泡菜中微生物菌群的研究進展

王奇，王傳明，周雨，葉丹，余慧

(四川天味食品集團股份有限公司，成都 610200)

泡菜是指以生鮮蔬菜為原料，通過一定濃度食鹽水和香辛料泡漬，利用蔬菜自身附著的微生物或添加人工培養的優化菌種發酵形成的具有獨特風味的蔬菜制品，其味道鮮香可口，且營養豐富，深受人們喜愛，制作泡菜常用的原料有卷心菜、大白菜、紅蘿卜、白蘿卜、大蒜、青蔥、小黃瓜、洋蔥、高麗菜等。同時，泡菜中含有豐富的維生素、胡蘿卜素、蛋白質和多種微量元素，具有抗衰老、增強免疫力、促進減肥、維持腸道健康等功效。泡菜的整個發酵過程中，會有大量微生物參與，這些微生物像一把雙刃劍，既可以改善泡菜的風味，也可以導致產品的腐敗，因此，研究泡菜的微生物菌群具有重要的意義。

1 國內外泡菜的微生物菌群

泡菜起源于中國，已有3000多年歷史，隨后制作泡菜的工藝相繼傳入韓國和日本，并且迅速發展，成為當地的特殊美食。在國際上，中國、韓國、日本3個國家的泡菜享有盛譽，是世界泡菜的典型代表。與此同時，由于這3個國家的泡菜原料和工藝都有所差別，因此泡菜中的微生物菌群也有所不同[1]。

中國泡菜以生鮮蔬菜或蔬菜咸坯為原料，經中低濃度鹽水泡漬、發酵、拌料調味、包裝、滅菌等加工工藝制作而成。其中，四川泡菜是我國泡菜的典型代表，歷史悠久，文化深厚，具有鮮香、脆嫩、爽口、味美等優點，深受人們喜愛。于文平等[2]研究了工業泡青菜的微生物群落組成，細菌主要是乳桿菌屬、鹽單胞菌屬、假單胞菌屬、弧菌屬、鹽弧菌屬、歐文氏菌屬等，優勢菌屬為乳桿菌屬，真菌主要是德巴利氏酵母菌屬、假絲酵母屬、酵母屬、柯達酵母屬等，優勢菌屬為德巴利氏酵母菌屬。Wu等[3]研究了中國東北酸菜在發酵過程中的微生物多樣性，其中細菌包含明串珠菌屬、芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、乳桿菌屬，真菌包含漢氏德巴利氏酵母、熱帶假絲酵母、擴展青霉。

韓國泡菜是韓國最具代表性的食品，主要以蔬菜為原料，同時添加韓國本土生產的辣椒粉、食鹽、海鮮、肉料、米糊、水果等輔料，經過低溫條件發酵而成，其精華在于腌制調料十分豐富，配比合理，共同發酵形成特有的風味和口感。Park等[4]通過16S rRNA測序發現市面上韓國泡菜的菌群主要是魏斯氏菌、乳酸菌、片球菌、明串珠菌。日本泡菜在口味和制作上均與中國和韓國有明顯區別，是直接使用天然色素和調味品泡制的低酸低鹽的蔬菜制品，屬于非發酵類鹽漬菜，需要冷鏈銷售，因此日本泡菜并不是真正意義上的“泡菜”。

2 泡菜發酵過程中微生物多樣性的影響因素

2.1 不同原料的影響

我國泡菜常用的原料有白菜、胡蘿卜、黃瓜、豇豆、仔姜、紅辣椒、芥菜頭、萵筍等，不同原料泡菜發酵過程中的微生物多樣性有所不同。裴樂樂等[5]對榨菜、蘿卜、豇豆和青菜4種不同原料泡菜的細菌多樣性進行分析，發現不同原料泡菜的優勢菌不同，榨菜泡菜為乳桿菌屬、鹽單胞菌屬，蘿卜泡菜為乳桿菌屬、鹽厭氧菌屬、鹽單胞菌屬，豇豆泡菜為紅桿菌屬、乳桿菌屬、鹽單胞菌屬、色鹽桿菌屬、鹽厭氧菌屬，青菜泡菜為紅桿菌屬、鹽單胞菌屬、海桿菌屬、需鹽桿菌屬。

2.2 不同發酵條件的影響

泡菜的發酵過程中，初始食鹽濃度、發酵溫度、添加成分等發酵條件均會影響微生物菌群構成。申文熹等[6]研究了不同鹽濃度(2%、5%、8%)泡白菜發酵過程中乳酸菌群落結構變化，發現低鹽濃度泡白菜發酵前期的優勢菌為乳酸鏈球菌、戊糖乳桿菌和明串珠菌屬，發酵后期則由戊糖乳桿菌主導；中高鹽濃度泡白菜發酵前期由戊糖乳桿菌和魏斯氏菌屬主導，發酵后期主要由戊糖乳桿菌完成。熊濤等[7]研究了不同恒定溫度18，28，37 ℃對四川泡菜中菌群的影響，發現發酵溫度越高，乳酸菌、大腸桿菌和酵母菌在發酵前期繁殖越快，同時大腸桿菌和酵母菌的消亡時間也越短。楊瑞等[8]還研究了花椒和碘對泡菜微生物菌群的影響，發現花椒和碘可使參與發酵的主要乳酸菌和酵母菌加快生長繁殖速度，進而縮短發酵周期。

2.3 不同發酵階段的影響

泡菜的乳酸發酵一般可分為3個階段：泡制初期，腸膜明串珠菌等啟動發酵，以異型乳酸發酵為主；中期乳桿菌主導發酵，積累大量乳酸，以同型乳酸發酵為主；后期乳酸積累抑制乳酸菌生長，發酵結束[9]。

2.4 不同發酵方式的影響

泡菜的發酵方式可分為自然發酵和人工發酵，自然發酵是指新鮮蔬菜通過自身攜帶及環境中乳酸菌等微生物作用進行發酵，人工發酵是運用人工篩選的發酵劑對表面經過全部或部分滅菌的新鮮蔬菜進行人工接種，使其在適當溫度下發酵。相比于自然發酵，人工發酵具備減少雜菌污染引起的腐敗、提升產量和質量、縮短時間、降低亞硝酸鹽含量等優勢[10]。李文婷等[11]研究自然發酵、乳酸菌制劑發酵、老壇水發酵3種方式泡蘿卜的理化指標和微生物狀況，發現乳酸菌制劑發酵后期的泡蘿卜具有更多數量的乳酸菌，更高含量的總糖、更優的質構。

3 泡菜發酵過程中腐敗微生物的污染和控制

3.1 泡菜發酵過程中腐敗微生物的污染

泡菜發酵過程中會產生大量有機酸，使得成熟泡菜的pH值降至4以下，可抑制產氣莢膜梭菌、單核細胞增生李斯特滅菌、鼠傷寒沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、副溶血性弧菌和大腸桿菌O157:H7等致病菌[12]。然而，我國的泡菜企業普遍存在規模較小、管理水平不高、衛生條件差、工藝落后、自動化程度低等缺點，因此在泡菜的生產過程中，環境、設備、人員、原料、包裝等均可能帶入雜菌引起產品腐敗，同時耐酸、耐高溫的微生物也會在發酵和巴氏殺菌后存活。目前微生物引起泡菜腐敗的類型主要有代謝有機酸引起產品pH升高、鹽鹵表面形成腐敗膜醭、產生不悅氣味3種[13]。

3.1.1 代謝有機酸引起產品pH升高

泡菜的發酵過程中，某些腐敗微生物能在低pH下代謝利用殘余糖或有機酸生長，使泡菜的發酵體系pH升高，進而導致腐敗的腸桿菌等解除抑制，恢復生長[14]。有研究表明，腐敗酸黃瓜泡菜中分離出的布氏乳桿菌能在低pH的厭氧環境下代謝乳酸，引起發酵環境的pH升高[15]。

3.1.2 鹽鹵表面形成腐敗膜醭

泡菜鹽鹵表面形成膜醭是最常見的一種腐敗現象，俗稱“生花”，腐敗膜醭不僅影響產品的外觀和風味，也會加速產品的腐敗變質。敖曉琳等[16]對四川地區生花的泡菜樣品進行微生物分離鑒定，發現細菌有枯草芽孢桿菌和高山芽孢桿菌，酵母菌有滿洲畢赤酵母(P.manshurica)、庫德里阿茲威氏畢赤酵母(P.kudriavzevii)和熱帶假絲酵母(C.tropicalis)。Ao等[17]對7個四川家庭自制泡菜的腐敗樣品進行分析，發現白地霉(G.candidum)可能是引起“生花”的最主要菌種。

3.1.3 產生不悅氣味

不愉悅的酸臭氣味是泡菜腐敗的一個重要特征，通常這種酸臭氣味是由腐敗菌分解泡菜中的蛋白質、氨基酸、糖、纖維素等導致的。蔡炯等[18]通過分析腐敗四川泡菜的菌相構成發現，地衣芽孢桿菌發酵產氨，可能與泡菜異味的形成有關。陳岑[19]通過將疑似腐敗微生物回接到泡菜中的方式，發現K.ohmeri，S.xylosus，B.thuringiensis，B.amyloliquefaciens會引起泡菜褐變，產生大量氣泡，并伴有刺激性氣味。

3.2 泡菜發酵過程中腐敗微生物的控制

針對以上泡菜發酵過程中存在的腐敗微生物污染，分別從生產過程、殺菌方法、防腐體系3個方面提出控制方法。

3.2.1 合理的生產過程

DB51/T 1069-2010《四川泡菜生產規范》[20]系統地規定了四川泡菜生產主要原輔料、廠區環境、車間、衛生設施、設施及工具、人員衛生、廢棄物處理、工藝流程、運輸、貯存的要求，此規范內容較全面，可以從不同方面降低泡菜腐敗風險，但并未涉及具體細節，因此，泡菜生產企業可根據此生產規范，結合自身車間實際狀況，制定出適合自己的生產規范，進而實現生產過程的控制。與此同時，泡菜生產企業可將HACCP應用在整個泡菜的生產過程中，分析生產過程中存在的微生物風險因素，確定關鍵控制點，制定相關控制方法和糾正措施，系統地從生產過程角度控制腐敗微生物風險[21]。

3.2.2 有效的殺菌方法

目前國內生產的預包裝泡菜的殺菌方法主要是巴氏殺菌。張艷等[22]利用巴氏殺菌處理抽真空的韓國泡菜樣品，發現在65 ℃進行30 min殺菌處理能夠有效殺滅腐敗菌，保質期可達到180 d。但巴氏殺菌屬于熱力殺菌，會使食物中的色素、香味、維生素等損失較大，風味發生變化，影響泡菜的品質，同時，巴氏殺菌對耐熱的細菌或細菌芽孢幾乎沒有效果。因此，需要更多行之有效的殺菌方法以確保泡菜的殺菌效果，保證貨架期的產品安全。范遠景等[23]發現微波和超高壓殺菌均具有良好的殺菌效果，有望取代現有的熱殺菌方式。申光輝等[24]研究了超高壓對泡蘿卜的殺菌效果，結果表明，600 MPa條件下處理25 min可使泡蘿卜的細菌殘存率降低4.36個對數值，500 MPa處理5 min可殺滅全部酵母和霉菌。伍玲等[25]采用60Co-γ射線對四川泡姜進行輻照滅菌處理，發現5 kGy的輻照劑量可將產品中的細菌總數由105～106CFU/g降至100 CFU/g。

3.2.3 科學的防腐體系

目前預包裝泡菜都是結合熱殺菌和添加防腐劑的方式來實現貨架期的延長，最常用的防腐劑是山梨酸鉀，但單一山梨酸鉀的抑菌效果和范圍有限，且對于耐熱芽孢桿菌的抑菌效果甚微，存在貨架期的脹袋風險，因此需要科學的防腐體系實現更好的抑菌。朱翔等[26]通過抑菌試驗和響應面法數據分析，得出泡辣椒產品的最優復配防腐劑配方為0.3 g/L山梨酸鉀、0.25 g/L脫氫乙酸鈉、0.3 g/L苯甲酸鈉，此防腐體系可對3株產氣菌實現99.5%的抑菌率，降低脹袋風險。

4 功能微生物菌群對泡菜風味的優化

泡菜的風味物質主要來源于蔬菜、調味料和微生物代謝，包含非揮發性的有機酸、氨基酸、糖類等和揮發性的香氣[27]，其中微生物發酵所產生的代謝產物是最關鍵的因素之一，因此，泡菜的風味與功能微生物菌群的種類、數量和發酵條件息息相關。

4.1 功能微生物的菌種優化

傳統自然發酵存在質量不穩定、較難實現現代化和標準化生產的問題，而人工接種發酵是將優勢菌體濃縮培養、離心等制成的濃縮菌懸液應用于泡菜發酵，避免了傳統自然發酵過程中菌種活化、擴大培養、易染雜菌等問題，因此人工接種發酵技術具有更高的經濟價值和更廣闊的市場前景。人工接種發酵直接影響到泡菜風味的關鍵因素是菌種，因此，探索菌種優化和多菌協同作用對泡菜風味的影響具有重要意義。

王秋霞等[28]研究了乳酸菌菌種差異對泡菜發酵風味的影響，發現嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌純種發酵產生的有機酸種類和含量與自然發酵最為接近。研究表明，酵母菌在泡菜發酵過程中的風味體現上發揮著重要作用，屠夢婷[29]從腌黃瓜中篩選出庫德里阿茲威畢赤酵母(Pichiakudriavzevii)的優勢菌株，將其對黃瓜進行接種發酵，發現黃瓜接種發酵后的酯類、醇類、醛類和酮類等特殊香氣成分含量升高。

4.2 功能微生物的發酵條件優化

微生物的發酵條件直接影響功能微生物的數量、狀況和代謝產物，進而影響產品的風味。周強等[30]通過正交試驗優化韓國泡菜的發酵工藝，發現添加1%乳酸菌、4%蔗糖、2%食鹽、3%香辛料時，可以產出風味最好的泡菜。夏季等[31]發現對發酵香菇泡菜進行55 ℃、20 min低溫漂燙預處理，并加入0.05‰維生素C的發酵條件優化，可以顯著提高發酵香菇泡菜的色度和硬度，增加發酵產品游離氨基酸的種類和含量，獲得相對豐富的香氣。

5 展望

泡菜是微生物發酵制品，以其獨特的風味和多種健康的功效深受消費者的喜愛。在泡菜發酵的整個過程中，微生物發揮著非常重要的作用，不同原料、不同發酵條件、不同發酵階段、不同發酵方式均會影響泡菜微生物的多樣性。這些微生物可以利用簡單的營養物質發酵產生風味物質，一般情況下，人工接種發酵的泡菜具有生產周期短、質量穩定、不易受腐敗菌污染等優點，但風味卻不如自然發酵的泡菜豐富，因此，需要對功能微生物的菌種和發酵條件進行優化，通過接入多種具有協同作用的功能微生物，結合最佳的發酵條件進行泡菜發酵。與此同時，另一些微生物在泡菜的發酵過程中扮演著腐敗微生物的角色，可導致泡菜發生腐爛、酸臭、脹袋等問題，隨著食品安全意識的提高，消費者對泡菜的安全性也越來越看重，因此需要通過各種方法控制腐敗微生物的生長。目前我國泡菜產業發展相對滯后，絕大多數企業未實現現代化、標準化生產，對于微生物菌群的研究和腐敗微生物的控制也處于起步階段，這需要泡菜生產企業和相關研究人員共同努力，為泡菜中微生物菌群的研究提供更多的理論依據和技術支持，利用現代技術來發展和完善泡菜這一傳統產業。