榨菜盐水循环腌制榨菜研究

付博飞，陈传勇，代丽君，詹文瑶，刘 玲，李昌满

（长江师范学院现代农业与生物工程学院，重庆 408100）

0 引言

重庆市涪陵榨菜起源于涪陵，是涪陵的一张名片，也是重庆市和中国的一大品牌。自1898 年诞生以来，从推向市场，走向世界，经过百余年的发展，与来自德国的酸甜甘兰和法国的酸黄瓜一起成为了世界著名的三大名酱腌菜。同时，涪陵榨菜也和涪陵烟草一样成为了重庆涪陵农村支柱产业与农民收入的重要来源。重庆市发展涪陵榨菜产业有得天独厚的资源优势和较好的产业基础，又面临良好的发展机遇。搞好涪陵榨菜产业规划，加强宏观指导，实施项目推动，引导涪陵榨菜产业健康持续地发展，对推进重庆市农业结构调整、发展三峡库区经济、促进农民增收致富起到十分重要的作用，对实现重庆市全面建设小康社会的目标具有积极意义[1]。来源于榨菜生产过程中的腌制、淘洗、脱盐、脱水和杀菌冷却[2]所产生的大量生产废水，却严重影响了生态环境[3]。就涪陵榨菜工业废水现状，废水治理的重要性和必要性，应采取有效措施。但是榨菜加工中所产生的大量废水，水质成分杂、污染物浓度高、难降解是污染防治和环保监管重点和难点[4]。

据研究，榨菜有机废水具有成分复杂、盐度高、有机物浓度高、毒性大等特点，尤其是有机污染物含量高和盐度高，COD 高达10 g/L 甚至更高，含盐量通常在5%以上，甚至达到20%[5]。虽然，目前常将二三次腌制盐水浓缩制作酱油销售，但是榨菜酱油市场接受度低，涪陵以外的地区普遍认可度低，其色香味等品质也不及人工发酵酱油，因此生产销售榨菜酱油的量不大，不能解决盐水问题。根据重庆大学相关团队的研究，采用嗜盐菌处理技术可以降低高盐污水对环境的污染[6]，但是嗜盐菌容易造成二次污染，甚至导致人体中毒，因此并没有真正采用。

沈阳建筑大学的屈姗姗[7]在“含盐废水处理研究现状”一文中介绍到生物处理是目前高盐榨菜废水处理最常用的方法，具有经济、高效等特点，故被广泛应用，但当水中的盐度过高时，生物处理系统随着盐度的增加而受到越来越严重的影响。物理化学工艺不仅能去除榨菜废水中的盐度，同时也能去除部分有机物，提高榨菜废水的可生化性。目前，高盐榨菜废水主要的物理化学处理工艺包括高级氧化法、焚烧法、反渗透法、电化学法、离子交换法[8]等。但榨菜废水具有含盐量高、有机负荷大、N、P元素严重超标、污染范围广且分布较分散等特点，仅依靠生物法或物化法都难以使得榨菜废水达标排放，盐水循环与生物法结合将成为今后发展的主要方法和研究方向。在生物法中，Sohair I Abou-Elela等人[9]从蔬菜加工厂含盐质量分数7.2%的废水中筛选分离出木糖葡萄糖菌，并对其进行培养和驯化，通过含盐质量分数0.5%～0.3%的模拟废水，考查了活性污泥和接种了木糖葡萄糖菌耐盐微生物的活性污泥性能。结果表明，当含盐质量低于1%时，2 种污泥的COD 去除率基本相同（80%～90%），但当含盐质量分数提高到2%时，接种了木糖葡萄糖耐盐微生物活性污泥COD 去除率为91%；而没有接种的活性污泥COD 去除率只有74%。目前这类高盐处理技术中依然存在许多技术难题[10]。

以上很多技术才刚刚起步，很多技术难题并未得到切实解决，其所提出的工艺流程相对复杂，成本相对较高，应用到大批量处理废盐水是不切实际的。而将废盐水制成榨菜酱油，虽然可以大批量处理废盐水，但是对榨菜酱油的接受度相对较高的地方只有涪陵、丰都等地，故也不能大批量处理废盐水。

虽然地方政府和企业投入了大量资金整治榨菜盐水，但由于技术不成熟、处理量小和耗资大等原因，导致投资大，而处理效果不佳，应用不足。多年来，榨菜盐水治理是涪陵区政府重大招标攻关项目。

基于以上原因，将传统干盐腌制发酵榨菜所产生的高盐污水（3 次腌制盐水） 进行处理，调制成含盐量为80%，90%，100%这3 个质量分数的盐水用于榨菜腌制，代替传统的干盐腌制，以达到榨菜腌制盐水资源化再利用的目的。此课题将高盐废水腌制的榨菜与传统盐腌制的榨菜中的各种氨基酸含量、盐分、水分和pH 值进行分析，比对2 种工艺对品质的影响，为利用高盐废水腌制榨菜提供技术支撑。一是达到减少榨菜腌制盐水环境污染问题，二是充分利用榨菜腌制盐水中的营养物质，三是改革榨菜腌制工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜榨菜、榨菜腌制用盐，重庆市涪陵榨菜集团股份有限公司提供；榨菜三腌废水，重庆市涪陵榨菜集团股份有限公司提供。

不同pH 值和离子强度的洗脱用缓冲溶液、茚三酮溶液、亚铁氰化钾、乙酸锌、饱和硼砂、硝酸银、铬酸钾、海砂。

1.2 主要仪器和设备

L-8800 型全自动氨基酸分析仪，日本日立公司产品；烘箱、电子天平、pH 计等。

1.3 课题研究内容与试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作方法

（1） 用经过处理的三腌高盐废水腌制菜头。先测定验收合格的，并且用纱布过滤之后的第3 次腌制盐水的盐浓度，再向盐水中加入干盐至干盐不溶状态，记录加入干盐质量，此时盐水饱和，规定含盐量为100%，测定其盐浓度。加入干盐质量值分别乘以80%，90%，得到80%，90%这2 个不同饱和度的盐水，分别用80%，90%，100%这3 个的盐水腌制切分好的新鲜青菜头，每个浓度腌制3 个样，用保鲜膜及塑料薄膜密封避光腌制。分别在第5 天、第15 天、第35 天、第65 天对腌制菜头已经盐水分别进行取样，将腌制的菜头用研钵研成浆状物，在-20 ℃进行冷冻保存，统一在取样结束后进行检测。

（2） 用传统干盐腌制工艺腌制菜头。采用传统干盐腌制的方法腌制，分3 次腌制，第1 次腌制加入榨菜重量的6%的盐进行腌制、第2 次加入8%进行腌制、第3 次加入15%进行腌制。

1.3.3 测定方法

（1） 高盐废水腌制与传统腌制18 种氨基酸变化规律比对。采用全自动氨基酸分析仪测定法[11]，略有改动：将榨菜放在研钵中磨碎。准确称取试样10 g。加入少量5 mL 饱和硼砂溶液、5 mL 亚铁氰化钾溶液、5 mL 乙酸锌溶液溶解样品，并转移至容量瓶（50 mL） 中，然后用蒸馏水定容至刻度，摇匀，过滤。将稀释后的样品用0.2 μm 滤膜过滤，吸取过滤后的样液40 μL 和960 μL的超纯水于进样瓶中混匀上机检测。

式中：X——试样中氨基酸的含量，g/100 g；

mi——试样测定液中氨基酸含量，ng/mL；

F——稀释倍数；

V——试样水解液转移定容的体积，mL；

m——称样量，g；

109——将试样含量由ng 折算成g 的系数；

100——换算系数。

（2） 高盐废水腌制与传统腌制pH 值变化规律比对。采用pH 计直接测定[12]：取一定量能够浸没或埋置电极的试样，将电极插入试样中，将pH 计的温度补偿系统调至试样温度。若pH 计不带温度补偿系统，应保证待测试样的温度在20±2 ℃范围内。采用适合于所用pH 计的步骤进行测定，读数显示稳定以后，直接读数，准确至0.01。

（3） 高盐废水腌制与传统腌制盐分变化规律比对。采用硝酸银滴定法[13]：经植物粉碎机粉碎后的榨菜粉碎匀浆，放到100 mL 的容量瓶中，定容、振荡、过滤、弃去初滤液，取25 mL 处理得到的菜头样液于250 mL 锥形瓶中。用硝酸银标准滴定溶液滴定至橙色，30 s 内不褪色为达到滴定终点，记录消耗硝酸银标准滴定溶液的体积，同时做空白试验。

试样中盐含量按公式（2） 计算：

式中：X——试样中氯离子含量，g/100 g；

V1——硝酸银标准滴定溶液的用量，mL；

V0——空白食盐硝酸银标准滴定溶液用量，mL；

C——硝酸银标准滴定溶液的浓度，mol/L；

35.453 ——氯离子的摩尔质量，g/mol；

f——试样液稀释倍数；

m——试样质量，g；

100，1 000——单位换算系数。

计算结果表示到小数点后2 位。

（4） 高盐废水腌制与传统腌制水分变化规律比对。采用直接干燥法[14]：称取10 g 左右经过植物粉碎机粉碎的菜头试样，置于恒质量处理之后的称量瓶中，在101～105 ℃干燥箱中干燥4 h，盖好盖子取出，放置在干燥器中冷却后称量。重复干燥，直到恒质量。

式中：X——试样中水分的含量，g/100 g；

m1——称量瓶（加海砂、玻棒） 和试样的质量，g；

m2——称量瓶（加海砂、玻棒） 和试样干燥后的质量，g；

m3——称量瓶（加海砂、玻棒） 的质量，g；

100——单位换算系数。

2 结果与分析

2.1 高盐废水腌制与传统腌制18 种氨基酸变化规律比对

榨菜中17 种氨基酸的含量见表1。

表1 榨菜中17 种氨基酸的含量/ mg·（100 g）-1

由表1 可知，苏氨酸、半胱氨酸、亮氨酸和脯氨酸在整个腌制过程中不会产生，组氨酸和精氨酸在整个腌制发酵的周期含量都很低，精氨酸在经过短期的干盐腌制发酵，会出现短暂上升，但最后会减少到机器无法检出。其中谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸等呈味氨基酸在整个腌制发酵过程中虽然呈下降趋势，但和其他氨基酸含量相比，其含量相对较高。

榨菜中必需氨基酸总量的变化情况见图1，榨菜中氨基酸总量的变化情况见图2。

图1 榨菜中必需氨基酸总量的变化情况

图2 榨菜中氨基酸总量的变化情况

由图1，图2 可知，在整个腌制发酵周期，榨菜的氨基酸总量和必需氨基酸总量都呈现出下降趋势，其中干盐腌制发酵的榨菜的氨基酸总量和必需氨基酸总量下降得最快，这是由于干盐腌制发酵的榨菜外部盐含量过高，脱水导致榨菜内部的游离氨基酸随水流失到外部环境中。对比最后一次取样可以发现，经过不同浓度盐水腌制发酵榨菜中必需氨基酸总量含量高低依次为80%榨菜、90%榨菜、100%榨菜，其原因是盐水中盐分含量不同，导致渗透压不同，进而导致榨菜脱水程度不同，因为游离氨基酸可以随水的流动而流动，导致含盐量为80%的盐水腌制发酵的榨菜必需氨基酸总量最高，含盐量为90%的盐水发酵的榨菜必需氨基酸总量次之，含盐量为100%的盐水发酵腌制的榨菜必需氨基酸总量最低。

盐水中17 种氨基酸的含量见表2。

由表2 可知，苏氨酸、脯氨酸2 种氨基酸在整个腌制发酵过程中都不会产生；组氨酸、精氨酸2种氨基酸在整个腌制发酵过程中会缓慢产生，但是整个过程含量不高；值得注意的是，刚开始发酵时，盐水中并没有酪氨酸的检出，在经过腌制发酵后检出了酪氨酸，并随着腌制发酵的持续进行，酪氨酸含量逐渐增加，对比腌制发酵的榨菜中酪氨酸发现，榨菜中所含的酪氨酸随着腌制发酵的进行逐渐减少，这也验证了测验设想，榨菜中所含的氨基酸随着腌制发酵的进行会流向盐水中，导致盐水中氨基酸含量的上升。同时，腌制盐水中呈味氨基酸总量呈现出上升趋势，对提高盐水的鲜味有帮助，因为此次榨菜盐水也是可以按照同样的方法进行再次重复利用，提高腌制发酵榨菜的鲜香味。

表2 盐水中17 种氨基酸的含量/ mg·（100 g）-1

盐水中必需氨基酸总量的变化情况见图3，盐水中氨基酸总量的变化情况见图4。

图3 盐水中必需氨基酸总量的变化情况

图4 盐水中氨基酸总量的变化情况

由图3、图4 可知，在整个腌制发酵周期，盐水的氨基酸总量和必需氨基酸总量都呈现出上升趋势，这与榨菜中氨基酸含量的变化趋势刚好相反，这说明榨菜中所含的游离氨基酸会随时腌制发酵的进行，向盐水中进行渗透。

2.2 高盐废水腌制与传统腌制盐分变化规律对比

2.2.1 榨菜中盐分变化规律对比

榨菜在腌制过程各时期榨菜的含盐量见表3，榨菜在腌制过程中榨菜的盐分含量变化见图5。

表3 榨菜在腌制过程各时期榨菜的含盐量/ %

图5 榨菜在腌制过程中榨菜的盐分含量变化

由图5 可知，采用干盐腌制发酵处理的榨菜，在整个发酵过程中，榨菜中的盐分含量都呈上升趋势。采用盐水腌制发酵的榨菜在整个腌制周期中的含盐量与采用干盐腌制发酵的榨菜相比，在前15 d采用盐水腌制发酵处理的榨菜的含盐量都比干盐腌制发酵的含盐量高；而在15 d 后，采用干盐腌制发酵处理的榨菜的含盐量高于采用盐水腌制发酵处理的榨菜，这是因为前15 d 采用干盐腌制发酵处理的榨菜中干盐用量只有榨菜质量的6%，采用盐水腌制发酵的榨菜中盐水含量被调制成含盐量分别为80%，90%，100%；而在15 d 后，采用干盐腌制的榨菜在第15 天、第40 天分别添加了占榨菜质量的8%和12%的干盐，所以导致了这一现象的出现。在整个腌制周期，采用盐水腌制发酵的榨菜没有更换盐水，而新鲜榨菜里含的盐分默认为0，所以在第5 天之后，采用盐水腌制发酵的榨菜的盐含量变化不明显。

2.2.2 盐水中盐分含量变化规律对比

榨菜在腌制过程各时期盐水的含盐量见表4，榨菜在腌制过程中盐水的盐分含量变化见图6。

表4 榨菜在腌制过程各时期盐水的含盐量/ %

图6 榨菜在腌制过程中盐水的盐分含量变化

由图6 可知，在整个腌制周期中，盐水中盐分含量都呈上升趋势，这是由于在整个周期内，盐水中的水在盛装腌制桶内不断地向空气中蒸发，导致盐水中的盐分被浓缩，盐分含量增高。这个水分蒸发的过程有很多好处，比如可以进一步抑制微生物的繁殖，防止桶内盐水生花，进而防止腌制发酵的榨菜腐烂变质；盐浓度的增加还可以进一步使腌制发酵的榨菜脱水，脱掉榨菜中的芥子苷，使榨菜呈现出更好的风味。

2.3 高盐废水腌制与传统腌制水分变化规律对比

榨菜在腌制过程各时期的水分含量见表5，榨菜在腌制过程各时期的水分含量变化见图7。

表5 中的0 d 表示新鲜榨菜的含水量。由图7 可知，盐水腌制发酵和干盐腌制发酵2 种不同的处理方法处理榨菜，在整个发酵过程中，榨菜中的水分含量都呈下降趋势。其中采用盐水腌制发酵的榨菜在整个腌制周期中的含盐量与采用干盐腌制发酵的榨菜相比，在前5 d 采用盐水腌制发酵处理的榨菜的含水量都比干盐腌制发酵的含水量低，且水分下降的速率更快；而在第5 天之后，采用干盐腌制发酵处理的榨菜的含水量的下降速率高于采用盐水腌制发酵处理的榨菜，且含水量变得更低；而在第15 天过后，采用盐水腌制发酵的榨菜含水量不再降低，甚至其含水量还略有升高。这是因为前5 d 采用干盐腌制发酵处理的榨菜中干盐用量只有榨菜质量的6%，采用盐水腌制发酵的榨菜中盐水含量分别被调制成含盐量分别为80%，90%，100%，所以在前5 d盐水腌制发酵处理水分含量比盐腌制发酵处理的榨菜降得更低，水分下降速率更快；采用干盐腌制的榨菜在第15 天、第40 天分别添加了占榨菜质量的8%和12%的干盐，所以导致了在第15 天后采用干盐腌制发酵处理的榨菜水分含量持续下降，水分下降速率也更快了。在整个腌制周期，采用盐水腌制发酵的榨菜没有更换盐水，所以在第5 天之后，采用盐水腌制发酵的榨菜的水分含量变化不明显。

表5 榨菜在腌制过程各时期的水分含量/ %

图7 榨菜在腌制过程各时期的水分含量变化

2.4 高盐废水腌制与传统腌制pH 值变化规律对比

2.4.1 榨菜中pH 值变化规律对比

榨菜在腌制过程各时期榨菜的pH 值见表6，榨菜在腌制过程中各时期榨菜的pH 值变化规律见图8。

在腌制之前测得新鲜榨菜的pH 值为6.48，而由表6 可知，榨菜无论是经过盐水腌制发酵处理还是干盐腌制发酵处理，其pH 值与新鲜榨菜的pH 值相比，短期腌制过程中都会出现急剧下降的情况，这是因为榨菜成熟过程中的有利发酵主要是乳酸发酵，伴随着少量的酒精发酵和极轻微的醋酸发酵[15]，乳酸发酵可以将榨菜中的碳水化合物分解为乳酸，使榨菜赋有特殊的风味，同时能抑制其他有害微生物生长繁殖。经过盐水腌制发酵后的榨菜在整个腌制发酵周期，其pH 值都在4～5 波动。而经过干盐腌制发酵的榨菜，其pH 值在经过急剧下降后也依然缓慢下降，但其数值也维持在4～5。

表6 榨菜在腌制过程各时期榨菜的pH 值

图8 榨菜在腌制过程中各时期榨菜的pH 值变化规律

2.4.2 盐水中pH 值变化规律对比

榨菜在腌制过程各时期盐水的pH 值见表7，榨菜在腌制过程中各时期盐水的pH 值变化规律见图9。

表7 榨菜在腌制过程各时期盐水的pH 值

图9 榨菜在腌制过程中各时期盐水的pH 值变化规律

由图9 可知，榨菜经过盐水腌制发酵后，含盐量为80%的盐水的pH 值在整个周期中呈上升趋势，在取样过程中发现，含盐量为80%的盐水的3 个平行发酵桶中有2 个桶轻微生花，随着时间的推移，在后续取样时发现这2 个桶生花也越来越严重，所以推测：其pH 值的上升可能与桶内环境的其他微生物的生长繁殖有关；而含盐量为90%，100%的盐水pH 值在整个过程中呈现出下降的趋势，在最后一次取样中其pH 值分别为4.63 和4.89，但在整个腌制过程中，腌制盐水的pH 值波动不是很大，都维持在4.5～5.0。

3 结论

对传统干盐腌制发酵榨菜产生的高盐废水（三腌废水） 中测出盐分含量，经过计算加入腌制榨菜用干盐，将其调制成含盐量为80%，90%，100%这3 种质量分数的盐水，用于榨菜腌制发酵，代替传统干盐腌制发酵，以达到榨菜腌制发酵产生的废水资源化再利用的目的。一是减少废盐水对环境的污染；二是充分利用废盐水中的营养物质（比如游离氨基酸）；三是改革榨菜腌制工艺。

结果表明，在经过含盐量为80%，90%，100%这3 种质量分数的盐水腌制发酵后，盐水腌制发酵榨菜中的含盐量会随着腌制发酵的进行而出现急剧上升，随后在一个范围内波动，但波动的幅度不大，其榨菜内的含盐量的多少根据盐水中含盐量的不同而不同，含盐量为100%的盐水腌制发酵的榨菜中盐分含量高于含盐量为90%的盐水腌制发酵的榨菜，含盐量为80%的盐水腌制发酵的榨菜中盐分含量最低。而对于干盐腌制发酵的榨菜，由于腌制的第15 天和第40 天分别添加了榨菜质量的8%和12%的干盐，最终导致干盐腌制发酵的榨菜盐分含量最高。盐水中的含盐量持续上升是因为在腌制过程中，盐水中的水在盛装腌制桶内不断向空气蒸发，导致盐水中的盐分被浓缩，盐分含量增加。

盐水腌制发酵榨菜中的水分含量会随着腌制发酵的进行而出现急剧下降，随后在一个范围内波动，但波动的幅度不大，其榨菜内的水分含量的多少根据盐水中含盐量的不同而不同，含盐量为100%的盐水发酵的榨菜水分含量高于含盐量为90%的盐水发酵的榨菜，含盐量为80%的盐水腌制发酵的榨菜中水分含量最低。而对于干盐腌制发酵的榨菜，由于腌制的第5 天和第40 天分别添加了榨菜质量的8%和12%的干盐，最终导致干盐腌制发酵的榨菜脱水最多，水分含量最低。

榨菜中的pH 值，由于在腌制发酵的过程中有乳酸的产生，导致pH 值在腌制初期出现急剧下降的情况，但在后面的腌制时期，pH 值在一定范围内波动，且变化不大；盐水的pH 值在整个腌制周期变化都不大，都维持在4.5～5.0[16]。但是在整个发酵过程中，含盐量为80%的盐水的pH 值在整个周期中呈上升趋势，在取样过程中发现，含盐量为80%盐水的3 个平行发酵桶中有2 个桶轻微生花，随着时间的推移，在后续取样时发现这2 个桶生花也越来越严重，所以推测：其pH 值的上升可能与桶内环境的其他微生物的生长繁殖有关。

在整个腌制发酵的过程，盐水腌制发酵和干盐腌制发酵榨菜中的游离氨基酸含量呈现出下降趋势，盐水中的游离氨基酸呈现出上升趋势，且干盐腌制发酵的榨菜中游离氨基酸最终的含量低于盐水腌制发酵的榨菜。据此推测，榨菜中的游离氨基酸含量下降是由于在腌制过程中榨菜脱水带走了部分游离氨基酸到榨菜外，而干盐腌制发酵的榨菜由于腌制时盐分含量比盐水腌制发酵的盐分含量高，所以最终干盐腌制发酵榨菜中的游离氨基酸含量最低。盐水中的氨基酸含量在随着腌制发酵的进行而逐步上升，对提高盐水的鲜味有帮助，因为此次的榨菜高盐废水也可以按照同样的发法进行再次重复利用，提高腌制发酵摘菜的鲜香味。通过对数据的分析还发现，在整个发酵过程中呈味氨基酸的含量和其他游离氨基酸相比较，呈味氨基酸的含量不是很低，这也说明了为什么腌制发酵的榨菜拥有更加浓厚的鲜香味。

综上所述，采用盐水腌制发酵榨菜来代替干盐腌制发酵的榨菜完全可行，其中一些指标甚至更优于传统干盐腌制发酵，如氨基酸的含量，不管是必需氨基酸含量还是总氨基酸含量，到最后成熟时，盐水腌制发酵的含量高于传统干盐腌制发酵的含量。对于含盐量，在保证榨菜不坏的情况下，盐水腌制发酵的榨菜低于干盐腌制发酵的榨菜，这为后续的脱盐工作减轻了压力。但对于盐水腌制发酵中含盐量的最优浓度，此次研究还不能得到结果，需要在后续的研究中继续探索出最优浓度。