李文青，卿 泉，唐清苗，任佑華，2，3，羅鳳蓮，2，3*

（1.湖南農業(yè)大學 食品科學技術學院，湖南 長沙 410128；2.國家蔬菜加工技術研發(fā)分中心，湖南 長沙 410128；3.食品科學與生物技術湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128）

芥菜（Brassica juncea）是十字花科蕓苔屬一年生草本植物，芥菜可以分為葉用芥菜，莖用芥菜和根用芥菜[1]等。榨菜是以莖用芥菜為原料加工而成的[2-3]，莖用芥菜主要栽培地區(qū)為浙江、重慶、四川、湖南等。“醬疙瘩”、“大頭菜”等都是根用芥菜的名特加工產品[4]。大葉芥菜的營養(yǎng)價值很高，劉獨臣等[5]研究了四川葉用芥菜的主要營養(yǎng)成分，葉用芥菜的蛋白質平均含量1.47%，總氨基酸平均含量10.02 mg/g，可溶性總糖平均含量2.57%，粗纖維平均含量0.66%，維生素C平均含量45.47 mg/100 g。由于大葉芥菜腌制后有一種特殊鮮味和香味，能促進胃、腸消化功能，增進食欲，幫助消化，因此大葉芥菜除了少部分用作鮮食以外，大部分都是進行腌制加工成酸菜、泡菜、騰菜和干菜等的重要原料[6]，既便于貯藏、運輸，能有效調節(jié)芥菜生產淡旺季節(jié)。

由于芥菜腌制后有一種特殊鮮味和香味，能促進胃、腸消化功能，增進食欲，幫助消化，芥菜自身含有芥子苷屬硫代葡萄糖苷，經過酸或酶的水解作用能生成揮發(fā)性芥子油、葡萄糖和硫酸氫鉀，具有濃郁的辛辣味并伴隨微苦[7-8]，以其獨特的鮮香脆爽風味促進食欲，目前，關于芥菜腌制技術的研究主要集中在降低發(fā)酵芥菜中的食鹽含量[9]和亞硝酸鹽含量[10]、發(fā)酵芥菜的工藝優(yōu)化[11]、香氣成分分析[12]和微生物傳統(tǒng)的分離培養(yǎng)[13]等方面，以此得到高品質和高安全性的發(fā)酵芥菜。由于我國發(fā)酵芥菜的工藝較復雜，以及因企業(yè)需維持大批量生產而加入的高鹽，導致的發(fā)酵芥菜品質參差不齊。本文論述了發(fā)酵芥菜的制作方法、發(fā)酵機理和發(fā)酵過程中品質變化，并展望了發(fā)酵芥菜的發(fā)展趨勢，為發(fā)酵芥菜的品質和安全性的提升提供了一定的依據(jù)。

1 芥菜腌制工藝及原理

傳統(tǒng)腌制芥菜的制作方法較簡單：首先將新鮮芥菜進行切分，以曬干或者晾干的方式脫水，加入一定比例的食鹽和其他香辛料混勻，放入壇中進行腌制，在食鹽和微生物的作用下使芥菜發(fā)酵成熟。但不同的地區(qū)因原材料和制作過程以及食鹽用量等差異，導致產品的味道、質量和存放周期的不同。常見的發(fā)酵芥菜有宜賓芽菜[14]、襄陽大頭菜[15]、四川冬菜[16]、涪陵榨菜[17]、紹興梅干菜[18]和湖南傳統(tǒng)發(fā)酵芥菜[12]，其主要微生物及制作工藝見表1。

表1 發(fā)酵芥菜的主要微生物和制作方法Table 1 Main microorganisms and production methods of fermented mustard

2 芥菜腌制原理

2.1 食鹽的作用

鹽漬的主要原理是利用溶液的滲透性質，滲透壓會使溶劑從濃度低的溶液向濃度高的溶液擴散，直至兩種溶液的濃度均勻為止[18]。芥菜在鹽漬過程中往往要加入大量的食鹽，使得芥菜細胞外的溶液濃度非常的高，而芥菜的細胞膜具有半滲透膜的作用，芥菜細胞發(fā)生質壁分離，芥菜組織內部的可溶性物質會外滲，與此同時食鹽也會透入芥菜細胞中使得芥菜有咸味。

食鹽還具有一定的防腐作用，鹽漬芥菜中高濃度的食鹽能夠抑制一些有害微生物的活動，甚至殺死微生物，并且食鹽溶液中的Na+、K+、Ca2+、Mg2+和Cl-等離子在濃度較高時會對微生物產生毒害作用[19]；其次芥菜細胞在高濃度的食鹽作用下，細胞脫水甚至破裂死亡，芥菜細胞的生命活動、代謝活動停止，使得芥菜能長時間的保存；食鹽溶液能夠對酶活力產生影響，使得酶的活性降低，比如對氧化酶作用[20]，這從某種程度上也延長了芥菜的保質期；食鹽溶液能夠降低水分活度，微生物可以利用的自由水減少，達到防腐的目的[21]。

2.2 微生物的作用

芥菜表面附著無數(shù)微生物，芥菜鹽漬過程中，由于食鹽的加入使得芥菜細胞破裂，細胞中的營養(yǎng)物質流出，天然的微生物便利用這些營養(yǎng)源而進行生長繁殖活動。主要的有利微生物發(fā)酵是乳酸發(fā)酵、酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵[21]。

乳酸發(fā)酵是乳酸菌利用芥菜中的糖類為底物，發(fā)酵產酸。在發(fā)酵前期以乳酸球菌為主要優(yōu)勢菌；發(fā)酵后期主要以乳酸桿菌來完成發(fā)酵[22]。發(fā)酵的初期以異型乳酸發(fā)酵為主的乳酸菌為主導菌發(fā)酵，產生大量的二氧化碳使環(huán)境處于厭氧狀態(tài)，同時產生少量的乳酸使得環(huán)境的pH下降，這類乳酸菌一般不耐酸[21]，所以在發(fā)酵初期pH下降的同時這類乳酸菌的活動會漸漸變緩。進入發(fā)酵中期以后，以同型乳酸發(fā)酵為主的耐酸乳酸菌開始活躍起來，這段時期同型乳酸發(fā)酵的乳酸菌會快速的產酸使得乳酸含量猛增，抑制不耐酸的雜菌活動[21]。到了發(fā)酵后期，由于乳酸菌的不斷產酸導致乳酸含量增加到抑制乳酸菌自身的生長，發(fā)酵便會慢慢減弱直至停止，鹽漬芥菜的風味形成主要集中在發(fā)酵后期。

3 芥菜腌制過程中的品質變化

3.1 芥菜腌制過程中微生物的變化

泡菜發(fā)酵后可形成有益健康的植物益生菌使其有抗氧化衰老、促進免疫健康等功能[23]。

芥菜腌制的方法一般為自然發(fā)酵，利用的微生物主要為芥菜葉片表面附著的微生物，主要種類有乳酸球菌、乳酸桿菌、腸膜明串珠菌、酵母菌等有益微生物。如果研制過程不當，則芥菜極易污染腐敗菌。發(fā)酵前期，腸膜明串珠菌起啟動發(fā)酵的作用，腸膜明串珠菌的快速生長一方面能降低環(huán)境的pH值，抑制其他有害微生物的生長和軟化芥菜的酶活性，另一方面制造了厭氧的環(huán)境；乳酸片球菌也在發(fā)酵前期大量繁殖，隨著環(huán)境的pH值的降低，慢慢受到抑制；發(fā)酵中期，酵母菌和腸膜明串珠菌消失，除了乳酸片球菌，產酸的乳桿菌開始活躍；到了發(fā)酵后期，球菌消失，產酸的乳桿菌成為主導菌相，最終乳酸的大量累積造成乳酸菌的反饋抑制導致發(fā)酵結束[24]。

3.2 芥菜腌制過程中亞硝酸鹽的變化

芥菜經過發(fā)酵加工，其中累積的硝酸鹽會被大量還原為亞硝酸鹽[25-26]。過量攝入亞硝酸鹽會引起人體腸胃的不適，導致人體血液缺氧中毒反應，甚至會誘發(fā)人體消化系統(tǒng)的癌變[27]。張雁等[28]研究了4 種品種芥菜發(fā)酵過程中亞硝酸鹽的變化規(guī)律，結果表明，發(fā)酵過程中不同品種芥菜中的亞硝酸鹽變化趨勢一致，但品種間亞硝酸鹽含量呈現(xiàn)差異，發(fā)酵芥菜成品中亞硝酸鹽均低于1 mg/kg，其中包心芥菜最低。MUNDT J O等[29]研究發(fā)現(xiàn)，新鮮蔬菜上乳酸菌的數(shù)量較少，在發(fā)酵初期仍處于增殖階段，酸性環(huán)境尚未形成，因此各種有害菌迅速繁殖，引起亞硝酸鹽含量上升。隨著發(fā)酵的進行，乳酸菌代謝形成的酸性環(huán)境會抑制雜菌的生長[30]，亞硝酸鹽的生成減少，但亞硝酸鹽的分解仍在。董碩等[31]以食鹽為變量，研究食鹽對乳酸菌降解亞硝酸鹽的影響，也間接論證了以上兩點原因。該學者的文章中提到：氯化鈉含量＞5%對乳酸菌降解亞硝酸鹽有阻礙作用，且乳酸菌降解亞硝酸鹽的量與食鹽含量有極顯著的負相關關系。任文彬等[32]研究表明，腌制鹽濃度3%，腌制糖濃度6%，CaCl2添加量0.15%，腌制時間24 h，干燥溫度60 ℃，干燥時間6 h。在此工藝條件下腌制的即食芥菜亞硝酸鹽含量遠低于國家標準，干燥后保持了良好的芥菜特性。綜上，亞硝酸鹽的含量和腌制過程中的pH值、食鹽含量、原材料、發(fā)酵溫度和時間等因素息息相關。

3.3 芥菜腌制過程中風味物質的變化

鹽漬芥菜中的主要風味物質來源于揮發(fā)性的香氣物質、呈味氨基酸和有機酸，主要包括酯類、酸類、醇類、醛類、烷烴類、腈類及含氮類化合物化合物。酯類物質所占比例最高，其次是酸類。隨著腌制時間的延長，酯類、酸類、醇類、烷烴類及含氮類組分的種類逐漸增加，醛類組分種類逐漸減少；酯類和醛類組分含量逐漸降低，酸類與醇類組分逐漸增加，含氮組分先增后減。揮發(fā)性風味成分的種類隨時間整體呈上升的趨勢[33]。袁方等[34]的研究結果表明，榨菜和腌菜樣品的香氣、綜合口感的分值和榨菜的脂類、腌菜的酸味呈上升狀態(tài)，但上升的趨勢逐漸變弱；樣品的苦味、脆度、硬度、水分和色澤的評定分值呈遞減狀態(tài)，遞減的速度逐漸減慢。巢雨舟等[35]利用氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）對腌漬芥菜、自然二次發(fā)酵和人工接種二次發(fā)酵芥菜的揮發(fā)性成分進行了分析，揮發(fā)性物質種類在經人工接種二次發(fā)酵后略有增加，并且總含量最高。徐俐等[36]從8個品種高鹽腌制芥菜的風味成分中共檢測出32種組分，主要揮發(fā)性風味成分為硫甙降解產物、醇類及雜環(huán)類物質，其中硫甙降解產物中異硫氰酸烯丙酯的相對含量最高，是芥菜的主要風味物質。ZHAO D Y等[37]采用HS-SPME和GC-MS聯(lián)用方法對雪里蕻芥菜腌制過程中的揮發(fā)性成分分析，并對揮發(fā)性成分的類別進行聚類分析，結果表明，芥子苷的酶促降解物是揮發(fā)性物質的主要成分，新鮮雪里蕻及其腌菜中的芥子苷通過糖苷配基進行酶促降解。腌制芥菜中的風味物質有烯丙基、苯乙基作為取代基的一系列化合物質。LIU M C等[38]研究了榨菜的風味成分，異硫氰酸酯含量占總相對含量的78.87%，其次是硫化物含量總相對含量的14.48%，異硫氰酸烯丙酯、二甲基三硫、異硫氰酸芐酯、棕櫚酸乙酯和亞麻酸乙酯是腌制榨菜辛辣味的主要來源。

在芥菜風味形成機理的研究當中，主要是針對新鮮芥菜、新鮮榨菜、發(fā)酵榨菜的相關研究。王紹明[39]認為芥菜獨特的辣味來源于其組織中所含硫代葡萄糖苷及其他物質，硫代葡萄糖甙水解后產生烯丙基異硫氰酸鹽和羥芐基異硫氰酸鹽。余紀柱等[40]認為適量的硫代葡萄糖苷是榨菜獨特風味的主要來源，榨菜中蛋白質在微生物和酶（如曲霉）作用下的水解產物氨基酸也是其風味的重要來源。王中鳳等[41]認為榨菜的風味與原料質量、脫水方式、腌制溫度、時間、鹽濃度、微生物種類、數(shù)量等都有密切關系，榨菜風味形成應該是微生物和榨菜自身生化作用共同的結果。李學貴[42]認為，榨菜腌制主要是利用食鹽的高滲透壓作用、微生物的發(fā)酵作用、蛋白質的分解以及其他一系列的生物化學作用，并輔以特殊的脫水加工工藝腌制制成的。劉璞等[43]研究了榨菜在腌制加工及后熟過程中，通過自身內源芥子苷酶和乳酸菌等微生物的作用會產生各種風味物質，賦予榨菜特有的風味和營養(yǎng)。劉明春等[44]研究了榨菜加工過程中揮發(fā)性風味物質的形成及變化研究，芥子苷在內源芥子苷酶作用下的水解和乳酸菌等微生物的發(fā)酵作用是榨菜腌制加工過程中揮發(fā)性風味的成分形成的主要原因。

4 展望

發(fā)酵芥菜具有獨特的風味和口感，但芥菜在加工過程中存在以下問題，第一，由于芥菜在鹽漬時因考慮到需要長期保存，所以不可避免的需要加入大量的食鹽，高鹽的環(huán)境雖然抑制了有害微生物生長，使得芥菜的品質能較好的保留，但同時也使芥菜發(fā)酵不充分，總酸含量只有0.3%～0.6%，處于一種半成熟的狀態(tài)，而鹽漬芥菜風味物質的形成主要集中在發(fā)酵后期，是的總體品質不佳，同時高鹽會導致一系列健康問題；第二，鹽漬芥菜在漂洗脫鹽的過程中風味物質也隨著損失了一部分，導致最終產品的風味下降；第三，鹽漬芥菜加工產生的副產物沒有得到很好的利用，造成了環(huán)境污染和資源浪費；第四，對于腌制芥菜發(fā)酵過程中揮發(fā)性成分的形成機理和變化趨勢沒有系統(tǒng)性的研究。

4.1 干芥菜的發(fā)酵

干芥菜作為原料沒有季節(jié)性限制，在制作過程中將新鮮芥菜曬干脫水即可，原料便于貯存，可以實現(xiàn)常年生產。傳統(tǒng)方法腌制的芥菜食鹽含量較高，攝入過多的鈉鹽會對人體的腎臟造成永久性的損傷，但減少食鹽的用量會導致污染腐敗菌，造成品質下降。而干芥菜由于水分含量低，在發(fā)酵過程中可以降低食鹽用量，不會對環(huán)境造成污染。因此，研究如何提高腌制干芥菜的品質成為了一種發(fā)展趨勢。

4.2 芥菜的接種發(fā)酵

接種發(fā)酵是人為地將標準菌種接種在蔬菜中進行發(fā)酵的過程，近年來利用乳酸菌制劑發(fā)酵蔬菜成為醬腌菜行業(yè)研究的熱點之一，接種乳酸菌不僅可以減少鹽漬芥菜中的食鹽添加量，還能抑制有害菌種的生長繁殖，提高產品品質。周佳等[45]研究結果表明，乳酸菌接種量3%、植物乳桿菌與鼠李糖乳桿菌的最佳配比為1∶1。該條件下得到的泡菜口感較佳，亞硝酸鹽含量遠低于泡菜產品的標準；菌種的種類、配比、發(fā)酵方式都會影響產品的品質，因此，根據(jù)不同的原料和消費者的需求，接種不同特性的菌種，有助于發(fā)酵芥菜新品種的開發(fā)和品質的提升。