泡菜中微生物菌群的研究進展

王奇，王傳明，周雨，葉丹，余慧

(四川天味食品集團股份有限公司，成都 610200)

泡菜是指以生鮮蔬菜為原料，通過一定濃度食鹽水和香辛料泡漬，利用蔬菜自身附著的微生物或添加人工培養(yǎng)的優(yōu)化菌種發(fā)酵形成的具有獨特風味的蔬菜制品，其味道鮮香可口，且營養(yǎng)豐富，深受人們喜愛，制作泡菜常用的原料有卷心菜、大白菜、紅蘿卜、白蘿卜、大蒜、青蔥、小黃瓜、洋蔥、高麗菜等。同時，泡菜中含有豐富的維生素、胡蘿卜素、蛋白質(zhì)和多種微量元素，具有抗衰老、增強免疫力、促進減肥、維持腸道健康等功效。泡菜的整個發(fā)酵過程中，會有大量微生物參與，這些微生物像一把雙刃劍，既可以改善泡菜的風味，也可以導致產(chǎn)品的腐敗，因此，研究泡菜的微生物菌群具有重要的意義。

1 國內(nèi)外泡菜的微生物菌群

泡菜起源于中國，已有3000多年歷史，隨后制作泡菜的工藝相繼傳入韓國和日本，并且迅速發(fā)展，成為當?shù)氐奶厥饷朗场Ｔ趪H上，中國、韓國、日本3個國家的泡菜享有盛譽，是世界泡菜的典型代表。與此同時，由于這3個國家的泡菜原料和工藝都有所差別，因此泡菜中的微生物菌群也有所不同[1]。

中國泡菜以生鮮蔬菜或蔬菜咸坯為原料，經(jīng)中低濃度鹽水泡漬、發(fā)酵、拌料調(diào)味、包裝、滅菌等加工工藝制作而成。其中，四川泡菜是我國泡菜的典型代表，歷史悠久，文化深厚，具有鮮香、脆嫩、爽口、味美等優(yōu)點，深受人們喜愛。于文平等[2]研究了工業(yè)泡青菜的微生物群落組成，細菌主要是乳桿菌屬、鹽單胞菌屬、假單胞菌屬、弧菌屬、鹽弧菌屬、歐文氏菌屬等，優(yōu)勢菌屬為乳桿菌屬，真菌主要是德巴利氏酵母菌屬、假絲酵母屬、酵母屬、柯達酵母屬等，優(yōu)勢菌屬為德巴利氏酵母菌屬。Wu等[3]研究了中國東北酸菜在發(fā)酵過程中的微生物多樣性，其中細菌包含明串珠菌屬、芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、乳桿菌屬，真菌包含漢氏德巴利氏酵母、熱帶假絲酵母、擴展青霉。

韓國泡菜是韓國最具代表性的食品，主要以蔬菜為原料，同時添加韓國本土生產(chǎn)的辣椒粉、食鹽、海鮮、肉料、米糊、水果等輔料，經(jīng)過低溫條件發(fā)酵而成，其精華在于腌制調(diào)料十分豐富，配比合理，共同發(fā)酵形成特有的風味和口感。Park等[4]通過16S rRNA測序發(fā)現(xiàn)市面上韓國泡菜的菌群主要是魏斯氏菌、乳酸菌、片球菌、明串珠菌。日本泡菜在口味和制作上均與中國和韓國有明顯區(qū)別，是直接使用天然色素和調(diào)味品泡制的低酸低鹽的蔬菜制品，屬于非發(fā)酵類鹽漬菜，需要冷鏈銷售，因此日本泡菜并不是真正意義上的“泡菜”。

2 泡菜發(fā)酵過程中微生物多樣性的影響因素

2.1 不同原料的影響

我國泡菜常用的原料有白菜、胡蘿卜、黃瓜、豇豆、仔姜、紅辣椒、芥菜頭、萵筍等，不同原料泡菜發(fā)酵過程中的微生物多樣性有所不同。裴樂樂等[5]對榨菜、蘿卜、豇豆和青菜4種不同原料泡菜的細菌多樣性進行分析，發(fā)現(xiàn)不同原料泡菜的優(yōu)勢菌不同，榨菜泡菜為乳桿菌屬、鹽單胞菌屬，蘿卜泡菜為乳桿菌屬、鹽厭氧菌屬、鹽單胞菌屬，豇豆泡菜為紅桿菌屬、乳桿菌屬、鹽單胞菌屬、色鹽桿菌屬、鹽厭氧菌屬，青菜泡菜為紅桿菌屬、鹽單胞菌屬、海桿菌屬、需鹽桿菌屬。

2.2 不同發(fā)酵條件的影響

泡菜的發(fā)酵過程中，初始食鹽濃度、發(fā)酵溫度、添加成分等發(fā)酵條件均會影響微生物菌群構成。申文熹等[6]研究了不同鹽濃度(2%、5%、8%)泡白菜發(fā)酵過程中乳酸菌群落結構變化，發(fā)現(xiàn)低鹽濃度泡白菜發(fā)酵前期的優(yōu)勢菌為乳酸鏈球菌、戊糖乳桿菌和明串珠菌屬，發(fā)酵后期則由戊糖乳桿菌主導；中高鹽濃度泡白菜發(fā)酵前期由戊糖乳桿菌和魏斯氏菌屬主導，發(fā)酵后期主要由戊糖乳桿菌完成。熊濤等[7]研究了不同恒定溫度18，28，37 ℃對四川泡菜中菌群的影響，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵溫度越高，乳酸菌、大腸桿菌和酵母菌在發(fā)酵前期繁殖越快，同時大腸桿菌和酵母菌的消亡時間也越短。楊瑞等[8]還研究了花椒和碘對泡菜微生物菌群的影響，發(fā)現(xiàn)花椒和碘可使參與發(fā)酵的主要乳酸菌和酵母菌加快生長繁殖速度，進而縮短發(fā)酵周期。

2.3 不同發(fā)酵階段的影響

泡菜的乳酸發(fā)酵一般可分為3個階段：泡制初期，腸膜明串珠菌等啟動發(fā)酵，以異型乳酸發(fā)酵為主；中期乳桿菌主導發(fā)酵，積累大量乳酸，以同型乳酸發(fā)酵為主；后期乳酸積累抑制乳酸菌生長，發(fā)酵結束[9]。

2.4 不同發(fā)酵方式的影響

泡菜的發(fā)酵方式可分為自然發(fā)酵和人工發(fā)酵，自然發(fā)酵是指新鮮蔬菜通過自身攜帶及環(huán)境中乳酸菌等微生物作用進行發(fā)酵，人工發(fā)酵是運用人工篩選的發(fā)酵劑對表面經(jīng)過全部或部分滅菌的新鮮蔬菜進行人工接種，使其在適當溫度下發(fā)酵。相比于自然發(fā)酵，人工發(fā)酵具備減少雜菌污染引起的腐敗、提升產(chǎn)量和質(zhì)量、縮短時間、降低亞硝酸鹽含量等優(yōu)勢[10]。李文婷等[11]研究自然發(fā)酵、乳酸菌制劑發(fā)酵、老壇水發(fā)酵3種方式泡蘿卜的理化指標和微生物狀況，發(fā)現(xiàn)乳酸菌制劑發(fā)酵后期的泡蘿卜具有更多數(shù)量的乳酸菌，更高含量的總糖、更優(yōu)的質(zhì)構。

3 泡菜發(fā)酵過程中腐敗微生物的污染和控制

3.1 泡菜發(fā)酵過程中腐敗微生物的污染

泡菜發(fā)酵過程中會產(chǎn)生大量有機酸，使得成熟泡菜的pH值降至4以下，可抑制產(chǎn)氣莢膜梭菌、單核細胞增生李斯特滅菌、鼠傷寒沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、副溶血性弧菌和大腸桿菌O157:H7等致病菌[12]。然而，我國的泡菜企業(yè)普遍存在規(guī)模較小、管理水平不高、衛(wèi)生條件差、工藝落后、自動化程度低等缺點，因此在泡菜的生產(chǎn)過程中，環(huán)境、設備、人員、原料、包裝等均可能帶入雜菌引起產(chǎn)品腐敗，同時耐酸、耐高溫的微生物也會在發(fā)酵和巴氏殺菌后存活。目前微生物引起泡菜腐敗的類型主要有代謝有機酸引起產(chǎn)品pH升高、鹽鹵表面形成腐敗膜醭、產(chǎn)生不悅氣味3種[13]。

3.1.1 代謝有機酸引起產(chǎn)品pH升高

泡菜的發(fā)酵過程中，某些腐敗微生物能在低pH下代謝利用殘余糖或有機酸生長，使泡菜的發(fā)酵體系pH升高，進而導致腐敗的腸桿菌等解除抑制，恢復生長[14]。有研究表明，腐敗酸黃瓜泡菜中分離出的布氏乳桿菌能在低pH的厭氧環(huán)境下代謝乳酸，引起發(fā)酵環(huán)境的pH升高[15]。

3.1.2 鹽鹵表面形成腐敗膜醭

泡菜鹽鹵表面形成膜醭是最常見的一種腐敗現(xiàn)象，俗稱“生花”，腐敗膜醭不僅影響產(chǎn)品的外觀和風味，也會加速產(chǎn)品的腐敗變質(zhì)。敖曉琳等[16]對四川地區(qū)生花的泡菜樣品進行微生物分離鑒定，發(fā)現(xiàn)細菌有枯草芽孢桿菌和高山芽孢桿菌，酵母菌有滿洲畢赤酵母(P.manshurica)、庫德里阿茲威氏畢赤酵母(P.kudriavzevii)和熱帶假絲酵母(C.tropicalis)。Ao等[17]對7個四川家庭自制泡菜的腐敗樣品進行分析，發(fā)現(xiàn)白地霉(G.candidum)可能是引起“生花”的最主要菌種。

3.1.3 產(chǎn)生不悅氣味

不愉悅的酸臭氣味是泡菜腐敗的一個重要特征，通常這種酸臭氣味是由腐敗菌分解泡菜中的蛋白質(zhì)、氨基酸、糖、纖維素等導致的。蔡炯等[18]通過分析腐敗四川泡菜的菌相構成發(fā)現(xiàn)，地衣芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)氨，可能與泡菜異味的形成有關。陳岑[19]通過將疑似腐敗微生物回接到泡菜中的方式，發(fā)現(xiàn)K.ohmeri，S.xylosus，B.thuringiensis，B.amyloliquefaciens會引起泡菜褐變，產(chǎn)生大量氣泡，并伴有刺激性氣味。

3.2 泡菜發(fā)酵過程中腐敗微生物的控制

針對以上泡菜發(fā)酵過程中存在的腐敗微生物污染，分別從生產(chǎn)過程、殺菌方法、防腐體系3個方面提出控制方法。

3.2.1 合理的生產(chǎn)過程

DB51/T 1069-2010《四川泡菜生產(chǎn)規(guī)范》[20]系統(tǒng)地規(guī)定了四川泡菜生產(chǎn)主要原輔料、廠區(qū)環(huán)境、車間、衛(wèi)生設施、設施及工具、人員衛(wèi)生、廢棄物處理、工藝流程、運輸、貯存的要求，此規(guī)范內(nèi)容較全面，可以從不同方面降低泡菜腐敗風險，但并未涉及具體細節(jié)，因此，泡菜生產(chǎn)企業(yè)可根據(jù)此生產(chǎn)規(guī)范，結合自身車間實際狀況，制定出適合自己的生產(chǎn)規(guī)范，進而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制。與此同時，泡菜生產(chǎn)企業(yè)可將HACCP應用在整個泡菜的生產(chǎn)過程中，分析生產(chǎn)過程中存在的微生物風險因素，確定關鍵控制點，制定相關控制方法和糾正措施，系統(tǒng)地從生產(chǎn)過程角度控制腐敗微生物風險[21]。

3.2.2 有效的殺菌方法

目前國內(nèi)生產(chǎn)的預包裝泡菜的殺菌方法主要是巴氏殺菌。張艷等[22]利用巴氏殺菌處理抽真空的韓國泡菜樣品，發(fā)現(xiàn)在65 ℃進行30 min殺菌處理能夠有效殺滅腐敗菌，保質(zhì)期可達到180 d。但巴氏殺菌屬于熱力殺菌，會使食物中的色素、香味、維生素等損失較大，風味發(fā)生變化，影響泡菜的品質(zhì)，同時，巴氏殺菌對耐熱的細菌或細菌芽孢幾乎沒有效果。因此，需要更多行之有效的殺菌方法以確保泡菜的殺菌效果，保證貨架期的產(chǎn)品安全。范遠景等[23]發(fā)現(xiàn)微波和超高壓殺菌均具有良好的殺菌效果，有望取代現(xiàn)有的熱殺菌方式。申光輝等[24]研究了超高壓對泡蘿卜的殺菌效果，結果表明，600 MPa條件下處理25 min可使泡蘿卜的細菌殘存率降低4.36個對數(shù)值，500 MPa處理5 min可殺滅全部酵母和霉菌。伍玲等[25]采用60Co-γ射線對四川泡姜進行輻照滅菌處理，發(fā)現(xiàn)5 kGy的輻照劑量可將產(chǎn)品中的細菌總數(shù)由105～106CFU/g降至100 CFU/g。

3.2.3 科學的防腐體系

目前預包裝泡菜都是結合熱殺菌和添加防腐劑的方式來實現(xiàn)貨架期的延長，最常用的防腐劑是山梨酸鉀，但單一山梨酸鉀的抑菌效果和范圍有限，且對于耐熱芽孢桿菌的抑菌效果甚微，存在貨架期的脹袋風險，因此需要科學的防腐體系實現(xiàn)更好的抑菌。朱翔等[26]通過抑菌試驗和響應面法數(shù)據(jù)分析，得出泡辣椒產(chǎn)品的最優(yōu)復配防腐劑配方為0.3 g/L山梨酸鉀、0.25 g/L脫氫乙酸鈉、0.3 g/L苯甲酸鈉，此防腐體系可對3株產(chǎn)氣菌實現(xiàn)99.5%的抑菌率，降低脹袋風險。

4 功能微生物菌群對泡菜風味的優(yōu)化

泡菜的風味物質(zhì)主要來源于蔬菜、調(diào)味料和微生物代謝，包含非揮發(fā)性的有機酸、氨基酸、糖類等和揮發(fā)性的香氣[27]，其中微生物發(fā)酵所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物是最關鍵的因素之一，因此，泡菜的風味與功能微生物菌群的種類、數(shù)量和發(fā)酵條件息息相關。

4.1 功能微生物的菌種優(yōu)化

傳統(tǒng)自然發(fā)酵存在質(zhì)量不穩(wěn)定、較難實現(xiàn)現(xiàn)代化和標準化生產(chǎn)的問題，而人工接種發(fā)酵是將優(yōu)勢菌體濃縮培養(yǎng)、離心等制成的濃縮菌懸液應用于泡菜發(fā)酵，避免了傳統(tǒng)自然發(fā)酵過程中菌種活化、擴大培養(yǎng)、易染雜菌等問題，因此人工接種發(fā)酵技術具有更高的經(jīng)濟價值和更廣闊的市場前景。人工接種發(fā)酵直接影響到泡菜風味的關鍵因素是菌種，因此，探索菌種優(yōu)化和多菌協(xié)同作用對泡菜風味的影響具有重要意義。

王秋霞等[28]研究了乳酸菌菌種差異對泡菜發(fā)酵風味的影響，發(fā)現(xiàn)嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌純種發(fā)酵產(chǎn)生的有機酸種類和含量與自然發(fā)酵最為接近。研究表明，酵母菌在泡菜發(fā)酵過程中的風味體現(xiàn)上發(fā)揮著重要作用，屠夢婷[29]從腌黃瓜中篩選出庫德里阿茲威畢赤酵母(Pichiakudriavzevii)的優(yōu)勢菌株，將其對黃瓜進行接種發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)黃瓜接種發(fā)酵后的酯類、醇類、醛類和酮類等特殊香氣成分含量升高。

4.2 功能微生物的發(fā)酵條件優(yōu)化

微生物的發(fā)酵條件直接影響功能微生物的數(shù)量、狀況和代謝產(chǎn)物，進而影響產(chǎn)品的風味。周強等[30]通過正交試驗優(yōu)化韓國泡菜的發(fā)酵工藝，發(fā)現(xiàn)添加1%乳酸菌、4%蔗糖、2%食鹽、3%香辛料時，可以產(chǎn)出風味最好的泡菜。夏季等[31]發(fā)現(xiàn)對發(fā)酵香菇泡菜進行55 ℃、20 min低溫漂燙預處理，并加入0.05‰維生素C的發(fā)酵條件優(yōu)化，可以顯著提高發(fā)酵香菇泡菜的色度和硬度，增加發(fā)酵產(chǎn)品游離氨基酸的種類和含量，獲得相對豐富的香氣。

5 展望

泡菜是微生物發(fā)酵制品，以其獨特的風味和多種健康的功效深受消費者的喜愛。在泡菜發(fā)酵的整個過程中，微生物發(fā)揮著非常重要的作用，不同原料、不同發(fā)酵條件、不同發(fā)酵階段、不同發(fā)酵方式均會影響泡菜微生物的多樣性。這些微生物可以利用簡單的營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生風味物質(zhì)，一般情況下，人工接種發(fā)酵的泡菜具有生產(chǎn)周期短、質(zhì)量穩(wěn)定、不易受腐敗菌污染等優(yōu)點，但風味卻不如自然發(fā)酵的泡菜豐富，因此，需要對功能微生物的菌種和發(fā)酵條件進行優(yōu)化，通過接入多種具有協(xié)同作用的功能微生物，結合最佳的發(fā)酵條件進行泡菜發(fā)酵。與此同時，另一些微生物在泡菜的發(fā)酵過程中扮演著腐敗微生物的角色，可導致泡菜發(fā)生腐爛、酸臭、脹袋等問題，隨著食品安全意識的提高，消費者對泡菜的安全性也越來越看重，因此需要通過各種方法控制腐敗微生物的生長。目前我國泡菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對滯后，絕大多數(shù)企業(yè)未實現(xiàn)現(xiàn)代化、標準化生產(chǎn)，對于微生物菌群的研究和腐敗微生物的控制也處于起步階段，這需要泡菜生產(chǎn)企業(yè)和相關研究人員共同努力，為泡菜中微生物菌群的研究提供更多的理論依據(jù)和技術支持，利用現(xiàn)代技術來發(fā)展和完善泡菜這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。