乳酸菌發酵對泡菜質量的影響

摘 要:通過分析泡菜發酵過程，闡述了發酵條件、乳酸菌種類、發酵方法和工藝等對泡菜質量的影響，以期為乳酸菌發酵技術在泡菜生產中的應用提供理論依據。

關鍵詞:泡菜;乳酸菌;發酵條件;質量

中圖分類號:TS255.54文獻標識號:A文章編號:1001-4942(2010)01-0086-04

泡菜是一種常見的乳酸菌發酵制品，具有悠久的歷史[1，2]。泡菜中含有乳酸菌及其代謝產物、多種維生素、胡蘿卜素、辣椒素、纖維素、蛋白質和多種微量元素，經常食用可以促進腸胃蠕動，幫助消化，防止便秘，同時刺激腸道免疫細胞產生抗體，預防疾病，還可抑制腸道中腐敗細菌的生長，防止細胞老化，降低膽固醇，以及調節人體生理功能等[3，4]。

本文通過分析泡菜發酵過程，對發酵條件、發酵菌種類、發酵方法和工藝等對泡菜質量的影響做一綜述，以期為泡菜加工的深入研究提供科學依據。

1 發酵條件對泡菜質量的影響

乳酸發酵的優劣及其在泡菜中的積累直接關系到泡菜的質量。乳酸既有保鮮功能，又可增強產品風味[5]。如乳酸發酵不正常及乳酸菌數量不足，不僅影響泡菜的風味，而且會使其它微生物不受抑制而大量生長繁殖，導致泡菜品質下降，產生有害物質，甚至發酵失敗。因此應根據乳酸菌的生理特性創造最佳生長條件，使乳酸菌迅速生長繁殖。

乳酸菌的生長受溫度、食鹽濃度、pH值、氧氣濃度、發酵時間和發酵基質營養成分等多種因素影響。

乳酸菌對食鹽的忍耐力較強，一般在8%～13%之間，在泡菜加工過程中高濃度食鹽(10%～16%)有利于酵母菌生長，而低濃度食鹽(5%～8%)則有利于乳酸菌生長。對于乳酸菌發酵，如果用鹽量太多，會導致同型發酵成比例地過度生長，從而產生較少的CO2，而CO2對創造厭氧環境是非常重要的。

一般認為乳酸菌發酵的最適溫度為25～30℃。Pederson 等(1953)[6]發現在低溫下(7.5℃)結球甘藍能正常發酵，不到一個月總酸量就達到0.8%～0.9%，這樣的酸度條件足以保證儲存;而當溫度為32℃或更高時，發酵就進入了由植物乳桿菌和啤酒片球菌菌種發酵的同型發酵階段，這兩種菌使乳酸含量大增，破壞了酸菜產品的香味和口味，聞起來像腐敗的酸白菜。沈巧生(1988)[7]也發現，當溫度超過30℃時會引起丁酸菌的繁殖，使泡菜有一種不愉快的風味，且制品容易變色。

泡菜加工過程中有許多微生物參與發酵，其活動均受pH值的影響。由表1可知，乳酸菌較其它微生物更耐受強酸性環境。酵母菌和霉菌雖

表1 不同微生物的最低和最適pH值

微生物種類最低pH值最適pH值

腐敗菌4.56.5～7.5

酪酸菌4.5/

大腸桿菌5.5～6.0/

乳酸菌3.0～4.44.9～6.0

酵母菌2.5～3.03.0～6.0

霉菌1.2～3.03.0～6.0

然耐酸性更強，但它們在該泡菜體系中不適宜生長。

2 乳酸菌種類對泡菜質量的影響

目前對用于泡菜發酵的乳酸菌菌種的研究很多。Breidt等(1992)[11]分離得到耐高濃度Nisin的腸膜明串珠菌菌株，并利用其抗Nisin的性質用來作大白菜發酵的菌種，并且研究了鹽與Nisin對這些菌株的影響，兩者無協同效果。Kim等(1999)[12]自Kimchi中分離出發酵型酵母與腸膜明串珠菌，將其突變為耐酸突變株M-100;將發酵型酵母與突變株M-100 混合發酵，所得產品風味好，品質好。Harris等對耐Nisin的腸膜明串珠菌菌株與產Nisin的乳球菌菌株各自進行評價并混合用于泡菜發酵，發酵產品特性有較大差異。王儲炎等(2005)[13]以蘿卜為原料制備泡菜的結果表明，5種乳酸菌中植物乳桿菌作為純種發酵菌種的發酵效果最好，發酵周期為3天，產品酸度適中，乳香味濃，脆度很好。

楊瑞鵬等(1991)[8]以蘿卜、普通白菜、皺葉萵苣、菜豆、葉用芥菜為材料研究其發酵過程中乳酸菌的區系，結果證明這幾種泡菜在發酵過程中乳酸菌區系基本一致，腸膜明串珠菌、植物乳桿菌、短乳桿菌、小片球菌是泡菜發酵中最常見的乳酸菌。據報道，在酸黃瓜、酸白菜及其它發酵蔬菜產品生產過程中也有類似的乳酸菌區系。這些乳酸菌常附著于蔬菜上，雖經洗滌也不被除去，啟動和主導泡菜發酵過程。

腸膜明串珠菌、鏈球菌主要啟動發酵。早在1930年Pederson就通過研究結球甘藍中的微生物，提出了腸膜明串珠菌啟動蔬菜的發酵過程[9]，后來又提出以腸膜明串珠菌為主要發酵菌種的異型乳酸發酵產品優于同型乳酸發酵產品。這類菌群出現在發酵初期，最先適應環境，利用蔬菜的溶出物，迅速生長繁殖并產生二氧化碳、乳酸、乙酸、乙醇等物質，使pH值很快下降，并制造厭氧環境。酸性環境阻止有害微生物活動及果膠酶的分解，確保蔬菜的硬脆度，同時防止VC的降解。發酵的啟動階段并不產生明顯的風味化合物。

植物乳桿菌產酸能力強，生長繁殖快，在發酵中起著主導地位。出現在泡菜發酵的后期，并終止發酵過程[10]。

短乳桿菌能夠發酵戊糖，增強泡菜的特色風味。

泡菜的乳酸發酵一般可分為3個階段。泡制初期，以腸膜明串珠菌等異型乳酸發酵為主。中期以乳桿菌的同型乳酸發酵為主，積累大量乳酸，使泡漬液呈微酸性，抑制腐敗微生物的生長。后期泡菜的風味形成并由于乳酸的大量積累造成對乳酸菌的反饋抑制而導致發酵結束。

3 發酵方法對泡菜質量的影響

3.1 自然發酵

傳統泡菜的乳酸發酵過程是在完全自然的條件下進行的。自然發酵的泡菜體系是一個獨特的微生態環境，其中的微生物基本上是遺傳學性狀比較穩定的野生菌株，在生產過程中不可避免地受到許多因素的影響，如泡制原料(蔬菜)和泡制鹽水的濃度、pH 值、溫度、溶氧濃度、總酸度等。因此，控制環境條件使乳酸菌在發酵過程中成為優勢菌，抑制其它微生物的活動是泡菜發酵成功的關鍵。此外，采用自然發酵，還存在著發酵周期長、發酵質量不穩定以及不利于工廠化、規模化及標準化生產等諸多弊端。

3.2 純種發酵

純種發酵是人為地將外來菌種單一或混合集中接種于清洗過的蔬菜上進行泡制的過程，所接入的菌主要為乳酸菌。純種發酵并非單靠接入的菌來完成發酵全過程，而是通過增強發酵體系中乳酸菌種群優勢來調整微生物種群結構，形成有利于乳酸菌生長的環境，使蔬菜上種類豐富的乳酸菌得以大量繁殖。因此純種發酵系統內乳酸菌的消長規律與自然發酵基本一致。郭曉紅等(1989)[14]在結球甘藍上的純種發酵試驗證實了上述動態規律。

20世紀60年代，Pederson等(1961)[15]率先將純種發酵接種技術應用于泡菜的研究，而后Caldwell Biofermentation Canada公司在蔬菜發酵領域處于領先地位，并于1998年獲得符合菌種接種的蔬菜發酵專利技術。我國李幼筠等(1996)[16]年分離出干酪乳桿菌和短乳桿菌兩株乳酸菌，并申請專利。沈國華等(2002)[17]采用植物乳桿菌或干酪乳桿菌單獨或以1∶1比例混合接種蔬菜發酵，發現可使泡菜產生較濃的發酵香氣，口感佳，脆度好。畢金峰等(2000)[18]使用腸膜明串珠菌和乳酸桿菌進行復配取得了較好的效果。羅云波(2001)[19]認為生產泡菜的純種接種應該是植物乳桿菌、發酵乳桿菌、腸膜明串珠菌以5∶3∶2的比例較為合適，蔣和體(1994)[20]則認為以上的比例為3∶1∶1比較合適。四川際天時公司、四川大學和西南農大篩選出的純種乳酸菌菌種可使泡菜的發酵期由傳統工藝的25 d縮短為2 d。

目前純種乳酸發酵生產工藝有兩種:第一種是在接種前先對蔬菜原料進行熱燙滅菌處理，以殺死大部分附著于發酵原料上的微生物，然后在無菌條件下進行接種發酵，其發酵風味與單一菌種及復合菌種的關系較為密切;第二種是接種前原料不經過熱燙處理，發酵原料中附著的自然微生物依然存在并參與發酵，而接入的純菌種只在發酵過程中起優勢主導菌群的作用[21]。前一種加工方法對發酵制品的脆度和色澤影響大，一般不采用，第二種是常用的加工方法。

純種發酵方法不僅可以人為控制自然發酵的諸多不足，所接菌種快速成為優勢菌種，發酵速度快，而且可以采用低鹽工藝，從而降低產品的含鹽量和亞硝酸鹽含量。

3.3 直投式乳酸菌發酵劑

直投式乳酸菌發酵劑(Direct Vat Set，DVS)起源于乳品行業。19世紀末20世紀初，乳業科學家開始研制濃縮發酵劑，1963年制成冷凍濃縮發酵劑，即將濃縮菌懸浮液添加抗凍保護劑，在-70℃以下的低溫條件下速凍，再置于低溫下保藏，其活菌數和活力在6個月內變化不大。由于其保存需要特殊的制冷系統，成本高、運輸不便，在生產中應用存在一定的困難。隨著冷凍干燥技術的發展，將高濃度的菌懸浮液添加抗凍保護劑后凍結，再于真空條件下升華干燥，制成目前常用的干燥粉末狀固體發酵劑——凍干濃縮發酵劑。

直投式乳酸菌發酵劑的生產可使用噴霧干燥方法，但主要使用真空冷凍干燥法[24]。將乳酸菌培養至對數期末期，懸浮液于8 000×g、15 min離心，離心后的固體重新懸浮于含蛋白胨的水中(1∶10)，然后加入凍干保護劑(20%乳粉，5%蔗糖，1%酪胨，0.4%VC。懸浮物在-70℃預凍2h，然后用Labconco凍干機(型號92861，Missouri)-5℃、真空度6.5 Pa凍干48 h，所獲發酵劑的活菌數可以達到 1011～1012 cfu/g，可直接用于泡菜的生產[25]。

Gardner等(2001)[22]將植物乳桿菌NK-312、乳酸片球菌AFERM772和腸膜明串珠菌BLAC凍干后復配，用于胡蘿卜、結球甘藍、甜菜和洋蔥混合蔬菜的發酵，最早在泡菜中使用直投式乳酸菌發酵劑。在歐洲的腌黃瓜生產中，使用130 ml植物乳桿菌濃縮發酵劑(活細胞數為6.5 × 1012 cfu/ml)直接接種到9.0 t黃瓜中進行發酵，發酵溫度通常保持26～29℃，7～12 d就可以終止發酵[23]。

直投式乳酸菌發酵劑除了具有純種接種發酵工藝的優點外，還具有保存和管理簡單、易于進行工藝管理和質量控制、接種方便、減少污染環節等特點，適合于不同規模的工廠及家庭、餐飲行業。

4 發酵工藝對泡菜質量的影響

風味醇香、發酵周期短、貨架期長一直是泡菜研究和生產的目標。Lopez等(1954)[24]研究了添加維生素、氨基酸、鹽及發酵菌種等營養物質對泡菜的影響，發現除了葡萄糖與生物素的組合外，其它營養物質都能提高總酸含量，而短乳桿菌、植物乳桿菌及腸膜明串珠菌的添加都有明顯效果。Duran等(1994)[25，26]通過增加腌制液中乙酸濃度或誘導好氧條件下的乳酸發酵作用，對成熟橄欖的保存方法進行了研究，Ruiz-Barba等(1995)[27]證實了橄欖發酵中酵母的有益作用及產生植物乳桿菌生長需要的維生素。

張素華等(2001)[28]結合泡菜的生產工藝，在風味、外觀品質、保質期等方面提出了控制措施，并提到泡菜護綠問題。綠葉蔬菜中，葉綠素的Mg2+易被Zn2+、Cu2+所替代，生成更穩定的葉綠素Zn2+、Cu2+鹽，即使在高酸性條件下，也不會失綠。所以可通過添加ZnCl2、CuSO4、MgCO3等使蔬菜保持綠色。

5 有害微生物滋生對泡菜質量的影響

泡菜壇密封不嚴，某些耐鹽、耐酸、好氣性微生物會造成泡菜發酵容器水面“生花”，出現膜璞。“生花”對乳酸菌發酵與產品質量均有較大影響，為此，要保持壇內厭氧環境以阻止有害微生物的生長。此外，加入少量白酒、姜、蒜、食醋等，或加入0.02%~0.05%的山梨酸鉀等可抑制膜璞的形成。泡菜生產過程中，常受產氣性微生物的污染而引起膨脹現象，受其它雜菌的污染而引起泡菜產氣、變色、發粘和異味等。此類腐敗變質的泡菜食用后危害人體健康。

6 小結

我國泡菜發酵技術有著深厚的文化底蘊和歷史積淀，隨著人們對乳酸菌發酵研究的深入，泡菜生產行業在傳承中不斷融入現代內涵。采用高新技術，建立可控發酵體系，可在很大程度上縮短發酵時間，減小發酵失敗的風險，抑制雜菌的生長，減少有害物質(亞硝酸鹽、亞硝胺、細菌毒素及真菌毒素等) 的生成，從而提高產品質量，獲得感觀特征和營養品質俱佳的產品。

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