天以后食用才比较适宜。

七、说明

本课题是一个极好的研究性课题,它与人们的日常生活和健康习习相关,既可以培养学生具有一定的实验技术和科学理论,又可以获得一定的科学研究价值,因此,本课题能很好地激发了学生的研究兴趣。中央电视台曾将本课题的学生活动拍成录像,在2005年1月27日少儿频道的神奇之窗栏目中播出。

本课题中的比色环节,如果学校有比色仪,也可以采用比色仪比色,这样做更精确些,但是一方面比色仪比较贵,另一方面,人工比色更有利于学生对实验原理的深刻认识。

参考文献

[1] 朱正威 孙万儒 赵占良主编.2004.生物技术实践.人民教育出版社.9~12

[2] 吴永宁主编.2003.现代食品安全科学.化学工业出版社.248~259

[3] 张意静. 2004.《食品分析》.中国轻工业出版社

[4]《食品生物化学》.南京大学出版社.洪庆慈主编


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