乳酸菌發酵酸菜研究進展

賀蓓蓓，彭曉順，楊逸飛，許 振，羅浩宇，劉婷婷，李 巖，李天蕊，宋園亮

(1.湖北醫藥學院 藥學院, 湖北 十堰 442000；2.湖北醫藥學院 第四臨床學院, 湖北 十堰 442000；3.湖北醫藥學院 第二臨床學院, 湖北 十堰 442000；4.湖北醫藥學院 藥護學院 第五臨床學院, 湖北 十堰 442000；5.湖北醫藥學院，湖北 十堰 442000)

1 引言

酸菜歷史悠久，在日常飲食中可以是開胃小菜、下飯菜，也可以作為調味料來制作菜肴。酸菜是由青菜和白菜經過乳酸菌等微生物混合發酵而成，不同的地理環境、氣候條件和水質，以及不同的原料、配料、工藝等，都會影響酸菜的口味風格，從而形成不同的品種。按地區來分，有東北酸菜、四川酸菜、貴州酸菜、云南富源酸菜等。本文對發酵酸菜中乳酸菌多樣性，酸菜生產工藝，酸菜營養價值及功能特性的相關研究進行綜述, 為今后直投式酸菜乳酸菌發酵劑的篩選和研制、發酵酸菜的工業化生產提供參考。

2 酸菜中乳酸菌多樣性的研究

“酸菜”的制作，最早可以追溯到兩千多年前的西周時期。據《周禮》記載，“饋食之豆，其實葵菹”，“菹”即為酸菜。隨著人們對酸菜營養價值的重視，微生物領域的專家學者開始系統地研究發酵酸菜中乳酸菌的多樣性、生產工藝以及營養價值。目前已經確定的乳酸菌至少分為23個屬56個種，在蔬菜的發酵中，植物乳桿菌、腸膜明串珠菌和短乳桿菌經常被使用到。同時研究發現，乳酸菌在我國酸菜中廣泛存在，具有絕對優勢，主要分布在乳桿菌屬、片球菌屬、乳球菌屬、明串珠菌屬和魏斯氏菌屬這5個屬中。

在中國酸菜之中尤其以東北和內蒙古酸菜最負盛名，研究也相對更多。武俊瑞等[1]發現東北傳統酸菜的發酵液中微生物幾乎涵蓋了細菌和真菌的各個門目的種屬，細菌以乳桿菌目屬種占優勢。于美玲[2]通過研究發現清酒乳桿菌和植物乳桿菌是遼寧省沈陽市自然發酵酸菜中的優勢菌群，發酵乳桿菌和植物乳桿菌是內蒙古烏蘭浩特市自然發酵酸菜中的優勢菌種。趙巖[3]聚焦內蒙古的赤峰地區，從家常的酸菜汁中分離出3株腸膜明串珠菌葡聚糖亞種，3株植物乳桿菌，3株短乳桿菌和1株乳酸片球菌。云月英等[4]發現內蒙古包頭市的酸菜汁中有6株乳酸菌，其中植物乳桿菌1株、彎曲乳桿菌1株、干酪乳桿菌1株、屎鏈球菌2株、鳥腸球菌1株。趙偉[5]以哈爾濱市呼蘭區自然發酵的酸菜汁為實驗樣品，發現分離出的247株乳酸菌分布于4個屬，分別為乳球菌屬、腸球菌屬、乳桿菌屬和片球菌屬，這使得人們對東北自然發酵酸菜的認識變得更多樣化。

奎夢漪等[6]研究云南自然發酵酸菜液，從中分離篩選出4株性狀優良的乳酸菌，經鑒定2個為植物乳桿菌，腸膜明串珠菌和短乳桿菌各1個。張璐璐等[7]分析了從廣西、貴州和四川采集的多個酸菜樣品，發現乳酸菌中片球菌屬主要集中在貴州和四川，魏斯氏菌屬及乳球菌屬主要集中在四川酸菜中。同時，不同的發酵時間段有著較為不同的優勢菌群。叢敏等[8]發現，在酸菜發酵的40 d時，細菌種群多樣性最高，乳酸乳球菌和戊糖乳桿菌在發酵前期占據優勢，但在發酵中后期植物乳桿菌更優。不同原料與工藝的發酵蔬菜中存在著較為不同的乳桿菌群。所有發酵酸菜中都含有植物乳桿菌，酸菜優勢菌群為消化乳桿菌和短乳桿菌，泡菜的優勢菌群為短乳桿菌和彎曲乳桿菌，醬菜中的優勢菌群為食用糖乳桿菌[9]。

3 酸菜生產工藝的研究進展

3.1 酸菜的發酵工藝

酸菜的發酵工藝包括自然發酵和加菌發酵。酸菜的總酸量與發酵時間呈正相關，相比于傳統自然發酵，加菌發酵的產酸速度更快，總酸含量更高，酸菜產物感官品質更優，發酵周期更短，安全性更高，更有利于建立乳酸菌優勢地位，抑制非功能菌群的生長。加菌發酵會使酸菜中氨基酸的種類和數量增加，但也會使揮發性風味物質的種類和數量有所降低。甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸和門冬氨酸是酸菜形成良好風味的重要物質，均在加菌發酵的酸菜中含量較高。加菌發酵的酸菜口味更加鮮美，這是因為具有很強鮮味的谷氨酸只存在于加菌發酵的酸菜中。加菌發酵技術有純種乳酸菌發酵技術和直投式乳酸菌發酵技術。與自然發酵技術相比，直投式乳酸菌發酵技術可以通過控制發酵菌株和發酵條件，提升酸菜的食用安全性，直投式乳酸菌發酵劑具有活力高，接種量少，可直接應用于生產等特點，是當前酸菜發酵工業的研究熱點。

乳酸菌發酵劑的制備方法常使用真空冷凍干燥。在凍干過程中，利用凍干保護劑可減輕或防止冷凍干燥時對菌體細胞理化損傷或復水時對細胞的損害[10]，保持原有的多種生物活性和各種理化特性，從而提高菌體存活率。李甜甜[11]發現3%的菜葉粉做保護劑最佳。邵夢秋等[12]發現將谷氨酸鈉20 g/L、甘油30 mL/L和Vc20 g/L，這3種保護劑同時溶解于MRS中配制成的復合保護劑為最佳凍干保護劑,凍干保護劑：菌泥為3∶1。欒天奇[13]對乳酸菌發酵保護劑進行優化，確定最佳保護劑配方為：脫脂乳10%、海藻糖1.6%、甘油0.6%、山梨醇2%、麥芽糊精1%。

在東北地區，發酵酸菜所采用的大白菜一般在10月份以后才可采收，而環境溫度已經降到了15 ℃以下，不適宜大多數發酵酸菜所用的乳酸菌生長，一般發酵酸菜需要人工升溫到18～25 ℃以供乳酸菌快速發酵。所以對于將乳酸菌投入到酸菜生產的企業來說，耐低溫乳酸菌可以降低能耗和生產成本、增強市場競爭力。張曉黎等[14]在10 ℃低溫狀態篩選出2株產酸速度快、耐酸強、降解亞硝酸鹽能力強、乳酸菌素產量高的耐低溫乳酸菌菌株。盧海強等[15]從傳統自然發酵的酸菜中獲得了一株產亞硝酸鹽還原酶的低溫乳酸菌，為酸菜的低溫發酵生產提供了優良的菌株。

3.2 乳酸菌最佳菌種發酵組合

崔敬愛[16]通過研究自然發酵酸菜汁確定了最佳發酵菌種組合為腸膜明串珠菌∶短乳桿菌∶植物乳酸桿菌=1∶1∶2，這3株菌具有較高的產酸能力，同時確定了最佳發酵工藝參數為：溫度25 ℃，時間6 d，接種量3%，鹽濃度2%。韓德權等[17]發現菌種比例為副干酪乳桿菌∶布氏乳桿菌∶凝結芽孢桿菌=1∶2.12∶2.87時發酵的酸菜在色澤、香氣等感官質量方面比自然發酵所得產品更好，營養品質更高，安全品質更好。畢金峰等[18]將其成功分離出的乳酸球菌，與已應用于發酵酸白菜中的賴氏乳桿菌、 植物乳桿菌組成不同配比的發酵劑，發現乳酸球菌∶賴氏乳桿菌=1∶2，乳酸球菌∶植物乳桿菌= 1∶2，乳酸球菌∶賴氏乳桿菌∶植物乳桿菌=1∶2∶1三種發酵劑接種發酵效果較好，pH 值下降快，感官指標較好。栗永樂[19]篩選出的最佳菌種組合為短乳桿菌:植物乳桿菌=1:1。最佳發酵工藝參數為：發酵溫度20 ℃，發酵時間3 d，接種量3%，鹽濃度5%。趙金海等[20]發現酸菜在發酵劑添加量為3%，腸膜明串珠菌與植物乳桿菌比例為1∶2，溫度為20 ℃，時間為16 d的時候酸菜的感官質量如顏色、氣味、口味等方面都較好。桑建等[21]用從東北傳統發酵酸菜中獲得的5株性能良好的植物乳桿菌直投發酵劑，按白菜重量的0.2%添加，在20～25 ℃發酵20d可得到與傳統酸菜具有一樣風味和品質的成品。

3.3 乳酸菌培養基選擇

趙福龍等[22]將從殼聚糖中制備所得的殼寡糖應用于酸菜發酵，發現這樣不僅可以更加顯著地抑制大腸菌群，促進乳酸菌和酵母菌的生長，而且對霉菌的生長也具有抑制作用。同時發現，與傳統方法相比，添加殼寡糖腌制的酸菜感官品質更優。邵夢秋等[12]確定了培養基營養因子及其添加量的最佳組合為:1.5%蛋白胨水，4%芥菜汁，2%土豆汁，4%麥芽汁(均為體積比)。葛宗昌等[23]聚焦西北地區的酸菜發酵工藝，篩選出的東方醋酸桿菌、干酪乳桿菌和東方伊薩酵母可用于制備適合該地區的發酵劑，同時確定培養基的組成為馬鈴薯汁、番茄汁、葡萄糖、蛋白胨、磷酸鹽，并得出最適培養基配方。豆粨水解液可以為微生物生長提供豐富的氮源及各種生長因子和微量元素。韓德權等[17]通過單因素實驗和正交實驗確定培養基的最佳組合為：玉米糖化液2.5%、豆粨水解液1.5%、玉米漿0.5%、K2HPO42 g/L、MgSO40.5 g/L、MnSO420 mg/L，優化后發酵培養的活菌數量顯著增高。田慧敏等[24]發現與其余培養基配方相比，用6%麥麩溶液和酸菜湯加0.7%糖的配方培養出的乳酸菌數目明顯增加，且不會對產品的品質產生影響，同時價格較低，可用于工業生產中，提高企業的競爭力。

4 酸菜營養價值和功能特性的研究進展

4.1 乳酸菌與酸菜的風味品質的研究

酸菜自然發酵時會出現大量的乳酸菌，包括類腸球菌、乳酸球菌、腸膜明串珠菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌和發酵乳桿菌。這6種乳酸菌出現在酸菜發酵的不同階段，并控制酸菜的發酵，使酸菜具有獨特的風味和質地。酸菜的風味由菌群生長代謝所產生的酯類、烷類、萜類、苯及衍生物類和醇類物質決定的。乳酸菌可通過反應小分子糖類得到酸類物質，使酸菜具有溫和的酸味。同時一些糖類也可被反應生成醇類物質，酸類和醇類代謝產物通過酯化反應生成酯類物質，可使酸菜具有醇香和酯香[25]。

酸菜的理化性質包括酸度、氨基酸、亞硝酸鹽含量等，它們與酸菜的感官質量密切相關。感官質量好的酸菜，其酸度和氨基酸含量高，亞硝酸鹽含量低，乳酸菌的數目和種類多[26]。腐敗菌在酸性條件下難以生存，所以當乳酸菌的產酸增加時，腐敗菌的數量會有所減少，在pH值低于4.0后，大部分亞硝酸鹽被酸降解，均會使酸菜的品質變得更好。酸菜中含有較多的草酸、琥珀酸、檸檬酸、乳酸、醋酸 。檸檬酸的酸性柔和，會賦予酸菜新鮮感；乳酸的酸性較強，含量過多時酸菜口感偏澀；醋酸和草酸為刺激性成分；而琥珀酸賦予酸菜鮮味[21]。同時，酸菜中存在的大量氨基酸是乳酸菌利用蛋白水解系統使可溶性蛋白分解所得，從而使酸菜具有獨特的鮮味。杜書[27]從酸菜自然發酵過程中檢測出17種游離氨基酸，發現谷氨酸和天門冬氨酸主要形成酸菜的鮮味，并確定了構成酸菜特征風味的5種成分，即二甲基二硫、二甲基三確、(E,Z)-2,6-壬二烯醛、乙醛和2-戊基呋喃。另外，乳酸菌在發酵酸菜過程中會生成可進入到發酵液中具有可溶性的乳酸菌胞外多糖[28]，它可以作為天然的食品添加劑，賦予產品良好的質地、口感和風味。

緯度和溫度也會對酸菜的風味品質產生影響。趙國忠等[26]研究發現，緯度越低，酸菜品質越好。這是因為高緯度地區較低的冬季氣溫使微生物的活性下降，影響了發酵系統中有益菌株的數量，導致各種腐敗菌增加，不易產生有機酸及其他風味物質。趙媛媛[29]發現30 ℃發酵酸菜的品質比37 ℃的更高、風味成分更豐富。

4.2 乳酸菌與酸菜營養功能研究

在酸菜發酵的過程中，乳酸菌會生成多種具有功能性的物質，如乳酸菌胞外多糖，L-乳酸，共軛亞油酸，乳酸菌素等。研究發現，乳酸菌發酵所產生的乳酸菌胞外多糖具有很強的生物活性，可以調節胃腸道菌群組成，預防和治療各種腹瀉，能夠調節人體免疫力，并具有抗癌、抗腫瘤的功能[28]。植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和布氏乳桿菌均能進一步分解蔬菜中的碳水化合物和蛋白質生成便于人體吸收的物質。鼠李糖乳桿菌LGG[30]只會生成能被人體吸收利用的L-乳酸，可以調節腸道的微生態平衡，增強免疫能力，抑制腸道中有害菌群的滋生，在食品發酵中具有特別重要的安全意義。共軛亞油酸作為必須從食物中攝取且人和動物必要的脂肪酸之一，它具有抗腫瘤、抗氧化、提高免疫力等多種重要生理功能，劉海霞等[31]發現棒狀乳桿菌產生的共軛亞油酸的含量較多，共軛亞油酸轉化率較高。魯志彬等[32]以酸奶、酸菜和泡菜等富含乳酸菌的食品為原材料，發現乳桿菌屬、鏈球菌屬、片球菌屬和明串珠菌屬等多個屬的乳酸菌株具有能夠較好抑制病原菌生長并能提升食品口感的乳酸菌素。

研究發現，乳酸菌也具有較強的疏水性，體外降膽固醇作用以及促進有機磷農藥的降解作用。武昕媛等[33]通過對東北發酵食物中分離培養乳桿菌的研究，發現疏水性較強的乳桿菌。通常情況下，細菌的疏水性越強，那么與黏膜細胞的作用就越強。乳桿菌可利用疏水作用在生物體內形成穩定的屏障，可以抑制病原菌的入侵和增殖。乳桿菌的疏水性由強到弱依次為鼠李糖乳桿菌、米酒乳桿菌、短乳桿菌和植物乳桿菌。李常營等[34]對酸菜來源植物乳桿菌S4-5的體外降膽固醇作用進行研究。發現其在體外表現出良好的降膽固醇能力，且酸性環境有利于膽固醇的降低。遲濤等[35]通過實驗發現植物乳酸桿菌和天然菌株都具有促進有機磷農藥的降解作用。

5 結論與展望

隨著人們經濟收入的提升，酸菜的市場需求和市場規模變得愈發龐大，人們對酸菜產品的要求也變得更加嚴格。這使得企業不僅要控制酸菜的質量和口感，還要縮短發酵的時間，優化生產工藝。近年來，國內外食品微生物研究者相繼對酸菜中的乳酸菌區系、選育優良菌種、發酵條件、最佳培養基等進行系統研究，已取得了顯著成果。與傳統自然發酵相比，加菌發酵的產酸速度更快，總酸含量更高，酸菜產物感官品質更優，發酵周期更短，安全性更高，更有利于建立乳酸菌優勢地位，抑制非功能菌群的生長。目前從自然發酵酸菜中分離得到的植物乳桿菌，腸膜明串珠菌，短乳桿菌等菌株逐漸開始以不同的菌種組合作為發酵劑來指導發酵酸菜的生產，以提高發酵性產品的最終質量。對于現在仍采用自然發酵技術生產酸菜的企業來說，與以往添加防腐劑相比，采用加菌發酵技術改進生產工藝，可降低生產成本、縮短生產周期、提高產品質量。同時在工業生產中，采用價格更低的6%麥麩溶液和酸菜湯加0.7%糖培養可使乳酸菌數目明顯增加，且不會對產品的品質產生影響，還可以提高企業的競爭力。我們相信，采用直投式乳酸菌發酵劑發酵的酸菜一定會得到越來越多企業和顧客的青睞，在每個科研人員的努力下，酸菜的品質將會更加優良，產品的種類會更加豐富，酸菜的加工將會更加規范。