人工發(fā)酵蔬菜的研究進(jìn)展

王衛(wèi)東，陳安徽，楊萬根，李 超

人工發(fā)酵蔬菜的研究進(jìn)展

王衛(wèi)東1,2，陳安徽1，楊萬根1，李 超1

(1.徐州工程學(xué)院食品(生物)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008；2.江蘇省食品生物加工工程技術(shù)研究中心，江蘇 徐州 221008)

發(fā)酵蔬菜是一種重要的蔬菜制品。本文總結(jié)發(fā)酵蔬菜中的微生物類型及其在發(fā)酵中所起的作用，并總結(jié)近年來人工發(fā)酵的研究成果，比較其與自然發(fā)酵的優(yōu)缺點。

乳酸菌；純種發(fā)酵；發(fā)酵蔬菜

蔬菜是人們攝取各種營養(yǎng)成分的主要來源之一，可提供人體所必需的多種維生素和礦物質(zhì)。除了直接烹飪供食用外，還可以將蔬菜進(jìn)行腌制、干制、罐藏、速凍、榨汁等。加工不僅可以延長蔬菜貯藏期、利于運輸、調(diào)劑淡旺季、周年均衡供應(yīng)、提高其附加值，還可以改進(jìn)蔬菜風(fēng)味、增加花色品種，滿足人們對蔬菜食品日益增長的需要。蔬菜發(fā)酵是以蔬菜為原料，利用有益微生物活動的產(chǎn)物及控制一定生產(chǎn)條件對蔬菜進(jìn)行加工和保藏的一種方式[1]。發(fā)酵蔬菜產(chǎn)品主要有泡菜、酸菜、醬菜以及腌菜等。

大約3000年前，我國就有了發(fā)酵蔬菜的制作工藝，如四川泡菜、榨菜、揚州醬菜等。傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜是我國蔬菜加工產(chǎn)品中產(chǎn)量最多的一種，是利用天然存在的乳酸菌等微生物進(jìn)行發(fā)酵。隨著現(xiàn)代食品工業(yè)的發(fā)展以及消費者對食品安全和健康的追求，迫切需要發(fā)酵蔬菜低鹽、低亞硝酸鹽含量，實現(xiàn)加工標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?。人工發(fā)酵蔬菜正好可以滿足人們的這些要求。目前日本、韓國等發(fā)達(dá)國家的發(fā)酵蔬菜加工多采用人工發(fā)酵，而我國大部分的產(chǎn)品還是自然發(fā)酵。本文對蔬菜發(fā)酵中的微生物及其在人工發(fā)酵中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以推動深入研究蔬菜發(fā)酵中的科學(xué)問題，為提高我國發(fā)酵蔬菜的加工水平提供參考，促進(jìn)我國傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜制品走向世界。

1 發(fā)酵蔬菜中的微生物

要實現(xiàn)蔬菜發(fā)酵由自然到人工的轉(zhuǎn)變，必須研究其中的微生物菌系，利用自然發(fā)酵過程中的微生物進(jìn)行人工接種發(fā)酵。一般用來發(fā)酵的新鮮蔬菜表面都附著有大量的微生物，主要有乳酸菌、酵母菌、霉菌、腸桿菌科細(xì)菌及假單胞菌屬細(xì)菌等[2]。乳酸菌為發(fā)酵主導(dǎo)菌，而腸桿菌、假單胞菌在發(fā)酵過程中隨著乳酸的增加慢慢死亡。

1.1 乳酸菌

1.1.1 發(fā)酵蔬菜中的乳酸菌

乳酸菌(LAB)并不是正式、規(guī)范的細(xì)菌分類學(xué)名稱，而是一類能夠發(fā)酵碳水化合物(主要是葡萄糖)產(chǎn)生乳酸的革蘭氏染色陽性細(xì)菌的總稱。目前在自然界己發(fā)現(xiàn)的這類細(xì)菌至少含有18個屬200多種。

國外對發(fā)酵蔬菜中的微生物研究比較早。20世紀(jì)60年代，Albury[3]和Pederson等[4]研究了酸白菜、酸黃瓜等發(fā)酵過程中的菌系消長規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵早期腸膜明

串珠菌很活躍，隨后是啤酒片球菌、短乳桿菌和植物乳桿菌大量產(chǎn)酸，最后是植物乳桿菌完成發(fā)酵過程。Eom等[5]從韓國泡菜、德國泡菜、酸黃瓜前期發(fā)酵中分離出腸膜明串珠菌，證明其為泡菜啟動發(fā)酵的主要菌株。

國內(nèi)學(xué)者從中國泡菜中分離篩選出了許多生產(chǎn)性能優(yōu)良的菌種，如植物乳桿菌、腸膜明串珠菌、干酪乳桿菌、彎曲乳桿菌、短乳桿菌、嗜酸乳桿菌等。王柱等[6]通過多種方法對分布于四川不同區(qū)域泡菜的乳酸菌菌種資源進(jìn)行收集和標(biāo)準(zhǔn)化整理，確定了165株乳酸菌，其中桿菌130株、球菌35株。鄯晉曉[7]從四川泡菜中分離出的乳酸菌主要為腸膜明串珠菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌、短乳桿菌以及植物乳鏈球菌。陳建華等[8]從4種湘西民間泡菜樣品中分離出8株產(chǎn)酸菌株，并根據(jù)其發(fā)酵產(chǎn)酸能力從中優(yōu)選出3株產(chǎn)酸能力較強(qiáng)的乳酸桿菌。王曉飛[9]從市售泡菜中分離、篩選出3株菌，分別鑒定為乳桿菌屬的彎曲乳桿菌、乳桿菌屬的植物乳桿菌。巨曉英等[10]從多種自制泡菜中分離到了31株乳酸菌，經(jīng)過形態(tài)特征、培養(yǎng)特征和生化特征鑒定，其中16株為戊糖片球菌，表明戊糖片球菌在泡菜的發(fā)酵過程中起重要作用，可能是引起泡菜發(fā)酵的優(yōu)勢菌種。

1.1.2 乳酸菌的作用

蔬菜在發(fā)酵過程中，由于有害微生物(腸桿科細(xì)菌和真菌等)及硝酸鹽還原酶的作用，硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，因此發(fā)酵蔬菜中常含有一定量的亞硝酸鹽。經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵的蔬菜，亞硝酸鹽含量得以減少，但是不同乳酸菌菌株的降解能力不同，并且具有種間的特異性[11]。Yan等[12]從發(fā)酵泡菜中分離出戊糖乳桿菌、植物乳桿菌、腸膜明串珠菌、短乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌，在MRS培養(yǎng)基中可以分別降解99.6%、99.3%、99.2%、97.0%和98.5%的亞硝酸鹽。

乳酸菌在蔬菜發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量有機(jī)酸，可以降低體系的pH值，并抑制其他有害微生物的生長。乳酸菌發(fā)酵也能提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，賦予產(chǎn)品獨特的發(fā)酵風(fēng)味。

1.2 酵母菌

1.2.1 蔬菜發(fā)酵中的酵母菌

發(fā)酵蔬菜中的酵母菌目前研究較少，但是在很多蔬菜的發(fā)酵過程中，酵母菌起到了非常重要的作用。蔬菜腌制的前幾天，腌漬液中的酵母菌含量很少，隨著發(fā)酵和貯存期間腌漬液中各種化學(xué)和物理條件的變化，酵母菌的數(shù)量會增加，其中發(fā)酵性酵母在整個主發(fā)酵和二次發(fā)酵階段生長繁殖，直至可發(fā)酵的碳水化合物被耗盡為止[7]。研究者在蔬菜發(fā)酵初期分離得到許多酵母菌種，其中發(fā)酵菌種有異常漢遜酵母、亞膜漢遜酵母、芹耳酵母、德氏酵母、羅斯酵母、霍爾母球擬酵母、煉乳球擬酵母、易變球擬酵母，氧化菌種有德巴利氏酵母、畢赤氏酵母、紅酵母屬和耐滲透壓酵母[13]。另外脆壁酵母和釀酒酵母能水解果膠質(zhì)，引起黃瓜變軟，小紅酵母和深紅酵母能引起腌制油橄欖變軟[14]。

何玲等[15]通過對漿水芹菜自然發(fā)酵過程中優(yōu)勢菌群的研究，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵初期，枯草芽孢桿菌、酵母菌、醋酸菌占優(yōu)勢，隨后是腸膜明串珠菌；發(fā)酵中期以兼性厭氧乳酸菌為主，此時是漿水芹菜的最佳食用期；發(fā)酵后期，一些耐酸的酵母菌數(shù)量增多，若不加以控制，會產(chǎn)生很濃的酒精味或酵母味，影響產(chǎn)品質(zhì)量。楊瑞[16]的研究認(rèn)為，在整個泡菜發(fā)酵過程中兼性厭氧菌、乳酸菌、酵母菌的濃度都會經(jīng)歷一個“先上升→達(dá)到最高點→再下降”的過程，適當(dāng)加入花椒和碘并且結(jié)合其他有利條件，可使參與發(fā)酵的主要菌群乳酸菌和酵母菌的生長和繁殖速度加快，從而縮短發(fā)酵周期使泡菜加速成熟。張鵬[17]從四川民間優(yōu)質(zhì)泡菜汁中分離得到13株酵母菌，并篩選出2株符合四川泡菜發(fā)酵要求且發(fā)酵性能較好的酵母菌，分別為粗狀假絲酵母和近平滑假絲酵母。

1.2.2 酵母菌的作用

酵母菌對發(fā)酵蔬菜的風(fēng)味和質(zhì)地以及發(fā)酵后的儲藏有著重要影響。蔬菜發(fā)酵期間酵母菌引起的發(fā)酵生成乙醇，對腌制品后熟階段發(fā)生酯化反應(yīng)和生成芳香物質(zhì)很重要，其他醇類的產(chǎn)生對風(fēng)味也有一定影響。酵母菌在利用可發(fā)酵糖方面起著有益作用。對發(fā)酵蔬菜起主導(dǎo)作用的乳酸菌一旦完成發(fā)酵會受到低pH值的抑制，不能再利用發(fā)酵糖，這時酵母菌仍可以很好地生長繁殖，直至把殘?zhí)窍谋M，這一點對含有大量糖的胡蘿卜等蔬菜發(fā)酵尤其如此，因為有害菌如腐敗菌利用可發(fā)酵糖會引起腌制品腐敗。但是，如果長時間對酵母菌的酒精發(fā)酵不加以控制，腌制品酒精度過高則會損害正常風(fēng)味。另外，一些酵母菌如產(chǎn)璞酵母的大量繁殖會使腌制品的表面生花，長白膜，產(chǎn)生不愉快的酸臭味，最后導(dǎo)致腌制品變質(zhì)，因此，常把酵母菌看成是蔬菜發(fā)酵的腐敗菌。酵母還能產(chǎn)生CO2，引起酸黃瓜產(chǎn)氣腐敗。如果腌制甘藍(lán)的鹽濃度高于3%，紅酵母屬菌可能會生長造成泡菜上紅色斑點。氧化酵母能利用乳酸和較低的鹽水，導(dǎo)致其他腐敗菌生長，但這只有在有氧條件下才會發(fā)生，因為在厭氧條件下，這些酵母菌不能利用有機(jī)酸。

2 自然發(fā)酵

發(fā)酵蔬菜制品是我國的傳統(tǒng)產(chǎn)品，包括泡菜、酸菜、醬菜等。國內(nèi)發(fā)酵蔬菜的加工大都采用自然發(fā)酵，即利用原輔料、加工器皿等本身攜帶的微生物在完全自然的條件下進(jìn)行發(fā)酵。由于在自然條件下進(jìn)行，因此

發(fā)酵周期相對較長，生產(chǎn)力低下，并且較容易受外界因素影響，發(fā)酵質(zhì)量不穩(wěn)定，不容易實現(xiàn)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。通過人工接種外來菌種進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)泡菜可強(qiáng)化發(fā)酵，縮短發(fā)酵周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本[6,18]。

3 人工發(fā)酵

3.1 純菌種接種發(fā)酵

純菌種發(fā)酵是人為的將標(biāo)準(zhǔn)菌種接種于蔬菜上進(jìn)行發(fā)酵的過程。從20世紀(jì)60年代起，眾多的研究者將純種發(fā)酵應(yīng)用于蔬菜的發(fā)酵加工。沈國華[19]應(yīng)用純菌接種發(fā)酵技術(shù)確立了蘿卜、黃瓜、包菜、豇豆等蔬菜發(fā)酵加工的最佳配套模式，得到了品質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)發(fā)酵蔬菜產(chǎn)品。龔鋼明等[20]以白菜為原料，人工接種乳酸菌發(fā)酵實驗結(jié)果表明：混和乳酸菌接種發(fā)酵與自然發(fā)酵相比，具有發(fā)酵周期短、鹽度低、亞硝酸鹽含量低、風(fēng)味醇厚等優(yōu)點。

采用純菌接種發(fā)酵可將自然發(fā)酵的諸多不足限制在人工控制之下，最大限度地提高發(fā)酵蔬菜加工的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。黃業(yè)傳等[21]以葉用芥菜為原料，采用3%腸膜明串珠菌、1%植物乳桿菌、1%短乳桿菌為發(fā)酵劑，對自然發(fā)酵和人工發(fā)酵泡菜的品質(zhì)作了對比，結(jié)果表明，兩者在感官品質(zhì)、有機(jī)酸、香氣成分、氨基酸含量上無明顯差異，但人工接種發(fā)酵能顯著降低亞稍酸鹽含量，縮短發(fā)酵時間。吳海波等[22]選取了自然發(fā)酵泡菜中的4種乳酸菌混合接種于甘藍(lán)泡菜，與自然發(fā)酵相比較，其亞硝峰出現(xiàn)的早且含量很低，其中混菌發(fā)酵要比純菌發(fā)酵的亞硝酸鹽含量低。

在接種發(fā)酵的加工中，菌種選擇、菌種搭配、接種技術(shù)、發(fā)酵方式等都會影響發(fā)酵蔬菜的品質(zhì)。沈國華[19]研究表明，采用純菌接種恒溫控制發(fā)酵的發(fā)酵速度至少比自然發(fā)酵提高3倍以上。目前眾多的研究者更傾向于采用混合純菌種發(fā)酵蔬菜。陸步詩等[23]采用乳酸菌、酵母菌和醋酸菌等多菌種發(fā)酵生產(chǎn)百合泡菜，酵母的強(qiáng)化發(fā)酵所生成的乙醇與乳酸、醋酸在發(fā)酵成熟階段發(fā)生酯化反應(yīng)生成芳香物質(zhì)，對產(chǎn)品的特色風(fēng)味大有裨益。薛勝平[24]將丙酸菌接種于采用老鹽水發(fā)酵的泡菜中，制得的泡菜品質(zhì)好于單純用老鹽水發(fā)酵的泡菜，這與丙酸菌產(chǎn)生丙酸、乙酸、琥珀酸有關(guān)。

可以采用兩種純種乳酸發(fā)酵生產(chǎn)工藝：1)在接種前先對蔬菜原料進(jìn)行熱燙殺菌處理，然后再在無菌條件下進(jìn)行接種發(fā)酵，其發(fā)酵風(fēng)味與單一菌種及復(fù)合菌種的關(guān)系較為密切；2)接種前原料不經(jīng)熱燙處理，發(fā)酵原料中附著的自然微生物依然存在并參與發(fā)酵，而接種的純菌種只在發(fā)酵過程中起優(yōu)勢主導(dǎo)菌群的作用[25]。

3.2 直投式發(fā)酵劑發(fā)酵

由于接種發(fā)酵工序繁瑣，需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)，因此人們又進(jìn)行了直投式發(fā)酵劑發(fā)酵蔬菜的研究。直投式發(fā)酵劑是指一系列高度濃縮和標(biāo)準(zhǔn)化的冷凍干燥發(fā)酵劑菌種，可直接加入到原料蔬菜中進(jìn)行發(fā)酵，而無需對其進(jìn)行活化、擴(kuò)培等其他預(yù)處理工作。將直投式發(fā)酵劑用于發(fā)酵蔬菜的生產(chǎn)，可以省去菌種車間，減少工作人員、投資和空間，簡化生產(chǎn)工藝，縮短發(fā)酵周期，使生產(chǎn)更加專業(yè)化、規(guī)范化、統(tǒng)一化，提高發(fā)酵蔬菜產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性，保障消費者的利益和健康。目前西方發(fā)達(dá)國家的許多發(fā)酵乳制品如酸奶、干酪、黃油等均使用濃縮型直投式發(fā)酵劑進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，其他發(fā)酵食品行業(yè)如發(fā)酵香腸、法式面包、酸泡菜等也采用濃縮型直投式發(fā)酵劑進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)[26]。

固體發(fā)酵劑是將乳酸菌經(jīng)過高密度培養(yǎng)，添加保護(hù)劑，在真空冷凍的條件下獲得粉末發(fā)酵劑。由于冷凍和干燥會對保存的微生物具有破壞作用，所以冷凍保護(hù)劑的選擇一直是濃縮發(fā)酵劑制備中的一個關(guān)鍵[27]。糖類保護(hù)劑對微生物細(xì)胞的凍干具有顯著的保護(hù)作用，其中二糖的保護(hù)作用是近年來國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。申彤等[28]以蔗糖、甘露醇、山梨醇、麥芽糖、谷氨酸鈉為保護(hù)劑，對篩選自泡菜的嗜酸乳桿菌S1的凍干保護(hù)效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明乳糖為最佳保護(hù)劑，菌體存活率達(dá)到70%以上，其次是麥芽糖、山梨醇、蔗糖、甘露醇。

余文華等[29]采用直投式乳酸菌發(fā)酵劑發(fā)酵白蘿卜、大白菜、胡蘿卜、萵筍、芹菜等5種蔬菜，結(jié)果表明，以3%的葡萄糖為碳源，發(fā)酵劑添加量0.2%，發(fā)酵溫度30℃，食鹽添加量6%，發(fā)酵時間5d時酸味最好，4d時香氣和滋味最好。李潔芝等[30]研究了直投式乳酸菌發(fā)酵青菜控制亞硝酸鹽條件，從接種量、鹽添加量、發(fā)酵溫度和加糖量方面探討發(fā)酵過程中泡青菜亞硝酸鹽含量的動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)采用接種量0.05%、鹽添加量6%，發(fā)酵溫度33.9℃、加糖量1.74%、發(fā)酵91.5h時泡青菜亞硝酸鹽的含量最低、感官品質(zhì)好、食用安全。

于娟娟等[31]對自然發(fā)酵和直投式發(fā)酵劑發(fā)酵的酸白菜風(fēng)味成分進(jìn)行了分析比較，發(fā)現(xiàn)人工發(fā)酵酸菜中有機(jī)酸總含量是自然發(fā)酵產(chǎn)品的1.53倍，氨基酸總量是自然發(fā)酵的1.4倍，各種有機(jī)醇的含量均高于自然發(fā)酵，但是自然發(fā)酵產(chǎn)品中風(fēng)味物質(zhì)種類較多。更多的研究表明，采用直投式發(fā)酵所得的產(chǎn)品與液體發(fā)酵產(chǎn)品品質(zhì)基本一致。賀稚非等[32]以等量的植物乳桿菌和短乳桿菌混合后作為菌種，選用10%的脫脂乳和血清蛋白作為冷凍保護(hù)劑制備了直投式發(fā)酵劑，將其應(yīng)用于榨菜、蘿卜、豇豆和黃瓜的發(fā)酵，所得泡菜與采用液體發(fā)酵劑加工的

產(chǎn)品相比并無不同。蔡永峰等[33]比較了泡菜加工的自然發(fā)酵技術(shù)、液體接種發(fā)酵技術(shù)和直投式菌粉發(fā)酵技術(shù)，結(jié)果表明，采用直投式泡菜專用菌粉發(fā)酵與泡菜專用液體菌種發(fā)酵具有相同的發(fā)酵周期，可以達(dá)到同等的發(fā)酵效果。陸利霞等[34]以乳酸菌發(fā)酵劑進(jìn)行黃瓜、胡蘿卜、葛筍泡菜的制備，利用植物乳桿菌B4、復(fù)合彎曲乳桿菌AS和乳酸鏈球菌制備直投式發(fā)酵劑并進(jìn)行純種發(fā)酵泡菜，結(jié)果表明，采用直投式發(fā)酵劑可提高發(fā)酵3d時泡菜汁中的細(xì)菌數(shù)量，提高泡菜中可滴定酸含量，并使亞硝酸鹽含量低于0.27mg/kg，發(fā)酵周期縮短至3d，且對幾種泡菜的感官指標(biāo)無明顯影響。鄯晉曉[7]采用乳酸菌和酵母菌分別制作液體發(fā)酵劑和固體發(fā)酵劑，并將其應(yīng)用于四川泡菜的加工，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后產(chǎn)品各項指標(biāo)相差不大，但均優(yōu)于自然發(fā)酵。

4 展 望

目前我國蔬菜種植面積約1400萬hm2，年產(chǎn)量占世界蔬菜生產(chǎn)總量的60%以上。雖然我國是蔬菜生產(chǎn)大國，但蔬菜精深加工產(chǎn)業(yè)化水平較歐美、日本、韓國、新加坡等國家有很大差距，目前日本和韓國采用人工接種乳酸菌發(fā)酵蔬菜已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。與自然發(fā)酵相比，人工發(fā)酵蔬菜雖然有很多優(yōu)點，但是在風(fēng)味等品質(zhì)方面還存在一定的缺陷，未來需要在菌種篩選、發(fā)酵劑制備等方面深入研究，進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)酵控制技術(shù)，為蔬菜發(fā)酵的工業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化奠定基礎(chǔ)。

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Advances in Inoculated Fermented Vegetables

WANG Wei-dong1,2，CHEN An-hui1，YANG Wan-gen1，LI Chao1
(1. College of Food(Biology) Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China；2. Jiangsu Engineering Research Center for Food Biology Processing, Xuzhou 221008, China)

Fermented vegetables are important products. In this article, microorganism types and their functions during the fermentation process of vegetables are summarized. Based on the current research achievements of inoculated fermented vegetables, the advantages and disadvantages of inoculated fermentation are discussed and compared with the natural fermentation.

lactic acid bacteria；pure fermentation；fermented vegetables

TS255.53

A

1002-6630(2010)21-0413-04

2010-08-19

王衛(wèi)東(1971—)，男，講師，博士，研究方向為食品資源開發(fā)與利用。E-mail：wwd.123@163.com