人工发酵蔬菜的研究进展

王卫东，陈安徽，杨万根，李 超

人工发酵蔬菜的研究进展

王卫东1,2，陈安徽1，杨万根1，李 超1

(1.徐州工程学院食品(生物)工程学院，江苏 徐州 221008；2.江苏省食品生物加工工程技术研究中心，江苏 徐州 221008)

发酵蔬菜是一种重要的蔬菜制品。本文总结发酵蔬菜中的微生物类型及其在发酵中所起的作用，并总结近年来人工发酵的研究成果，比较其与自然发酵的优缺点。

乳酸菌；纯种发酵；发酵蔬菜

蔬菜是人们摄取各种营养成分的主要来源之一，可提供人体所必需的多种维生素和矿物质。除了直接烹饪供食用外，还可以将蔬菜进行腌制、干制、罐藏、速冻、榨汁等。加工不仅可以延长蔬菜贮藏期、利于运输、调剂淡旺季、周年均衡供应、提高其附加值，还可以改进蔬菜风味、增加花色品种，满足人们对蔬菜食品日益增长的需要。蔬菜发酵是以蔬菜为原料，利用有益微生物活动的产物及控制一定生产条件对蔬菜进行加工和保藏的一种方式[1]。发酵蔬菜产品主要有泡菜、酸菜、酱菜以及腌菜等。

大约3000年前，我国就有了发酵蔬菜的制作工艺，如四川泡菜、榨菜、扬州酱菜等。传统发酵蔬菜是我国蔬菜加工产品中产量最多的一种，是利用天然存在的乳酸菌等微生物进行发酵。随着现代食品工业的发展以及消费者对食品安全和健康的追求，迫切需要发酵蔬菜低盐、低亚硝酸盐含量，实现加工标准化、规模化。人工发酵蔬菜正好可以满足人们的这些要求。目前日本、韩国等发达国家的发酵蔬菜加工多采用人工发酵，而我国大部分的产品还是自然发酵。本文对蔬菜发酵中的微生物及其在人工发酵中的应用进行综述，以推动深入研究蔬菜发酵中的科学问题，为提高我国发酵蔬菜的加工水平提供参考，促进我国传统发酵蔬菜制品走向世界。

1 发酵蔬菜中的微生物

要实现蔬菜发酵由自然到人工的转变，必须研究其中的微生物菌系，利用自然发酵过程中的微生物进行人工接种发酵。一般用来发酵的新鲜蔬菜表面都附着有大量的微生物，主要有乳酸菌、酵母菌、霉菌、肠杆菌科细菌及假单胞菌属细菌等[2]。乳酸菌为发酵主导菌，而肠杆菌、假单胞菌在发酵过程中随着乳酸的增加慢慢死亡。

1.1 乳酸菌

1.1.1 发酵蔬菜中的乳酸菌

乳酸菌(LAB)并不是正式、规范的细菌分类学名称，而是一类能够发酵碳水化合物(主要是葡萄糖)产生乳酸的革兰氏染色阳性细菌的总称。目前在自然界己发现的这类细菌至少含有18个属200多种。

国外对发酵蔬菜中的微生物研究比较早。20世纪60年代，Albury[3]和Pederson等[4]研究了酸白菜、酸黄瓜等发酵过程中的菌系消长规律，发现在发酵早期肠膜明

串珠菌很活跃，随后是啤酒片球菌、短乳杆菌和植物乳杆菌大量产酸，最后是植物乳杆菌完成发酵过程。Eom等[5]从韩国泡菜、德国泡菜、酸黄瓜前期发酵中分离出肠膜明串珠菌，证明其为泡菜启动发酵的主要菌株。

国内学者从中国泡菜中分离筛选出了许多生产性能优良的菌种，如植物乳杆菌、肠膜明串珠菌、干酪乳杆菌、弯曲乳杆菌、短乳杆菌、嗜酸乳杆菌等。王柱等[6]通过多种方法对分布于四川不同区域泡菜的乳酸菌菌种资源进行收集和标准化整理，确定了165株乳酸菌，其中杆菌130株、球菌35株。鄯晋晓[7]从四川泡菜中分离出的乳酸菌主要为肠膜明串珠菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌、短乳杆菌以及植物乳链球菌。陈建华等[8]从4种湘西民间泡菜样品中分离出8株产酸菌株，并根据其发酵产酸能力从中优选出3株产酸能力较强的乳酸杆菌。王晓飞[9]从市售泡菜中分离、筛选出3株菌，分别鉴定为乳杆菌属的弯曲乳杆菌、乳杆菌属的植物乳杆菌。巨晓英等[10]从多种自制泡菜中分离到了31株乳酸菌，经过形态特征、培养特征和生化特征鉴定，其中16株为戊糖片球菌，表明戊糖片球菌在泡菜的发酵过程中起重要作用，可能是引起泡菜发酵的优势菌种。

1.1.2 乳酸菌的作用

蔬菜在发酵过程中，由于有害微生物(肠杆科细菌和真菌等)及硝酸盐还原酶的作用，硝酸盐转化为亚硝酸盐，因此发酵蔬菜中常含有一定量的亚硝酸盐。经过乳酸菌发酵的蔬菜，亚硝酸盐含量得以减少，但是不同乳酸菌菌株的降解能力不同，并且具有种间的特异性[11]。Yan等[12]从发酵泡菜中分离出戊糖乳杆菌、植物乳杆菌、肠膜明串珠菌、短乳杆菌和发酵乳杆菌，在MRS培养基中可以分别降解99.6%、99.3%、99.2%、97.0%和98.5%的亚硝酸盐。

乳酸菌在蔬菜发酵过程中产生大量有机酸，可以降低体系的pH值，并抑制其他有害微生物的生长。乳酸菌发酵也能提高产品的营养价值，赋予产品独特的发酵风味。

1.2 酵母菌

1.2.1 蔬菜发酵中的酵母菌

发酵蔬菜中的酵母菌目前研究较少，但是在很多蔬菜的发酵过程中，酵母菌起到了非常重要的作用。蔬菜腌制的前几天，腌渍液中的酵母菌含量很少，随着发酵和贮存期间腌渍液中各种化学和物理条件的变化，酵母菌的数量会增加，其中发酵性酵母在整个主发酵和二次发酵阶段生长繁殖，直至可发酵的碳水化合物被耗尽为止[7]。研究者在蔬菜发酵初期分离得到许多酵母菌种，其中发酵菌种有异常汉逊酵母、亚膜汉逊酵母、芹耳酵母、德氏酵母、罗斯酵母、霍尔母球拟酵母、炼乳球拟酵母、易变球拟酵母，氧化菌种有德巴利氏酵母、毕赤氏酵母、红酵母属和耐渗透压酵母[13]。另外脆壁酵母和酿酒酵母能水解果胶质，引起黄瓜变软，小红酵母和深红酵母能引起腌制油橄榄变软[14]。

何玲等[15]通过对浆水芹菜自然发酵过程中优势菌群的研究，发现在发酵初期，枯草芽孢杆菌、酵母菌、醋酸菌占优势，随后是肠膜明串珠菌；发酵中期以兼性厌氧乳酸菌为主，此时是浆水芹菜的最佳食用期；发酵后期，一些耐酸的酵母菌数量增多，若不加以控制，会产生很浓的酒精味或酵母味，影响产品质量。杨瑞[16]的研究认为，在整个泡菜发酵过程中兼性厌氧菌、乳酸菌、酵母菌的浓度都会经历一个“先上升→达到最高点→再下降”的过程，适当加入花椒和碘并且结合其他有利条件，可使参与发酵的主要菌群乳酸菌和酵母菌的生长和繁殖速度加快，从而缩短发酵周期使泡菜加速成熟。张鹏[17]从四川民间优质泡菜汁中分离得到13株酵母菌，并筛选出2株符合四川泡菜发酵要求且发酵性能较好的酵母菌，分别为粗状假丝酵母和近平滑假丝酵母。

1.2.2 酵母菌的作用

酵母菌对发酵蔬菜的风味和质地以及发酵后的储藏有着重要影响。蔬菜发酵期间酵母菌引起的发酵生成乙醇，对腌制品后熟阶段发生酯化反应和生成芳香物质很重要，其他醇类的产生对风味也有一定影响。酵母菌在利用可发酵糖方面起着有益作用。对发酵蔬菜起主导作用的乳酸菌一旦完成发酵会受到低pH值的抑制，不能再利用发酵糖，这时酵母菌仍可以很好地生长繁殖，直至把残糖消耗尽，这一点对含有大量糖的胡萝卜等蔬菜发酵尤其如此，因为有害菌如腐败菌利用可发酵糖会引起腌制品腐败。但是，如果长时间对酵母菌的酒精发酵不加以控制，腌制品酒精度过高则会损害正常风味。另外，一些酵母菌如产璞酵母的大量繁殖会使腌制品的表面生花，长白膜，产生不愉快的酸臭味，最后导致腌制品变质，因此，常把酵母菌看成是蔬菜发酵的腐败菌。酵母还能产生CO2，引起酸黄瓜产气腐败。如果腌制甘蓝的盐浓度高于3%，红酵母属菌可能会生长造成泡菜上红色斑点。氧化酵母能利用乳酸和较低的盐水，导致其他腐败菌生长，但这只有在有氧条件下才会发生，因为在厌氧条件下，这些酵母菌不能利用有机酸。

2 自然发酵

发酵蔬菜制品是我国的传统产品，包括泡菜、酸菜、酱菜等。国内发酵蔬菜的加工大都采用自然发酵，即利用原辅料、加工器皿等本身携带的微生物在完全自然的条件下进行发酵。由于在自然条件下进行，因此

发酵周期相对较长，生产力低下，并且较容易受外界因素影响，发酵质量不稳定，不容易实现工业化、标准化生产。通过人工接种外来菌种进行发酵生产泡菜可强化发酵，缩短发酵周期，提高产品质量，降低生产成本[6,18]。

3 人工发酵

3.1 纯菌种接种发酵

纯菌种发酵是人为的将标准菌种接种于蔬菜上进行发酵的过程。从20世纪60年代起，众多的研究者将纯种发酵应用于蔬菜的发酵加工。沈国华[19]应用纯菌接种发酵技术确立了萝卜、黄瓜、包菜、豇豆等蔬菜发酵加工的最佳配套模式，得到了品质稳定的优质发酵蔬菜产品。龚钢明等[20]以白菜为原料，人工接种乳酸菌发酵实验结果表明：混和乳酸菌接种发酵与自然发酵相比，具有发酵周期短、盐度低、亚硝酸盐含量低、风味醇厚等优点。

采用纯菌接种发酵可将自然发酵的诸多不足限制在人工控制之下，最大限度地提高发酵蔬菜加工的技术水平和产品质量。黄业传等[21]以叶用芥菜为原料，采用3%肠膜明串珠菌、1%植物乳杆菌、1%短乳杆菌为发酵剂，对自然发酵和人工发酵泡菜的品质作了对比，结果表明，两者在感官品质、有机酸、香气成分、氨基酸含量上无明显差异，但人工接种发酵能显著降低亚稍酸盐含量，缩短发酵时间。吴海波等[22]选取了自然发酵泡菜中的4种乳酸菌混合接种于甘蓝泡菜，与自然发酵相比较，其亚硝峰出现的早且含量很低，其中混菌发酵要比纯菌发酵的亚硝酸盐含量低。

在接种发酵的加工中，菌种选择、菌种搭配、接种技术、发酵方式等都会影响发酵蔬菜的品质。沈国华[19]研究表明，采用纯菌接种恒温控制发酵的发酵速度至少比自然发酵提高3倍以上。目前众多的研究者更倾向于采用混合纯菌种发酵蔬菜。陆步诗等[23]采用乳酸菌、酵母菌和醋酸菌等多菌种发酵生产百合泡菜，酵母的强化发酵所生成的乙醇与乳酸、醋酸在发酵成熟阶段发生酯化反应生成芳香物质，对产品的特色风味大有裨益。薛胜平[24]将丙酸菌接种于采用老盐水发酵的泡菜中，制得的泡菜品质好于单纯用老盐水发酵的泡菜，这与丙酸菌产生丙酸、乙酸、琥珀酸有关。

可以采用两种纯种乳酸发酵生产工艺：1)在接种前先对蔬菜原料进行热烫杀菌处理，然后再在无菌条件下进行接种发酵，其发酵风味与单一菌种及复合菌种的关系较为密切；2)接种前原料不经热烫处理，发酵原料中附着的自然微生物依然存在并参与发酵，而接种的纯菌种只在发酵过程中起优势主导菌群的作用[25]。

3.2 直投式发酵剂发酵

由于接种发酵工序繁琐，需要专业的技术人员进行菌种的扩大培养，因此人们又进行了直投式发酵剂发酵蔬菜的研究。直投式发酵剂是指一系列高度浓缩和标准化的冷冻干燥发酵剂菌种，可直接加入到原料蔬菜中进行发酵，而无需对其进行活化、扩培等其他预处理工作。将直投式发酵剂用于发酵蔬菜的生产，可以省去菌种车间，减少工作人员、投资和空间，简化生产工艺，缩短发酵周期，使生产更加专业化、规范化、统一化，提高发酵蔬菜产品的质量和安全性，保障消费者的利益和健康。目前西方发达国家的许多发酵乳制品如酸奶、干酪、黄油等均使用浓缩型直投式发酵剂进行发酵生产，其他发酵食品行业如发酵香肠、法式面包、酸泡菜等也采用浓缩型直投式发酵剂进行发酵生产[26]。

固体发酵剂是将乳酸菌经过高密度培养，添加保护剂，在真空冷冻的条件下获得粉末发酵剂。由于冷冻和干燥会对保存的微生物具有破坏作用，所以冷冻保护剂的选择一直是浓缩发酵剂制备中的一个关键[27]。糖类保护剂对微生物细胞的冻干具有显著的保护作用，其中二糖的保护作用是近年来国内外学者研究的热点。申彤等[28]以蔗糖、甘露醇、山梨醇、麦芽糖、谷氨酸钠为保护剂，对筛选自泡菜的嗜酸乳杆菌S1的冻干保护效果进行研究，结果表明乳糖为最佳保护剂，菌体存活率达到70%以上，其次是麦芽糖、山梨醇、蔗糖、甘露醇。

余文华等[29]采用直投式乳酸菌发酵剂发酵白萝卜、大白菜、胡萝卜、莴笋、芹菜等5种蔬菜，结果表明，以3%的葡萄糖为碳源，发酵剂添加量0.2%，发酵温度30℃，食盐添加量6%，发酵时间5d时酸味最好，4d时香气和滋味最好。李洁芝等[30]研究了直投式乳酸菌发酵青菜控制亚硝酸盐条件，从接种量、盐添加量、发酵温度和加糖量方面探讨发酵过程中泡青菜亚硝酸盐含量的动态变化，发现采用接种量0.05%、盐添加量6%，发酵温度33.9℃、加糖量1.74%、发酵91.5h时泡青菜亚硝酸盐的含量最低、感官品质好、食用安全。

于娟娟等[31]对自然发酵和直投式发酵剂发酵的酸白菜风味成分进行了分析比较，发现人工发酵酸菜中有机酸总含量是自然发酵产品的1.53倍，氨基酸总量是自然发酵的1.4倍，各种有机醇的含量均高于自然发酵，但是自然发酵产品中风味物质种类较多。更多的研究表明，采用直投式发酵所得的产品与液体发酵产品品质基本一致。贺稚非等[32]以等量的植物乳杆菌和短乳杆菌混合后作为菌种，选用10%的脱脂乳和血清蛋白作为冷冻保护剂制备了直投式发酵剂，将其应用于榨菜、萝卜、豇豆和黄瓜的发酵，所得泡菜与采用液体发酵剂加工的

产品相比并无不同。蔡永峰等[33]比较了泡菜加工的自然发酵技术、液体接种发酵技术和直投式菌粉发酵技术，结果表明，采用直投式泡菜专用菌粉发酵与泡菜专用液体菌种发酵具有相同的发酵周期，可以达到同等的发酵效果。陆利霞等[34]以乳酸菌发酵剂进行黄瓜、胡萝卜、葛笋泡菜的制备，利用植物乳杆菌B4、复合弯曲乳杆菌AS和乳酸链球菌制备直投式发酵剂并进行纯种发酵泡菜，结果表明，采用直投式发酵剂可提高发酵3d时泡菜汁中的细菌数量，提高泡菜中可滴定酸含量，并使亚硝酸盐含量低于0.27mg/kg，发酵周期缩短至3d，且对几种泡菜的感官指标无明显影响。鄯晋晓[7]采用乳酸菌和酵母菌分别制作液体发酵剂和固体发酵剂，并将其应用于四川泡菜的加工，发现发酵后产品各项指标相差不大，但均优于自然发酵。

4 展 望

目前我国蔬菜种植面积约1400万hm2，年产量占世界蔬菜生产总量的60%以上。虽然我国是蔬菜生产大国，但蔬菜精深加工产业化水平较欧美、日本、韩国、新加坡等国家有很大差距，目前日本和韩国采用人工接种乳酸菌发酵蔬菜已经实现了工业化生产。与自然发酵相比，人工发酵蔬菜虽然有很多优点，但是在风味等品质方面还存在一定的缺陷，未来需要在菌种筛选、发酵剂制备等方面深入研究，进一步优化发酵控制技术，为蔬菜发酵的工业化和标准化奠定基础。

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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

王卫东(1971—)，男，讲师，博士，研究方向为食品资源开发与利用。E-mail：wwd.123@163.com