发酵芥菜工艺及品质变化研究进展

李文青，卿 泉，唐清苗，任佑华，2，3，罗凤莲，2，3*

（1.湖南农业大学 食品科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.国家蔬菜加工技术研发分中心，湖南 长沙 410128；3.食品科学与生物技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128）

芥菜（Brassica juncea）是十字花科芸苔属一年生草本植物，芥菜可以分为叶用芥菜，茎用芥菜和根用芥菜[1]等。榨菜是以茎用芥菜为原料加工而成的[2-3]，茎用芥菜主要栽培地区为浙江、重庆、四川、湖南等。“酱疙瘩”、“大头菜”等都是根用芥菜的名特加工产品[4]。大叶芥菜的营养价值很高，刘独臣等[5]研究了四川叶用芥菜的主要营养成分，叶用芥菜的蛋白质平均含量1.47%，总氨基酸平均含量10.02 mg/g，可溶性总糖平均含量2.57%，粗纤维平均含量0.66%，维生素C平均含量45.47 mg/100 g。由于大叶芥菜腌制后有一种特殊鲜味和香味，能促进胃、肠消化功能，增进食欲，帮助消化，因此大叶芥菜除了少部分用作鲜食以外，大部分都是进行腌制加工成酸菜、泡菜、騰菜和干菜等的重要原料[6]，既便于贮藏、运输，能有效调节芥菜生产淡旺季节。

由于芥菜腌制后有一种特殊鲜味和香味，能促进胃、肠消化功能，增进食欲，帮助消化，芥菜自身含有芥子苷属硫代葡萄糖苷，经过酸或酶的水解作用能生成挥发性芥子油、葡萄糖和硫酸氢钾，具有浓郁的辛辣味并伴随微苦[7-8]，以其独特的鲜香脆爽风味促进食欲，目前，关于芥菜腌制技术的研究主要集中在降低发酵芥菜中的食盐含量[9]和亚硝酸盐含量[10]、发酵芥菜的工艺优化[11]、香气成分分析[12]和微生物传统的分离培养[13]等方面，以此得到高品质和高安全性的发酵芥菜。由于我国发酵芥菜的工艺较复杂，以及因企业需维持大批量生产而加入的高盐，导致的发酵芥菜品质参差不齐。本文论述了发酵芥菜的制作方法、发酵机理和发酵过程中品质变化，并展望了发酵芥菜的发展趋势，为发酵芥菜的品质和安全性的提升提供了一定的依据。

1 芥菜腌制工艺及原理

传统腌制芥菜的制作方法较简单：首先将新鲜芥菜进行切分，以晒干或者晾干的方式脱水，加入一定比例的食盐和其他香辛料混匀，放入坛中进行腌制，在食盐和微生物的作用下使芥菜发酵成熟。但不同的地区因原材料和制作过程以及食盐用量等差异，导致产品的味道、质量和存放周期的不同。常见的发酵芥菜有宜宾芽菜[14]、襄阳大头菜[15]、四川冬菜[16]、涪陵榨菜[17]、绍兴梅干菜[18]和湖南传统发酵芥菜[12]，其主要微生物及制作工艺见表1。

表1 发酵芥菜的主要微生物和制作方法Table 1 Main microorganisms and production methods of fermented mustard

2 芥菜腌制原理

2.1 食盐的作用

盐渍的主要原理是利用溶液的渗透性质，渗透压会使溶剂从浓度低的溶液向浓度高的溶液扩散，直至两种溶液的浓度均匀为止[18]。芥菜在盐渍过程中往往要加入大量的食盐，使得芥菜细胞外的溶液浓度非常的高，而芥菜的细胞膜具有半渗透膜的作用，芥菜细胞发生质壁分离，芥菜组织内部的可溶性物质会外渗，与此同时食盐也会透入芥菜细胞中使得芥菜有咸味。

食盐还具有一定的防腐作用，盐渍芥菜中高浓度的食盐能够抑制一些有害微生物的活动，甚至杀死微生物，并且食盐溶液中的Na+、K+、Ca2+、Mg2+和Cl-等离子在浓度较高时会对微生物产生毒害作用[19]；其次芥菜细胞在高浓度的食盐作用下，细胞脱水甚至破裂死亡，芥菜细胞的生命活动、代谢活动停止，使得芥菜能长时间的保存；食盐溶液能够对酶活力产生影响，使得酶的活性降低，比如对氧化酶作用[20]，这从某种程度上也延长了芥菜的保质期；食盐溶液能够降低水分活度，微生物可以利用的自由水减少，达到防腐的目的[21]。

2.2 微生物的作用

芥菜表面附着无数微生物，芥菜盐渍过程中，由于食盐的加入使得芥菜细胞破裂，细胞中的营养物质流出，天然的微生物便利用这些营养源而进行生长繁殖活动。主要的有利微生物发酵是乳酸发酵、酒精发酵和醋酸发酵[21]。

乳酸发酵是乳酸菌利用芥菜中的糖类为底物，发酵产酸。在发酵前期以乳酸球菌为主要优势菌；发酵后期主要以乳酸杆菌来完成发酵[22]。发酵的初期以异型乳酸发酵为主的乳酸菌为主导菌发酵，产生大量的二氧化碳使环境处于厌氧状态，同时产生少量的乳酸使得环境的pH下降，这类乳酸菌一般不耐酸[21]，所以在发酵初期pH下降的同时这类乳酸菌的活动会渐渐变缓。进入发酵中期以后，以同型乳酸发酵为主的耐酸乳酸菌开始活跃起来，这段时期同型乳酸发酵的乳酸菌会快速的产酸使得乳酸含量猛增，抑制不耐酸的杂菌活动[21]。到了发酵后期，由于乳酸菌的不断产酸导致乳酸含量增加到抑制乳酸菌自身的生长，发酵便会慢慢减弱直至停止，盐渍芥菜的风味形成主要集中在发酵后期。

3 芥菜腌制过程中的品质变化

3.1 芥菜腌制过程中微生物的变化

泡菜发酵后可形成有益健康的植物益生菌使其有抗氧化衰老、促进免疫健康等功能[23]。

芥菜腌制的方法一般为自然发酵，利用的微生物主要为芥菜叶片表面附着的微生物，主要种类有乳酸球菌、乳酸杆菌、肠膜明串珠菌、酵母菌等有益微生物。如果研制过程不当，则芥菜极易污染腐败菌。发酵前期，肠膜明串珠菌起启动发酵的作用，肠膜明串珠菌的快速生长一方面能降低环境的pH值，抑制其他有害微生物的生长和软化芥菜的酶活性，另一方面制造了厌氧的环境；乳酸片球菌也在发酵前期大量繁殖，随着环境的pH值的降低，慢慢受到抑制；发酵中期，酵母菌和肠膜明串珠菌消失，除了乳酸片球菌，产酸的乳杆菌开始活跃；到了发酵后期，球菌消失，产酸的乳杆菌成为主导菌相，最终乳酸的大量累积造成乳酸菌的反馈抑制导致发酵结束[24]。

3.2 芥菜腌制过程中亚硝酸盐的变化

芥菜经过发酵加工，其中累积的硝酸盐会被大量还原为亚硝酸盐[25-26]。过量摄入亚硝酸盐会引起人体肠胃的不适，导致人体血液缺氧中毒反应，甚至会诱发人体消化系统的癌变[27]。张雁等[28]研究了4 种品种芥菜发酵过程中亚硝酸盐的变化规律，结果表明，发酵过程中不同品种芥菜中的亚硝酸盐变化趋势一致，但品种间亚硝酸盐含量呈现差异，发酵芥菜成品中亚硝酸盐均低于1 mg/kg，其中包心芥菜最低。MUNDT J O等[29]研究发现，新鲜蔬菜上乳酸菌的数量较少，在发酵初期仍处于增殖阶段，酸性环境尚未形成，因此各种有害菌迅速繁殖，引起亚硝酸盐含量上升。随着发酵的进行，乳酸菌代谢形成的酸性环境会抑制杂菌的生长[30]，亚硝酸盐的生成减少，但亚硝酸盐的分解仍在。董硕等[31]以食盐为变量，研究食盐对乳酸菌降解亚硝酸盐的影响，也间接论证了以上两点原因。该学者的文章中提到：氯化钠含量＞5%对乳酸菌降解亚硝酸盐有阻碍作用，且乳酸菌降解亚硝酸盐的量与食盐含量有极显著的负相关关系。任文彬等[32]研究表明，腌制盐浓度3%，腌制糖浓度6%，CaCl2添加量0.15%，腌制时间24 h，干燥温度60 ℃，干燥时间6 h。在此工艺条件下腌制的即食芥菜亚硝酸盐含量远低于国家标准，干燥后保持了良好的芥菜特性。综上，亚硝酸盐的含量和腌制过程中的pH值、食盐含量、原材料、发酵温度和时间等因素息息相关。

3.3 芥菜腌制过程中风味物质的变化

盐渍芥菜中的主要风味物质来源于挥发性的香气物质、呈味氨基酸和有机酸，主要包括酯类、酸类、醇类、醛类、烷烃类、腈类及含氮类化合物化合物。酯类物质所占比例最高，其次是酸类。随着腌制时间的延长，酯类、酸类、醇类、烷烃类及含氮类组分的种类逐渐增加，醛类组分种类逐渐减少；酯类和醛类组分含量逐渐降低，酸类与醇类组分逐渐增加，含氮组分先增后减。挥发性风味成分的种类随时间整体呈上升的趋势[33]。袁方等[34]的研究结果表明，榨菜和腌菜样品的香气、综合口感的分值和榨菜的脂类、腌菜的酸味呈上升状态，但上升的趋势逐渐变弱；样品的苦味、脆度、硬度、水分和色泽的评定分值呈递减状态，递减的速度逐渐减慢。巢雨舟等[35]利用气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）对腌渍芥菜、自然二次发酵和人工接种二次发酵芥菜的挥发性成分进行了分析，挥发性物质种类在经人工接种二次发酵后略有增加，并且总含量最高。徐俐等[36]从8个品种高盐腌制芥菜的风味成分中共检测出32种组分，主要挥发性风味成分为硫甙降解产物、醇类及杂环类物质，其中硫甙降解产物中异硫氰酸烯丙酯的相对含量最高，是芥菜的主要风味物质。ZHAO D Y等[37]采用HS-SPME和GC-MS联用方法对雪里蕻芥菜腌制过程中的挥发性成分分析，并对挥发性成分的类别进行聚类分析，结果表明，芥子苷的酶促降解物是挥发性物质的主要成分，新鲜雪里蕻及其腌菜中的芥子苷通过糖苷配基进行酶促降解。腌制芥菜中的风味物质有烯丙基、苯乙基作为取代基的一系列化合物质。LIU M C等[38]研究了榨菜的风味成分，异硫氰酸酯含量占总相对含量的78.87%，其次是硫化物含量总相对含量的14.48%，异硫氰酸烯丙酯、二甲基三硫、异硫氰酸苄酯、棕榈酸乙酯和亚麻酸乙酯是腌制榨菜辛辣味的主要来源。

在芥菜风味形成机理的研究当中，主要是针对新鲜芥菜、新鲜榨菜、发酵榨菜的相关研究。王绍明[39]认为芥菜独特的辣味来源于其组织中所含硫代葡萄糖苷及其他物质，硫代葡萄糖甙水解后产生烯丙基异硫氰酸盐和羟苄基异硫氰酸盐。余纪柱等[40]认为适量的硫代葡萄糖苷是榨菜独特风味的主要来源，榨菜中蛋白质在微生物和酶（如曲霉）作用下的水解产物氨基酸也是其风味的重要来源。王中凤等[41]认为榨菜的风味与原料质量、脱水方式、腌制温度、时间、盐浓度、微生物种类、数量等都有密切关系，榨菜风味形成应该是微生物和榨菜自身生化作用共同的结果。李学贵[42]认为，榨菜腌制主要是利用食盐的高渗透压作用、微生物的发酵作用、蛋白质的分解以及其他一系列的生物化学作用，并辅以特殊的脱水加工工艺腌制制成的。刘璞等[43]研究了榨菜在腌制加工及后熟过程中，通过自身内源芥子苷酶和乳酸菌等微生物的作用会产生各种风味物质，赋予榨菜特有的风味和营养。刘明春等[44]研究了榨菜加工过程中挥发性风味物质的形成及变化研究，芥子苷在内源芥子苷酶作用下的水解和乳酸菌等微生物的发酵作用是榨菜腌制加工过程中挥发性风味的成分形成的主要原因。

4 展望

发酵芥菜具有独特的风味和口感，但芥菜在加工过程中存在以下问题，第一，由于芥菜在盐渍时因考虑到需要长期保存，所以不可避免的需要加入大量的食盐，高盐的环境虽然抑制了有害微生物生长，使得芥菜的品质能较好的保留，但同时也使芥菜发酵不充分，总酸含量只有0.3%～0.6%，处于一种半成熟的状态，而盐渍芥菜风味物质的形成主要集中在发酵后期，是的总体品质不佳，同时高盐会导致一系列健康问题；第二，盐渍芥菜在漂洗脱盐的过程中风味物质也随着损失了一部分，导致最终产品的风味下降；第三，盐渍芥菜加工产生的副产物没有得到很好的利用，造成了环境污染和资源浪费；第四，对于腌制芥菜发酵过程中挥发性成分的形成机理和变化趋势没有系统性的研究。

4.1 干芥菜的发酵

干芥菜作为原料没有季节性限制，在制作过程中将新鲜芥菜晒干脱水即可，原料便于贮存，可以实现常年生产。传统方法腌制的芥菜食盐含量较高，摄入过多的钠盐会对人体的肾脏造成永久性的损伤，但减少食盐的用量会导致污染腐败菌，造成品质下降。而干芥菜由于水分含量低，在发酵过程中可以降低食盐用量，不会对环境造成污染。因此，研究如何提高腌制干芥菜的品质成为了一种发展趋势。

4.2 芥菜的接种发酵

接种发酵是人为地将标准菌种接种在蔬菜中进行发酵的过程，近年来利用乳酸菌制剂发酵蔬菜成为酱腌菜行业研究的热点之一，接种乳酸菌不仅可以减少盐渍芥菜中的食盐添加量，还能抑制有害菌种的生长繁殖，提高产品品质。周佳等[45]研究结果表明，乳酸菌接种量3%、植物乳杆菌与鼠李糖乳杆菌的最佳配比为1∶1。该条件下得到的泡菜口感较佳，亚硝酸盐含量远低于泡菜产品的标准；菌种的种类、配比、发酵方式都会影响产品的品质，因此，根据不同的原料和消费者的需求，接种不同特性的菌种，有助于发酵芥菜新品种的开发和品质的提升。