自然发酵与人工接种发酵酸菜的研究进展

李晓博，胡文忠，姜爱丽，宋春璐

(大连民族大学生命科学学院，辽宁 大连，116600)



自然发酵与人工接种发酵酸菜的研究进展

李晓博，胡文忠*，姜爱丽，宋春璐

(大连民族大学生命科学学院，辽宁 大连，116600)

摘要酸菜是一种民族传统的发酵蔬菜制品，分为自然发酵与人工接种发酵两种，在我国居民尤其是东北地区居民饮食中占据重要位置，经常食用，具有良好的保健功效。该文综述了自然发酵及人工接种发酵产品中主要风味成分、有害成分以及感官品质等方面的变化，并展望了酸菜生产研发的主要发展方向。

关键词酸菜;自然发酵;人工接种发酵;成分;感官品质

酸菜是指新鲜蔬菜在低浓度食盐条件下经过发酵而成的一种传统的发酵食品，含有丰富的维生素、矿物质、膳食纤维及其他营养物质，具有降低胆固醇、调节肠胃及排毒等功效[1]。作为利用微生物的作用而制得的一类产品，酸菜具有悠久的历史和丰富的内涵[2]，在我国尤其是东北地区居民饮食文化中占据弥足轻重的位置。发酵酸菜主要经历了由家庭坛装自然发酵到作坊式自然发酵，再到人工接种发酵高新技术的三个阶段，可见，酸菜发酵方式分为自然发酵及人工接种发酵两种并由自然发酵逐渐发展为人工接种发酵。目前，随着生产力的提高，东北酸菜产业正处于蓬勃发展的阶段，由于生物技术及自动化技术水平的不断提升，东北酸菜企业占据了全国酸菜市场前十名中的一半，其中，竞争力指数第一的为黑龙江翠花蔬菜集团有限公司[3]。本文主要针对东北酸菜研究现状，通过对比其主要风味成分、有害成分及感官品质等多个指标在自然发酵与人工接种发酵酸菜产品中的区别，分析了其异同，并总结了解决方法，为产业化生产的东北酸菜的口味及品质优化提供理论支持。

1自然发酵与人工接种发酵酸菜

自然发酵的酸菜主要是指新鲜蔬菜在少盐的条件下通过自身携带及环境中乳酸菌等微生物的作用进行发酵制成的，发酵工艺为：选料→晾晒→整理、清洗→烫漂→装缸→加盐水(2%)→压石头→封缸→发酵。自然发酵的酸菜使新鲜白菜原有的营养成分如维生素C、氨基酸以及膳食纤维等得以保留，并且在乳酸菌等功能性微生物的发酵作用下，生成了许多风味物质及功能性成分，使得自然发酵酸菜不仅有酸爽开胃、口感脆嫩、醒酒去腻等特点，还具有可以调节人体肠道菌群状态、降低胆固醇等功效[4-5]。

人工接种发酵酸菜是由人工接种发酵技术制成，运用人工筛选的发酵剂对表面经过全部或者部分灭菌的新鲜蔬菜进行人工接种，使其在适当温度下进行发酵[6]，其工艺流程为：选料→晾晒→整理、清洗→烫漂(叶烫1 min、帮烫2 min)→冷却→装罐→接种发酵→压罐→灌水封罐→发酵。这种发酵方法优化了自然发酵方法，通过直投或其他方式加入经过筛选制备好的单一乳酸菌或由乳酸单球菌、乳酸杆菌等多种乳酸菌复合的发酵剂[7-9]。

人工接种发酵法与自然发酵法相比有很多优点：(1)人工接种发酵法直接向蔬菜中投入发酵剂，降低了发酵酸菜中的微生物多样性，避免了由杂菌污染引起的腐败，提高了酸菜的产量及质量；(2)优化了温度、pH值等许多发酵条件，大大缩短了发酵时间；(3)改善了酸菜发酵过程中亚硝酸盐含量过高的问题，降低了酸菜对人体的危害[10]。

2风味成分

2.1有机酸

酸菜发酵过程中经历乳酸发酵与乙酸发酵等发酵方式，由于乳酸菌及酵母菌等微生物的作用，酸菜在这些发酵过程中产生许多有机酸，如酒石酸、苹果酸、乳酸及乙酸等[11-13]，这些有机酸使酸菜风味独特、口感酸爽，提高了酸菜的品质。研究表明，自然发酵酸菜及人工发酵酸菜中均可检出乳酸、乙酸、酒石酸、苹果酸、醋酸、柠檬酸、琥珀酸等[7，14-15],其中，黄页传等[14]先检测了人工接种发酵及自然发酵酸菜，发现其中共含有7种有机酸，并检测了各有机酸的含量，发现除苹果酸、乙酸及柠檬酸之外，其他4种在人工发酵酸菜中检出值均高于自然发酵。之后，朱文娴等[15]使用相同方法检测出酒石酸、乳酸、乙酸、琥珀酸4种常见有机酸，并通过对比发现乙酸含量为人工接种发酵低于自然发酵酸菜，此外，在此研究中，维生素C即抗坏血酸也被检出。乙酸是有刺激性味道的一种有机酸，相反，乳酸、酒石酸及琥珀酸等都具有浓烈并柔和的酸味，且具有一定的新鲜感，以上研究结果可以说明人工接种发酵酸菜中各种有机酸含量的变化是使得其与自然发酵酸菜相比酸味柔和不刺激且具有浓郁的发酵清香的主要原因。

2.2氨基酸

酸菜中氨基酸主要来自新鲜蔬菜自身携带的蛋白质，含量一般为0.6%～0.9%[16]，在蔬菜发酵成为酸菜的过程中，蛋白质被微生物分解利用或被自身携带蛋白质水解酶水解产生氨基酸。氨基酸是酸菜鲜味的主要来源，酸菜中氨基酸含量越高种类越丰富其鲜味越浓，且每种氨基酸具有不同的呈味特点[17]。目前，在蔬菜腌制品中发现的氨基酸种类已确定达30多种[16]，近年来，科学研究者对两种发酵方式的酸菜中氨基酸种类及含量做了许多相关研究。黄业传、朱文娴及杜书等[14-15，18]先后在自然发酵酸菜中发现17种游离氨基酸，其中7种人体必需氨基酸，但是酪氨酸、脯氨酸及半胱氨酸在人工接种产品中未被找到。这17种游离氨基酸在自然发酵酸菜中含量大部分高于人工接种发酵，使得自然发酵酸菜中总游离氨基酸含量较高于人工接种发酵，产生这个现象的原因是自然发酵过程中种类丰富的微生物产生了较多的代谢物质。这些研究表明，两种发酵方式生产的酸菜中17种氨基酸含量变化无明显区别，其中含量最高的为苏氨酸，呈味特征为甜鲜，其次为同样呈甜鲜味的谷氨酸、丝氨酸及丙氨酸，其余呈苦味及其他味道的氨基酸含量均较低，这些氨基酸使得发酵酸菜味道鲜美、营养丰富，并且可以促进食欲。此外，有研究表明，在酸菜发酵过程中，由于微生物生长利用，氨基酸含量逐渐下降，到后期保存贮藏过程中由于温度抑制微生物生长又呈现先下降后上升的趋势[19]。

2.3挥发性物质

挥发性风味物质是构成酸菜诱人气味的关键因素，多种挥发性风味物质的综合作用使得酸菜具有独特并复杂的风味及鲜酸香气，这些产生香气的物质挥发性较强，可以采用蒸馏、萃取、超临界流体萃取及顶空瓶气体捕集等方法收集提取，后可利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)法分离及鉴定[20]。研究人员对发酵蔬菜的挥发性呈味物质研究很多，KIM[21]研究了Dongchimi中主要风味物质，HA[22]从Kimchi中检测出26种挥发性风味成分，ZHAO等[23]研究了新鲜雪里蕻及其腌制品，发现了异硫氰酸稀丙酯(AITC)等成分。

国内学者对酸菜中挥发性风味物质作了详细研究，结果表明，酸菜中挥发性风味物质主要为一些含硫化合物，王娟娟等[7]通过HS-SPME 技术与 GC-MS技术联用得到鉴定结果，发现酸菜中含有酯类、醛类、酮类、醇类等，同时确定了乙缩醛、异硫氢酸酯、戊醇等成分的存在，并且发现人工接种发酵酸菜中挥发性成分少于自然发酵，韩国玲等[6]的研究也证明了这一结果，在其试验中，经过同方法检测得到了两种发酵方式3个样品中100多种挥发性化合物，但由于分析手段等受限，只分析出十几种物质，其中大部分为含硫化合物。挥发性风味物质决定了嗅觉可以感知的酸菜的风味，决定酸菜的品质。随着发酵过程的进行，挥发性风味物质组成也发生着一定程度的变化，且在自然发酵与人工接种发酵过程中的变化存在差别。总体上，经过发酵反应，自然发酵酸菜及其他自然发酵蔬菜的香气组成比人工接种发酵酸菜的更复杂[15,24-25]，这也是传统的自然发酵酸菜风味品质略高于人工接种发酵酸菜的原因之一，在以后的人工发酵技术中可以通过研究多菌系发酵剂接种法来减小这个差距。

3有害成份

3.1亚硝酸盐

由于蔬菜是一种富集硝酸盐的植物性食品[26]，在酸菜的自然发酵过程中，由于微生物的作用，硝酸盐转化为亚硝酸盐，使得酸菜中亚硝酸盐产生量较高[27]。亚硝酸盐主要通过两种方式对人体造成危害：(1)由于胃中氨类物质的存在，发酵酸菜在进入人体后，所含亚硝酸盐进一步被转化为具有强致癌性的亚硝酸胺[28]。(2)过量的亚硝酸盐导致人体出现缺氧、血脂下降及心跳超速等症状，严重的会出现舌尖、指甲青紫，头痛乏力，恶心呕吐及腹痛腹泻等中毒症状[29-30]。超标的亚硝酸盐对人体造成伤害，是每年我国出现酸菜中毒的主要原因，也一直是许多国家的食品安全焦点问题[31-35]。

目前，国内外对酸菜中亚硝酸盐含量问题已有报道，并有学者对其含量的控制及降低方法进行了研究。研究发现，当使用乳酸菌混合其他菌种发酵酸菜时，亚硝酸盐含量到达峰值的时间较短，为24 h，且峰值仅为0.30 mg/kg，发酵 8 d后，发酵趋于成熟，亚硝酸盐含量降为零[36]。以纯种乳酸菌发酵剂发酵的酸菜，亚硝酸盐含量在发酵5 d时才会达到峰值，且同时发酵成熟时间也较混合菌种发酵剂发酵时间长[37-38]，但是，通过改善发酵液成分同时控制发酵温度的方法，可以使亚硝酸盐含量及发酵成熟时间缩短至24 h及4 d[39]。不论是纯种乳酸菌还是混合菌种发酵，亚硝酸盐的含量到达峰值的时间均远小于自然发酵的8 d左右，且含量也远小于自然发酵，并且在发酵周期内均低于自然发酵。

我国发酵蔬菜历史悠久，但传统发酵方法工艺简单，产品质量、发酵时间受环境因素影响大，使得产品中亚硝酸含量很高，容易引起食物中毒。目前研究出的纯种乳酸菌或乳酸菌混合其他菌种人工接种发酵工艺使得人工接种发酵酸菜中亚硝酸盐含量明显低于自然发酵。除此之外，采用以下方法也可以减少发酵酸菜中亚硝酸盐含量。这些方法包括：(1)在发酵过程中添加外源物质，如抗坏血酸及柠檬酸，发酵时可使亚硝酸盐峰较同条件自然发酵的酸菜提前至4 d，含量降低至3.81 mg/kg[40]。(2)食用时用水进行浸泡，换水4次、浸泡8h后可使亚硝酸盐含量降低至原来的10%[41]。(3)在发酵剂中引入可以降解亚硝酸盐的乳酸菌，包括戊糖乳杆菌B1、植物乳杆菌C1、D2，这种方法在盐质量浓度50 g/L、pH值5.5时，在发酵25 h后亚硝酸盐的降解率为92.3%，含量低至0.02 g/100mL[42]。

3.2其他

除了亚硝酸盐之外，运输过程中的污染以及酸菜的腐败也会带来很多危害。在酸菜的运输过程中，由于机械操作不规范等原因，会引起外包装袋的破损，外界物质可进入产品中引起污染。酸菜的腐败主要是由杂菌入侵引起，在自然发酵过程中，由于蔬菜自身携带微生物种类较多，易引发微生物污染，而人工接种产品主要为人工操作不当引起的，酸菜产品的腐败主要表现为产膜、异味、菜质软烂以及包装胀气等，这些变化使酸菜失去商品价值，造成大量资源损失。

研究表明，酸菜发酵过程中添加的少量比例的NaCl可以抑制大部分杂菌生长，此时引起自然发酵酸菜变质的微生物主要为大肠杆菌、假单胞菌等细菌[43]。在工业成产过程中，还可以添加白酒或者食盐等物质抑制杂菌的生长，同时也有研究表明[44]，有机酸除了可以决定酸菜口感及品质外，还可以作为原始添加剂被适量加入发酵液中通过改变发酵液pH值抑制杂菌生长，改善发酵酸菜因微生物污染引起的腐烂、酸败等问题，间接提高发酵酸菜品质，避免了蔬菜资源的损失及浪费。目前，已有学者研究出一种安全、无毒的新型防腐剂，对大部分微生物均有较好的抑制作用，在酸菜保鲜防腐方面有较高应用价值的Nisin，姜绍通等[45]研制出复合防腐剂(Nisin 质量浓度为0.4 g/L，脱氢醋酸钠质量浓度为0.3 g/L，尼泊金复合酯钠质量浓度为0.2 g/L)，在这种防腐剂作用下，酸菜中致腐菌的抑制率都达到了96% 以上。

4感官品质

食品感官品质是可以由人体味觉、嗅觉及视觉等感知的食品的质量体现，可以由食品感官评价人员测定[46]。酸菜的感官品质包括色泽、滋味、硬度、脆度及咀嚼性等。发酵酸菜的色泽是影响消费者选择的首要因素，在发酵过程中，蔬菜由于受到机械损伤或杂菌污染引起的酶促褐变及腐败变色是影响发酵酸菜色泽的重要因素[47]。在科学研究中，感官评价人员对两种不同接种方式下的发酵酸菜的感官评分不尽相同，但是差异较小，总体上两种发酵方式下发酵中的酸菜色泽无明显差异，发酵结束后人工接种发酵酸菜的色泽稍优于自然发酵酸菜[6，48]，生产中可以通过超高压处理、外源施用抗褐变物质及抗杂菌污染等方式提高酸菜的颜色品质[49-50]。在对于自然发酵及人工接种发酵酸菜的滋味研究中，研究人员均发现人工接种发酵酸菜与自然发酵酸菜的酸味都有柔和、浓厚且正宗特点，有明显鲜味，无异味，但是对于人工接种发酵酸菜的评分均稍高于自然发酵酸菜，发现自然发酵酸菜滋味更优。有研究表明自然发酵及人工接种发酵两种发酵方式下发酵的酸菜的硬度、脆度及咀嚼性随着发酵时间的推移均呈现先下降后持平趋势，且根据感官评价结果可知，同一发酵时间下，对于以上3个指标，人工发酵酸菜的评分均略高于自然发酵酸菜[25，48，51-52]。

5展望

随着人民生活水平的提高，新鲜蔬菜容易获得，消费者对发酵酸菜的需求点由弥补新鲜蔬菜摄入不足转变为口味的满足，并且随着食品安全意识逐渐深入人心，消费者对于酸菜的安全性及营养价值要求越来越高。目前，东北酸菜生产上还存在很多问题，如生产企业规模小、技术落后、产品结构不合理及品牌竞争力弱、高端产品少等。目前，国内生产企业主要是从自然发酵酸菜中分离优势乳酸菌，制取发酵剂，在未来的生产中，企业应该更多引进高新技术、研究更适合的发酵剂，在保存自然发酵酸菜中更多挥发性风味物质的同时提高酸菜营养价值。目前，发酵酸菜的原材料主要来源于市场商贩及农民种植，在以后的原料选择上，生产者应该严格控制原料来源及品质，可以建立自己的原料种植基地来改善酸菜质量品质。在产品的贮藏方面，可以研究如气调包装、天然防腐剂等更多保藏方法来代替目前的添加人工防腐剂的方法。目前，市场上出售的酸菜常见的为切成丝的小袋包装，未来，生产企业可以增强品牌意识、发展品牌战略，将酸菜进行深入加工，研发更多新产品，并可以搭配其他营养食品，为居民提供合理健康的饮食，满足消费者越来越高的要求，推动东北酸菜产业的发展。

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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

基金项目：国家科技支撑计划项目(2012BAD38B05)

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

第一作者：硕士研究生(胡文忠教授为通讯作者,E-mail：hwz@dlnu.edu.cn)。