發(fā)酵芥菜工藝及品質(zhì)變化研究進(jìn)展

李文青，卿 泉，唐清苗，任佑華，2，3，羅鳳蓮，2，3*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.國(guó)家蔬菜加工技術(shù)研發(fā)分中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128；3.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)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(chǎn)品[4]。大葉芥菜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，劉獨(dú)臣等[5]研究了四川葉用芥菜的主要營(yíng)養(yǎng)成分，葉用芥菜的蛋白質(zhì)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(jìn)胃、腸消化功能，增進(jìn)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(jìn)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(yùn)輸，能有效調(diào)節(jié)芥菜生產(chǎn)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(jìn)胃、腸消化功能，增進(jìn)食欲，幫助消化，芥菜自身含有芥子苷屬硫代葡萄糖苷，經(jīng)過(guò)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(dú)特的鮮香脆爽風(fēng)味促進(jìn)食欲，目前，關(guān)于芥菜腌制技術(shù)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(zhì)和高安全性的發(fā)酵芥菜。由于我國(guó)發(fā)酵芥菜的工藝較復(fù)雜，以及因企業(yè)需維持大批量生產(chǎn)而加入的高鹽，導(dǎo)致的發(fā)酵芥菜品質(zhì)參差不齊。本文論述了發(fā)酵芥菜的制作方法、發(fā)酵機(jī)理和發(fā)酵過(guò)程中品質(zhì)變化，并展望了發(fā)酵芥菜的發(fā)展趨勢(shì)，為發(fā)酵芥菜的品質(zhì)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(jiǎn)單：首先將新鮮芥菜進(jìn)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(jìn)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(guò)程以及食鹽用量等差異，導(dǎo)致產(chǎn)品的味道、質(zhì)量和存放周期的不同。常見(jiàn)的發(fā)酵芥菜有宜賓芽菜[14]、襄陽(yáng)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(jiàn)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(zhì)，滲透壓會(huì)使溶劑從濃度低的溶液向濃度高的溶液擴(kuò)散，直至兩種溶液的濃度均勻?yàn)橹筟18]。芥菜在鹽漬過(guò)程中往往要加入大量的食鹽，使得芥菜細(xì)胞外的溶液濃度非常的高，而芥菜的細(xì)胞膜具有半滲透膜的作用，芥菜細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離，芥菜組織內(nèi)部的可溶性物質(zhì)會(huì)外滲，與此同時(shí)食鹽也會(huì)透入芥菜細(xì)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(dòng)，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(shí)會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒害作用[19]；其次芥菜細(xì)胞在高濃度的食鹽作用下，細(xì)胞脫水甚至破裂死亡，芥菜細(xì)胞的生命活動(dòng)、代謝活動(dòng)停止，使得芥菜能長(zhǎng)時(shí)間的保存；食鹽溶液能夠?qū)γ富盍Ξa(chǎn)生影響，使得酶的活性降低，比如對(duì)氧化酶作用[20]，這從某種程度上也延長(zhǎng)了芥菜的保質(zhì)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(dá)到防腐的目的[21]。

2.2 微生物的作用

芥菜表面附著無(wú)數(shù)微生物，芥菜鹽漬過(guò)程中，由于食鹽的加入使得芥菜細(xì)胞破裂，細(xì)胞中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流出，天然的微生物便利用這些營(yíng)養(yǎng)源而進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖活動(dòng)。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(lèi)為底物，發(fā)酵產(chǎn)酸。在發(fā)酵前期以乳酸球菌為主要優(yōu)勢(shì)菌；發(fā)酵后期主要以乳酸桿菌來(lái)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(dǎo)菌發(fā)酵，產(chǎn)生大量的二氧化碳使環(huán)境處于厭氧狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生少量的乳酸使得環(huán)境的pH下降，這類(lèi)乳酸菌一般不耐酸[21]，所以在發(fā)酵初期pH下降的同時(shí)這類(lèi)乳酸菌的活動(dòng)會(huì)漸漸變緩。進(jìn)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(kāi)始活躍起來(lái)，這段時(shí)期同型乳酸發(fā)酵的乳酸菌會(huì)快速的產(chǎn)酸使得乳酸含量猛增，抑制不耐酸的雜菌活動(dòng)[21]。到了發(fā)酵后期，由于乳酸菌的不斷產(chǎn)酸導(dǎo)致乳酸含量增加到抑制乳酸菌自身的生長(zhǎng)，發(fā)酵便會(huì)慢慢減弱直至停止，鹽漬芥菜的風(fēng)味形成主要集中在發(fā)酵后期。

3 芥菜腌制過(guò)程中的品質(zhì)變化

3.1 芥菜腌制過(guò)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(jìn)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(lèi)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(guò)程不當(dāng)，則芥菜極易污染腐敗菌。發(fā)酵前期，腸膜明串珠菌起啟動(dòng)發(fā)酵的作用，腸膜明串珠菌的快速生長(zhǎng)一方面能降低環(huán)境的pH值，抑制其他有害微生物的生長(zhǎng)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(chǎn)酸的乳桿菌開(kāi)始活躍；到了發(fā)酵后期，球菌消失，產(chǎn)酸的乳桿菌成為主導(dǎo)菌相，最終乳酸的大量累積造成乳酸菌的反饋抑制導(dǎo)致發(fā)酵結(jié)束[24]。

3.2 芥菜腌制過(guò)程中亞硝酸鹽的變化

芥菜經(jīng)過(guò)發(fā)酵加工，其中累積的硝酸鹽會(huì)被大量還原為亞硝酸鹽[25-26]。過(guò)量攝入亞硝酸鹽會(huì)引起人體腸胃的不適，導(dǎo)致人體血液缺氧中毒反應(yīng)，甚至?xí)T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(guò)程中亞硝酸鹽的變化規(guī)律，結(jié)果表明，發(fā)酵過(guò)程中不同品種芥菜中的亞硝酸鹽變化趨勢(shì)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(jìn)行，乳酸菌代謝形成的酸性環(huán)境會(huì)抑制雜菌的生長(zhǎng)[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(duì)乳酸菌降解亞硝酸鹽的影響，也間接論證了以上兩點(diǎn)原因。該學(xué)者的文章中提到：氯化鈉含量＞5%對(duì)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(fù)相關(guān)關(guān)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(shí)間24 h，干燥溫度60 ℃，干燥時(shí)間6 h。在此工藝條件下腌制的即食芥菜亞硝酸鹽含量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，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(guò)程中的pH值、食鹽含量、原材料、發(fā)酵溫度和時(shí)間等因素息息相關(guān)。

3.3 芥菜腌制過(guò)程中風(fēng)味物質(zhì)的變化

鹽漬芥菜中的主要風(fēng)味物質(zhì)來(lái)源于揮發(fā)性的香氣物質(zhì)、呈味氨基酸和有機(jī)酸，主要包括酯類(lèi)、酸類(lèi)、醇類(lèi)、醛類(lèi)、烷烴類(lèi)、腈類(lèi)及含氮類(lèi)化合物化合物。酯類(lèi)物質(zhì)所占比例最高，其次是酸類(lèi)。隨著腌制時(shí)間的延長(zhǎng)，酯類(lèi)、酸類(lèi)、醇類(lèi)、烷烴類(lèi)及含氮類(lèi)組分的種類(lèi)逐漸增加，醛類(lèi)組分種類(lèi)逐漸減少；酯類(lèi)和醛類(lèi)組分含量逐漸降低，酸類(lèi)與醇類(lèi)組分逐漸增加，含氮組分先增后減。揮發(fā)性風(fēng)味成分的種類(lèi)隨時(shí)間整體呈上升的趨勢(shì)[33]。袁方等[34]的研究結(jié)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(lèi)、腌菜的酸味呈上升狀態(tài)，但上升的趨勢(shì)逐漸變?nèi)?；樣品的苦味、脆度、硬度、水分和色澤的評(píng)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(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）對(duì)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(jìn)行了分析，揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)在經(jīng)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(gè)品種高鹽腌制芥菜的風(fēng)味成分中共檢測(cè)出32種組分，主要揮發(fā)性風(fēng)味成分為硫甙降解產(chǎn)物、醇類(lèi)及雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)，其中硫甙降解產(chǎn)物中異硫氰酸烯丙酯的相對(duì)含量最高，是芥菜的主要風(fēng)味物質(zhì)。ZHAO D Y等[37]采用HS-SPME和GC-MS聯(lián)用方法對(duì)雪里蕻芥菜腌制過(guò)程中的揮發(fā)性成分分析，并對(duì)揮發(fā)性成分的類(lèi)別進(jìn)行聚類(lèi)分析，結(jié)果表明，芥子苷的酶促降解物是揮發(fā)性物質(zhì)的主要成分，新鮮雪里蕻及其腌菜中的芥子苷通過(guò)糖苷配基進(jìn)行酶促降解。腌制芥菜中的風(fēng)味物質(zhì)有烯丙基、苯乙基作為取代基的一系列化合物質(zhì)。LIU M C等[38]研究了榨菜的風(fēng)味成分，異硫氰酸酯含量占總相對(duì)含量的78.87%，其次是硫化物含量總相對(duì)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(lái)源。

在芥菜風(fēng)味形成機(jī)理的研究當(dāng)中，主要是針對(duì)新鮮芥菜、新鮮榨菜、發(fā)酵榨菜的相關(guān)研究。王紹明[39]認(rèn)為芥菜獨(dú)特的辣味來(lái)源于其組織中所含硫代葡萄糖苷及其他物質(zhì)，硫代葡萄糖甙水解后產(chǎn)生烯丙基異硫氰酸鹽和羥芐基異硫氰酸鹽。余紀(jì)柱等[40]認(rèn)為適量的硫代葡萄糖苷是榨菜獨(dú)特風(fēng)味的主要來(lái)源，榨菜中蛋白質(zhì)在微生物和酶（如曲霉）作用下的水解產(chǎn)物氨基酸也是其風(fēng)味的重要來(lái)源。王中鳳等[41]認(rèn)為榨菜的風(fēng)味與原料質(zhì)量、脫水方式、腌制溫度、時(shí)間、鹽濃度、微生物種類(lèi)、數(shù)量等都有密切關(guān)系，榨菜風(fēng)味形成應(yīng)該是微生物和榨菜自身生化作用共同的結(jié)果。李學(xué)貴[42]認(rèn)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(zhì)的分解以及其他一系列的生物化學(xué)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(guò)程中，通過(guò)自身內(nèi)源芥子苷酶和乳酸菌等微生物的作用會(huì)產(chǎn)生各種風(fēng)味物質(zhì)，賦予榨菜特有的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)。劉明春等[44]研究了榨菜加工過(guò)程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的形成及變化研究，芥子苷在內(nèi)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(guò)程中揮發(fā)性風(fēng)味的成分形成的主要原因。

4 展望

發(fā)酵芥菜具有獨(dú)特的風(fēng)味和口感，但芥菜在加工過(guò)程中存在以下問(wèn)題，第一，由于芥菜在鹽漬時(shí)因考慮到需要長(zhǎng)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(zhǎng)，使得芥菜的品質(zhì)能較好的保留，但同時(shí)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(fēng)味物質(zhì)的形成主要集中在發(fā)酵后期，是的總體品質(zhì)不佳，同時(shí)高鹽會(huì)導(dǎo)致一系列健康問(wèn)題；第二，鹽漬芥菜在漂洗脫鹽的過(guò)程中風(fēng)味物質(zhì)也隨著損失了一部分，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的風(fēng)味下降；第三，鹽漬芥菜加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物沒(méi)有得到很好的利用，造成了環(huán)境污染和資源浪費(fèi)；第四，對(duì)于腌制芥菜發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性成分的形成機(jī)理和變化趨勢(shì)沒(méi)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(méi)有季節(jié)性限制，在制作過(guò)程中將新鮮芥菜曬干脫水即可，原料便于貯存，可以實(shí)現(xiàn)常年生產(chǎn)。傳統(tǒng)方法腌制的芥菜食鹽含量較高，攝入過(guò)多的鈉鹽會(huì)對(duì)人體的腎臟造成永久性的損傷，但減少食鹽的用量會(huì)導(dǎo)致污染腐敗菌，造成品質(zhì)下降。而干芥菜由于水分含量低，在發(fā)酵過(guò)程中可以降低食鹽用量，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，研究如何提高腌制干芥菜的品質(zhì)成為了一種發(fā)展趨勢(shì)。

4.2 芥菜的接種發(fā)酵

接種發(fā)酵是人為地將標(biāo)準(zhǔn)菌種接種在蔬菜中進(jìn)行發(fā)酵的過(guò)程，近年來(lái)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(diǎn)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(zhǎng)繁殖，提高產(chǎn)品品質(zhì)。周佳等[45]研究結(jié)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(yuǎn)低于泡菜產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)；菌種的種類(lèi)、配比、發(fā)酵方式都會(huì)影響產(chǎn)品的品質(zhì)，因此，根據(jù)不同的原料和消費(fèi)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(kāi)發(fā)和品質(zhì)的提升。