泡菜微生物演替与风味物质变化的研究进展

张锡茹，关 慧，邢少华，刘文丽,2,3,*，李华敏,2,*

（1.鲁东大学食品工程学院，山东 烟台 264025；2.鲁东大学生物纳米技术研究院，山东 烟台 264025；3.江南大学 糖化学与生物技术教育部重点实验室，江苏 无锡 214122）

泡菜是中国传统的发酵蔬菜食品，起源于3 000年前的周朝，其历史悠久、文化深厚[1]。泡菜是主要以新鲜蔬菜或蔬菜咸坯为原料，添加或不添加辅料，经中低浓度（质量分数2%～10%）食盐水泡渍发酵、调味（或不调味）、包装（或不包装）、灭菌（或不灭菌）等生产加工而成的蔬菜制品[2]。泡菜的营养价值非常丰富，含有大量的维生素、矿物质、膳食纤维和其他功能成分，可以满足人体的营养需求，同时也具有调节肠道菌群、降低血清胆固醇、抗氧化、减肥等保健作用[3-6]。

泡菜具有酸味纯正、质地嫩脆、清爽可口、滋味鲜美等特点。微生物通过利用蔬菜和辅料中的营养物质进行发酵，在各种酶的作用下生成有机酸、游离氨基酸等代谢产物并合成多种香气成分物质，为泡菜特殊风味的产生提供了物质基础[7]。参与发酵的微生物种类繁多、相互作用关系复杂，所以，全面解析泡菜中微生物群落结构以及泡菜群落演替的变化规律依然十分具有挑战性[8]。研究泡菜发酵过程中各种微生物的群落组成、动态的发酵机制以及代谢产物的产生条件，对于泡菜产品在色、香、味、态及食品安全等方面的品质提升具有非常重要的意义。

1 泡菜微生物的群落结构组成

泡菜的发酵过程是微生物群落种类和数量不断演替变化的过程。近几年来，为了满足泡菜行业发展的需求，国内外众多研究学者对泡菜微生物群落的多样性进行研究，为泡菜产业的长期发展提供了重要的理论基础。

1.1 泡菜微生物的研究方法

传统的可培养手段可用来分析环境中的种群结构，但该技术不能真实反映发酵蔬菜中的微生物群落组成。分子生物学技术不但可以省去传统分离培养法的复杂过程，为大量不可培养的微生物研究提供新的契机，而且还可为后续深入研究泡菜发酵机理、风味因子的形成机制以及指导泡菜的发酵生产提供重要的理论基础[9-11]。

泡菜微生物结构的分析可采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis，PCR-DGGE）进行分析，众多学者如燕平梅[12]、Hong[13]以及Chen Gong[14]等均采用PCR-DGGE技术分析研究了泡菜的优势微生物菌群、生态分布和演替变化，揭示了泡菜中微生物的多样性。但PCRDGGE无法检测含量较低的菌群，难以区分相似度高的菌种。高通量测序技术又称下一代测序技术，已经被证明是一种研究发酵食品中微生物群落结构的有效技术，应用高通量测序技术可以对群落中所有微生物的DNA或RNA进行微生物群落组成、分布及其动态演替的分析[10]，众多学者采用此方法对传统发酵蔬菜的生物群落多样性进行了研究[15-16]。其中，基于16S rRNA基因的高通量测序分析技术在研究泡菜微生物多样性方面能够较为真实、全面地反映泡菜微生物群落的结构组成及差异[17]。

除此之外，为了更加系统深入地研究微生物的群落结构，第三代测序技术、宏基因组学技术以及宏转录组学技术等也已经用于全面分析发酵蔬菜中微生物群落的组成、变化规律、代谢潜能信息等，并用于诠释发酵蔬菜中微生物群落的功能。这都有助于了解发酵食品微生物群落的组成和动态变化规律[18-19]。

1.2 泡菜发酵过程中细菌的构成及动态变化

通常来说，细菌是泡菜发酵中的主要微生物，泡菜中的细菌数量远高于真菌的数量[7]，且细菌的多样性比真菌更为丰富[20-21]。乳酸菌是整个泡菜发酵过程中的重要优势菌群[22]，优势菌群主要有明串珠菌属（Leuconostoc）、乳杆菌属（Lactobacillus）、魏斯氏菌属（Weissella）、片球菌属（Pediococcus）、乳球菌属（Lactococcus）、链球菌属（Streptococcus）、肠球菌属（Enterococcus）等几个属的菌种，主要的种属信息如表1所示。

表1 泡菜中的主要细菌Table 1 Compositions of bacteria in pickles

在过去，传统方法的限制使得我国在关于泡菜发酵过程中微生物的多样性及其变化的研究方面鲜有报道，而国外在20世纪就已经开始对泡菜进行了相关研究。1961年，Pederson等[23]研究了酸黄瓜和卷心菜发酵过程中菌种的生长规律，首次提出了肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）是泡菜发酵的启动菌，确定了发酵后期的优势菌为短乳杆菌（Lactobacillus brevis）和植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）。近年来，随着分子技术的发展，国内外许多研究者在前人工作的基础上做了更深入的研究，发现乳杆菌是泡菜发酵的主要优势菌种，其中Cao Jialu等[24]认为短乳杆菌和耐酸乳杆菌（Lactobacillus acetotolerans）是最主要的菌种；于文平等[21]研究发现在工业青菜泡菜中乳杆菌属中的消化乳杆菌（Lactobacillus alimentarius）和植物乳杆菌含量较高；Peng Qiannan等[25]认为除了植物乳杆菌最为丰富以外，发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum）和戊糖乳杆菌（Lactobacillus pentosaceus）也是主要的发酵菌群。还有研究学者认为魏斯氏菌属、乳球菌属和片球菌属也是泡菜中的优势菌种，如Lee等[26]对88 种泡菜发酵过程中微生物群落进行比较，发现乳杆菌属、肠膜明串珠菌和魏斯氏菌属占主导地位；朱琳等[27]基于16S rRNA基因的高通量测序技术在萝卜泡菜中检测到了魏斯氏菌属、肠膜明串珠菌、乳球菌属和片球菌属。另外，有学者在泡菜中也发现了其他不同的优势菌群，黄道梅等[28]采用PCR-DGGE方法对泡菜发酵过程中的菌群变化进行分析，初步确定了工业化盐渍萝卜发酵过程中优势细菌为盐单胞菌（Halomonasp.）、食窦魏斯氏菌（Weissella cibaria）、肠膜明串珠菌、植物乳杆菌、弯曲乳杆菌（Lactobacillus curvatus）、草乳杆菌（Lactobacillus graminis）和消化乳杆菌等，其中乳酸菌占绝大多数；He Zhen等[29]采用Illumina-HiSeq测序发现中国东北地区传统酸菜发酵过程中的微生物以厚壁菌门和变形菌门为主，包括乳杆菌属、假单胞菌属（Pseudomonas）、沙雷氏菌属（Serratia）和片球菌属等。

泡菜的发酵过程是一个微生物群落的数量和种类不断动态演变的过程，因此，根据微生物演替和pH值的变化，将泡菜发酵过程大致分为3个阶段：发酵初期，pH＞5.2；发酵中期，pH 4.5～5.2；发酵后期，pH＜4.5，乳酸菌群随着发酵阶段的改变而变化[45]。研究表明，泡菜发酵初期主要是由繁殖快、酸耐受性低且微需氧的乳酸菌来作为发酵启动菌种，如肠膜明串珠菌和魏斯氏菌是发酵启动过程中最活跃的菌株[19,46-47]。第二阶段，也就是发酵中期，随着发酵的进行，乳酸得到了积累，酸度升高，严格厌氧环境形成，耐酸性高且严格厌氧的乳酸菌尤其是乳杆菌如植物乳杆菌渐占主导，成为泡菜发酵中后期的主要菌种。到了第三阶段发酵后期，乳杆菌和片球菌等继续作为主要菌种参与发酵[15,22]。另外，也有学者有不同的研究发现，如魏雯丽等[30]利用宏转录组学技术对工业豇豆泡菜活性微生物群落结构进行了解析，结果表明乳杆菌属和片球菌属是发酵初期主要的优势活性属，发酵中期（15～30 d）的优势活性菌属是乳杆菌属，随着发酵进行，细菌丰度逐渐下降，真菌丰度逐渐增加，并在发酵末期（60～90 d）占主导；Pardali等[31]认为萝卜泡菜在自然发酵期间的最初几天内，戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）占优势，其次是植物乳杆菌，直到发酵结束，在发酵的最后几天检测到短乳杆菌；He Zhen等[29]发现，酸菜发酵前期存在大量假单胞菌和沙雷氏菌，后期乳酸菌占据主导。然而，这些乳酸菌在泡菜各发酵阶段的分布并不完全一定，它们会随着原料、盐浓度、香辛料和发酵条件等多种因素的影响而发生变化[46]。张宗舟等[48]研究发现醋酸菌和丁酸菌也存在于泡菜的微生物菌系中；Yang Hongyan等[49]通过基因文库鉴定发现泡菜中存在不动杆菌（Acinetobacter）、脆假单胞菌（Pseudomonas fragi）、克雷伯氏菌（Klebsiella）、柠檬酸杆菌（Citrobacter）等细菌。

1.3 泡菜发酵过程中的真菌和其他微生物

除细菌外，其他微生物在泡菜发酵过程中也起着重要作用，Chen Peng[50-51]和Guan Qianqian[37]等研究发现，泡菜发酵过程中除了细菌外，还有子囊菌和担子菌等真菌，其中最重要的是酵母菌。黄道梅[28]、武亚婷[52]等研究发现，泡菜中的优势真菌主要有假丝酵母（Candida）、汉逊德巴利酵母（Debarymyces hansenii）、奥默柯达酵母（Kodamaea ohmeri）、卡森德巴利酵母（Debaryomyces carsonii）、孢汉逊酵母（Hanseniasperu）和毕赤酵母（Pichia pastoris）等，且微生物群落结构与泡菜发酵进程存在一定的相关性。有研究表明，假丝酵母属、Cystofilobasidium、弧菌属（Vibrio）、盐厌氧菌属（Halanaerobium）主要与发酵前期相关，假单胞菌属（Pseudomonas）、Wohlfahrtiimonas、盐单胞菌属、环丝菌属（Brochothrix）、海螺菌属（Marinospirillum）、梭菌科（Clostridiaceae）、欧文氏菌属（Erwinia）、德巴利氏酵母属（Debaryomyces）与发酵中期相关，乳杆菌属、柯达菌属（Kodamaea）、酿酒酵母属（Saccharomyces cerevisiae）、盐弧菌属（Salinivibrio）、瘤胃菌科（Ruminococcaceae）与发酵后期相关[21]。

在发酵过程中，除细菌和真菌之外，泡菜中还存在其他微生物。乳酸菌感染的噬菌体通常也是发酵过程中的一个问题[53]，如齐蕊名等[54]从泡菜中分离得到一株以植物乳杆菌为宿主菌的烈性噬菌体，这表明泡菜发酵过程中可能有很高比例的细胞被噬菌体感染。以上这些研究结果表明，泡菜发酵过程中的菌群十分复杂且丰富。

2 影响泡菜微生物演替的因素

泡菜的发酵是一个多种微生物混合共存的发酵体系。研究表明，泡菜中微生物群落的变化是微生物与环境相互作用的结果，不同环境中的同种微生物或同一环境中的不同微生物生长均存在着差异[46]。另外，发酵蔬菜的品种和一些内在的、外在的以及加工工艺等方面的因素也对泡菜的微生物群落有较大影响，这些因素共同作用最终导致泡菜在口感、风味、营养方面的不同。通过控制这些因素，可以使微生物群落朝着有利的方向进行演替[55]。

研究表明，温度、盐浓度、酸度、氧气、原料和辅料的组成以及发酵方式等因素对泡菜的微生物种类和数量影响较大。其中影响最大的因素是温度和盐浓度，而蔬菜品种和工艺条件的影响程度则相对较低[56]。

2.1 温度对泡菜微生物群落的影响

泡菜的发酵受不同地区气候条件因素的影响较大，其中温度是最重要的影响因素。通常来说，温度的变化会影响微生物的生长。发酵开始后，细菌数量开始逐渐增加，并随着温度的升高，细菌的生长速度加快。其中乳酸菌是泡菜发酵过程中的重要菌群，26～30 ℃范围内乳酸菌生长繁殖速度最快，产酸率最高[55]。所以，为了促进乳酸菌的生长繁殖，抑制有害微生物的生长，必须要控制好发酵温度。

发酵温度对泡菜中微生物的种类也有较大影响，主要原因是泡菜中的乳酸菌会随着温度的变化呈现出不同的生长特性[56]。He Zhen等[29]对中国东北地区酸菜发酵过程中不同温度对微生物多样性的影响进行了研究，发现随着发酵温度的升高，细菌群落的多样性增加，且泡菜中的主导细菌在不同温度下有差异，在10、15 ℃条件下，酸菜发酵以明串珠菌为主，在20、25 ℃下以魏斯氏菌和乳球菌为主。

发酵温度的变化也会导致泡菜微生物群落结构的变化。Wang Dongdong等[32]系统研究了泡菜发酵过程中温度对细菌群落结构的影响，发现在一定温度范围内，提高发酵温度有利于泡菜快速产酸，缩短泡菜成熟期，而低温泡菜发酵有利于保持发酵过程中乳酸菌的数量。在泡菜发酵过程中，温度的差异是影响微生物多样性的因素之一，在发酵初期温度的影响较大，随着发酵的进行，影响程度逐渐减小。此外不同发酵温度下细菌群落结构的变化是不同的，如植物乳杆菌是后期发酵的优势菌群之一，温度越高，植物乳杆菌会出现得越早。另外，温度对泡菜发酵过程中酵母菌的生长也有一定的影响。黄道梅等[28]通过多菌协同发酵盐渍萝卜发现，相比乳酸菌来说，酵母菌因其耐盐性较强受盐度影响较小，但受温度影响较大，随着温度的升高，其数量不断增加。

2.2 食盐对泡菜微生物群落的影响

盐是泡菜咸味的主要组成物质，而且是泡菜发酵过程中影响微生物生长和代谢的最重要因素之一。盐对泡菜微生物生长和代谢的影响主要由盐的浓度和盐离子的种类决定。

盐浓度是影响细菌和真菌群落最重要的理化因子[37]，它可以影响泡菜发酵过程中微生物的数量。黄道梅等[28]研究发现，乳酸菌受盐度影响较大，提高食盐浓度虽然能够抑制部分杂菌的生长，但同时也抑制了乳酸菌的生长，乳酸菌的数量随着盐度的升高而降低；同时，盐度的增加也抑制了部分酵母菌的生长。此外，由于每种菌对盐浓度的耐受性不同，盐浓度对泡菜中微生物的群落结构也会产生影响，Xiong Tao等[57]研究了盐浓度对传统酸菜自然发酵的影响，发现盐浓度对酸菜发酵前期有显著影响，随着盐浓度的增加，乳酸菌的数量和代谢率降低，乳酸产量下降；高盐浓度延缓了酸菜的成熟，抑制了乳酸菌的代谢。同时，适宜的盐浓度能有效抑制真菌和大肠杆菌的繁殖。Lee等[26]对88 种泡菜发酵过程中细菌的群落组成进行了分析，发现盐浓度是决定细菌组成的主要因素，其中明串珠菌在低盐浓度下生长良好，而魏斯氏菌和乳酸杆菌在高盐浓度下生长良好。Yang Xiaozhe等[38]采用主坐标分析发现不同盐浓度泡菜中微生物的多样性和演替会表现出不同的特征，其中在整个发酵过程中盐质量分数为0.5%的酸菜具有更高的乳杆菌丰度。

除盐浓度之外，不同种类的盐离子对泡菜的菌群演替也有一定的影响。研究表明，利用海盐加工的泡菜中，增加了明串珠菌比例，降低了乳酸杆菌和明串珠菌的比例；由于不同盐分处理引起的泡菜矿物质含量变化，从而导致两种泡菜制品中细菌群落出现了差异[58-59]。

2.3 酸度对泡菜微生物群落的影响

微生物群落（尤其是乳酸菌数）与可滴定酸度（titratable actual acidity，TAA）、乳酸含量具有较大的相关性[38]，是影响微生物生长的重要因素。发酵过程中的乳酸菌、酵母菌和醋酸菌，可分别进行乳酸发酵、酒精发酵和醋酸发酵，它们发酵分别产生的乳酸、乙酸和乙醇等物质能有效地抑制有害酵母菌、霉菌和腐败菌的生长[60]。如Cao Jialu等[24]研究发现四川泡菜在低酸度条件可以使更多的微生物群落共生，从而导致细菌多样性增加，随着酸度的增加，细菌的多样性降低。与细菌群落相比，真菌群落受酸度的影响更大，其原因可能是细菌尤其是乳酸菌更适合酸性环境，而大多数真菌的耐酸性较差[37]。TAA和pH值是泡菜发酵程度的两个重要指标，与细菌数量密切相关，乳酸菌数量的增加导致pH值降低和TAA增加[26]，同时乳酸菌的生长随着产酸量的增加而受到抑制[41]。当pH值低于4.0时，泡菜会变酸，而乳酸菌生长的减少会导致各种不良微生物的生长和繁殖[26]。

2.4 氧气对泡菜微生物群落的影响

空气会影响泡菜中微生物群落的组成和种类[61]。兼性厌氧乳酸菌是泡菜发酵的主要菌种，而有害菌一般是好氧菌。因此，可通过隔绝空气来抑制有害菌的生长。泡菜制作过程一般采用水封密闭，保持贫氧状态，不仅有利于乳酸发酵，促进乳酸菌的生长，还可以抑制泡菜中的霉菌等其他杂菌的生长，防止腐败[62]。因此，在泡菜的制作过程中应当最大可能保证密闭发酵，避免空气渗入影响泡菜品质[63]。

2.5 原材料或辅料对泡菜微生物群落的影响

蔬菜携带的乳酸菌是泡菜发酵过程中微生物的主要来源，如明串珠菌、魏斯氏菌、乳酸杆菌和乳球菌等。因此，蔬菜原料和辅料的比例会影响发酵初期微生物群落的多样性，并在决定产品质量特性方面发挥重要作用[42]。由于大多数发酵蔬菜包含几种不同的原料，因此原料中最初的微生物群落会通过建立竞争或合作关系，产生后续发酵过程中的优势菌群[43]。如Liu Zhanggen等[33]利用高通量测序法对泡菜中的细菌多样性进行了研究，发现在以大白菜为主要原料的泡菜发酵过程中，乳杆菌、片球菌、沙雷氏菌、寡养单胞菌（Stenotrophomonas）和魏斯氏菌含量较高。裴乐乐等[17]发现以榨菜、萝卜、豇豆和青菜为原料的泡菜的主要优势菌都含有盐单胞菌，乳杆菌在不同原料的泡菜中含量有所不同。Rao Yu等[34]对辣椒、豇豆和萝卜泡菜中的细菌多样性进行了分析和比较，发现豇豆和萝卜泡菜发酵速度快，细菌多样性有限，其中乳杆菌和片球菌是豇豆泡菜中的典型属，萝卜泡菜中的主要菌属为乳球菌和Fructobacillus。王蓓等[44]对萝卜、黄瓜、梨3 种泡菜样品中的细菌群落结构进行研究，发现泡黄瓜中葡萄球菌属（Staphylococcus）、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、肠球菌属为主要细菌种类，泡梨中乳酸菌属、酵母菌、肠杆菌（Enterobacter）属占主要比例，泡萝卜中葡萄球菌属更为丰富。Xu Xinxing等[35]通过高通量测序分析辣椒泡菜发酵过程中细菌和真菌群落结构的变化，发现葡萄球菌属是发酵样品中的优势菌属，而丝孢毕赤氏酵母属（Hyphopichia）和柯达菌属是最丰富的真菌。

辅料的添加对泡菜的微生物也起到了不同程度的影响。在泡菜中添加不同比例的天然辅料不仅可以增强泡菜的风味，而且还有显著的抑菌作用。其中乳酸菌数与香辛料添加量的相关性最大，随着香辛料添加量升高，乳酸菌数呈下降趋势[64]。研究表明，多种霉菌和球菌的生长可被大蒜中的主要抑菌成分大蒜辣素和大蒜新素抑制。当泡菜含有大量大蒜时，泡菜中的乳酸菌数量会显著增加，如Huang Tingting等[65]研究发现，添加大蒜有效促进了乳杆菌和魏斯氏菌的生长，同时抑制了发酵过程中的许多不良微生物生长；Lim等[66]研究发现，泡菜中的明串珠菌、魏斯氏菌和乳杆菌属主要来源于大蒜，说明大蒜是泡菜原料中的一个重要组成部分，它为泡菜发酵的早期阶段提供了乳酸菌，其中明串珠菌属和魏斯氏菌属对大蒜素具有一定的耐受性。此外，在发酵过程中较高的蒜浓度会延长大肠杆菌的生长延迟期[67]。在发酵过程中，辣椒也有很强的抑菌作用，辣椒碱是主要的抑菌成分。Kang等[68]发现添加红辣椒粉可显著影响泡菜中魏斯氏菌的密度。Jeong等[69]发现在泡菜中添加红辣椒粉会减缓泡菜的发酵过程，特别是在发酵初期，能维持较高的魏斯氏菌和较低的明串珠菌丰度。

2.6 发酵方式对泡菜微生物群落的影响

泡菜的发酵方式包括自然发酵和人工接种发酵，发酵方式是影响泡菜微生物的种类和数量的重要因素。马艳弘等[70]研究发现，与自然发酵的山药泡菜相比，接种发酵的山药泡菜乳酸菌数多，菌落总数和大肠菌群数少，亚硝酸盐分解速度快且含量低，总酸含量高，pH值下降快。黄道梅等[28]发现自然发酵比多菌协同发酵的乳酸菌数低，但自然发酵中的优势细菌种类比多菌种协同发酵略高；在发酵过程中自然发酵与多菌协同发酵的真菌种类没有明显差异，但对于酵母菌数量来说，自然发酵要比多菌协同发酵数量多。人工接种乳酸菌发酵可以缩短发酵周期，使乳酸菌在发酵开始时处于主导地位，从而保证产品质量的稳定性。

虽然泡菜的自然发酵含有较多的风味物质，但两种发酵方法产生的风味物质非常接近[71]。除了单菌种接种发酵外，多菌协同发酵也会影响泡菜的发酵进程，Park等[72]发现多菌株在泡菜体系中具有协同作用，且互相影响，接种不同发酵剂的泡菜其微生物演替与泡菜的代谢产物均不同，多菌共酵可以获得更加理想品质的泡菜。总体而言，两种发酵方式各有优劣。采用自然发酵会使泡菜有更好的口感、脆度和更丰富的风味；采用接种发酵的泡菜具有条件可控、发酵周期短、产品质量稳定、亚硝酸盐含量低、食用安全性高等优点，且乳酸菌可以迅速增殖，有效抑制其他杂菌生长，增强泡菜的食用安全性。

3 泡菜中的风味物质及形成机理

泡菜风味的形成与微生物的活动息息相关[22]。泡菜的风味主要有两个来源（表2）：一部分是原材料和辅料原有的风味物质；另一部分是经过微生物（乳酸菌、醋酸菌、酵母菌等）发酵新产生的风味物质。主要包括游离糖（葡萄糖和果糖等）、有机酸（乳酸和乙酸等）、氨基酸、挥发性风味物质（硫化物等）和其他调味物质（甘露醇）[73-74]。

表2 泡菜中的特征风味化合物Table 2 Characteristic flavor compounds in pickles

续表2

3.1 原料和辅料本身赋予的风味

不同蔬菜的特征风味不同，发酵后产生的风味也不同。常见的蔬菜原料如萝卜的主要风味物质是4-甲硫基-3-反-丁烯异氰酸酯，经过发酵后会产生辛辣风味；黄瓜的特征风味物质是反-2,顺-6-壬二烯醇和反-2,顺-6-壬二烯醛，主要由醇类化合物和羰基化合物组成；芹菜的特征风味化合物是丙酮酸-3顺-己烯酯和2,3-丁二酮(双乙酰)和二氢苯肽类化合物；胡萝卜含有萜烯类、醇类和羰基化合物等[86]。另外，即使是同一类别的蔬菜原料，品种的不同也会导致发酵蔬菜的风味品质有所变化，如孙小静等[87]发现不同品种的辣椒成分有明显差异，所以其对发酵过程中的酸度、pH值、可溶性糖含量、亚硝酸盐含量的变化等均会呈现一定的影响，而这些差异共同导致了发酵辣椒酱风味品质的不同。

除了蔬菜原料自身赋予的风味之外，添加的各种辅料、香辛料也能促成泡菜风味的形成，如辅料生姜有姜醇、姜酚和姜酮等风味成分；大蒜中含有二烯丙基硫代亚磺酸酯（又称蒜素）、二烯丙基二硫化物、甲基烯丙基二硫化物等物质，这些呈味组分不仅可以增加泡菜特殊的香味，大多数还对杂菌有一定的抑菌作用[73,88]。

3.2 微生物发酵产生的风味

泡菜风味的形成与微生物的发酵有很大的相关性，发酵过程中微生物的代谢活动是泡菜风味品质形成的最为重要的原因，作为泡菜中最主要的微生物，各种乳酸菌都具有不同的代谢特征，从而生产出具有不同风味的发酵产品[89]。发酵通过产生有机酸、氨基酸和挥发性化合物等在内的芳香物质改善了泡菜的香气和风味属性，不仅有效延长了蔬菜的食用期，更赋予了泡菜与所使用原料完全不同的独特风味[20]。

3.2.1 游离糖

泡菜中的游离糖主要来源于原料中游离糖的渗出和发酵产生，其中葡萄糖和果糖是泡菜中检测到的主要碳水化合物，它们主要被代谢成乳酸、乙酸和乙醇[31]。糖是微生物的营养物质，乳酸菌能通过发酵葡萄糖、蔗糖等糖类产生乳酸，来改变泡菜的酸度[36]，且在发酵过程中，葡萄糖含量一般先增加然后减少[29]。Choi等[75]研究了乳酸菌发酵泡菜的品质特性，在发酵过程中检测到果糖、葡萄糖、蔗糖和甘露醇。Yang Xiaozhe等[38]发现，游离糖自身不但可以改善泡菜的风味，还会和某些风味前体物质（如有机酸和氨基酸等）发生反应，生成酸、酯、醇、醛、酮和含硫化合物等风味物质。

3.2.2 有机酸

有机酸是泡菜整体风味和口感的重要元素，在发酵过程中对泡菜风味有着重要的影响。泡菜中有丰富的有机酸如乳酸、草酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、琥珀酸和延胡索酸等。如陈卓等[77]在自然发酵泡菜中检测到了乙酸、乳酸、草酸、柠檬酸、苹果酸、琥珀酸6 种有机酸。乳酸和乙酸是乳酸菌发酵过程中的主要代谢产物，乳酸和乙酸的积累主要取决于发酵剂的糖代谢和底物供应[24,90]，乳酸的含量在整个发酵过程中逐渐增加[75]。乳酸菌产生的有机酸是菌株依赖性的，如植物乳杆菌通过同型乳酸发酵产生更多的乳酸，其发酵的泡菜中乳酸含量最高[41]。另外，泡菜发酵期间的物质代谢高度依赖接种菌种。Xiang Wenliang等[78]在四川泡菜中鉴定出了乳酸、乙酸、苹果酸和柠檬酸4 种有机酸，发现同时接种魏斯氏菌和植物乳杆菌可在发酵初期加速非挥发性有机酸的形成，还可以促进挥发性风味物质的生成提高泡菜整体感官的可接受性。在发酵过程中，酸的总相对含量先增加后减少，尤其是乙酸，因为乳酸菌能够有效地将有机酸代谢为其他风味化合物，例如酯、酮、醇和醛等[91]。

3.2.3 氨基酸

氨基酸是泡菜中主要的风味物质之一，它的种类和含量对发酵蔬菜的风味品质有很大的影响。Xiao Yangshen等[40]研究了3 种传统中式发酵蔬菜（江西盐菜、四川泡菜和东北酸菜）的微生物群落和风味成分，发现发酵蔬菜都富含氨基酸，主要包括丙氨酸、缬氨酸、丝氨酸、组胺酸、亮氨酸、谷氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸等。且有研究表明，在泡菜发酵过程中谷氨酸与天冬氨酸含量逐渐上升，丝氨酸与丙氨酸含量逐渐降低[79]。微生物可通过代谢途径来合成各种氨基酸，使泡菜中含有不同组成的游离氨基酸。泡菜中的乳酸菌也可以利用氨基酸产生苯乳酸、乙酸苯酯和苯乙醇等风味物质[92]。微生物的生长对氨基酸的利用不同，造成泡菜中游离氨基酸的组成也不同，因此，不同的微生物组成和演替可以赋予泡菜特有的风味。

3.2.4 挥发性风味物质

挥发性风味化合物是反映泡菜品质的一个重要指标，主要包括酸、酯、醇、醛、酮、酚、烃、硫化物和杂环化合物等，它们有助于提高泡菜的感官特性[36]。其中挥发性酸主要通过脂质和碳水化合物代谢产生[93]，Choi等[75]研究发现，泡菜的总体感官与乙酸含量呈正相关。另外，醇、酯和烯烃等具有令人愉悦的果香和花香，可以使泡菜形成独特的风味[94]。醇类、醛类的含量较多，如芳樟醇、香叶醇、苯甲醛、苯乙醇等在泡菜[80]、冬菜[81]中均有检出，这些挥发性化合物被认为是特征风味形成的主要贡献者[95]。酯是发酵食品风味的重要组成部分，挥发性酸与醇共同作为酯的前体。徐丹萍等[85]对泡菜自然发酵过程中品质及挥发性成分分析发现，酯类在发酵过程中相对含量最高，是结球甘蓝泡菜的特征挥发性物质，主要包括硫氰酸甲酯、(E)-丁酸-4-己烯酯和乙酸己酯等。此外，泡菜中还含有壬酸乙酯，它是一种在泡菜中发现的具有蜡状香气的乙酯，通常由壬酸与乙醇反应形成，由乳酸菌产生，例如植物乳杆菌、沙克乳酸杆菌、绿色魏斯氏菌和乳酸片球菌等[96-97]。

发酵蔬菜中挥发性风味物质的变化受蔬菜种类、地域、发酵条件和微生物种群等多种因素的影响，微生物可能是发酵蔬菜中挥发性风味物质形成的关键因素[36]，且不同微生物发酵产生的挥发性风味物质不同，对泡菜风味的影响也不相同。如Liang Huipeng[36]等研究认为戊糖片球菌发酵酸菜能显著提高酸菜中乳酸、醇类和腈类的含量，同时降低亚硝酸盐含量。挥发性风味物质丁酸乙酯、4-异硫氰基-1-丁烯和2-庚酮的产生与明串珠菌含量呈显著正相关[38]。还有研究认为不同菌株之间的代谢互补会产生一些单菌株无法产生的新的挥发性化合物，并且还会增加挥发性化合物的含量，从而提高泡菜香气的复杂度[98]。如植物乳杆菌和戊糖片球菌共接种发酵可增加醇类、酯类、醛类、烃类和腈类化合物含量[36]。

此外，不同发酵阶段泡菜的挥发性成分也存在显著差异。发酵过程中，酸类、醇类和含硫化合物含量不断增加；发酵后期，烃类、醛类和酮类含量逐渐下降[94]。王芮东等[99]通过分析自然发酵过程中萝卜泡菜挥发性香气成分的变化，发现在发酵过程中，挥发性风味物质的数量和种类逐渐增多，各物质相对含量变化开始出现较大差异，酯类相对含量整体上呈现上升趋势，醚类相对含量整体上呈现下降趋势，醇类、醛类、酮类、酸类、烃类相对含量呈现先上升后下降趋势，含硫化合物相对含量呈现先下降后上升再下降趋势。

3.2.5 甘露醇

甘露醇是一种天然的六元糖醇，由果糖转化生成，具有清爽的口感[100]，一般来说，同型发酵乳酸菌不产生甘露醇，异型发酵乳酸菌可以通过果糖和蔗糖产生甘露醇，甘露醇的含量会随发酵时间的延长而增加[75]，近年来，国内外学者发现甘露醇对泡菜风味品质具有较大影响。毛丙永等[83]发现老卤泡菜的甘露醇含量较高，可以提升泡菜的风味品质。Luo Yuanli等[84]研究发现，甘露醇和少量乙酸协同可以有效改善混菌发酵泡菜的口感。Choi等[75]发现利用肠膜明串珠菌发酵的泡菜中含有高浓度的甘露醇，对泡菜的总体风味有积极影响。

4 泡菜中微生物演替对风味形成的影响

微生物与发酵过程中风味的形成之间有着密切的关系，泡菜的风味主要源于微生物菌群的代谢活动、非生物环境（原料和辅料、盐、温度等）之间的相互作用、非生物环境影响微生物及微生物之间的相互作用[38,101]。其中微生物之间的相互作用始于蔬菜等原料上存在的微生物，随着发酵的进行，微生物的数量和种类不断进行演替[102]，微生物演替过程中产生的一系列代谢产物最终使泡菜形成特有的风味。其中乳酸菌、酵母菌和其他微生物对风味起主要作用。

乳酸菌是泡菜中的主要菌群，泡菜的风味主要来自乳酸菌的发酵[40]，它可以赋予泡菜一种令人愉悦的风味（果味和花香）[101]。乳酸发酵有同型和异型发酵两种，同型乳酸发酵菌主要有植物乳杆菌[75]、片球菌属、德氏乳杆菌[103]、乳酸链球菌和一些乳酸杆菌[86]，异型乳酸发酵主要是短乳杆菌[103]、明串珠菌属[86]等。在同型乳酸发酵中，葡萄糖通过糖酵解（embden-meyerhof-parnas，EMP）途径糖酵解生成丙酮酸，丙酮酸随后通过乳酸脱氢酶催化还原为乳酸，无气体产生[62]。在异型乳酸发酵中，葡萄糖首先通过戊糖磷酸途径（hexose monophosphate pathway，HMP）生成乙酰磷酸和3-磷酸甘油酸，前者被还原为乙酸和乙醇，后者通过EMP途径生成乳酸[62]。异型乳酸发酵的最终产物包括乳酸以及二氧化碳和甘露醇等代谢产物，其中酸的含量比同型发酵乳酸菌低[104]。虽然同型乳酸发酵和异型乳酸发酵都会产生风味物质，但有研究表明异型乳酸发酵更有利于形成高感官品质的泡菜[104]，并产生清新的口感和令人愉悦的风味[105]。

在不同的发酵阶段，随着发酵时间的延长，乳酸菌的种类和数量会发生变化，优势乳酸菌由于在泡菜中的活跃期不同，在发酵过程中发挥着不同的作用，所以优势乳酸菌演替过程中的生长代谢与泡菜风味的形成有着十分重要的关系[106]。在发酵初始阶段环境微生物会略微生长，然后由于环境的改变和乳酸菌种群的增加而停止生长，因此通过每个发酵阶段主要的乳酸菌群监测泡菜的发酵过程[22]。以优势菌属明串珠菌属和乳杆菌属为例，从泡菜中乳酸菌的演替规律出发，分析乳酸菌对泡菜风味的影响，可以将发酵过程分为3个阶段。

发酵初期主要为异型乳酸发酵。首先，需氧微生物生长并消耗氧气。然后明串珠菌开始生长并产酸，蔬菜表面渗出的汁液为明串珠菌的生长繁殖提供了很好的生长环境，使其启动乳酸发酵成为优势菌[19,23,46]，明串珠菌不仅能通过快速产生二氧化碳和有机酸来降低环境的pH值，使有害微生物的生长和繁殖得到抑制，防止果胶酶的水解，确保蔬菜的硬度和脆性，还能生成醇、酸和酯等风味物质，对泡菜独特风味的形成起重要作用[107]。发酵初期乳酸菌生长的速度和有害微生物被抑制的速度是形成泡菜良好风味的关键，对成品泡菜的质量有一定的决定作用[108]。

随着发酵的进行，乳酸大量积累、pH值降低、泡菜酸度增加，由于异型乳酸发酵菌一般不能耐酸，所以异型乳酸发酵结束进入同型乳酸发酵阶段[86]。乳杆菌属、片球菌属等耐酸性更强的细菌逐渐代替明串珠菌属成为优势菌，其中乳杆菌与风味化合物高度相关，发酵风味较好[40]，具有较强的产酸能力，可加速泡菜的成熟。在乳杆菌的作用下，环境pH值进一步降低，酸度不断增加。一般认为，当泡菜卤水的pH值低于4.0、TAA大于0.3 g/100 g时，认为泡菜已经达到了成熟状态，原始生蔬菜味基本消失，此时泡菜适宜食用[109]。

发酵末期，具有较强耐酸性的植物乳杆菌逐渐占主导，并根据发酵环境中的温度和营养物质的多少来继续发酵。乙酸和乳酸以及一些少量的甲酸、丙酸、丁酸、琥珀酸、高级醇及二氧化碳等成为发酵的终产物[103]。其中乳酸提供酸味，在发酵过程中与醛、酮和醇等反应生成多种新的风味物质[81]。此时泡菜的基本风味已经形成，但在发酵后期，应控制最佳食用时间，并采取低温处理停止发酵，以避免过度发酵对泡菜风味和品质产生不利影响[103]。

除了乳酸菌以外的其他微生物在发酵过程中的动态变化也会影响泡菜风味品质的形成。作为泡菜发酵的优势菌群，酵母菌可以在缺氧条件下进行酒精发酵生成乙醇，而且生成的乙醇还可以与有机酸形成酯类，共同增加泡菜的香气[73]。汉逊德巴利氏酵母（Debaryomyces hansenii）是青菜泡菜风味物质形成的重要菌属，可以利用葡萄糖产生乙酸乙酯和D-阿拉伯糖，赋予泡菜更加协调的风味[20]。马克斯克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus）可以通过发酵产生脂肪酸和醇酯等其他风味物质[7,110]。但是，酵母菌也会对泡菜的风味起不良的作用，且酵母菌数量较多时，还会明显降低泡菜的感官品质[111]。在发酵后期，醋酸菌也起到一定作用，其产生的乙酸和醇结合形成酯，可以增加泡菜的风味[73]。

5 结 语

原料、辅料以及微生物发酵产生的代谢产物是泡菜风味物质的主要来源。微生物的种类和数量对泡菜风味品质有着十分重要的影响。

泡菜的风味成分包括挥发性成分和非挥发性成分，非挥发性成分主要包括糖、有机酸、氨基酸等，挥发性成分包括酸、醇、酯、酮、烃及杂环类化合物等。其中，乳酸菌作为泡菜发酵过程中的主要菌群，是影响泡菜风味形成的关键因素。随着发酵过程的进行，泡菜中的乳酸菌数量和种类不断变化。且在发酵的不同阶段，优势乳酸菌菌种不同，发挥的作用也不同。

泡菜发酵过程中的乳酸菌主要有明串珠菌属、魏斯氏菌属、乳杆菌属以及片球菌属，此外还有乳球菌属和链球菌属等几个属的菌种。发酵初期，由肠膜明串珠菌等异型乳酸发酵菌来启动发酵。发酵中期，由植物乳杆菌等同型乳酸发酵菌来主导发酵。植物乳杆菌产酸能力最强，生长繁殖快，在泡菜中起着主导地位，并出现在泡菜发酵的后期，促进后期泡菜的风味形成，并且由于乳酸的大量积累导致对乳酸菌的反馈抑制从而使发酵结束。泡菜的发酵过程中，除了乳酸菌以外，酵母菌也起着非常重要的作用，主要包括假丝酵母、汉逊德巴利酵母、卡森德巴利酵母、孢汉逊酵母、毕赤酵母等。

同时，泡菜发酵过程受到原材料、辅料、盐、温度、酸度、氧气等因素的影响，且微生物演替和变化较大，整个发酵体系复杂，其中包括大量的益生菌和部分有害微生物，为了保证发酵食品的安全性，减少有害物质的产生，同时提升泡菜的风味和品质，必须了解发酵过程中的微生物群落构成、群落演替以及各种微生物的代谢特性和它们对产品品质的影响。因此，明确泡菜发酵过程中对其特殊风味物质形成相关的微生物群落演替，尤其是微生物群落和代谢产物的动态变化及相关性就变得十分重要。随着技术的发展，利用宏转录组、宏基因组、蛋白组、代谢组等组学技术深入研究发酵蔬菜中微生物的群落结构演替、相互作用，不同微生物中酶的表达，代谢产物的生成路径，以及不同的微生物如何影响到风味的形成及发酵品质变化等，将有助于阐释泡菜发酵的机理，进而在生产中提升泡菜的风味品质。