遲雪梅，張慶芳*，遲乃玉

（1.大連大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116622；2.遼寧省海洋微生物工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116622）

發(fā)酵蔬菜是一種具有特殊風(fēng)味的乳酸發(fā)酵制品，不添加任何防腐劑，有良好的感官品質(zhì)，其成本低廉、原料多樣、食用方便。在我國北方地區(qū)由于其特殊的地理氣候，發(fā)酵蔬菜已經(jīng)演變?yōu)橐环N蔬菜的存儲(chǔ)方式[1]。

近幾年國內(nèi)外熱衷于研究接種發(fā)酵技術(shù)，對于蔬菜的接種發(fā)酵給予了極高的關(guān)注度。目前市場上銷售的發(fā)酵菜（尤其是酸白菜）多為人工接種發(fā)酵，因其發(fā)酵時(shí)間短而受各大加工廠歡迎；接種發(fā)酵相對于自然發(fā)酵能夠降低亞硝峰值、減少制品中亞硝酸鹽殘留量[2]，因此有關(guān)亞硝酸鹽的問題一直是研究熱點(diǎn)，但硝酸鹽剩余問題往往被人們忽略[1]。

硝酸鹽是亞硝酸鹽的前體，其實(shí)是一種潛在的致癌物質(zhì)，可在多種細(xì)菌作用下被還原為亞硝酸鹽，其中人體腸道內(nèi)就有可以還原硝酸鹽的菌[3]。接種發(fā)酵抑制了蔬菜發(fā)酵前期硝酸鹽被還原成亞硝酸鹽的過程，導(dǎo)致接種的發(fā)酵蔬菜硝酸鹽大量剩余[1]。

TANEJA P等[4]最新的研究成果證實(shí)硝酸鹽對胃腸道癌癥發(fā)生率有巨大影響。硝酸鹽在腸道內(nèi)被還原轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽會(huì)增加胃癌的發(fā)生。因此蔬菜發(fā)酵制品的安全性不僅僅只停留在減少或降低亞硝酸鹽含量上，更要重視硝酸鹽大量剩余的問題[1]。

1 發(fā)酵蔬菜的營養(yǎng)價(jià)值

1.1 蔬菜的營養(yǎng)

蔬菜在我國居民膳食中的食物構(gòu)成比例為33.7%，是膳食重要組成部分[5]。歐洲和亞洲是全球白菜主要產(chǎn)區(qū)，其中歐洲產(chǎn)量為總產(chǎn)量的17.5%，大洋洲產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的74.7%[6]。大白菜質(zhì)地柔嫩、味美清爽、開胃健脾，富含人體不可缺少的蛋白質(zhì)、脂肪、多種維生素及磷、鈣、鐵等礦物質(zhì)元素，常食有助于增強(qiáng)機(jī)體免疫功能，對減肥健美也具有意義[1，7-9]。因此，大白菜是人們生活中不可缺少的主要蔬菜之一。

本課題組曾對超級白菜、青豐、白峰等6個(gè)品種的大白菜進(jìn)行主要理化指標(biāo)的測定[10]，結(jié)果是6種白菜含水量約為94.5%，總糖含量約為3.0 g/100 g，蛋白質(zhì)含量約為471.3 mg/100 g，氨基酸含量約為416.7 mg/100 g，維生素C含量約為28.6 mg/100 g。2015年李方遠(yuǎn)[11]分別對萵苣、白菜、甘藍(lán)、芹菜等9種蔬菜營養(yǎng)成分進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其還含有脂肪，食物纖維，鐵、鈣，維生素A、B1、B2、K1、U，碘等，其中維生素K1和維生素U是抗?jié)円蜃印?016年丁云花等[12]對緊花菜、松花菜、紫花菜等3種花椰菜進(jìn)行營養(yǎng)成分檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)其含有部分人體必需礦物質(zhì)元素銅、錳、鋅等。

1.2 發(fā)酵菜的營養(yǎng)

酸菜、泡菜的制作主要靠乳酸菌的作用，產(chǎn)生乳酸、醋酸等酸性物質(zhì)，抑制有害微生物的生長[13]，從而延長了保存時(shí)間，又帶來了乳酸發(fā)酵和醋酸發(fā)酵所特有的美味。

盡管蔬菜發(fā)酵之后比原料的蛋白質(zhì)、維生素C等有所減少，但氨基酸種類和量都有所增加，還能產(chǎn)生大量對人體礦物質(zhì)吸收有益的有機(jī)酸（乳酸和醋酸）等。研究資料還顯示，發(fā)酵的蔬菜有60多種風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生[14]。

發(fā)酵蔬菜是乳酸菌發(fā)酵蔬菜制成的傳統(tǒng)食品，不僅營養(yǎng)成分較豐富而且含有益生菌，可以被認(rèn)為是一種蔬菜益生菌食物。在張慶芳等[1]關(guān)于大白菜腌漬發(fā)酵的研究現(xiàn)狀、趨勢及存在問題的研究中，可了解到由于白菜發(fā)酵過程中生成的多種有機(jī)物，具有重要的保健作用。MARKOWIAK P等[14-15]的相關(guān)研究中也進(jìn)一步體現(xiàn)了發(fā)酵蔬菜的多重的保健功能，如促進(jìn)大腸健康、抗便秘、降低膽固醇、抗衰老和抗氧化作用等作用，同時(shí)還可以促進(jìn)免疫、腦健康、皮膚健康等。

2 發(fā)酵蔬菜的安全性

2.1 蔬菜中的硝酸鹽

蔬菜是一種容易積累硝酸鹽的食物，蔬菜中硝酸鹽積累部位及含量見表1[16]。

表1 蔬菜中硝酸鹽的含量Table 1 Content of nitrate in vegetables

人體攝入硝酸鹽的量80%來自于蔬菜[17]。無論是空氣、水源還是土壤，都被嚴(yán)重污染[4，18]。廢氣排放、化肥農(nóng)藥的濫用等都是造成一系列問題的主要原因。蔬菜中盡管含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，但是含有的有害物質(zhì)也不容忽視，如硝酸鹽、亞硝酸鹽、重金屬鎘、鉛污染等[19-20]。其中亞硝酸鹽被世界衛(wèi)生組織認(rèn)定為一級致癌物。

蔬菜中的硝酸鹽累積毒害作用緩慢而隱蔽，硝酸鹽本身并無毒性，然而在儲(chǔ)藏一段時(shí)間或進(jìn)入人體消化系統(tǒng)之后，由于硝酸鹽還原酶（nitrate reductase，NR）和細(xì)菌的作用，會(huì)產(chǎn)生亞硝酸鹽和亞硝胺，二者均具有致畸、致癌、致突變等危害[21]。

2.2 發(fā)酵菜中硝酸鹽、亞硝酸鹽

2.2.1 發(fā)酵菜中硝酸鹽

自然界中能使硝酸鹽還原的菌有100多種[22]，在蔬菜發(fā)酵過程中最常出現(xiàn)的是大腸桿菌、葡萄球菌屬、假單胞菌屬、腸道細(xì)菌科、黃桿菌屬等[23]。蔬菜自身攜帶大量、多種類菌是其在發(fā)酵過程中硝酸鹽還原為亞硝酸鹽的原因之一，再者使用器具不消毒或消毒不徹底也會(huì)使有硝酸鹽還原菌進(jìn)入加工產(chǎn)品。在自然發(fā)酵過程中由于原料所帶細(xì)菌及發(fā)酵工具染菌等情況，使得在自然發(fā)酵前期硝酸鹽會(huì)在這些細(xì)菌的作用下將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，最后成品發(fā)酵菜中硝酸鹽會(huì)少于原料[24]。

2.2.2 發(fā)酵菜中亞硝酸鹽

新鮮蔬菜含有大量硝酸鹽，在發(fā)酵過程中硝酸鹽在還原菌的作用下變成亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽是對人體有害的物質(zhì)。張慶芳等[1，25-27]的研究表明，乳酸菌能夠降解發(fā)酵菜中的亞硝酸鹽。同時(shí)呂玉濤等[28]關(guān)于從泡菜中分離到的一株降解亞硝酸鹽能力很強(qiáng)的乳酸菌的研究也證明了這一點(diǎn)，同時(shí)研究表明，當(dāng)pH＞4.5時(shí)，乳酸菌降解亞硝酸鹽以亞硝酸還原酶（nitrite reductase，NiR）降解為主；當(dāng)pH＜4.0時(shí)，亞硝酸鹽的降解以H+降解為主。進(jìn)而獲得較少甚至沒有發(fā)酵菜亞硝酸鹽殘留的現(xiàn)象，從而使發(fā)酵菜變得更加安全。

周相玲等[29]對人工發(fā)酵與自然發(fā)酵泡菜中亞硝酸鹽含量的研究表明，在自然發(fā)酵泡菜中第7天降至2.1 mg/kg。人工發(fā)酵泡菜成熟時(shí)亞硝酸鹽的含量為0.44 mg/kg，以每天食用泡菜50 g為例，與聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織（food and agriculture organization of the united nations，F(xiàn)AO）/世界衛(wèi)生組織（world health organization，WHO）規(guī)定的亞硝酸鹽的日攝取量（8 mg/60 kg體質(zhì)量）相比，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這一數(shù)值。閆亞梅等[30]研究大白菜分別添加白蘿卜、胡蘿卜、黃瓜等進(jìn)行自然發(fā)酵，發(fā)酵144 h時(shí)，亞硝酸鹽含量＜20 mg/kg（國家標(biāo)準(zhǔn)）?？梢哉f自然發(fā)酵具有解毒作用，不但降解了亞硝酸鹽的含量，還可以很大程度地減少硝酸鹽的含量。

3 發(fā)酵菜與微生物的關(guān)系

3.1 發(fā)酵初期（好氧菌的生長）

目前對發(fā)酵蔬菜里微生物區(qū)系的研究普遍認(rèn)為，在發(fā)酵的初期，好氧菌和酵母是占優(yōu)勢的微生物[31]。具有硝酸還原性質(zhì)的細(xì)菌幾乎都為好氧菌，因此自然發(fā)酵初期使環(huán)境中大量硝酸鹽被還原為亞硝酸鹽[32]。人工接種發(fā)酵在發(fā)酵初期就添加乳酸菌，使乳酸菌快速成為優(yōu)勢菌群，快速降低發(fā)酵環(huán)境的pH值；從而迅速地抑制發(fā)酵體系中的其它微生物的繁殖，也導(dǎo)致了硝酸還原菌被抑制；使發(fā)酵初期硝酸鹽降解被控制[33]。

3.2 發(fā)酵中后期（兼性厭氧菌的生長）

由于氧的消耗，在發(fā)酵的中后期，兼性厭氧的乳酸菌變?yōu)閮?yōu)勢菌群。蔬菜發(fā)酵的乳酸菌主要有乳桿菌屬、明串珠菌屬、片球菌屬，鏈球菌屬等屬的細(xì)菌[34]。大量的研究、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，蔬菜發(fā)酵的中期（乳酸發(fā)酵的前期）主要為產(chǎn)生乳酸和醋酸的異型發(fā)酵，其中以乳酸球菌為主；蔬菜發(fā)酵的后期主要為產(chǎn)生大量乳酸的同型發(fā)酵，其中以乳酸桿菌為主[34-36]。

李超[34]關(guān)于東北酸菜發(fā)酵微生物動(dòng)態(tài)解析的研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后期主要是同型發(fā)酵乳酸菌占優(yōu)勢。同時(shí)在發(fā)酵過程中還檢測到一般細(xì)菌。荊雪嬌[35]在傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜微生物群落結(jié)構(gòu)分析的實(shí)驗(yàn)中得出結(jié)論，不同加工工藝、包裝工藝、不同原料的發(fā)酵蔬菜中，存在著豐富的乳桿菌群。植物乳桿菌存在于所有發(fā)酵蔬菜中，短乳桿菌為泡菜和酸菜的優(yōu)勢菌群，彎曲乳桿菌在泡菜和浙江榨菜中為優(yōu)勢菌群，消化乳桿菌和食用糖乳桿菌分別為酸菜和醬菜的優(yōu)勢菌群。

蔬菜發(fā)酵過程中的酒精含量可達(dá)0.5%～0.7%，對乳酸發(fā)酵并無影響；酒精發(fā)酵是由于酵母菌將蔬菜中的糖分解而生成酒精和CO2；酒精發(fā)酵生成的乙醇，可與乳酸反應(yīng)，生成乳酸乙酯，使制品具有香味[1]。其蔬菜發(fā)酵中的醋酸還有一部分來源于醋酸菌氧化乙醇而生成的，這一作用稱為醋酸發(fā)酵；極少量的醋酸不但無損于腌制品的品質(zhì)反而有利產(chǎn)品風(fēng)味的形成，只有在含量過多時(shí)才會(huì)影響成品的品質(zhì)[1]。

4 接種發(fā)酵蔬菜硝酸鹽大量剩余問題

蔬菜是一種易于富集硝酸鹽的植物性食品，其硝酸鹽含量遠(yuǎn)高于其他作物[37]。蔬菜發(fā)酵工廠化生產(chǎn)中，多采用人工接種技術(shù)進(jìn)行發(fā)酵，人工接種發(fā)酵時(shí)間短，亞硝酸鹽含量低。但人工接種的發(fā)酵菜硝酸鹽含量相對自然發(fā)酵卻高很多，并且人們往往忽略硝酸鹽的存在。由于接種發(fā)酵使雜菌快速地被抑制，往往這些雜菌具有分解硝酸鹽的酶，而乳酸菌大多不具有這種酶，使得蔬菜發(fā)酵過程中硝酸鹽的分解被控制。

本課題組對接種發(fā)酵蔬菜與自然發(fā)酵蔬菜進(jìn)行硝酸鹽剩余量和亞硝酸鹽的殘留量實(shí)驗(yàn)研究[2]，結(jié)果見圖1。由圖1可知，接種菌劑1（乳鏈球菌（Streptococcus lastic）；萊氏曼氏乳桿菌（Lactobacillus leichmannii）；乳酪鏈球菌（Streptococcuscremoris）；植物乳桿菌（Lactobacillus plantarun））、菌劑2（Streptococcus lastic；Lactobacillus leichmannii；干酪乳桿菌亞種鼠李糖（Lactobacillus caseisubsp.rhamnosus）；Streptococcus cremoris）、菌劑3（Streptococcus lastic；Lactobacillus leichmannii；Lactobacillus plantarun）的發(fā)酵菜硝酸鹽剩余量分別為544.32 mg/kg、422.13 mg/kg、329.74mg/kg，而自然發(fā)酵的菜硝酸鹽剩余量為232.06mg/kg（原料蔬菜經(jīng)燙漂后菜中硝酸鹽含量為895.23 mg/kg）；接種菌劑1、菌劑2、菌劑3的發(fā)酵菜亞硝酸鹽殘留量分別為0、0.363 mg/kg、0.47 mg/kg，自然發(fā)酵菜亞硝酸鹽殘留量為2.67 mg/kg（國家標(biāo)準(zhǔn)＜20 mg/kg）。若按照每1.232 mg/kg硝酸鹽轉(zhuǎn)化為1 mg/kg的亞硝酸鹽來計(jì)算[27]，接種菌劑1的發(fā)酵菜相當(dāng)于有441.82 mg/kg的亞硝酸鹽存在，接種菌劑2的發(fā)酵菜相當(dāng)于有342.64 mg/kg亞硝酸鹽潛在，接種菌劑3的發(fā)酵菜相當(dāng)于有267.65 mg/kg的亞硝酸鹽潛在；自然發(fā)酵菜相當(dāng)于有188.36 mg/kg的亞硝酸鹽潛在（國家標(biāo)準(zhǔn)＜20 mg/kg）。因此接種發(fā)酵蔬菜引起的硝酸鹽大量剩余問題不容忽視。

圖1 發(fā)酵蔬菜中硝酸鹽、亞硝酸鹽含量Fig.1 Contents of nitrate and nitrite contained in fermented vegetables

5 結(jié)論與展望

近年來關(guān)于乳酸菌降解亞硝酸鹽機(jī)理的提出以及被證明，引領(lǐng)了人們關(guān)注接種技術(shù)能夠降低發(fā)酵菜中亞硝峰值和減少制品亞硝酸鹽殘留的問題，但是忽略了人工接種技術(shù)反而會(huì)使發(fā)酵蔬菜硝酸鹽大量剩余問題。

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵蔬菜雖然避免了成品菜中亞硝酸鹽帶來的危害，但其中硝酸鹽的存在更應(yīng)該引起人們的重視。俗話說“明槍易躲，暗箭難防”。硝酸鹽潛在的危害已有相關(guān)研究得出結(jié)論，食物中的硝酸鹽可在口腔及腸道中細(xì)菌的存在下被還原為亞硝酸鹽，從而達(dá)到中毒的后果。因此發(fā)酵蔬菜硝酸鹽的殘留給人們帶來的危害同亞硝酸鹽一樣不容忽視。

根據(jù)硝酸鹽和亞硝酸鹽在蔬菜發(fā)酵過程中降解機(jī)制，可以尋求一種亞硝酸鹽殘留量低，硝酸鹽大量降解的蔬菜發(fā)酵工藝。根據(jù)研究可知，當(dāng)pH＞5.0時(shí)，細(xì)菌（可還原硝酸鹽的菌）大量生長，是硝酸鹽大量分解時(shí)期；又根據(jù)研究可知當(dāng)pH值為5.0左右時(shí)正是乳酸菌代謝產(chǎn)亞硝酸鹽還原酶（NiR）的最適pH值。因此可以設(shè)計(jì)如下工藝：發(fā)酵初期（湯汁pH≥5.0）進(jìn)行自然發(fā)酵，當(dāng)湯汁pH值為5.0左右時(shí)加入乳酸菌劑進(jìn)行接種發(fā)酵。這個(gè)工藝生產(chǎn)的發(fā)酵菜將既可以使亞硝酸鹽殘留少或無，又可使發(fā)酵菜中硝酸鹽大量分解；從而使發(fā)酵菜的安全性更加提高。

乳酸菌能降解亞硝酸鹽已被證實(shí)。通過查找基因文庫發(fā)現(xiàn)乳酸菌中含有NR的基因，但在乳酸菌作用的過程中NR的基因并不表達(dá)。NR基因?yàn)楹尾槐磉_(dá)目前還未有研究學(xué)者解釋這一問題。推測乳酸菌所含有的NR基因可能為缺陷型基因或是誘導(dǎo)型基因或是還有其他原因，本課題組接下來會(huì)針對這一問題展開研究。