发酵蔬菜抗氧化活性的研究进展

陈嘉佳，李 璐，余元善，徐玉娟*

（1.广东海洋大学 食品科技学院，广东 湛江 524088；2.广东省农业科学院 蚕业与农产品加工研究所 广东省农产品加工重点实验室，广东 广州 510610）

蔬菜是极易腐烂的食品，作为日常饮食中的重要组成，需要采取恰当的手段以延长其贮藏期，发酵技术是延长蔬菜保质期的常用手段之一。发酵蔬菜是新鲜蔬菜在微生物的作用下，经过一段时间的发酵后，形成风味独特、保质期长、营养价值丰富的发酵制品，并且越来越受到消费者的喜爱。蔬菜腌制具有悠久的历史，最早可追溯到3 000年前[1]。腌制蔬菜通常被用作配菜，在我国西南地区广泛食用。东北和西南地区是我国发酵蔬菜的主要产地，其中四川泡菜、涪陵榨菜、东北酸菜等是我国有名的发酵蔬菜制品[2]。发酵蔬菜的原料多样，一般用于发酵的原料主要有萝卜、辣椒、黄瓜、甘蓝、芥菜等蔬菜，但对其口感和风味有较大影响，例如东北酸菜是以大白菜为原料，通过一系列日晒、烫漂、装缸、加水等过程，经自然发酵后形成了与原本白菜口感不同，酸爽可口、口感清脆的发酵蔬菜制品[3]。

随着人民健康意识的增加，有关绿色无毒、安全、纯天然的植物源抗氧化剂的开发与利用已成为现今抗氧化剂研究的重要发展方向。蔬菜当中的活性成分在保健食品，化工与制药领域方面应用的十分广泛，研究发酵蔬菜中生物活性成分的抗氧化活性显得尤为重要，也是一项研究的热点话题。本文将从影响发酵蔬菜抗氧化活性的物质、检测方法、外源添加三方面进行概述，综述有关发酵蔬菜的抗氧化性的研究进展，并且阐述有关发酵蔬菜抗氧化性指标内的体外评价，对影响发酵蔬菜抗氧化性的主要因素进行系统的概述和总结，为发酵蔬菜的抗氧化性研究提供理论依据和参考。

1 蔬菜发酵过程与其抗氧化性的联系

发酵蔬菜通常含有乳酸菌、醋酸菌和酵母菌等多种微生物，其环境是一种复杂的微生态环境。CAPLICE E等[4]指出，发酵不仅可以延长食品的保质期，在保证微生物安全性的情况下，还可以使某些食品更易消化，使发酵蔬菜制品更加具有口感和风味。泡制、腌制、酱制作为蔬菜发酵主要的加工方式，这些加工方式中微生物的发酵活动在不同程度地进行。蔬菜发酵一般有两种方式：①自然发酵：即利用蔬菜上本身附着的微生物进行的发酵；②接种发酵：即外加菌种接种于蔬菜上而进行的发酵，接种发酵所用的发酵剂一般利用从泡菜中或其他发酵食品中分离出的乳酸菌[5]。

在泡菜制作过程中，一方面营养物质含量会大幅度上升[6]，如蔬菜中的维生素，生姜中的姜醇、姜酮、姜酚以及大蒜中的蒜素（二烯丙基硫代亚磺酸酯）等。另外，泡菜发酵过程中，会产生有机酸、B族维生素、右旋糖苷、乙酸胆碱和γ-氨基丁酸等营养物质[7]。另一方面蔬菜中对人体有害的成分，多种抗营养因子，如胰蛋白酶抑制因子、单宁、植酸等，可通过微生物发酵作用去除。发酵过程中类胡萝卜素、类黄酮、抗坏血酸、原花青素和酚酸等抗氧化活性物质被保留了下来，在与乳酸菌的协同作用下，使发酵蔬菜具有了抗氧化性[8]。因此，发酵提高了白菜[9]、红卷心菜[10]和白甘蓝[11]等蔬菜的抗氧化能力。几种常见泡菜（发酵芥菜、发酵甘蓝、发酵萝卜、东北酸菜）的主要营养成分含量如下：可溶性总糖1.3～2.5 g/100 g，氨基酸态氮0.01～0.12 g/100 g，维生素C 3.0～44.8 mg/100 g，总酸0.16%～0.92%，还原糖0.2～0.4 g/100 g[12-15]。

2 发酵蔬菜的抗氧化活性国内外研究现状

2.1 国外研究

近年来，研究发酵蔬菜的抗氧化性成为国外的热点之一，涉及的范围也比较广。有研究表明，腌制蔬菜的发酵过程会影响酚类物质含量的改变以及抗氧化性能力的改变[16]。腌制过程能有效保留水果和蔬菜的天然生物活性化合物和抗氧化能力，并且具有一定的功能特性以及缓解某些疾病的功效。在功能上，有学者研究了有关发酵蔬菜对小鼠肝脏的抗衰老特性的影响，发现发酵蔬菜能够减少小鼠肝脏中自由基的含量，增加其抗氧化酶活性，从而延缓衰老[17]；OH S K等[18]通过高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）法和液相色谱-光电二极管陈列检测器-串联质谱联用（liquid chromatography-photo diode array-tandem mass spectrometry，LC-PDA-MS/MS）技术对叶芥泡菜进行分离纯化，发现了硫代葡萄糖苷的含量与Dolsan叶芥泡菜提取物的抗氧化性具有相关性。在发酵蔬菜中还会加入生姜作为辅料，可提高发酵蔬菜的抗氧化活性[19]。此外，发酵蔬菜中添加的辣椒，也因其含有具有抗氧化活性的辣椒素，也可增强发酵蔬菜的抗氧化活性[20]。另外，LIU N等[21]将发酵西蓝花渣作为鸡饲料饲养小鸡，发现可极显著提高胸大肌的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、总抗氧化能力（total antioxidant capacity，TAC）和过氧化氢酶（catalase，CAT）的活性（P＜0.01）。

2.2 国内研究

有关发酵蔬菜的抗氧化性，国内近年不少学者也给予广泛关注和研究。发酵蔬菜对肉类的氧化起到一定的抑制作用，刘丹文[22]研究发现，腌大叶芥菜提取物能够有效的抑制生猪肉糜的脂质氧化。发酵蔬菜在发酵过程中所分离出来的乳酸菌菌株也具有抗氧化性能，周先容等[23]从重庆农家自然发酵泡菜中分离出12株菌株，其中发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum）CQPC-11不仅具备良好的耐胃酸和耐胆盐能力，还能降低氧化应激模型小鼠的氧化应激反应。通过进一步研究，外源活性物质的加入也能提高发酵蔬菜的抗氧化性，LIAO M等[24]研究发现，枸杞加入四川泡菜中能够提高其抗氧化的能力；李小欣等[25]研究发现，将陈皮添加到发酵芥菜中可有效增强发酵芥菜对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基和羟基自由基的清除效果，其抗氧化活性得到提高。王聪等[26]研究发现，紫苏、生姜、花椒三种提取液均能提高泡菜的抗氧化性。

3 发酵蔬菜抗氧化能力的评价

维生素、类胡萝卜素、类黄酮以及酚酸等抗氧化物质存在于发酵蔬菜当中，这些物质含量的变化会影响到发酵蔬菜的抗氧化性。越来越多的研究表明，人体中活性氧和氧自由基的过量产生可能会导致许多组织和器官的组织损伤和功能丧失。一些活性氧还可能损伤细胞膜和脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA），诱发多种疾病，包括炎症、糖尿病、动脉粥样硬化、衰老和癌症[27]。为了减少活性氧带来的损伤，可以考虑从发酵蔬菜中提取活性物质作为天然的抗氧化剂。发酵蔬菜的抗氧化能力要从多方面进行评价，任何评价抗氧化能力的方法基本特征是采用合适的底物、氧化引发剂和终点的适当测量，提取物中复杂的化学物质以及抗氧化能力的测定很大程度上取决于反应的机理[28]。发酵蔬菜提取物的抗氧化性可从体内和体外进行综合评价。

3.1 体外抗氧化性评价方法

根据抗氧化剂的体外抗氧化反应能力测定的反应机理，可以大致分为以下两类[29]：一类是基于H原子转移途径的自由基清除反应，如氧自由基吸收能力（oxygen radical absorbance capacity，ORAC）法、光化学发光（photochemiluminescence，PCL）法、β-胡萝卜素亚油酸体系法、总自由基清除抗氧化能力（total peroxyl radical-trapping antioxidant parameter，TRAP）法等；另一类是基于电子转移的自由基清除反应，如2,2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）铵盐法（2,2-azino-bis（3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid，ABTS）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）法、铁离子还原抗氧化剂能力（Ferric reducing antioxidant power，FRAP）法、羟基自由基、超氧阴离子自由基法等。

3.2 体内抗氧化性评价方法

体内抗氧化能力的评价是针对外源活性物质加入某种生物体之后所产生的结果，通常测定血浆中或血清中总抗氧化活性，其在一定程度上能够反映出动物体内氧化还原的程度。但是，体内的多酚的吸收在很大的程度上会因血浆中抗氧化能力的提高而影响，对于富含多酚的食物来说，抗氧化的持续效果可能难以判断，从而影响了实验结果[30]。因此而评价外源活性物质在体内的抗氧化能力强弱，是需要多方面进行考量，并建立不同的模型[31]，可大致分为两大类：一类为动物模型，如特异性氧化应激模型，即局部器官性的氧化应激模型、非特异性氧化应激模型，即全身性氧化应激模型（臭氧模型、去胸腺模型、转基因动物模型、γ-辐射模型、D-半乳糖模型等）；另一类为氧化应激生物标志物，如DNA氧化损伤、蛋白质氧化损伤、脂质氧化损伤等。

4 影响发酵蔬菜抗氧化活性的成分

4.1 多酚类物质

多酚即多羟基酚类化合物，广泛存在果蔬类、谷物类和豆类等植物内，是植物体内复杂的具有多元结构的酚类次生代谢产物[32]。其抗氧化能力源于其酚羟基结构，所提供的氢供体可对多种活性氧进行清除，将激发态原子还原为基态原子，减少超氧阴离子、羟基自由基及DPPH等自由基的产生，生成活性较低的多酚自由基，达到抗氧化的效果[33]。

发酵过程是提高果蔬类植物中多酚类化合物含量是提高抗氧化活性有效途径之一。用颜色鲜艳的水果和蔬菜制成的泡菜保留花青素、类黄酮、类胡萝卜素等色素，能有效清除体内由不同生物应激和疾病产生的有害自由基，有益于人体健康，它的高抗氧化性可抑制氧化损伤的疾病，如冠心病、中风和癌症[34]。常见的发酵蔬菜的多酚含量和抗氧化能力见表1。

表1 几种常见的发酵蔬菜的多酚含量和抗氧化能力Table 1 Polyphenol content and antioxidant capacity of several common fermented vegetables

4.2 菌群

发酵蔬菜中主要分离出来的菌群大多为具有益生作用的乳酸菌，益生菌能够利用蔬菜代谢产生多种氧化还原酶类，赋予发酵蔬菜一定的抗氧化活性。在发酵蔬菜中一些具有抗氧化性的菌种见表2。

表2 几种常见的发酵蔬菜的菌种名称及其抗氧化性Table 2 Name of bacterial species and antioxidant activity of several fermented vegetables

这些菌群在发酵的过程当中就会产生出大量的氧化还原酶如谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO），这些氧化还原酶清除体内代谢过程中产生的过量超氧阴离子自由基，延缓衰老，提高机体对那些由于自由基侵害而诱发的疾病的抵抗力，使发酵蔬菜具有抗氧化的作用。与腌制食品相关的乳酸链球菌和嗜热链球菌在发酵过程中会产生维生素，如核黄素、叶酸、钴胺素、甲萘醌和硫胺素[42]。林祥娜等[43]从四川、新疆泡菜中分离得到的部分乳酸菌的无菌体细胞发酵液检测到谷肌甘肽过氧化物酶活性，酶活性介于7.53～33.03 U/mL之间。TOMOHIRO I等[44]研究发现，蔬菜、水果、海藻和蘑菇的发酵混合物可提高小鼠血清中超氧化物歧化酶的活性。ARASU M V等[45]从传统泡菜中，发现含有短链球菌P68活性物质中检测到较高GSH-Px和SOD活性。

此外，这些菌群在发酵过程中会产生胞外多糖，它是另一种生物活性化合物，为糖的天然聚合物[46]。这些聚合物由重复的单糖或低聚糖亚单位组成，这些亚单位通过各种糖苷键结合在一起[47]。YE G B等[48]从发酵白菜中分离出一株乳杆菌YB-1，可产胞外多糖。由于某些乳酸菌产生的胞外多糖，使发酵蔬菜具有抗氧化、抗糖尿病、抗癌、降胆固醇和免疫调节特性。

4.3 其他因素

L-抗坏血酸也是常见于发酵蔬菜中的抗氧化物质，它能有效抑制酶促褐变的发生，同时能与过渡金属螯合，而且也能够保护巯氢基（-SH）不被氧化。DING Z等[49]对市售不同的发酵蔬菜产品进行抗氧化化合物的测定，发现泡辣椒中L-抗坏血酸的含量达到了（32±10）mg/100 g。腌苦瓜中L-抗坏血酸的含量为（94.78±0.61）mg儿茶素当量（catechin equivalents，CE）/g[50]。KHARAT M M等[51]研究一些印度泡菜，发现其中的高抗坏血酸含量使泡菜具有高抗氧化性，并且可能会抑制苯的形成和相关的细胞损伤。洪冰[52]将大头菜经自然发酵90 d，发酵后的大头菜样品抗坏血酸含量为（6.85±0.08）mg/100 g。

番茄红素存在于番茄蔬菜当中较多，是一种天然的抗氧化剂。BAH A等[53]研究发现，发酵番茄的抗氧化性与番茄红素的含量呈正相关。发酵蔬菜中同样也是富含多种维生素。TARVAINEN M等[54]研究发现，泡菜中含有叶醌（维生素K），其含量约为42 μg/100 g。张丽华等[55]在发酵胡萝卜中添加红枣汁，其抗坏血酸和胡萝卜素含量显著升高（P＜0.05）。

5 外源活性物质对发酵蔬菜抗氧化活性的影响

5.1 天然物质

为提高发酵蔬菜的抗氧化活性，还可通过添加天然物质以提高其抗氧化性。天然物质大多含有多酚类物质，例如陈皮当中含有黄酮类物质（如橙皮苷、橘红素、柚皮苷及川陈皮素等），还含有少量的微量元素、维生素、果胶、多糖等，具有生物活性[56]。李小欣等[57]通过添加陈皮到发酵蔬菜中，提高了发酵蔬菜对DPPH自由基的清除率。王聪等[58]将紫苏、生姜和花椒三种提取物分别加入发酵白菜中进行抗氧化的实验，发酵白菜的抗氧化活性均有所提高。张杨等[59]通过抗氧化性实验，发现蓝莓酒渣花色苷具有较强的清除ABTS、DPPH自由基的能力。基于此，张娜威等[60]在发酵白菜中加入蓝莓酒渣，显著增强泡菜的抗氧化性能（P＜0.05）。

5.2 人工接种以及外源活性物质

除了天然活性物质，添加其他一些物质也可提高发酵蔬菜的抗氧化活性。人工接种具有抗氧化活性的微生物发酵可提高发酵蔬菜的抗氧化活性，梁小波等[61]从农家自制泡椒中分离并鉴定出三株具有抗氧化活性的乳酸菌，并将这几株乳酸菌混合后发酵泡菜，与自然发酵组相比，人工接种组对羟基自由基和ABTS自由基的清除率显著提高。

另外为了进一步提高发酵蔬菜的抗氧化性能，可通过外源添加活性物质，多酚提取物和维生素C可作为增效剂搭配使用提高发酵蔬菜的抗氧化能力。协同抗氧化的作用及机理一般比较复杂，目前主要有以下三种：①螯合金属离子。混合使用时，酸性物质对多酚类提取物与可诱导氧化的金属离子的螯合有促进作用；②通过与过氧化自由基反应，抑制脂质过氧化；③保护另一种具有氧化性的物质[62]。

6 展望

本文主要针对影响发酵蔬菜抗氧化活性的物质、检测方法、外源添加三方面进行概述，目前很多研究报道了关于发酵蔬菜中活性成分的抗氧化性能，以及使用动物模型进行体外实验来证明对人体相关疾病的防御作用，已经证明了发酵蔬菜的提取物中有不少成分对人体是具有抗氧化效果的，但对于辅料、外源活性物质以及菌群对发酵蔬菜的抗氧化性影响研究主要集中在感官指标以及理化指标，其形成机制上研究还是不够深入与全面。如何提高发酵蔬菜的抗氧化性，提高发酵蔬菜的风味和口感，提取发酵蔬菜中有益的成分作为天然的抗氧化剂，使发酵蔬菜成为保健食品，还需要相当长的路进行探索，科研学者们需要重点研究，也是需要攻克的方面。同时如何进一步的降低亚硝酸盐和生物胺的含量，减少其中的有害成分，让发酵蔬菜的成分更安全，更加具有保障；还需要加大创新力度，开发更多的大型加工设备，使发酵蔬菜能够进行规模化体系化生产。