李鳳姿，張媛，吳昊，楊洪巖

(東北林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150040)

1 發(fā)酵食品與鹽

發(fā)酵食品已有幾千年的歷史，是人類膳食結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分，如谷物發(fā)酵食品面包、饅頭、食醋，豆類發(fā)酵食品醬油、豆豉、腐乳，蔬菜發(fā)酵食品泡菜、酸菜、榨菜，乳類發(fā)酵食品酸奶、奶酪等已構(gòu)成了人們生活中不可或缺的一部分。由于地域和飲食習(xí)慣的不同，世界各個地區(qū)逐漸形成了各自獨(dú)特的發(fā)酵食品，如在德國，酸菜被譽(yù)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(qū),泡菜、涪陵榨菜極為聞名；而中國東北地區(qū)的人們冬季最喜愛吃的一道菜就是白肉燉酸菜。

傳統(tǒng)發(fā)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(diào)節(jié)體內(nèi)血量、血壓和pH的必需離子，但是高鈉攝入會增加腎臟的負(fù)擔(dān)，易引發(fā)心腦血管疾病。改變高鈉飲食習(xí)慣已經(jīng)成為人們關(guān)注的話題及目前食品消費(fèi)的趨勢。降低發(fā)酵食品中鈉的含量、改善其品質(zhì)，已成為食品發(fā)酵研究的熱點(diǎn)之一。世界各國的科學(xué)家們正在努力通過科學(xué)研究減少加工食品中鈉的含量[1-4]。低鹽發(fā)酵食品的研究及開發(fā)不僅對于人們健康提升具有重要意義，而且將適應(yīng)目前市場的消費(fèi)趨勢，帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。

國際上目前幾大流行的蔬菜發(fā)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(nèi)外研究現(xiàn)狀，從這幾方面著重分析鹽對蔬菜發(fā)酵的影響，以期為我國低鈉蔬菜發(fā)酵食品的研究及生產(chǎn)提供技術(shù)參考的同時，促進(jìn)發(fā)酵蔬菜的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2 發(fā)酵蔬菜中鹽的作用

從原理上講，生的蔬菜發(fā)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(zhì)、神經(jīng)遞質(zhì)、維生素)、營養(yǎng)和獨(dú)特風(fēng)味的最終發(fā)酵蔬菜制品。新鮮蔬菜表面的微生物種群主要是細(xì)菌和酵母，乳酸菌只占一小部分。在發(fā)酵期間，當(dāng)鹽濃度和溫度適宜時，乳酸菌的生長逐漸處于優(yōu)勢，因此大多數(shù)蔬菜都要經(jīng)歷乳酸發(fā)酵。發(fā)酵蔬菜生產(chǎn)的普遍流程見圖1。

圖1 蔬菜的腌制與泡制生產(chǎn)工藝[5]

鹽對蔬菜發(fā)酵至關(guān)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(qiáng)的電解質(zhì)，能迅速滲入蔬菜細(xì)胞內(nèi)，抑制蔬菜細(xì)胞的呼吸作用和生命活動，且其具有較強(qiáng)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(fā)酵有促進(jìn)作用。③增香、增味與保脆作用。鹽除使蔬菜具有適當(dāng)?shù)南涛锻?，可與發(fā)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(chǎn)品的鮮味，影響乳酸發(fā)酵等，從而影響泡菜的風(fēng)味和品質(zhì)。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(nèi)的組織細(xì)胞內(nèi)的水分和可溶性固形物滲透出來，同時細(xì)胞外的鹽滲入菜體細(xì)胞內(nèi)，一直達(dá)到細(xì)胞內(nèi)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(fā)酵蔬菜的作用在于不僅影響著發(fā)酵蔬菜中生化及微生物群落，而且決定著發(fā)酵蔬菜的最終質(zhì)量和風(fēng)味。

3 蔬菜低鹽發(fā)酵的研究進(jìn)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(fā)酵海鮮 (jeotgal)等為輔料，經(jīng)鹽腌、調(diào)味等工序加工而成的具有傳統(tǒng)風(fēng)味的發(fā)酵蔬菜。韓式泡菜通常在低溫下(2～6 ℃)發(fā)酵[6]，平均鹽濃度是3%[7]。在發(fā)酵過程中，基于分子生物學(xué)技術(shù)，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(fā)酵期間主導(dǎo)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?yàn)榫哂休^強(qiáng)的耐酸性而隨著泡菜發(fā)酵環(huán)境逐漸缺氧，酸度增加，pH降低而占有優(yōu)勢[12]。Lb.sakeisubsp.sakei是在泡菜發(fā)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(fā)酵條件、生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)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(dāng)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(jié)果發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵的第13天后，pH和總酸度(以乳酸計)分別達(dá)到了4.4～4.7和0.4%～0.6%，感官品質(zhì)評定是好的。當(dāng)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(fā)酵泡菜，發(fā)現(xiàn)在感官品質(zhì)方面，海鹽發(fā)酵的泡菜評定分?jǐn)?shù)高于純鹽發(fā)酵的泡菜。在乳酸菌種類方面，在發(fā)酵的第2天，純鹽發(fā)酵的泡菜中Lactobacillus，Leuconostoc屬分別占73%，20%，而海鹽發(fā)酵的泡菜中兩屬分別占60%和33%；在發(fā)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(fā)現(xiàn)Lb.plantarum。Lb.plantarum的存在會使泡菜變酸，風(fēng)味變差。另外，海鹽的使用降低了Lactobacillus與Leuconostoc的比率，數(shù)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(zhì)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(jì)州島)的88份泡菜，發(fā)現(xiàn)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(shù)量與種類比工廠中的多；由于工廠使用的鹽濃度低，生產(chǎn)的產(chǎn)品容易受其他雜菌污染。

在低鹽韓式泡菜制作過程中，出現(xiàn)了一些問題，比如當(dāng)鹽濃度很低時，出現(xiàn)發(fā)酵過程難以控制、腐敗菌滋生的狀況，可能的原因是低鹽發(fā)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(jié)合發(fā)酵劑Leu.mesenteroides[19]來控制發(fā)酵進(jìn)程，并使泡菜質(zhì)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(shè)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(fā)酵[20]。當(dāng)圓白菜全部浸入鹽水時，就進(jìn)入了微生物發(fā)酵階段。

在發(fā)酵開始的2～3天占優(yōu)勢的菌群是異型發(fā)酵乳酸菌，不耐酸，數(shù)量最多的是Leu.mesenteroides，菌群中也有Weissella屬，Leu.citreum，Leu.fallax[21]，在異型發(fā)酵轉(zhuǎn)向同型發(fā)酵的階段，Leu.citreum，Leu.argentinum在發(fā)酵液中出現(xiàn)，9天后達(dá)到了同型發(fā)酵階段，即酸度達(dá)到1%，Lb.brevis，Lb.plantarum，Lb.curvatus及Lb.sakei，P.parvulus等出現(xiàn)，最后發(fā)酵液中數(shù)量最多的便是最耐酸的Lb.plantarum。通常情況下，酸菜發(fā)酵在2周完成。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，上述不同發(fā)酵階段中乳酸菌的種類會因原料種類、發(fā)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(fā)酵酸菜時使用1.5%甚至更低的礦物鹽，在減少鹽浪費(fèi)的同時，又可以減緩NaCl不可生物降解所帶來的環(huán)境問題，并生產(chǎn)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(fā)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(fā)酵過程，提高產(chǎn)品的穩(wěn)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(fā)酵酸菜，之后在4 ℃保存3個月，結(jié)果表明酸菜產(chǎn)品的生物胺水平都低于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵產(chǎn)品，有著好的產(chǎn)品質(zhì)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(shí)驗(yàn)中以維生素C、硫代葡萄糖苷水解產(chǎn)物計)[27]。他們發(fā)現(xiàn)使用0.5% NaCl與Leu.mesenteroides作為發(fā)酵劑進(jìn)行酸菜生產(chǎn)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(fā)酵酸菜，發(fā)酵2周后發(fā)現(xiàn)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(chǎn)量最低，乙酸產(chǎn)量相同，酸菜的感官味道是最好的[28]。乙酸是抑制發(fā)酵腐敗微生物最重要的有機(jī)酸。Wiander等使用0.5%的礦物鹽(57% NaCl，28% KCl，12% MgSO4，2% Lysine·HCl和1% SiO2)發(fā)酵酸菜，發(fā)現(xiàn)酸菜感官品質(zhì)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(diào)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(fā)酵酸菜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3組處理的酸菜最終的pH值都在3.4～3.7，微生物學(xué)安全。在發(fā)酵的第1周發(fā)現(xiàn)3組的優(yōu)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(zhì)均可，而0.9% NaCl處理的酸菜口感過軟。Johanningsmeier發(fā)現(xiàn)使用1% NaCl與Leu.mesenteroides作為接種劑來發(fā)酵酸菜既可以保證酸菜的口感和風(fēng)味，也可以保證pH值持續(xù)下降，體系快速進(jìn)行發(fā)酵狀態(tài)和產(chǎn)品品質(zhì)的一致性。

隨著鹽濃度的降低，酸菜的口感與風(fēng)味也將隨之降低。綜合上述研究可知，雖然0.5%的NaCl發(fā)酵酸菜可以保證產(chǎn)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(zhì)。但是對于酸菜自然發(fā)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(zhì)，如果上市的話需要加調(diào)味料來掩蓋本身的不足，這反而會增加產(chǎn)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(chǎn)品的感官品質(zhì)。所以以礦物鹽部分代替鈉鹽為降低產(chǎn)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(chǎn)品良好的感官品質(zhì)。

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(fā)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(fā)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(fā)酵過程由Leu.mesenteroides，Weissella屬等乳酸菌啟動[31]，隨后Enterococcusfaecalis，Lactococcuslactis，Lb.zeae出現(xiàn)并參與，最后由Lb.paraplantarum和Lb.casei主導(dǎo)至泡菜成熟[32]。

一些學(xué)者對使用1%～10%(W/V)食鹽濃度發(fā)酵的四川泡菜進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)使用4%～10%(W/V)食鹽濃度發(fā)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(fā)酵的泡菜在發(fā)酵6天后微生物安全性仍待研究[34]。鹽濃度在泡菜發(fā)酵早期影響明顯，如在發(fā)酵開始的前2天，鹽濃度越低，pH值降低越快，在發(fā)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(chǎn)品的低pH值[35]。使用1%～3%(W/V)鹽發(fā)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(fā)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(fā)酵減弱了乳酸菌的異型發(fā)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(chǎn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)使用不同鹽濃度發(fā)酵泡菜時都是Lb.plantarum和Lb.pentosus占優(yōu)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(fā)酵，與自然發(fā)酵相比較，產(chǎn)酸速度和風(fēng)味明顯優(yōu)于自然發(fā)酵。使用低鹽發(fā)酵的泡菜雖然在一段時間內(nèi)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(fā)酵在前期pH降低很快，乳酸菌生長迅速，這與韓國泡菜發(fā)現(xiàn)的結(jié)果正好相反，可能是由于發(fā)酵溫度不同的原因，四川泡菜在高于20 ℃的條件下發(fā)酵，是大部分乳酸菌的優(yōu)勢生長溫度，乳酸菌生長較快，有機(jī)酸產(chǎn)生較多，可以抑制雜菌的生長。而韓國泡菜在2～6 ℃低溫下發(fā)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(zhì)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(jié)論與展望

發(fā)酵蔬菜制作過程中鹽用量與地區(qū)差異、生產(chǎn)工藝、原料種類等因素有關(guān)。綜合已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)的韓式泡菜、歐洲酸菜和四川泡菜可知，低鹽發(fā)酵蔬菜生產(chǎn)已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)化發(fā)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(hù)生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步訴求。

目前的低鹽發(fā)酵蔬菜生產(chǎn)主要采用降低氯化鈉的使用濃度來實(shí)現(xiàn)，控制方式主要體現(xiàn)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(jié)果表明三種方式均有一定的效果，研究關(guān)注的重點(diǎn)為鹽濃度降低后蔬菜的發(fā)酵質(zhì)量、風(fēng)味及產(chǎn)品的微生物安全性評價。在蔬菜發(fā)酵過程中，微生物是引起一系列物理化學(xué)變化的主體，因此在未來的研究中，需要加強(qiáng)低鹽條件下發(fā)酵過程中的微生物動態(tài)分子解析，從本質(zhì)上了解及理解低鹽對于蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量及安全的影響。

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

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