鹽對發酵蔬菜微生物群體和發酵質量的影響

李鳳姿，張媛，吳昊，楊洪巖

(東北林業大學 生命科學學院，哈爾濱 150040)

1 發酵食品與鹽

發酵食品已有幾千年的歷史，是人類膳食結構中的一個重要組成部分，如谷物發酵食品面包、饅頭、食醋，豆類發酵食品醬油、豆豉、腐乳，蔬菜發酵食品泡菜、酸菜、榨菜，乳類發酵食品酸奶、奶酪等已構成了人們生活中不可或缺的一部分。由于地域和飲食習慣的不同，世界各個地區逐漸形成了各自獨特的發酵食品，如在德國，酸菜被譽為“國菜”，平均每人每年要消耗10 kg左右的酸菜，其不僅是德國人最喜愛的家常菜之一，也是德國國宴上的必備菜。在韓國，幾乎家家戶戶都可以看到大大小小的泡菜壇子，在韓國人的餐桌上，可以說除了一兩道主菜，旁邊基本上都是一小碟一小碟種類豐富的泡菜。在中國巴蜀地區,泡菜、涪陵榨菜極為聞名；而中國東北地區的人們冬季最喜愛吃的一道菜就是白肉燉酸菜。

傳統發酵食物中含有大量的食鹽。食鹽的主要成分是氯化鈉，雖然鈉是調節體內血量、血壓和pH的必需離子，但是高鈉攝入會增加腎臟的負擔，易引發心腦血管疾病。改變高鈉飲食習慣已經成為人們關注的話題及目前食品消費的趨勢。降低發酵食品中鈉的含量、改善其品質，已成為食品發酵研究的熱點之一。世界各國的科學家們正在努力通過科學研究減少加工食品中鈉的含量[1-4]。低鹽發酵食品的研究及開發不僅對于人們健康提升具有重要意義，而且將適應目前市場的消費趨勢，帶來更多的經濟效益。

國際上目前幾大流行的蔬菜發酵食品是韓式泡菜、歐洲酸菜及中國的四川泡菜等。本文綜合國內外研究現狀，從這幾方面著重分析鹽對蔬菜發酵的影響，以期為我國低鈉蔬菜發酵食品的研究及生產提供技術參考的同時，促進發酵蔬菜的產業化發展。

2 發酵蔬菜中鹽的作用

從原理上講，生的蔬菜發生許多酶活動和微生物的新陳代謝活動，形成了具有生物活性(多肽、胞外多糖、酚類物質、神經遞質、維生素)、營養和獨特風味的最終發酵蔬菜制品。新鮮蔬菜表面的微生物種群主要是細菌和酵母，乳酸菌只占一小部分。在發酵期間，當鹽濃度和溫度適宜時，乳酸菌的生長逐漸處于優勢，因此大多數蔬菜都要經歷乳酸發酵。發酵蔬菜生產的普遍流程見圖1。

圖1 蔬菜的腌制與泡制生產工藝[5]

鹽對蔬菜發酵至關重要，概括起來主要包括以下幾方面作用：①防腐作用。鹽的主要成分NaCl是較強的電解質，能迅速滲入蔬菜細胞內，抑制蔬菜細胞的呼吸作用和生命活動，且其具有較強的滲透壓，可以阻止有害微生物的生長繁殖。②適宜的鹽濃度對于菜體帶入的有益微生物的生長、繁殖與發酵有促進作用。③增香、增味與保脆作用。鹽除使蔬菜具有適當的咸味外，可與發酵蔬菜中的游離氨基酸，特別是谷氨酸和天冬氨酸作用，增加了產品的鮮味，影響乳酸發酵等，從而影響泡菜的風味和品質。此外，鹽可以抑制果膠酶活性，防止組織變軟，增加脆性。④脫水。鹽有較高的滲透壓，能迫使菜體內的組織細胞內的水分和可溶性固形物滲透出來，同時細胞外的鹽滲入菜體細胞內，一直達到細胞內的鹽濃度與鹽溶液的濃度相平衡，使菜體組織致密。

概括起來，鹽對于發酵蔬菜的作用在于不僅影響著發酵蔬菜中生化及微生物群落，而且決定著發酵蔬菜的最終質量和風味。

3 蔬菜低鹽發酵的研究進展

3.1 韓式泡菜

韓式泡菜(kimchi)是以新鮮蔬菜為主要原材料，以蒜、姜、圓蔥、紅辣椒、發酵海鮮 (jeotgal)等為輔料，經鹽腌、調味等工序加工而成的具有傳統風味的發酵蔬菜。韓式泡菜通常在低溫下(2～6 ℃)發酵[6]，平均鹽濃度是3%[7]。在發酵過程中，基于分子生物學技術，通過16S rRNA 基因的直接分析，kimchi微生物組是以Leuconostoc，Lactobacillus和Weissella3個屬成員為主[8]。

一般來說，Leuconostoc的成員如Leu.mesenteroides和Leu.citreum，Weissella的成員如W.koreensis，W.cibaria，W.hellenica，W.fabaria，W.confusa，和W.pseudomesenteroides[9,10]與其他泡菜乳酸菌相比具有較少的耐酸性和微需氧性，在早期發酵期間主導了泡菜微生物群落，而Lactobacillus的成員如Lb.sakei，Lb.plantarum，Lb.curvatus和W.koreensis，Leu.inhae[11]因為具有較強的耐酸性而隨著泡菜發酵環境逐漸缺氧，酸度增加，pH降低而占有優勢[12]。Lb.sakeisubsp.sakei是在泡菜發酵成熟時起重要作用的微生物[13]。然而由于泡菜的主料、輔料、發酵條件、生產廠家的生產工藝等的不同[14]，都會對泡菜微生物群落多樣性造成明顯的影響。

低鹽是當前市場需求的趨勢，因此，在韓式泡菜制作過程中鹽用量也呈逐漸減少的趨勢，此方面的研究已有一些報道。Choi等[15]使用KCl部分代替NaCl，結果發現在發酵的第13天后，pH和總酸度(以乳酸計)分別達到了4.4～4.7和0.4%～0.6%，感官品質評定是好的。當鹽水中NaCl與KCl分別為5∶1和2∶1時，相比于對照組，乳酸菌和總需氧微生物的生長是最快的。Kim等[16]使用富含礦物元素的海鹽與純鹽發酵泡菜，發現在感官品質方面，海鹽發酵的泡菜評定分數高于純鹽發酵的泡菜。在乳酸菌種類方面，在發酵的第2天，純鹽發酵的泡菜中Lactobacillus，Leuconostoc屬分別占73%，20%，而海鹽發酵的泡菜中兩屬分別占60%和33%；在發酵的6周后，Lactobacillus屬在純鹽泡菜和海鹽泡菜中占的比例分別是90%和74%，特別是只在純鹽泡菜中發現Lb.plantarum。Lb.plantarum的存在會使泡菜變酸，風味變差。另外，海鹽的使用降低了Lactobacillus與Leuconostoc的比率，數值大約是純鹽泡菜中的1/3，這充分地說明海鹽提高了泡菜的質量。Lee等[17]收集了韓國2015年4月～8月6個市(江原道、京畿道、忠清道、慶尚道、全羅道和濟州島)的88份泡菜，發現鹽用量范圍均在1.72%～4.42%之間，家庭腌制的泡菜鹽用量是工廠用量的1.3倍，并且家庭腌制的泡菜中Lactobacillus，Weissella屬的數量與種類比工廠中的多；由于工廠使用的鹽濃度低，生產的產品容易受其他雜菌污染。

在低鹽韓式泡菜制作過程中，出現了一些問題，比如當鹽濃度很低時，出現發酵過程難以控制、腐敗菌滋生的狀況，可能的原因是低鹽發酵時，體系pH和酸度的改變相對于正常泡菜來說是緩慢的[18]，并且乳酸菌的種類也相對較少的問題，需結合發酵劑Leu.mesenteroides[19]來控制發酵進程，并使泡菜質量更均勻。

3.2 歐洲酸菜

歐洲酸菜以圓白菜為原料，將成熟后的圓白菜修剪后切分成條或碎片裝入罐中，加入鹽，使圓白菜脫水形成鹽水，桶頂安設假頂蓋加壓固定，從而使圓白菜全部浸入鹽水中。一般鹽用量是1.8%～2.5%，18 ℃發酵[20]。當圓白菜全部浸入鹽水時，就進入了微生物發酵階段。

在發酵開始的2～3天占優勢的菌群是異型發酵乳酸菌，不耐酸，數量最多的是Leu.mesenteroides，菌群中也有Weissella屬，Leu.citreum，Leu.fallax[21]，在異型發酵轉向同型發酵的階段，Leu.citreum，Leu.argentinum在發酵液中出現，9天后達到了同型發酵階段，即酸度達到1%，Lb.brevis，Lb.plantarum，Lb.curvatus及Lb.sakei，P.parvulus等出現，最后發酵液中數量最多的便是最耐酸的Lb.plantarum。通常情況下，酸菜發酵在2周完成。在實際生產過程中，上述不同發酵階段中乳酸菌的種類會因原料種類、發酵溫度和食鹽濃度等因素的不同而不同。近期歐洲酸菜的研究主要集中在發酵酸菜時使用1.5%甚至更低的礦物鹽，在減少鹽浪費的同時，又可以減緩NaCl不可生物降解所帶來的環境問題，并生產健康型酸菜。

一般的礦物鹽包括57% NaCl，28% KCl以及少部分的Ca2+，Mg2+等[22]。礦物鹽的組成的原因基于KCl和CaCl2具有咸味、MgCl2的有利滲透作用和CaCl2對酸菜本身的增脆作用[23]。在使用礦物鹽發酵酸菜的同時有時使用Leu.mesenteroides，P.pentosaceus，Lb.plantarum，Lb.brevis[24,25]作為接種劑，可以更好地控制發酵過程，提高產品的穩定性。

Penas等使用0.5%，1.5%的NaCl，使用Lb.plantarum或Leu.mesenteroides作為接種劑來發酵酸菜，之后在4 ℃保存3個月，結果表明酸菜產品的生物胺水平都低于標準發酵產品，有著好的產品質量和安全性[26]；并且含有高度有效的抗氧化劑成分和抗癌成分(實驗中以維生素C、硫代葡萄糖苷水解產物計)[27]。他們發現使用0.5% NaCl與Leu.mesenteroides作為發酵劑進行酸菜生產是最好的選擇。Viander使用0.5% NaCl、0.5%礦物鹽(57% NaCl，28% KCl)、1.2% NaCl發酵酸菜，發酵2周后發現所有處理組pH的下降曲線基本相同，使用0.5%礦物鹽處理的酸菜相較于其他處理組乳酸產量最低，乙酸產量相同，酸菜的感官味道是最好的[28]。乙酸是抑制發酵腐敗微生物最重要的有機酸。Wiander等使用0.5%的礦物鹽(57% NaCl，28% KCl，12% MgSO4，2% Lysine·HCl和1% SiO2)發酵酸菜，發現酸菜感官品質尚可，但酸菜本身的脆度仍不夠，是糊狀的，味道也很奇怪，需要加調味料掩蓋。Wolkers-Rooijackers等使用1.5% NaCl，0.9% NaCl，1.5% NaCl替代物(60% NaCl，30% KCl，5% MgCl，5% CaCl)3種處理發酵酸菜，結果發現3組處理的酸菜最終的pH值都在3.4～3.7，微生物學安全。在發酵的第1周發現3組的優勢菌種都是Lactococcuslactis和Leu.mesenteroides，1.5% NaCl替代物處理的酸菜中含有足量的Lb.paraplantarum和Lb.curvatus。1.5% NaCl 和1.5% NaCl替代物處理的酸菜感官品質均可，而0.9% NaCl處理的酸菜口感過軟。Johanningsmeier發現使用1% NaCl與Leu.mesenteroides作為接種劑來發酵酸菜既可以保證酸菜的口感和風味，也可以保證pH值持續下降，體系快速進行發酵狀態和產品品質的一致性。

隨著鹽濃度的降低，酸菜的口感與風味也將隨之降低。綜合上述研究可知，雖然0.5%的NaCl發酵酸菜可以保證產品的安全性，并且0.5% NaCl與Leu.mesenteroides接種劑同時使用可以保證酸菜的感官品質。但是對于酸菜自然發酵而言，使用0.5%～0.9% NaCl與0.5%礦物鹽都不能保證良好的感官品質，如果上市的話需要加調味料來掩蓋本身的不足，這反而會增加產品的成本。而使用1.5%礦物鹽既能降低人體對鈉的攝入，也可以保證產品的感官品質。所以以礦物鹽部分代替鈉鹽為降低產品中鈉的含量提供了一條解決途徑，在減少鈉含量的同時也能保持產品良好的感官品質。

3.3 四川泡菜

中國四川泡菜是以白菜、蘿卜、黃瓜、甜椒等新鮮蔬菜為原料發酵制成，味道酸甜、口感清脆、色澤鮮亮。制作四川泡菜時將新鮮蔬菜清洗、切分、裝壇，加入2%～14%鹽水[29,30]，水封隔絕空氣，在室溫下發酵完成。四川泡菜中的鹽水中除了鹽之外，還包括白酒、花椒、干辣椒、紅糖等作料和香料。

四川泡菜的自然發酵過程由Leu.mesenteroides，Weissella屬等乳酸菌啟動[31]，隨后Enterococcusfaecalis，Lactococcuslactis，Lb.zeae出現并參與，最后由Lb.paraplantarum和Lb.casei主導至泡菜成熟[32]。

一些學者對使用1%～10%(W/V)食鹽濃度發酵的四川泡菜進行了研究，發現使用4%～10%(W/V)食鹽濃度發酵的泡菜都有良好的微生物安全性[33]，1%～3%(W/V)食鹽濃度發酵的泡菜在發酵6天后微生物安全性仍待研究[34]。鹽濃度在泡菜發酵早期影響明顯，如在發酵開始的前2天，鹽濃度越低，pH值降低越快，在發酵后期則對于pH值變化無明顯作用，但是低鹽濃度引起最終產品的低pH值[35]。使用1%～3%(W/V)鹽發酵，乳酸菌的繁殖代謝最快，泡菜的成熟時間加快，但不能有效抑制有害微生物的生長；使用4%～7%(W/V)鹽發酵可以顯著地抑制真菌、大腸桿菌、芽孢桿菌的生長；8%～10%(W/V)鹽發酵減弱了乳酸菌的異型發酵作用，降低了乳酸菌新陳代謝速率，延遲了泡菜成熟時間。盡管其抑制了對泡菜生產不利菌的生長，但效果比不上4%～5%(W/V)的食鹽用量[36]。研究結果發現使用不同鹽濃度發酵泡菜時都是Lb.plantarum和Lb.pentosus占優勢[37]。楊曉輝等[38]從多種泡菜中篩選出的Leu.1 和Leu.2 (Leuconostocmesenteroidessubsp.mesenteroides)適用于低酸低鹽的泡菜發酵，與自然發酵相比較，產酸速度和風味明顯優于自然發酵。使用低鹽發酵的泡菜雖然在一段時間內有著良好的微生物安全性，之后的安全性仍需研究。

四川泡菜中使用低鹽發酵在前期pH降低很快，乳酸菌生長迅速，這與韓國泡菜發現的結果正好相反，可能是由于發酵溫度不同的原因，四川泡菜在高于20 ℃的條件下發酵，是大部分乳酸菌的優勢生長溫度，乳酸菌生長較快，有機酸產生較多，可以抑制雜菌的生長。而韓國泡菜在2～6 ℃低溫下發酵，乳酸菌生長較慢。另一種可能的原因是原料添加比例及方式的不同，雖然兩種泡菜都添加姜、蒜、紅辣椒等輔料，但是韓國泡菜中添加較多，四川泡菜中是在配制食鹽水時加入的，與食鹽的含量成比例，韓國泡菜是在拌料時加入的，與原料的質量成比例，姜、蒜、紅辣椒的添加可以延后乳酸菌的生長[39,40]。

4 結論與展望

發酵蔬菜制作過程中鹽用量與地區差異、生產工藝、原料種類等因素有關。綜合已經實現工廠化生產的韓式泡菜、歐洲酸菜和四川泡菜可知，低鹽發酵蔬菜生產已經成為產業化發展趨勢。這不僅歸因于人們對于飲食健康的更高追求，同時也源于人們保護生態環境的進一步訴求。

目前的低鹽發酵蔬菜生產主要采用降低氯化鈉的使用濃度來實現，控制方式主要體現在直接降低氯化鈉的使用量、用氯化鉀部分替代氯化鈉及用礦物鹽部分替代氯化鈉。目前的研究結果表明三種方式均有一定的效果，研究關注的重點為鹽濃度降低后蔬菜的發酵質量、風味及產品的微生物安全性評價。在蔬菜發酵過程中，微生物是引起一系列物理化學變化的主體，因此在未來的研究中，需要加強低鹽條件下發酵過程中的微生物動態分子解析，從本質上了解及理解低鹽對于蔬菜產品質量及安全的影響。

隨著人們對低鹽發酵食品研究的不斷深入，相信會有越來越多的低鹽發酵技術不斷涌現，在提高人們生活水平的同時，也能帶來更多的經濟效益和社會效益。

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