乳酸菌發(fā)酵酸菜研究進(jìn)展

賀蓓蓓，彭曉順，楊逸飛，許 振，羅浩宇，劉婷婷，李 巖，李天蕊，宋園亮

(1.湖北醫(yī)藥學(xué)院 藥學(xué)院, 湖北 十堰 442000；2.湖北醫(yī)藥學(xué)院 第四臨床學(xué)院, 湖北 十堰 442000；3.湖北醫(yī)藥學(xué)院 第二臨床學(xué)院, 湖北 十堰 442000；4.湖北醫(yī)藥學(xué)院 藥護(hù)學(xué)院 第五臨床學(xué)院, 湖北 十堰 442000；5.湖北醫(yī)藥學(xué)院，湖北 十堰 442000)

1 引言

酸菜歷史悠久，在日常飲食中可以是開(kāi)胃小菜、下飯菜，也可以作為調(diào)味料來(lái)制作菜肴。酸菜是由青菜和白菜經(jīng)過(guò)乳酸菌等微生物混合發(fā)酵而成，不同的地理環(huán)境、氣候條件和水質(zhì)，以及不同的原料、配料、工藝等，都會(huì)影響酸菜的口味風(fēng)格，從而形成不同的品種。按地區(qū)來(lái)分，有東北酸菜、四川酸菜、貴州酸菜、云南富源酸菜等。本文對(duì)發(fā)酵酸菜中乳酸菌多樣性，酸菜生產(chǎn)工藝，酸菜營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及功能特性的相關(guān)研究進(jìn)行綜述, 為今后直投式酸菜乳酸菌發(fā)酵劑的篩選和研制、發(fā)酵酸菜的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

2 酸菜中乳酸菌多樣性的研究

“酸菜”的制作，最早可以追溯到兩千多年前的西周時(shí)期。據(jù)《周禮》記載，“饋食之豆，其實(shí)葵菹”，“菹”即為酸菜。隨著人們對(duì)酸菜營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重視，微生物領(lǐng)域的專家學(xué)者開(kāi)始系統(tǒng)地研究發(fā)酵酸菜中乳酸菌的多樣性、生產(chǎn)工藝以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。目前已經(jīng)確定的乳酸菌至少分為23個(gè)屬56個(gè)種，在蔬菜的發(fā)酵中，植物乳桿菌、腸膜明串珠菌和短乳桿菌經(jīng)常被使用到。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌在我國(guó)酸菜中廣泛存在，具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，主要分布在乳桿菌屬、片球菌屬、乳球菌屬、明串珠菌屬和魏斯氏菌屬這5個(gè)屬中。

在中國(guó)酸菜之中尤其以東北和內(nèi)蒙古酸菜最負(fù)盛名，研究也相對(duì)更多。武俊瑞等[1]發(fā)現(xiàn)東北傳統(tǒng)酸菜的發(fā)酵液中微生物幾乎涵蓋了細(xì)菌和真菌的各個(gè)門(mén)目的種屬，細(xì)菌以乳桿菌目屬種占優(yōu)勢(shì)。于美玲[2]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)清酒乳桿菌和植物乳桿菌是遼寧省沈陽(yáng)市自然發(fā)酵酸菜中的優(yōu)勢(shì)菌群，發(fā)酵乳桿菌和植物乳桿菌是內(nèi)蒙古烏蘭浩特市自然發(fā)酵酸菜中的優(yōu)勢(shì)菌種。趙巖[3]聚焦內(nèi)蒙古的赤峰地區(qū)，從家常的酸菜汁中分離出3株腸膜明串珠菌葡聚糖亞種，3株植物乳桿菌，3株短乳桿菌和1株乳酸片球菌。云月英等[4]發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古包頭市的酸菜汁中有6株乳酸菌，其中植物乳桿菌1株、彎曲乳桿菌1株、干酪乳桿菌1株、屎鏈球菌2株、鳥(niǎo)腸球菌1株。趙偉[5]以哈爾濱市呼蘭區(qū)自然發(fā)酵的酸菜汁為實(shí)驗(yàn)樣品，發(fā)現(xiàn)分離出的247株乳酸菌分布于4個(gè)屬，分別為乳球菌屬、腸球菌屬、乳桿菌屬和片球菌屬，這使得人們對(duì)東北自然發(fā)酵酸菜的認(rèn)識(shí)變得更多樣化。

奎夢(mèng)漪等[6]研究云南自然發(fā)酵酸菜液，從中分離篩選出4株性狀優(yōu)良的乳酸菌，經(jīng)鑒定2個(gè)為植物乳桿菌，腸膜明串珠菌和短乳桿菌各1個(gè)。張璐璐等[7]分析了從廣西、貴州和四川采集的多個(gè)酸菜樣品，發(fā)現(xiàn)乳酸菌中片球菌屬主要集中在貴州和四川，魏斯氏菌屬及乳球菌屬主要集中在四川酸菜中。同時(shí)，不同的發(fā)酵時(shí)間段有著較為不同的優(yōu)勢(shì)菌群。叢敏等[8]發(fā)現(xiàn)，在酸菜發(fā)酵的40 d時(shí)，細(xì)菌種群多樣性最高，乳酸乳球菌和戊糖乳桿菌在發(fā)酵前期占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但在發(fā)酵中后期植物乳桿菌更優(yōu)。不同原料與工藝的發(fā)酵蔬菜中存在著較為不同的乳桿菌群。所有發(fā)酵酸菜中都含有植物乳桿菌，酸菜優(yōu)勢(shì)菌群為消化乳桿菌和短乳桿菌，泡菜的優(yōu)勢(shì)菌群為短乳桿菌和彎曲乳桿菌，醬菜中的優(yōu)勢(shì)菌群為食用糖乳桿菌[9]。

3 酸菜生產(chǎn)工藝的研究進(jìn)展

3.1 酸菜的發(fā)酵工藝

酸菜的發(fā)酵工藝包括自然發(fā)酵和加菌發(fā)酵。酸菜的總酸量與發(fā)酵時(shí)間呈正相關(guān)，相比于傳統(tǒng)自然發(fā)酵，加菌發(fā)酵的產(chǎn)酸速度更快，總酸含量更高，酸菜產(chǎn)物感官品質(zhì)更優(yōu)，發(fā)酵周期更短，安全性更高，更有利于建立乳酸菌優(yōu)勢(shì)地位，抑制非功能菌群的生長(zhǎng)。加菌發(fā)酵會(huì)使酸菜中氨基酸的種類(lèi)和數(shù)量增加，但也會(huì)使揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量有所降低。甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸和門(mén)冬氨酸是酸菜形成良好風(fēng)味的重要物質(zhì)，均在加菌發(fā)酵的酸菜中含量較高。加菌發(fā)酵的酸菜口味更加鮮美，這是因?yàn)榫哂泻軓?qiáng)鮮味的谷氨酸只存在于加菌發(fā)酵的酸菜中。加菌發(fā)酵技術(shù)有純種乳酸菌發(fā)酵技術(shù)和直投式乳酸菌發(fā)酵技術(shù)。與自然發(fā)酵技術(shù)相比，直投式乳酸菌發(fā)酵技術(shù)可以通過(guò)控制發(fā)酵菌株和發(fā)酵條件，提升酸菜的食用安全性，直投式乳酸菌發(fā)酵劑具有活力高，接種量少，可直接應(yīng)用于生產(chǎn)等特點(diǎn)，是當(dāng)前酸菜發(fā)酵工業(yè)的研究熱點(diǎn)。

乳酸菌發(fā)酵劑的制備方法常使用真空冷凍干燥。在凍干過(guò)程中，利用凍干保護(hù)劑可減輕或防止冷凍干燥時(shí)對(duì)菌體細(xì)胞理化損傷或復(fù)水時(shí)對(duì)細(xì)胞的損害[10]，保持原有的多種生物活性和各種理化特性，從而提高菌體存活率。李甜甜[11]發(fā)現(xiàn)3%的菜葉粉做保護(hù)劑最佳。邵夢(mèng)秋等[12]發(fā)現(xiàn)將谷氨酸鈉20 g/L、甘油30 mL/L和Vc20 g/L，這3種保護(hù)劑同時(shí)溶解于MRS中配制成的復(fù)合保護(hù)劑為最佳凍干保護(hù)劑,凍干保護(hù)劑：菌泥為3∶1。欒天奇[13]對(duì)乳酸菌發(fā)酵保護(hù)劑進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳保護(hù)劑配方為：脫脂乳10%、海藻糖1.6%、甘油0.6%、山梨醇2%、麥芽糊精1%。

在東北地區(qū)，發(fā)酵酸菜所采用的大白菜一般在10月份以后才可采收，而環(huán)境溫度已經(jīng)降到了15 ℃以下，不適宜大多數(shù)發(fā)酵酸菜所用的乳酸菌生長(zhǎng)，一般發(fā)酵酸菜需要人工升溫到18～25 ℃以供乳酸菌快速發(fā)酵。所以對(duì)于將乳酸菌投入到酸菜生產(chǎn)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，耐低溫乳酸菌可以降低能耗和生產(chǎn)成本、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。張曉黎等[14]在10 ℃低溫狀態(tài)篩選出2株產(chǎn)酸速度快、耐酸強(qiáng)、降解亞硝酸鹽能力強(qiáng)、乳酸菌素產(chǎn)量高的耐低溫乳酸菌菌株。盧海強(qiáng)等[15]從傳統(tǒng)自然發(fā)酵的酸菜中獲得了一株產(chǎn)亞硝酸鹽還原酶的低溫乳酸菌，為酸菜的低溫發(fā)酵生產(chǎn)提供了優(yōu)良的菌株。

3.2 乳酸菌最佳菌種發(fā)酵組合

崔敬愛(ài)[16]通過(guò)研究自然發(fā)酵酸菜汁確定了最佳發(fā)酵菌種組合為腸膜明串珠菌∶短乳桿菌∶植物乳酸桿菌=1∶1∶2，這3株菌具有較高的產(chǎn)酸能力，同時(shí)確定了最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為：溫度25 ℃，時(shí)間6 d，接種量3%，鹽濃度2%。韓德權(quán)等[17]發(fā)現(xiàn)菌種比例為副干酪乳桿菌∶布氏乳桿菌∶凝結(jié)芽孢桿菌=1∶2.12∶2.87時(shí)發(fā)酵的酸菜在色澤、香氣等感官質(zhì)量方面比自然發(fā)酵所得產(chǎn)品更好，營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)更高，安全品質(zhì)更好。畢金峰等[18]將其成功分離出的乳酸球菌，與已應(yīng)用于發(fā)酵酸白菜中的賴氏乳桿菌、 植物乳桿菌組成不同配比的發(fā)酵劑，發(fā)現(xiàn)乳酸球菌∶賴氏乳桿菌=1∶2，乳酸球菌∶植物乳桿菌= 1∶2，乳酸球菌∶賴氏乳桿菌∶植物乳桿菌=1∶2∶1三種發(fā)酵劑接種發(fā)酵效果較好，pH 值下降快，感官指標(biāo)較好。栗永樂(lè)[19]篩選出的最佳菌種組合為短乳桿菌:植物乳桿菌=1:1。最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為：發(fā)酵溫度20 ℃，發(fā)酵時(shí)間3 d，接種量3%，鹽濃度5%。趙金海等[20]發(fā)現(xiàn)酸菜在發(fā)酵劑添加量為3%，腸膜明串珠菌與植物乳桿菌比例為1∶2，溫度為20 ℃，時(shí)間為16 d的時(shí)候酸菜的感官質(zhì)量如顏色、氣味、口味等方面都較好。桑建等[21]用從東北傳統(tǒng)發(fā)酵酸菜中獲得的5株性能良好的植物乳桿菌直投發(fā)酵劑，按白菜重量的0.2%添加，在20～25 ℃發(fā)酵20d可得到與傳統(tǒng)酸菜具有一樣風(fēng)味和品質(zhì)的成品。

3.3 乳酸菌培養(yǎng)基選擇

趙福龍等[22]將從殼聚糖中制備所得的殼寡糖應(yīng)用于酸菜發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)這樣不僅可以更加顯著地抑制大腸菌群，促進(jìn)乳酸菌和酵母菌的生長(zhǎng)，而且對(duì)霉菌的生長(zhǎng)也具有抑制作用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)方法相比，添加殼寡糖腌制的酸菜感官品質(zhì)更優(yōu)。邵夢(mèng)秋等[12]確定了培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)因子及其添加量的最佳組合為:1.5%蛋白胨水，4%芥菜汁，2%土豆汁，4%麥芽汁(均為體積比)。葛宗昌等[23]聚焦西北地區(qū)的酸菜發(fā)酵工藝，篩選出的東方醋酸桿菌、干酪乳桿菌和東方伊薩酵母可用于制備適合該地區(qū)的發(fā)酵劑，同時(shí)確定培養(yǎng)基的組成為馬鈴薯汁、番茄汁、葡萄糖、蛋白胨、磷酸鹽，并得出最適培養(yǎng)基配方。豆粨水解液可以為微生物生長(zhǎng)提供豐富的氮源及各種生長(zhǎng)因子和微量元素。韓德權(quán)等[17]通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)確定培養(yǎng)基的最佳組合為：玉米糖化液2.5%、豆粨水解液1.5%、玉米漿0.5%、K2HPO42 g/L、MgSO40.5 g/L、MnSO420 mg/L，優(yōu)化后發(fā)酵培養(yǎng)的活菌數(shù)量顯著增高。田慧敏等[24]發(fā)現(xiàn)與其余培養(yǎng)基配方相比，用6%麥麩溶液和酸菜湯加0.7%糖的配方培養(yǎng)出的乳酸菌數(shù)目明顯增加，且不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生影響，同時(shí)價(jià)格較低，可用于工業(yè)生產(chǎn)中，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

4 酸菜營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和功能特性的研究進(jìn)展

4.1 乳酸菌與酸菜的風(fēng)味品質(zhì)的研究

酸菜自然發(fā)酵時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量的乳酸菌，包括類(lèi)腸球菌、乳酸球菌、腸膜明串珠菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌。這6種乳酸菌出現(xiàn)在酸菜發(fā)酵的不同階段，并控制酸菜的發(fā)酵，使酸菜具有獨(dú)特的風(fēng)味和質(zhì)地。酸菜的風(fēng)味由菌群生長(zhǎng)代謝所產(chǎn)生的酯類(lèi)、烷類(lèi)、萜類(lèi)、苯及衍生物類(lèi)和醇類(lèi)物質(zhì)決定的。乳酸菌可通過(guò)反應(yīng)小分子糖類(lèi)得到酸類(lèi)物質(zhì)，使酸菜具有溫和的酸味。同時(shí)一些糖類(lèi)也可被反應(yīng)生成醇類(lèi)物質(zhì)，酸類(lèi)和醇類(lèi)代謝產(chǎn)物通過(guò)酯化反應(yīng)生成酯類(lèi)物質(zhì)，可使酸菜具有醇香和酯香[25]。

酸菜的理化性質(zhì)包括酸度、氨基酸、亞硝酸鹽含量等，它們與酸菜的感官質(zhì)量密切相關(guān)。感官質(zhì)量好的酸菜，其酸度和氨基酸含量高，亞硝酸鹽含量低，乳酸菌的數(shù)目和種類(lèi)多[26]。腐敗菌在酸性條件下難以生存，所以當(dāng)乳酸菌的產(chǎn)酸增加時(shí)，腐敗菌的數(shù)量會(huì)有所減少，在pH值低于4.0后，大部分亞硝酸鹽被酸降解，均會(huì)使酸菜的品質(zhì)變得更好。酸菜中含有較多的草酸、琥珀酸、檸檬酸、乳酸、醋酸 。檸檬酸的酸性柔和，會(huì)賦予酸菜新鮮感；乳酸的酸性較強(qiáng)，含量過(guò)多時(shí)酸菜口感偏澀；醋酸和草酸為刺激性成分；而琥珀酸賦予酸菜鮮味[21]。同時(shí)，酸菜中存在的大量氨基酸是乳酸菌利用蛋白水解系統(tǒng)使可溶性蛋白分解所得，從而使酸菜具有獨(dú)特的鮮味。杜書(shū)[27]從酸菜自然發(fā)酵過(guò)程中檢測(cè)出17種游離氨基酸，發(fā)現(xiàn)谷氨酸和天門(mén)冬氨酸主要形成酸菜的鮮味，并確定了構(gòu)成酸菜特征風(fēng)味的5種成分，即二甲基二硫、二甲基三確、(E,Z)-2,6-壬二烯醛、乙醛和2-戊基呋喃。另外，乳酸菌在發(fā)酵酸菜過(guò)程中會(huì)生成可進(jìn)入到發(fā)酵液中具有可溶性的乳酸菌胞外多糖[28]，它可以作為天然的食品添加劑，賦予產(chǎn)品良好的質(zhì)地、口感和風(fēng)味。

緯度和溫度也會(huì)對(duì)酸菜的風(fēng)味品質(zhì)產(chǎn)生影響。趙國(guó)忠等[26]研究發(fā)現(xiàn)，緯度越低，酸菜品質(zhì)越好。這是因?yàn)楦呔暥鹊貐^(qū)較低的冬季氣溫使微生物的活性下降，影響了發(fā)酵系統(tǒng)中有益菌株的數(shù)量，導(dǎo)致各種腐敗菌增加，不易產(chǎn)生有機(jī)酸及其他風(fēng)味物質(zhì)。趙媛媛[29]發(fā)現(xiàn)30 ℃發(fā)酵酸菜的品質(zhì)比37 ℃的更高、風(fēng)味成分更豐富。

4.2 乳酸菌與酸菜營(yíng)養(yǎng)功能研究

在酸菜發(fā)酵的過(guò)程中，乳酸菌會(huì)生成多種具有功能性的物質(zhì)，如乳酸菌胞外多糖，L-乳酸，共軛亞油酸，乳酸菌素等。研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌發(fā)酵所產(chǎn)生的乳酸菌胞外多糖具有很強(qiáng)的生物活性，可以調(diào)節(jié)胃腸道菌群組成，預(yù)防和治療各種腹瀉，能夠調(diào)節(jié)人體免疫力，并具有抗癌、抗腫瘤的功能[28]。植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和布氏乳桿菌均能進(jìn)一步分解蔬菜中的碳水化合物和蛋白質(zhì)生成便于人體吸收的物質(zhì)。鼠李糖乳桿菌LGG[30]只會(huì)生成能被人體吸收利用的L-乳酸，可以調(diào)節(jié)腸道的微生態(tài)平衡，增強(qiáng)免疫能力，抑制腸道中有害菌群的滋生，在食品發(fā)酵中具有特別重要的安全意義。共軛亞油酸作為必須從食物中攝取且人和動(dòng)物必要的脂肪酸之一，它具有抗腫瘤、抗氧化、提高免疫力等多種重要生理功能，劉海霞等[31]發(fā)現(xiàn)棒狀乳桿菌產(chǎn)生的共軛亞油酸的含量較多，共軛亞油酸轉(zhuǎn)化率較高。魯志彬等[32]以酸奶、酸菜和泡菜等富含乳酸菌的食品為原材料，發(fā)現(xiàn)乳桿菌屬、鏈球菌屬、片球菌屬和明串珠菌屬等多個(gè)屬的乳酸菌株具有能夠較好抑制病原菌生長(zhǎng)并能提升食品口感的乳酸菌素。

研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌也具有較強(qiáng)的疏水性，體外降膽固醇作用以及促進(jìn)有機(jī)磷農(nóng)藥的降解作用。武昕媛等[33]通過(guò)對(duì)東北發(fā)酵食物中分離培養(yǎng)乳桿菌的研究，發(fā)現(xiàn)疏水性較強(qiáng)的乳桿菌。通常情況下，細(xì)菌的疏水性越強(qiáng)，那么與黏膜細(xì)胞的作用就越強(qiáng)。乳桿菌可利用疏水作用在生物體內(nèi)形成穩(wěn)定的屏障，可以抑制病原菌的入侵和增殖。乳桿菌的疏水性由強(qiáng)到弱依次為鼠李糖乳桿菌、米酒乳桿菌、短乳桿菌和植物乳桿菌。李常營(yíng)等[34]對(duì)酸菜來(lái)源植物乳桿菌S4-5的體外降膽固醇作用進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)其在體外表現(xiàn)出良好的降膽固醇能力，且酸性環(huán)境有利于膽固醇的降低。遲濤等[35]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)植物乳酸桿菌和天然菌株都具有促進(jìn)有機(jī)磷農(nóng)藥的降解作用。

5 結(jié)論與展望

隨著人們經(jīng)濟(jì)收入的提升，酸菜的市場(chǎng)需求和市場(chǎng)規(guī)模變得愈發(fā)龐大，人們對(duì)酸菜產(chǎn)品的要求也變得更加嚴(yán)格。這使得企業(yè)不僅要控制酸菜的質(zhì)量和口感，還要縮短發(fā)酵的時(shí)間，優(yōu)化生產(chǎn)工藝。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外食品微生物研究者相繼對(duì)酸菜中的乳酸菌區(qū)系、選育優(yōu)良菌種、發(fā)酵條件、最佳培養(yǎng)基等進(jìn)行系統(tǒng)研究，已取得了顯著成果。與傳統(tǒng)自然發(fā)酵相比，加菌發(fā)酵的產(chǎn)酸速度更快，總酸含量更高，酸菜產(chǎn)物感官品質(zhì)更優(yōu)，發(fā)酵周期更短，安全性更高，更有利于建立乳酸菌優(yōu)勢(shì)地位，抑制非功能菌群的生長(zhǎng)。目前從自然發(fā)酵酸菜中分離得到的植物乳桿菌，腸膜明串珠菌，短乳桿菌等菌株逐漸開(kāi)始以不同的菌種組合作為發(fā)酵劑來(lái)指導(dǎo)發(fā)酵酸菜的生產(chǎn)，以提高發(fā)酵性產(chǎn)品的最終質(zhì)量。對(duì)于現(xiàn)在仍采用自然發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)酸菜的企業(yè)來(lái)說(shuō)，與以往添加防腐劑相比，采用加菌發(fā)酵技術(shù)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，可降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)在工業(yè)生產(chǎn)中，采用價(jià)格更低的6%麥麩溶液和酸菜湯加0.7%糖培養(yǎng)可使乳酸菌數(shù)目明顯增加，且不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生影響，還可以提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。我們相信，采用直投式乳酸菌發(fā)酵劑發(fā)酵的酸菜一定會(huì)得到越來(lái)越多企業(yè)和顧客的青睞，在每個(gè)科研人員的努力下，酸菜的品質(zhì)將會(huì)更加優(yōu)良，產(chǎn)品的種類(lèi)會(huì)更加豐富，酸菜的加工將會(huì)更加規(guī)范。