人工發酵蔬菜的研究進展

王衛東，陳安徽，楊萬根，李 超

人工發酵蔬菜的研究進展

王衛東1,2，陳安徽1，楊萬根1，李 超1

(1.徐州工程學院食品(生物)工程學院，江蘇 徐州 221008；2.江蘇省食品生物加工工程技術研究中心，江蘇 徐州 221008)

發酵蔬菜是一種重要的蔬菜制品。本文總結發酵蔬菜中的微生物類型及其在發酵中所起的作用，并總結近年來人工發酵的研究成果，比較其與自然發酵的優缺點。

乳酸菌；純種發酵；發酵蔬菜

蔬菜是人們攝取各種營養成分的主要來源之一，可提供人體所必需的多種維生素和礦物質。除了直接烹飪供食用外，還可以將蔬菜進行腌制、干制、罐藏、速凍、榨汁等。加工不僅可以延長蔬菜貯藏期、利于運輸、調劑淡旺季、周年均衡供應、提高其附加值，還可以改進蔬菜風味、增加花色品種，滿足人們對蔬菜食品日益增長的需要。蔬菜發酵是以蔬菜為原料，利用有益微生物活動的產物及控制一定生產條件對蔬菜進行加工和保藏的一種方式[1]。發酵蔬菜產品主要有泡菜、酸菜、醬菜以及腌菜等。

大約3000年前，我國就有了發酵蔬菜的制作工藝，如四川泡菜、榨菜、揚州醬菜等。傳統發酵蔬菜是我國蔬菜加工產品中產量最多的一種，是利用天然存在的乳酸菌等微生物進行發酵。隨著現代食品工業的發展以及消費者對食品安全和健康的追求，迫切需要發酵蔬菜低鹽、低亞硝酸鹽含量，實現加工標準化、規模化。人工發酵蔬菜正好可以滿足人們的這些要求。目前日本、韓國等發達國家的發酵蔬菜加工多采用人工發酵，而我國大部分的產品還是自然發酵。本文對蔬菜發酵中的微生物及其在人工發酵中的應用進行綜述，以推動深入研究蔬菜發酵中的科學問題，為提高我國發酵蔬菜的加工水平提供參考，促進我國傳統發酵蔬菜制品走向世界。

1 發酵蔬菜中的微生物

要實現蔬菜發酵由自然到人工的轉變，必須研究其中的微生物菌系，利用自然發酵過程中的微生物進行人工接種發酵。一般用來發酵的新鮮蔬菜表面都附著有大量的微生物，主要有乳酸菌、酵母菌、霉菌、腸桿菌科細菌及假單胞菌屬細菌等[2]。乳酸菌為發酵主導菌，而腸桿菌、假單胞菌在發酵過程中隨著乳酸的增加慢慢死亡。

1.1 乳酸菌

1.1.1 發酵蔬菜中的乳酸菌

乳酸菌(LAB)并不是正式、規范的細菌分類學名稱，而是一類能夠發酵碳水化合物(主要是葡萄糖)產生乳酸的革蘭氏染色陽性細菌的總稱。目前在自然界己發現的這類細菌至少含有18個屬200多種。

國外對發酵蔬菜中的微生物研究比較早。20世紀60年代，Albury[3]和Pederson等[4]研究了酸白菜、酸黃瓜等發酵過程中的菌系消長規律，發現在發酵早期腸膜明

串珠菌很活躍，隨后是啤酒片球菌、短乳桿菌和植物乳桿菌大量產酸，最后是植物乳桿菌完成發酵過程。Eom等[5]從韓國泡菜、德國泡菜、酸黃瓜前期發酵中分離出腸膜明串珠菌，證明其為泡菜啟動發酵的主要菌株。

國內學者從中國泡菜中分離篩選出了許多生產性能優良的菌種，如植物乳桿菌、腸膜明串珠菌、干酪乳桿菌、彎曲乳桿菌、短乳桿菌、嗜酸乳桿菌等。王柱等[6]通過多種方法對分布于四川不同區域泡菜的乳酸菌菌種資源進行收集和標準化整理，確定了165株乳酸菌，其中桿菌130株、球菌35株。鄯晉曉[7]從四川泡菜中分離出的乳酸菌主要為腸膜明串珠菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌、短乳桿菌以及植物乳鏈球菌。陳建華等[8]從4種湘西民間泡菜樣品中分離出8株產酸菌株，并根據其發酵產酸能力從中優選出3株產酸能力較強的乳酸桿菌。王曉飛[9]從市售泡菜中分離、篩選出3株菌，分別鑒定為乳桿菌屬的彎曲乳桿菌、乳桿菌屬的植物乳桿菌。巨曉英等[10]從多種自制泡菜中分離到了31株乳酸菌，經過形態特征、培養特征和生化特征鑒定，其中16株為戊糖片球菌，表明戊糖片球菌在泡菜的發酵過程中起重要作用，可能是引起泡菜發酵的優勢菌種。

1.1.2 乳酸菌的作用

蔬菜在發酵過程中，由于有害微生物(腸桿科細菌和真菌等)及硝酸鹽還原酶的作用，硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽，因此發酵蔬菜中常含有一定量的亞硝酸鹽。經過乳酸菌發酵的蔬菜，亞硝酸鹽含量得以減少，但是不同乳酸菌菌株的降解能力不同，并且具有種間的特異性[11]。Yan等[12]從發酵泡菜中分離出戊糖乳桿菌、植物乳桿菌、腸膜明串珠菌、短乳桿菌和發酵乳桿菌，在MRS培養基中可以分別降解99.6%、99.3%、99.2%、97.0%和98.5%的亞硝酸鹽。

乳酸菌在蔬菜發酵過程中產生大量有機酸，可以降低體系的pH值，并抑制其他有害微生物的生長。乳酸菌發酵也能提高產品的營養價值，賦予產品獨特的發酵風味。

1.2 酵母菌

1.2.1 蔬菜發酵中的酵母菌

發酵蔬菜中的酵母菌目前研究較少，但是在很多蔬菜的發酵過程中，酵母菌起到了非常重要的作用。蔬菜腌制的前幾天，腌漬液中的酵母菌含量很少，隨著發酵和貯存期間腌漬液中各種化學和物理條件的變化，酵母菌的數量會增加，其中發酵性酵母在整個主發酵和二次發酵階段生長繁殖，直至可發酵的碳水化合物被耗盡為止[7]。研究者在蔬菜發酵初期分離得到許多酵母菌種，其中發酵菌種有異常漢遜酵母、亞膜漢遜酵母、芹耳酵母、德氏酵母、羅斯酵母、霍爾母球擬酵母、煉乳球擬酵母、易變球擬酵母，氧化菌種有德巴利氏酵母、畢赤氏酵母、紅酵母屬和耐滲透壓酵母[13]。另外脆壁酵母和釀酒酵母能水解果膠質，引起黃瓜變軟，小紅酵母和深紅酵母能引起腌制油橄欖變軟[14]。

何玲等[15]通過對漿水芹菜自然發酵過程中優勢菌群的研究，發現在發酵初期，枯草芽孢桿菌、酵母菌、醋酸菌占優勢，隨后是腸膜明串珠菌；發酵中期以兼性厭氧乳酸菌為主，此時是漿水芹菜的最佳食用期；發酵后期，一些耐酸的酵母菌數量增多，若不加以控制，會產生很濃的酒精味或酵母味，影響產品質量。楊瑞[16]的研究認為，在整個泡菜發酵過程中兼性厭氧菌、乳酸菌、酵母菌的濃度都會經歷一個“先上升→達到最高點→再下降”的過程，適當加入花椒和碘并且結合其他有利條件，可使參與發酵的主要菌群乳酸菌和酵母菌的生長和繁殖速度加快，從而縮短發酵周期使泡菜加速成熟。張鵬[17]從四川民間優質泡菜汁中分離得到13株酵母菌，并篩選出2株符合四川泡菜發酵要求且發酵性能較好的酵母菌，分別為粗狀假絲酵母和近平滑假絲酵母。

1.2.2 酵母菌的作用

酵母菌對發酵蔬菜的風味和質地以及發酵后的儲藏有著重要影響。蔬菜發酵期間酵母菌引起的發酵生成乙醇，對腌制品后熟階段發生酯化反應和生成芳香物質很重要，其他醇類的產生對風味也有一定影響。酵母菌在利用可發酵糖方面起著有益作用。對發酵蔬菜起主導作用的乳酸菌一旦完成發酵會受到低pH值的抑制，不能再利用發酵糖，這時酵母菌仍可以很好地生長繁殖，直至把殘糖消耗盡，這一點對含有大量糖的胡蘿卜等蔬菜發酵尤其如此，因為有害菌如腐敗菌利用可發酵糖會引起腌制品腐敗。但是，如果長時間對酵母菌的酒精發酵不加以控制，腌制品酒精度過高則會損害正常風味。另外，一些酵母菌如產璞酵母的大量繁殖會使腌制品的表面生花，長白膜，產生不愉快的酸臭味，最后導致腌制品變質，因此，常把酵母菌看成是蔬菜發酵的腐敗菌。酵母還能產生CO2，引起酸黃瓜產氣腐敗。如果腌制甘藍的鹽濃度高于3%，紅酵母屬菌可能會生長造成泡菜上紅色斑點。氧化酵母能利用乳酸和較低的鹽水，導致其他腐敗菌生長，但這只有在有氧條件下才會發生，因為在厭氧條件下，這些酵母菌不能利用有機酸。

2 自然發酵

發酵蔬菜制品是我國的傳統產品，包括泡菜、酸菜、醬菜等。國內發酵蔬菜的加工大都采用自然發酵，即利用原輔料、加工器皿等本身攜帶的微生物在完全自然的條件下進行發酵。由于在自然條件下進行，因此

發酵周期相對較長，生產力低下，并且較容易受外界因素影響，發酵質量不穩定，不容易實現工業化、標準化生產。通過人工接種外來菌種進行發酵生產泡菜可強化發酵，縮短發酵周期，提高產品質量，降低生產成本[6,18]。

3 人工發酵

3.1 純菌種接種發酵

純菌種發酵是人為的將標準菌種接種于蔬菜上進行發酵的過程。從20世紀60年代起，眾多的研究者將純種發酵應用于蔬菜的發酵加工。沈國華[19]應用純菌接種發酵技術確立了蘿卜、黃瓜、包菜、豇豆等蔬菜發酵加工的最佳配套模式，得到了品質穩定的優質發酵蔬菜產品。龔鋼明等[20]以白菜為原料，人工接種乳酸菌發酵實驗結果表明：混和乳酸菌接種發酵與自然發酵相比，具有發酵周期短、鹽度低、亞硝酸鹽含量低、風味醇厚等優點。

采用純菌接種發酵可將自然發酵的諸多不足限制在人工控制之下，最大限度地提高發酵蔬菜加工的技術水平和產品質量。黃業傳等[21]以葉用芥菜為原料，采用3%腸膜明串珠菌、1%植物乳桿菌、1%短乳桿菌為發酵劑，對自然發酵和人工發酵泡菜的品質作了對比，結果表明，兩者在感官品質、有機酸、香氣成分、氨基酸含量上無明顯差異，但人工接種發酵能顯著降低亞稍酸鹽含量，縮短發酵時間。吳海波等[22]選取了自然發酵泡菜中的4種乳酸菌混合接種于甘藍泡菜，與自然發酵相比較，其亞硝峰出現的早且含量很低，其中混菌發酵要比純菌發酵的亞硝酸鹽含量低。

在接種發酵的加工中，菌種選擇、菌種搭配、接種技術、發酵方式等都會影響發酵蔬菜的品質。沈國華[19]研究表明，采用純菌接種恒溫控制發酵的發酵速度至少比自然發酵提高3倍以上。目前眾多的研究者更傾向于采用混合純菌種發酵蔬菜。陸步詩等[23]采用乳酸菌、酵母菌和醋酸菌等多菌種發酵生產百合泡菜，酵母的強化發酵所生成的乙醇與乳酸、醋酸在發酵成熟階段發生酯化反應生成芳香物質，對產品的特色風味大有裨益。薛勝平[24]將丙酸菌接種于采用老鹽水發酵的泡菜中，制得的泡菜品質好于單純用老鹽水發酵的泡菜，這與丙酸菌產生丙酸、乙酸、琥珀酸有關。

可以采用兩種純種乳酸發酵生產工藝：1)在接種前先對蔬菜原料進行熱燙殺菌處理，然后再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；2)接種前原料不經熱燙處理，發酵原料中附著的自然微生物依然存在并參與發酵，而接種的純菌種只在發酵過程中起優勢主導菌群的作用[25]。

3.2 直投式發酵劑發酵

由于接種發酵工序繁瑣，需要專業的技術人員進行菌種的擴大培養，因此人們又進行了直投式發酵劑發酵蔬菜的研究。直投式發酵劑是指一系列高度濃縮和標準化的冷凍干燥發酵劑菌種，可直接加入到原料蔬菜中進行發酵，而無需對其進行活化、擴培等其他預處理工作。將直投式發酵劑用于發酵蔬菜的生產，可以省去菌種車間，減少工作人員、投資和空間，簡化生產工藝，縮短發酵周期，使生產更加專業化、規范化、統一化，提高發酵蔬菜產品的質量和安全性，保障消費者的利益和健康。目前西方發達國家的許多發酵乳制品如酸奶、干酪、黃油等均使用濃縮型直投式發酵劑進行發酵生產，其他發酵食品行業如發酵香腸、法式面包、酸泡菜等也采用濃縮型直投式發酵劑進行發酵生產[26]。

固體發酵劑是將乳酸菌經過高密度培養，添加保護劑，在真空冷凍的條件下獲得粉末發酵劑。由于冷凍和干燥會對保存的微生物具有破壞作用，所以冷凍保護劑的選擇一直是濃縮發酵劑制備中的一個關鍵[27]。糖類保護劑對微生物細胞的凍干具有顯著的保護作用，其中二糖的保護作用是近年來國內外學者研究的熱點。申彤等[28]以蔗糖、甘露醇、山梨醇、麥芽糖、谷氨酸鈉為保護劑，對篩選自泡菜的嗜酸乳桿菌S1的凍干保護效果進行研究，結果表明乳糖為最佳保護劑，菌體存活率達到70%以上，其次是麥芽糖、山梨醇、蔗糖、甘露醇。

余文華等[29]采用直投式乳酸菌發酵劑發酵白蘿卜、大白菜、胡蘿卜、萵筍、芹菜等5種蔬菜，結果表明，以3%的葡萄糖為碳源，發酵劑添加量0.2%，發酵溫度30℃，食鹽添加量6%，發酵時間5d時酸味最好，4d時香氣和滋味最好。李潔芝等[30]研究了直投式乳酸菌發酵青菜控制亞硝酸鹽條件，從接種量、鹽添加量、發酵溫度和加糖量方面探討發酵過程中泡青菜亞硝酸鹽含量的動態變化，發現采用接種量0.05%、鹽添加量6%，發酵溫度33.9℃、加糖量1.74%、發酵91.5h時泡青菜亞硝酸鹽的含量最低、感官品質好、食用安全。

于娟娟等[31]對自然發酵和直投式發酵劑發酵的酸白菜風味成分進行了分析比較，發現人工發酵酸菜中有機酸總含量是自然發酵產品的1.53倍，氨基酸總量是自然發酵的1.4倍，各種有機醇的含量均高于自然發酵，但是自然發酵產品中風味物質種類較多。更多的研究表明，采用直投式發酵所得的產品與液體發酵產品品質基本一致。賀稚非等[32]以等量的植物乳桿菌和短乳桿菌混合后作為菌種，選用10%的脫脂乳和血清蛋白作為冷凍保護劑制備了直投式發酵劑，將其應用于榨菜、蘿卜、豇豆和黃瓜的發酵，所得泡菜與采用液體發酵劑加工的

產品相比并無不同。蔡永峰等[33]比較了泡菜加工的自然發酵技術、液體接種發酵技術和直投式菌粉發酵技術，結果表明，采用直投式泡菜專用菌粉發酵與泡菜專用液體菌種發酵具有相同的發酵周期，可以達到同等的發酵效果。陸利霞等[34]以乳酸菌發酵劑進行黃瓜、胡蘿卜、葛筍泡菜的制備，利用植物乳桿菌B4、復合彎曲乳桿菌AS和乳酸鏈球菌制備直投式發酵劑并進行純種發酵泡菜，結果表明，采用直投式發酵劑可提高發酵3d時泡菜汁中的細菌數量，提高泡菜中可滴定酸含量，并使亞硝酸鹽含量低于0.27mg/kg，發酵周期縮短至3d，且對幾種泡菜的感官指標無明顯影響。鄯晉曉[7]采用乳酸菌和酵母菌分別制作液體發酵劑和固體發酵劑，并將其應用于四川泡菜的加工，發現發酵后產品各項指標相差不大，但均優于自然發酵。

4 展 望

目前我國蔬菜種植面積約1400萬hm2，年產量占世界蔬菜生產總量的60%以上。雖然我國是蔬菜生產大國，但蔬菜精深加工產業化水平較歐美、日本、韓國、新加坡等國家有很大差距，目前日本和韓國采用人工接種乳酸菌發酵蔬菜已經實現了工業化生產。與自然發酵相比，人工發酵蔬菜雖然有很多優點，但是在風味等品質方面還存在一定的缺陷，未來需要在菌種篩選、發酵劑制備等方面深入研究，進一步優化發酵控制技術，為蔬菜發酵的工業化和標準化奠定基礎。

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Advances in Inoculated Fermented Vegetables

WANG Wei-dong1,2，CHEN An-hui1，YANG Wan-gen1，LI Chao1
(1. College of Food(Biology) Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China；2. Jiangsu Engineering Research Center for Food Biology Processing, Xuzhou 221008, China)

Fermented vegetables are important products. In this article, microorganism types and their functions during the fermentation process of vegetables are summarized. Based on the current research achievements of inoculated fermented vegetables, the advantages and disadvantages of inoculated fermentation are discussed and compared with the natural fermentation.

lactic acid bacteria；pure fermentation；fermented vegetables

TS255.53

A

1002-6630(2010)21-0413-04

2010-08-19

王衛東(1971—)，男，講師，博士，研究方向為食品資源開發與利用。E-mail：wwd.123@163.com