汪 鈴，王 亮

（江蘇大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

發(fā)酵蔬菜是一種傳統(tǒng)發(fā)酵食品，其歷史悠久且風(fēng)味獨特，含有豐富的乳酸菌以及氨基酸、維生素、礦物質(zhì)等活性成分[1]。發(fā)酵蔬菜的兩種發(fā)酵方式，分為自然發(fā)酵和人工接種發(fā)酵，傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜主要采用自然發(fā)酵方式。傳統(tǒng)自然發(fā)酵蔬菜是利用原料本身攜帶的微生物，在密封厭氧的發(fā)酵條件下，通過一系列的生化反應(yīng)，將原料中的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成各種風(fēng)味物質(zhì)[2]，形成風(fēng)味獨特、保質(zhì)期長、營養(yǎng)價值高的發(fā)酵制品。在美國和歐洲，主要零售的發(fā)酵蔬菜產(chǎn)品是黃瓜泡菜、橄欖和酸菜；在亞洲，發(fā)酵蔬菜制品包括韓國泡菜、四川泡菜、西北漿水、南豐腌菜（有鹽腌菜和無鹽腌菜）、東北酸菜、江南梅干菜和涪陵榨菜等[3]。在中國，發(fā)酵蔬菜包括四川泡菜、東北酸菜、涪陵榨菜、漿水菜以及南豐腌菜等。其中，四川泡菜、東北酸菜和涪陵榨菜在中國比較著名[4]。

這些傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜的制作工藝不同，其品質(zhì)特征、發(fā)酵底物和產(chǎn)物以及微生物組成也都有差別。蔬菜表面存在的復(fù)雜微生物區(qū)系，在特定環(huán)境下，能夠利用蔬菜中的物質(zhì)生成多種代謝物，從而使泡菜擁有獨特的風(fēng)味。在這個發(fā)酵過程中，乳酸菌處于絕對主導(dǎo)地位，它參與了碳水化合物、蛋白質(zhì)以及氨基酸等大量代謝途徑[5]。本文總結(jié)了發(fā)酵蔬菜的制作工藝、歸納了發(fā)酵蔬菜的品質(zhì)特征、概述了發(fā)酵蔬菜品質(zhì)的影響因素。以期了解影響發(fā)酵蔬菜品質(zhì)的制作工藝、發(fā)酵底物、產(chǎn)物及其與微生物之間的關(guān)系，為發(fā)酵蔬菜的發(fā)酵機理解析提供參考價值，實現(xiàn)發(fā)酵蔬菜的精準(zhǔn)化調(diào)控、標(biāo)準(zhǔn)化以及規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。

1 發(fā)酵蔬菜的制作工藝

傳統(tǒng)的四川泡菜的制作方法是將新鮮的蔬菜（白菜、蘿卜、豇豆等）進行挑選、清洗、瀝干、切分后放入壇中，添加一定比例的輔料（紅辣椒、大蒜、生姜等），最后將冷卻后的鹵水（含有一定濃度的鹽和白砂糖）倒入壇中，淹沒蔬菜，大約為泡菜壇的3/4處，密封常溫下進行發(fā)酵，一周后便可食用[6]。東北酸菜工藝流程較簡單，發(fā)酵時間較長，未輔以香辛料，只是利用2%左右的鹽水，將大白菜淹沒，然后上面放上重物，讓白菜沉入壇子底部，在室溫下發(fā)酵一個月之后食用[7]。涪陵榨菜的制作工藝較為復(fù)雜，需要利用食鹽對莖瘤芥進行多次處理，再進行擠壓脫水[8]。漿水菜的發(fā)酵不添加食鹽和調(diào)味料，而是添加陳漿水，即前期自然發(fā)酵過后的漿水作為“引子”，將白菜、芹菜、蘿卜纓等原料經(jīng)過焯水后，往里面加入一定體積的面湯，攪拌均勻后，密封發(fā)酵[9]。

與中國泡菜相比，韓國泡菜原料更豐富，制作工藝也更復(fù)雜。它的主料種類繁多，包括白菜、冬瓜、南瓜、黃瓜、韭菜等。韓國泡菜的輔料也十分豐富，與四川泡菜相比，它不僅添加大蒜、生姜、白糖、食鹽，還加入了辣椒粉、蔥、糯米粉、蝦醬、銀魚醬等。其制作方法是首先將白菜進行清理、切分，表面均勻抹上粗鹽，放入一定比例的食鹽水中，浸泡7～8 h后用清水清洗1～2遍、擰干，然后在白菜表面均勻抹上醬料，室溫下放置1 d，隨后放入冰箱中。醬料的制作方法如下：將糯米粉煮成糊狀，冷卻至室溫，加入攪拌好的大蒜、生姜、洋蔥，最后加入魚醬、蝦醬、辣椒粉、糖等混合均勻[10]。美式酸黃瓜和德國酸菜在國外也十分受歡迎，它們的制作原料和流程較韓國泡菜要簡單很多。美式腌制酸黃瓜制作流程為：清洗黃瓜、去除瓜頭、切成薄片、放入容器中、加入洋蔥等輔料混合，再添加含醋的鹽水直至淹沒黃瓜，密封發(fā)酵4～5周，以獲得最佳口感[11]。德國泡菜的制作工藝較為簡單，將切碎的甘藍放入容器中，一層一層的撒上2%～3%的鹽，在18 ℃左右進行密封發(fā)酵[12]。

2 發(fā)酵蔬菜的品質(zhì)特征

2.1 發(fā)酵蔬菜的理化特征

pH和酸度是衡量泡菜成熟的重要指標(biāo)，蔗糖、葡萄糖和果糖是乳酸菌的主要碳源，乳酸、草酸、乙酸是發(fā)酵過程產(chǎn)生的主要有機酸，這些有機酸對發(fā)酵蔬菜的酸感有重要影響，適當(dāng)?shù)暮亢捅壤兄诎l(fā)酵蔬菜柔和酸感的形成，反之則會破壞成品酸感[13]。另外，鹽度和亞硝酸鹽是影響泡菜質(zhì)量和安全性的主要參數(shù)，乳酸菌等微生物的數(shù)量也是評價發(fā)酵蔬菜質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)[14]。因此本文選取這些典型指標(biāo)用來衡量不同發(fā)酵蔬菜的品質(zhì)特征。由于傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜品質(zhì)指標(biāo)復(fù)雜多變，只能選取部分參考文獻[8，15]，來說明我國不同傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜的理化特征，其理化指標(biāo)見表1。

表1 發(fā)酵蔬菜的理化特征Table 1 Physicochemical characteristics of fermented vegetables

由表1可知，各種發(fā)酵蔬菜成熟時，pH都在4左右；糟菜和梅干菜的酸度分別為11.73 g/L和9.25 g/L，而泡菜、南豐有鹽腌菜、南豐無鹽腌菜、北方酸菜和漿水菜的酸度都低于6 g/L，在發(fā)酵蔬菜所有發(fā)酵蔬菜中的亞硝酸鹽含量都符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》；泡菜、梅干菜、糟菜中的蔗糖含量明顯高于其它發(fā)酵蔬菜；葡萄糖和果糖含量普遍比較低，糖類物質(zhì)不僅會影響最終產(chǎn)品的滋味，還可以作為乳酸菌通過代謝途徑產(chǎn)生有機酸、醇類、和酯類等重要風(fēng)味物質(zhì)的底物[16]；南豐有鹽腌菜和泡菜中的乳酸含量較豐富，草酸、乙酸含量和比例也不同，這些差別會導(dǎo)致產(chǎn)品的酸感體驗不一樣[13]。

韓國水蘿卜泡菜中，果糖和葡萄糖是主要游離糖，在發(fā)酵剛開始時，其含量幾乎為零，經(jīng)過一周的發(fā)酵，游離糖含量迅速上升到20 mmol/L左右，同時游離糖的主要發(fā)酵產(chǎn)物乳酸鹽、甘露醇和醋酸鹽的濃度開始增加，在分別達到最高水平12 mmol/L、9 mmol/L、20 mmol/L后，乳酸鹽濃度相對穩(wěn)定，直到發(fā)酵結(jié)束（pH降至3.6），而醋酸鹽和甘露醇濃度逐漸下降至5 mmol/L[17]。德國酸菜發(fā)酵成熟時，pH在3.4～3.7之間，其發(fā)酵過程中主要的可發(fā)酵糖也是果糖和葡萄糖。在發(fā)酵的第一周，會產(chǎn)生乳酸、乙酸和甘露醇，在發(fā)酵第14天左右，乳酸含量為1.7%，乙酸含量為0.6%，甘露醇為0.9%[11]。

2.2 發(fā)酵蔬菜的微生物指標(biāo)

乳酸菌、霉菌和酵母菌是發(fā)酵過程中重要的微生物。乳酸菌在整個發(fā)酵過程中起主導(dǎo)作用，它的代謝產(chǎn)物乳酸、乙酸及風(fēng)味物質(zhì)對發(fā)酵蔬菜獨特風(fēng)味的形成具有重要作用，酵母菌和酵母菌能在蔬菜發(fā)酵過程中產(chǎn)生醇類物質(zhì)，與有機酸反應(yīng)生成酯類物質(zhì)，從而增加產(chǎn)品香味[18]。

研究發(fā)現(xiàn)，在韓國蘿卜水泡菜發(fā)酵過程中，細菌總數(shù)在發(fā)酵前15 d不斷增大，細菌總數(shù)達6.2×106CFU/g后下降；酵母菌總數(shù)在前40 d逐漸增加至峰值（約為5.0×105CFU/g），隨后逐漸下降，當(dāng)發(fā)酵100 d時結(jié)束，未檢測到酵母菌，細菌總數(shù)約為4.0×104CFU/g[17]。在德國酸菜發(fā)酵成熟時，乳酸菌數(shù)可達到106CFU/g，腸桿菌數(shù)為3×106CFU/g，酵母菌和霉菌的菌落總數(shù)均小于102CFU/g[12]。

3 發(fā)酵蔬菜品質(zhì)的影響因素

3.1 發(fā)酵底物及產(chǎn)物

3.1.1 發(fā)酵底物

蔬菜中含有豐富的碳水化合物、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)、生物活性成分等物質(zhì)[1]。在發(fā)酵過程中，微生物會利用這些物質(zhì)作為底物，通過一系列生化反應(yīng)，生成乳酸、乙酸、乙醇、二氧化碳、甘油、亞硝酸鹽、生物胺等各種物質(zhì)。

傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜的底物主要來自蔬菜本身，常用于發(fā)酵的蔬菜種類包括大白菜、辣椒、芹菜、胡蘿卜、薺菜、豇豆等，不同蔬菜所含的物質(zhì)和含量是不同的。紅辣椒中的總膳食纖維含量較高，如墨西哥辣椒的膳食纖維含量為3.7%，大蒜中的碳水化合物和蛋白質(zhì)含量較高，分別為26.5%和4.5%，各種蔬菜中的脂肪含量幾乎為0[19]。胡蘿卜和大白菜中的可溶性糖含量比較豐富，其中胡蘿卜的蔗糖含量為4.12%，大白菜中的葡萄糖和果糖含量分別為3.51%和2.16%。蔬菜中還含有各種維生素，它們是各種輔酶輔基，可以利用酶的功能調(diào)控代謝途徑。胡蘿卜中含有豐富的胡蘿卜素，是維生素A的主要來源，豆類蔬菜中毛豆的維生素C含量最高，為0.027%。蔬菜中還富含鉀、鈉、鈣、磷、鎂等大量礦物質(zhì)和鐵、錳、鋅、銅、硒等微量礦質(zhì)元素。蔬菜中還有多種氨基酸，其中天冬氨酸和谷氨酸含量普遍高于其他氨基酸。豇豆中的天冬氨酸含量達到0.426%，大蒜中谷氨酸含量達到0.717%[19]。除此之外，蔬菜中還富含各種生物活性物質(zhì)，包括多酚類物質(zhì)、活性多糖、硫代葡萄糖苷、類黃酮化合物、植物甾醇、花色苷等[19]。不同的蔬菜具有特定的生物活性物質(zhì)，比如辣椒中含有辣椒素和辣椒紅素。這些特征物質(zhì)活性可能也是影響發(fā)酵過程的重要因素，韓國學(xué)者發(fā)現(xiàn)，含有辣椒素類化合物的辣椒提取物會降低泡菜的發(fā)酵速度，抑制明串珠菌屬（Leuconostoc）的增殖，促進乳桿菌屬（Lactobacillus）的增殖[20]，但是國內(nèi)關(guān)于這方面的研究還較少。

3.1.2 發(fā)酵產(chǎn)物

在特定發(fā)酵環(huán)境下，微生物之間相互合作，從而將蔬菜本身的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成各種有機酸、氨基酸、醇類以及酯類等物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，在四川泡菜發(fā)酵過程中，可以監(jiān)測到6種有機酸、12種氨基酸以及86種揮發(fā)性風(fēng)味[21]。不同種類的蔬菜，在相同工藝條件下，其代謝物也會不同。研究發(fā)現(xiàn)，辣椒泡菜中的主要代謝物是醇類和酯類，豇豆泡菜中主要化學(xué)揮發(fā)物是醇類和烯烴，而蘿卜泡菜主要代謝物是硫化物和醛類物質(zhì)[22]。有研究表明，發(fā)酵過程中發(fā)酵時間越長，有機酸、谷氨酸與天冬氨酸含量越高，而絲氨酸與丙氨酸含量會下降[23]。此外，在蔬菜發(fā)酵過程中，還會產(chǎn)生生物胺和亞硝酸鹽等有害物質(zhì)。

3.2 發(fā)酵過程中的微生物

3.2.1 微生物群落組成

發(fā)酵過程中的微生物對發(fā)酵蔬菜的品質(zhì)起決定性作用，不同種類的發(fā)酵蔬菜中的微生物群落結(jié)構(gòu)是不相同的?；驍U增測序技術(shù)是研究發(fā)酵蔬菜中的微生物群落結(jié)構(gòu)的主要工具，與傳統(tǒng)培養(yǎng)方法和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)相比，該技術(shù)更加精準(zhǔn)和靈敏，信息也更完整。它不僅可以監(jiān)測微生物群落演替，還可以對微生物群落結(jié)構(gòu)進行定量分析[24]。已有大量研究利用此技術(shù)研究了各種發(fā)酵蔬菜中的微生物群落結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，雖然不同種類的發(fā)酵蔬菜中微生物組成不同，但是在發(fā)酵過程中，乳酸菌均處于主導(dǎo)地位，其中優(yōu)勢菌屬為明串珠菌屬（Leuconostoc）和乳桿菌屬（Lactobacillus）。不同發(fā)酵蔬菜中的優(yōu)勢微生物見表2。

表2 不同發(fā)酵蔬菜中的優(yōu)勢微生物Table 2 Dominant microorganism in different fermented vegetables

3.2.2 微生物的作用

目前已有關(guān)于將蔬菜本身的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成各種代謝物的代謝途徑的研究報道。LIU L等[27]通過京都基因與基因組百科全書（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）注釋預(yù)測了四川蘿卜泡菜的25種基因功能，發(fā)現(xiàn)碳水化合物、氨基酸和能量代謝途徑是發(fā)酵過程中微生物的主要功能。研究表明，所有清酒乳桿菌（Lactobacillus sake）都可以由葡萄糖、果糖、半乳糖、阿拉伯糖、纖維二糖、甘露糖、葡萄糖酸酯和核糖生產(chǎn)乳酸鹽、乙醇、醋酸、二氧化碳、甲酸鹽、蘋果酸、雙乙酰、乙偶姻、2,3-丁二醇[28]，Lactobacillus rapi能夠?qū)?,2-丙二醇轉(zhuǎn)化為丙酸和丙醇[29]，類食品乳桿菌（Lactobacillus paralimentarius）和消化乳桿菌（Lactobacillus alimentarius）參與了工業(yè)泡菜的氨基酸生物合成、甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝等[30]。短乳桿菌（Lactobacillus brevis）和融合魏斯氏菌（Weissella confusa）可以通過精氨酸代謝產(chǎn)生瓜氨酸和鳥氨酸[31]。乳酸菌還可以降解蔬菜中的單寧，研究發(fā)現(xiàn)，戊糖乳桿菌（Lactobacillus pentosus）LT7降解單寧酸的生化途徑是單寧酸水解生成沒食子酸和葡萄糖，生成的沒食子酸脫羧生成鄰苯三酚[32]。明串珠菌（Leuconostoc）及清酒乳桿菌（Lactobacillus sake）不僅可以產(chǎn)生γ-氨基丁酸，還可以產(chǎn)生甘露醇[33]。蔬菜發(fā)酵過程中還會產(chǎn)生2-羥基異己酸，它的產(chǎn)生與羥異己酸脫氫酶呈正相關(guān)，羥異己酸脫氫酶在亮氨酸和酮異己酸生產(chǎn)2-羥基異己酸途徑中起關(guān)鍵作用。發(fā)酵早期，2-羥基異己酸含量隨著明串珠菌和植物乳桿菌含量變化而變化[34]。

雖然乳酸菌對蔬菜的發(fā)酵進程具有決定性作用，但是發(fā)酵蔬菜的品質(zhì)是微生物相互作用的結(jié)果，其它微生物如酵母菌（Saccharomyces）、醋酸菌（Acetobacter）、大腸桿菌（Escherichia coli）和芽孢桿菌（Bacillus）的影響也至關(guān)重要。酵母菌在缺氧條件下，會將葡萄糖等糖類先降解為乙醛和二氧化碳，乙醛在乙醇脫氫酶的作用下還原為酒精[35]。大腸桿菌會分解葡萄糖生成乳酸、乙酸、琥珀酸、乙醇、二氧化碳和氫氣。丙酸桿菌（Propionibacterium）和丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）會分解葡萄糖為乙酸、丙酸以及二氧化碳[35]。芽孢桿菌通過誘導(dǎo)蛋白酶、淀粉酶、甘露聚糖酶、纖維素酶和過氧化氫酶等，將復(fù)雜的化合物轉(zhuǎn)變成簡單的生物分子[36]。有研究發(fā)現(xiàn)，接種枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）y61的四川泡菜發(fā)酵產(chǎn)物中有40種差異代謝物，其中芳樟醇、萜品烯、乳酸、草酸和大部分氨基酸的含量均顯著高于自發(fā)發(fā)酵的四川泡菜發(fā)酵產(chǎn)物[37]。

蔬菜發(fā)酵過程中，在微生物的作用下，還會生成一些有害物質(zhì)，比如亞硝酸鹽、生物胺。腸桿菌屬（Enterobacter）和黃桿菌屬（Flavobacterium）等微生物可以分泌硝酸還原酶，從而將蔬菜中的硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，嚴(yán)重影響食用者的健康[38]。同時，亞硝酸鹽也可以被戊糖乳桿菌（Lactobacillus pentosus）和植物乳桿菌等微生物降解[39]。根據(jù)國內(nèi)外報道，乳酸菌、酵母菌、腸桿菌屬、葡萄球菌屬、假單胞菌屬（Pseudomonas）等微生物與發(fā)酵蔬菜中生物胺的形成息息相關(guān)，這些微生物存在含氨基酸脫羧酶，能夠?qū)⑹卟酥械挠坞x氨基酸脫羧產(chǎn)生生物胺[40]。

另一方面，微生物的相互作用會導(dǎo)致pH升高、異味的產(chǎn)生、膜醭的產(chǎn)生以及組織軟化等典型腐敗現(xiàn)象[41]。有文獻報道，布氏乳桿菌（Lactobacillus buchneri）能夠在厭氧條件下代謝乳酸生成1,2-丙二醇和醋酸。除此之外，盔形畢赤酵母（Pichia manshurica）、陰溝腸桿菌（Enterobacter cloacae）、產(chǎn)丙酸丙酸桿菌（Propionibacterium acidipropionic）和雙酶梭菌（Clostridium bifermentansdou）等微生物在特定條件下也可以消耗乳酸和乙酸，導(dǎo)致發(fā)酵體系pH的上升，為其它腐敗微生物的生長創(chuàng)造條件[41-42]。在泡菜腐敗過程中，地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）與異味的產(chǎn)生密切相關(guān)，同溫層芽孢桿菌（Bacillus stratosphericus）、東京芽孢桿菌（Bacillustoyonensis）和蠟狀芽孢桿菌（Bacilluscereus）會導(dǎo)致組織的軟化，而枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌（Bacillus methylotrophicus）、膜醭畢赤酵母（Pichia membranifaciens）和漢遜德巴利酵母（Debaryomyces hansenii）則與薄膜的形成有關(guān)[43]。

4 結(jié)論與展望

我國傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜的生產(chǎn)仍存在著一些問題，主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面，傳統(tǒng)自然發(fā)酵蔬菜風(fēng)味雖好，但是發(fā)酵過程極不穩(wěn)定，容易受到各種環(huán)境因子的影響，嚴(yán)重制約了我國發(fā)酵蔬菜的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。另一方面，傳統(tǒng)的自然發(fā)酵蔬菜因為要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，延長貨架期，會進行滅菌處理，但是同時也失去了乳酸菌等微生物的益生價值。因此，未來可以從蔬菜在發(fā)酵過程中的底物、產(chǎn)物以及微生物出發(fā)，研究不同發(fā)酵環(huán)境下，它們的變化以及它們之間的聯(lián)系，從而發(fā)現(xiàn)潛在的發(fā)酵機制，尋找更多的功能性微生物，研發(fā)優(yōu)良的混合菌劑，從而進一步改善發(fā)酵蔬菜的品質(zhì)，促進發(fā)酵蔬菜的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；a(chǎn)。