自然發(fā)酵與人工接種發(fā)酵酸菜的研究進(jìn)展

李曉博，胡文忠，姜愛麗，宋春璐

(大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連，116600)

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自然發(fā)酵與人工接種發(fā)酵酸菜的研究進(jìn)展

李曉博，胡文忠*，姜愛麗，宋春璐

(大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連，116600)

摘要酸菜是一種民族傳統(tǒng)的發(fā)酵蔬菜制品，分為自然發(fā)酵與人工接種發(fā)酵兩種，在我國居民尤其是東北地區(qū)居民飲食中占據(jù)重要位置，經(jīng)常食用，具有良好的保健功效。該文綜述了自然發(fā)酵及人工接種發(fā)酵產(chǎn)品中主要風(fēng)味成分、有害成分以及感官品質(zhì)等方面的變化，并展望了酸菜生產(chǎn)研發(fā)的主要發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞酸菜;自然發(fā)酵;人工接種發(fā)酵;成分;感官品質(zhì)

酸菜是指新鮮蔬菜在低濃度食鹽條件下經(jīng)過發(fā)酵而成的一種傳統(tǒng)的發(fā)酵食品，含有豐富的維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維及其他營養(yǎng)物質(zhì)，具有降低膽固醇、調(diào)節(jié)腸胃及排毒等功效[1]。作為利用微生物的作用而制得的一類產(chǎn)品，酸菜具有悠久的歷史和豐富的內(nèi)涵[2]，在我國尤其是東北地區(qū)居民飲食文化中占據(jù)彌足輕重的位置。發(fā)酵酸菜主要經(jīng)歷了由家庭壇裝自然發(fā)酵到作坊式自然發(fā)酵，再到人工接種發(fā)酵高新技術(shù)的三個(gè)階段，可見，酸菜發(fā)酵方式分為自然發(fā)酵及人工接種發(fā)酵兩種并由自然發(fā)酵逐漸發(fā)展為人工接種發(fā)酵。目前，隨著生產(chǎn)力的提高，東北酸菜產(chǎn)業(yè)正處于蓬勃發(fā)展的階段，由于生物技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)水平的不斷提升，東北酸菜企業(yè)占據(jù)了全國酸菜市場前十名中的一半，其中，競爭力指數(shù)第一的為黑龍江翠花蔬菜集團(tuán)有限公司[3]。本文主要針對(duì)東北酸菜研究現(xiàn)狀，通過對(duì)比其主要風(fēng)味成分、有害成分及感官品質(zhì)等多個(gè)指標(biāo)在自然發(fā)酵與人工接種發(fā)酵酸菜產(chǎn)品中的區(qū)別，分析了其異同，并總結(jié)了解決方法，為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的東北酸菜的口味及品質(zhì)優(yōu)化提供理論支持。

1自然發(fā)酵與人工接種發(fā)酵酸菜

自然發(fā)酵的酸菜主要是指新鮮蔬菜在少鹽的條件下通過自身攜帶及環(huán)境中乳酸菌等微生物的作用進(jìn)行發(fā)酵制成的，發(fā)酵工藝為：選料→晾曬→整理、清洗→燙漂→裝缸→加鹽水(2%)→壓石頭→封缸→發(fā)酵。自然發(fā)酵的酸菜使新鮮白菜原有的營養(yǎng)成分如維生素C、氨基酸以及膳食纖維等得以保留，并且在乳酸菌等功能性微生物的發(fā)酵作用下，生成了許多風(fēng)味物質(zhì)及功能性成分，使得自然發(fā)酵酸菜不僅有酸爽開胃、口感脆嫩、醒酒去膩等特點(diǎn)，還具有可以調(diào)節(jié)人體腸道菌群狀態(tài)、降低膽固醇等功效[4-5]。

人工接種發(fā)酵酸菜是由人工接種發(fā)酵技術(shù)制成，運(yùn)用人工篩選的發(fā)酵劑對(duì)表面經(jīng)過全部或者部分滅菌的新鮮蔬菜進(jìn)行人工接種，使其在適當(dāng)溫度下進(jìn)行發(fā)酵[6]，其工藝流程為：選料→晾曬→整理、清洗→燙漂(葉燙1 min、幫燙2 min)→冷卻→裝罐→接種發(fā)酵→壓罐→灌水封罐→發(fā)酵。這種發(fā)酵方法優(yōu)化了自然發(fā)酵方法，通過直投或其他方式加入經(jīng)過篩選制備好的單一乳酸菌或由乳酸單球菌、乳酸桿菌等多種乳酸菌復(fù)合的發(fā)酵劑[7-9]。

人工接種發(fā)酵法與自然發(fā)酵法相比有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)人工接種發(fā)酵法直接向蔬菜中投入發(fā)酵劑，降低了發(fā)酵酸菜中的微生物多樣性，避免了由雜菌污染引起的腐敗，提高了酸菜的產(chǎn)量及質(zhì)量；(2)優(yōu)化了溫度、pH值等許多發(fā)酵條件，大大縮短了發(fā)酵時(shí)間；(3)改善了酸菜發(fā)酵過程中亞硝酸鹽含量過高的問題，降低了酸菜對(duì)人體的危害[10]。

2風(fēng)味成分

2.1有機(jī)酸

酸菜發(fā)酵過程中經(jīng)歷乳酸發(fā)酵與乙酸發(fā)酵等發(fā)酵方式，由于乳酸菌及酵母菌等微生物的作用，酸菜在這些發(fā)酵過程中產(chǎn)生許多有機(jī)酸，如酒石酸、蘋果酸、乳酸及乙酸等[11-13]，這些有機(jī)酸使酸菜風(fēng)味獨(dú)特、口感酸爽，提高了酸菜的品質(zhì)。研究表明，自然發(fā)酵酸菜及人工發(fā)酵酸菜中均可檢出乳酸、乙酸、酒石酸、蘋果酸、醋酸、檸檬酸、琥珀酸等[7，14-15],其中，黃頁傳等[14]先檢測了人工接種發(fā)酵及自然發(fā)酵酸菜，發(fā)現(xiàn)其中共含有7種有機(jī)酸，并檢測了各有機(jī)酸的含量，發(fā)現(xiàn)除蘋果酸、乙酸及檸檬酸之外，其他4種在人工發(fā)酵酸菜中檢出值均高于自然發(fā)酵。之后，朱文嫻等[15]使用相同方法檢測出酒石酸、乳酸、乙酸、琥珀酸4種常見有機(jī)酸，并通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)乙酸含量為人工接種發(fā)酵低于自然發(fā)酵酸菜，此外，在此研究中，維生素C即抗壞血酸也被檢出。乙酸是有刺激性味道的一種有機(jī)酸，相反，乳酸、酒石酸及琥珀酸等都具有濃烈并柔和的酸味，且具有一定的新鮮感，以上研究結(jié)果可以說明人工接種發(fā)酵酸菜中各種有機(jī)酸含量的變化是使得其與自然發(fā)酵酸菜相比酸味柔和不刺激且具有濃郁的發(fā)酵清香的主要原因。

2.2氨基酸

酸菜中氨基酸主要來自新鮮蔬菜自身攜帶的蛋白質(zhì)，含量一般為0.6%～0.9%[16]，在蔬菜發(fā)酵成為酸菜的過程中，蛋白質(zhì)被微生物分解利用或被自身攜帶蛋白質(zhì)水解酶水解產(chǎn)生氨基酸。氨基酸是酸菜鮮味的主要來源，酸菜中氨基酸含量越高種類越豐富其鮮味越濃，且每種氨基酸具有不同的呈味特點(diǎn)[17]。目前，在蔬菜腌制品中發(fā)現(xiàn)的氨基酸種類已確定達(dá)30多種[16]，近年來，科學(xué)研究者對(duì)兩種發(fā)酵方式的酸菜中氨基酸種類及含量做了許多相關(guān)研究。黃業(yè)傳、朱文嫻及杜書等[14-15，18]先后在自然發(fā)酵酸菜中發(fā)現(xiàn)17種游離氨基酸，其中7種人體必需氨基酸，但是酪氨酸、脯氨酸及半胱氨酸在人工接種產(chǎn)品中未被找到。這17種游離氨基酸在自然發(fā)酵酸菜中含量大部分高于人工接種發(fā)酵，使得自然發(fā)酵酸菜中總游離氨基酸含量較高于人工接種發(fā)酵，產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因是自然發(fā)酵過程中種類豐富的微生物產(chǎn)生了較多的代謝物質(zhì)。這些研究表明，兩種發(fā)酵方式生產(chǎn)的酸菜中17種氨基酸含量變化無明顯區(qū)別，其中含量最高的為蘇氨酸，呈味特征為甜鮮，其次為同樣呈甜鮮味的谷氨酸、絲氨酸及丙氨酸，其余呈苦味及其他味道的氨基酸含量均較低，這些氨基酸使得發(fā)酵酸菜味道鮮美、營養(yǎng)豐富，并且可以促進(jìn)食欲。此外，有研究表明，在酸菜發(fā)酵過程中，由于微生物生長利用，氨基酸含量逐漸下降，到后期保存貯藏過程中由于溫度抑制微生物生長又呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢[19]。

2.3揮發(fā)性物質(zhì)

揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是構(gòu)成酸菜誘人氣味的關(guān)鍵因素，多種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的綜合作用使得酸菜具有獨(dú)特并復(fù)雜的風(fēng)味及鮮酸香氣，這些產(chǎn)生香氣的物質(zhì)揮發(fā)性較強(qiáng)，可以采用蒸餾、萃取、超臨界流體萃取及頂空瓶氣體捕集等方法收集提取，后可利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)法分離及鑒定[20]。研究人員對(duì)發(fā)酵蔬菜的揮發(fā)性呈味物質(zhì)研究很多，KIM[21]研究了Dongchimi中主要風(fēng)味物質(zhì)，HA[22]從Kimchi中檢測出26種揮發(fā)性風(fēng)味成分，ZHAO等[23]研究了新鮮雪里蕻及其腌制品，發(fā)現(xiàn)了異硫氰酸稀丙酯(AITC)等成分。

國內(nèi)學(xué)者對(duì)酸菜中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)作了詳細(xì)研究，結(jié)果表明，酸菜中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要為一些含硫化合物，王娟娟等[7]通過HS-SPME 技術(shù)與 GC-MS技術(shù)聯(lián)用得到鑒定結(jié)果，發(fā)現(xiàn)酸菜中含有酯類、醛類、酮類、醇類等，同時(shí)確定了乙縮醛、異硫氫酸酯、戊醇等成分的存在，并且發(fā)現(xiàn)人工接種發(fā)酵酸菜中揮發(fā)性成分少于自然發(fā)酵，韓國玲等[6]的研究也證明了這一結(jié)果，在其試驗(yàn)中，經(jīng)過同方法檢測得到了兩種發(fā)酵方式3個(gè)樣品中100多種揮發(fā)性化合物，但由于分析手段等受限，只分析出十幾種物質(zhì)，其中大部分為含硫化合物。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)決定了嗅覺可以感知的酸菜的風(fēng)味，決定酸菜的品質(zhì)。隨著發(fā)酵過程的進(jìn)行，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成也發(fā)生著一定程度的變化，且在自然發(fā)酵與人工接種發(fā)酵過程中的變化存在差別?？傮w上，經(jīng)過發(fā)酵反應(yīng)，自然發(fā)酵酸菜及其他自然發(fā)酵蔬菜的香氣組成比人工接種發(fā)酵酸菜的更復(fù)雜[15,24-25]，這也是傳統(tǒng)的自然發(fā)酵酸菜風(fēng)味品質(zhì)略高于人工接種發(fā)酵酸菜的原因之一，在以后的人工發(fā)酵技術(shù)中可以通過研究多菌系發(fā)酵劑接種法來減小這個(gè)差距。

3有害成份

3.1亞硝酸鹽

由于蔬菜是一種富集硝酸鹽的植物性食品[26]，在酸菜的自然發(fā)酵過程中，由于微生物的作用，硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，使得酸菜中亞硝酸鹽產(chǎn)生量較高[27]。亞硝酸鹽主要通過兩種方式對(duì)人體造成危害：(1)由于胃中氨類物質(zhì)的存在，發(fā)酵酸菜在進(jìn)入人體后，所含亞硝酸鹽進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化為具有強(qiáng)致癌性的亞硝酸胺[28]。(2)過量的亞硝酸鹽導(dǎo)致人體出現(xiàn)缺氧、血脂下降及心跳超速等癥狀，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)舌尖、指甲青紫，頭痛乏力，惡心嘔吐及腹痛腹瀉等中毒癥狀[29-30]。超標(biāo)的亞硝酸鹽對(duì)人體造成傷害，是每年我國出現(xiàn)酸菜中毒的主要原因，也一直是許多國家的食品安全焦點(diǎn)問題[31-35]。

目前，國內(nèi)外對(duì)酸菜中亞硝酸鹽含量問題已有報(bào)道，并有學(xué)者對(duì)其含量的控制及降低方法進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用乳酸菌混合其他菌種發(fā)酵酸菜時(shí)，亞硝酸鹽含量到達(dá)峰值的時(shí)間較短，為24 h，且峰值僅為0.30 mg/kg，發(fā)酵 8 d后，發(fā)酵趨于成熟，亞硝酸鹽含量降為零[36]。以純種乳酸菌發(fā)酵劑發(fā)酵的酸菜，亞硝酸鹽含量在發(fā)酵5 d時(shí)才會(huì)達(dá)到峰值，且同時(shí)發(fā)酵成熟時(shí)間也較混合菌種發(fā)酵劑發(fā)酵時(shí)間長[37-38]，但是，通過改善發(fā)酵液成分同時(shí)控制發(fā)酵溫度的方法，可以使亞硝酸鹽含量及發(fā)酵成熟時(shí)間縮短至24 h及4 d[39]。不論是純種乳酸菌還是混合菌種發(fā)酵，亞硝酸鹽的含量到達(dá)峰值的時(shí)間均遠(yuǎn)小于自然發(fā)酵的8 d左右，且含量也遠(yuǎn)小于自然發(fā)酵，并且在發(fā)酵周期內(nèi)均低于自然發(fā)酵。

我國發(fā)酵蔬菜歷史悠久，但傳統(tǒng)發(fā)酵方法工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量、發(fā)酵時(shí)間受環(huán)境因素影響大，使得產(chǎn)品中亞硝酸含量很高，容易引起食物中毒。目前研究出的純種乳酸菌或乳酸菌混合其他菌種人工接種發(fā)酵工藝使得人工接種發(fā)酵酸菜中亞硝酸鹽含量明顯低于自然發(fā)酵。除此之外，采用以下方法也可以減少發(fā)酵酸菜中亞硝酸鹽含量。這些方法包括：(1)在發(fā)酵過程中添加外源物質(zhì)，如抗壞血酸及檸檬酸，發(fā)酵時(shí)可使亞硝酸鹽峰較同條件自然發(fā)酵的酸菜提前至4 d，含量降低至3.81 mg/kg[40]。(2)食用時(shí)用水進(jìn)行浸泡，換水4次、浸泡8h后可使亞硝酸鹽含量降低至原來的10%[41]。(3)在發(fā)酵劑中引入可以降解亞硝酸鹽的乳酸菌，包括戊糖乳桿菌B1、植物乳桿菌C1、D2，這種方法在鹽質(zhì)量濃度50 g/L、pH值5.5時(shí)，在發(fā)酵25 h后亞硝酸鹽的降解率為92.3%，含量低至0.02 g/100mL[42]。

3.2其他

除了亞硝酸鹽之外，運(yùn)輸過程中的污染以及酸菜的腐敗也會(huì)帶來很多危害。在酸菜的運(yùn)輸過程中，由于機(jī)械操作不規(guī)范等原因，會(huì)引起外包裝袋的破損，外界物質(zhì)可進(jìn)入產(chǎn)品中引起污染。酸菜的腐敗主要是由雜菌入侵引起，在自然發(fā)酵過程中，由于蔬菜自身攜帶微生物種類較多，易引發(fā)微生物污染，而人工接種產(chǎn)品主要為人工操作不當(dāng)引起的，酸菜產(chǎn)品的腐敗主要表現(xiàn)為產(chǎn)膜、異味、菜質(zhì)軟爛以及包裝脹氣等，這些變化使酸菜失去商品價(jià)值，造成大量資源損失。

研究表明，酸菜發(fā)酵過程中添加的少量比例的NaCl可以抑制大部分雜菌生長，此時(shí)引起自然發(fā)酵酸菜變質(zhì)的微生物主要為大腸桿菌、假單胞菌等細(xì)菌[43]。在工業(yè)成產(chǎn)過程中，還可以添加白酒或者食鹽等物質(zhì)抑制雜菌的生長，同時(shí)也有研究表明[44]，有機(jī)酸除了可以決定酸菜口感及品質(zhì)外，還可以作為原始添加劑被適量加入發(fā)酵液中通過改變發(fā)酵液pH值抑制雜菌生長，改善發(fā)酵酸菜因微生物污染引起的腐爛、酸敗等問題，間接提高發(fā)酵酸菜品質(zhì)，避免了蔬菜資源的損失及浪費(fèi)。目前，已有學(xué)者研究出一種安全、無毒的新型防腐劑，對(duì)大部分微生物均有較好的抑制作用，在酸菜保鮮防腐方面有較高應(yīng)用價(jià)值的Nisin，姜紹通等[45]研制出復(fù)合防腐劑(Nisin 質(zhì)量濃度為0.4 g/L，脫氫醋酸鈉質(zhì)量濃度為0.3 g/L，尼泊金復(fù)合酯鈉質(zhì)量濃度為0.2 g/L)，在這種防腐劑作用下，酸菜中致腐菌的抑制率都達(dá)到了96% 以上。

4感官品質(zhì)

食品感官品質(zhì)是可以由人體味覺、嗅覺及視覺等感知的食品的質(zhì)量體現(xiàn)，可以由食品感官評(píng)價(jià)人員測定[46]。酸菜的感官品質(zhì)包括色澤、滋味、硬度、脆度及咀嚼性等。發(fā)酵酸菜的色澤是影響消費(fèi)者選擇的首要因素，在發(fā)酵過程中，蔬菜由于受到機(jī)械損傷或雜菌污染引起的酶促褐變及腐敗變色是影響發(fā)酵酸菜色澤的重要因素[47]。在科學(xué)研究中，感官評(píng)價(jià)人員對(duì)兩種不同接種方式下的發(fā)酵酸菜的感官評(píng)分不盡相同，但是差異較小，總體上兩種發(fā)酵方式下發(fā)酵中的酸菜色澤無明顯差異，發(fā)酵結(jié)束后人工接種發(fā)酵酸菜的色澤稍優(yōu)于自然發(fā)酵酸菜[6，48]，生產(chǎn)中可以通過超高壓處理、外源施用抗褐變物質(zhì)及抗雜菌污染等方式提高酸菜的顏色品質(zhì)[49-50]。在對(duì)于自然發(fā)酵及人工接種發(fā)酵酸菜的滋味研究中，研究人員均發(fā)現(xiàn)人工接種發(fā)酵酸菜與自然發(fā)酵酸菜的酸味都有柔和、濃厚且正宗特點(diǎn)，有明顯鮮味，無異味，但是對(duì)于人工接種發(fā)酵酸菜的評(píng)分均稍高于自然發(fā)酵酸菜，發(fā)現(xiàn)自然發(fā)酵酸菜滋味更優(yōu)。有研究表明自然發(fā)酵及人工接種發(fā)酵兩種發(fā)酵方式下發(fā)酵的酸菜的硬度、脆度及咀嚼性隨著發(fā)酵時(shí)間的推移均呈現(xiàn)先下降后持平趨勢，且根據(jù)感官評(píng)價(jià)結(jié)果可知，同一發(fā)酵時(shí)間下，對(duì)于以上3個(gè)指標(biāo)，人工發(fā)酵酸菜的評(píng)分均略高于自然發(fā)酵酸菜[25，48，51-52]。

5展望

隨著人民生活水平的提高，新鮮蔬菜容易獲得，消費(fèi)者對(duì)發(fā)酵酸菜的需求點(diǎn)由彌補(bǔ)新鮮蔬菜攝入不足轉(zhuǎn)變?yōu)榭谖兜臐M足，并且隨著食品安全意識(shí)逐漸深入人心，消費(fèi)者對(duì)于酸菜的安全性及營養(yǎng)價(jià)值要求越來越高。目前，東北酸菜生產(chǎn)上還存在很多問題，如生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、技術(shù)落后、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理及品牌競爭力弱、高端產(chǎn)品少等。目前，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)主要是從自然發(fā)酵酸菜中分離優(yōu)勢乳酸菌，制取發(fā)酵劑，在未來的生產(chǎn)中，企業(yè)應(yīng)該更多引進(jìn)高新技術(shù)、研究更適合的發(fā)酵劑，在保存自然發(fā)酵酸菜中更多揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的同時(shí)提高酸菜營養(yǎng)價(jià)值。目前，發(fā)酵酸菜的原材料主要來源于市場商販及農(nóng)民種植，在以后的原料選擇上，生產(chǎn)者應(yīng)該嚴(yán)格控制原料來源及品質(zhì)，可以建立自己的原料種植基地來改善酸菜質(zhì)量品質(zhì)。在產(chǎn)品的貯藏方面，可以研究如氣調(diào)包裝、天然防腐劑等更多保藏方法來代替目前的添加人工防腐劑的方法。目前，市場上出售的酸菜常見的為切成絲的小袋包裝，未來，生產(chǎn)企業(yè)可以增強(qiáng)品牌意識(shí)、發(fā)展品牌戰(zhàn)略，將酸菜進(jìn)行深入加工，研發(fā)更多新產(chǎn)品，并可以搭配其他營養(yǎng)食品，為居民提供合理健康的飲食，滿足消費(fèi)者越來越高的要求，推動(dòng)?xùn)|北酸菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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Research and advancement on natural fermented and inoculated fermented sauerkraut

LI Xiao-bo, HU Wen-zhong*, JIANG Ai-li,SONG Chun-lu

(College of Life Science, Dalian Nationalities University, Dalian 116600, China)

ABSTRACTSauerkraut is a kind of national and traditional fermented vegetable products which can be divided into natural fermented and inoculated fermented products. It occupies an important position in Chinese residents’ diet especially in the northeast region and has a good health effects. In this paper, the difference and variety of main chemical composition, harmful composition and sensory quality in natural fermentation and inoculation fermentation sauerkraut were summarized and provide an overview of future research directions for sauerkraut production was provided.

Key wordssauerkraut; natural fermented; inoculated fermented; composition; sensory quality

收稿日期：2015-10-09，改回日期：2015-11-24

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD38B05)

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201603044

第一作者：碩士研究生(胡文忠教授為通訊作者,E-mail：hwz@dlnu.edu.cn)。