自然發酵與人工接種發酵酸菜的研究進展

李曉博，胡文忠，姜愛麗，宋春璐

(大連民族大學生命科學學院，遼寧 大連，116600)

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自然發酵與人工接種發酵酸菜的研究進展

李曉博，胡文忠*，姜愛麗，宋春璐

(大連民族大學生命科學學院，遼寧 大連，116600)

摘要酸菜是一種民族傳統的發酵蔬菜制品，分為自然發酵與人工接種發酵兩種，在我國居民尤其是東北地區居民飲食中占據重要位置，經常食用，具有良好的保健功效。該文綜述了自然發酵及人工接種發酵產品中主要風味成分、有害成分以及感官品質等方面的變化，并展望了酸菜生產研發的主要發展方向。

關鍵詞酸菜;自然發酵;人工接種發酵;成分;感官品質

酸菜是指新鮮蔬菜在低濃度食鹽條件下經過發酵而成的一種傳統的發酵食品，含有豐富的維生素、礦物質、膳食纖維及其他營養物質，具有降低膽固醇、調節腸胃及排毒等功效[1]。作為利用微生物的作用而制得的一類產品，酸菜具有悠久的歷史和豐富的內涵[2]，在我國尤其是東北地區居民飲食文化中占據彌足輕重的位置。發酵酸菜主要經歷了由家庭壇裝自然發酵到作坊式自然發酵，再到人工接種發酵高新技術的三個階段，可見，酸菜發酵方式分為自然發酵及人工接種發酵兩種并由自然發酵逐漸發展為人工接種發酵。目前，隨著生產力的提高，東北酸菜產業正處于蓬勃發展的階段，由于生物技術及自動化技術水平的不斷提升，東北酸菜企業占據了全國酸菜市場前十名中的一半，其中，競爭力指數第一的為黑龍江翠花蔬菜集團有限公司[3]。本文主要針對東北酸菜研究現狀，通過對比其主要風味成分、有害成分及感官品質等多個指標在自然發酵與人工接種發酵酸菜產品中的區別，分析了其異同，并總結了解決方法，為產業化生產的東北酸菜的口味及品質優化提供理論支持。

1自然發酵與人工接種發酵酸菜

自然發酵的酸菜主要是指新鮮蔬菜在少鹽的條件下通過自身攜帶及環境中乳酸菌等微生物的作用進行發酵制成的，發酵工藝為：選料→晾曬→整理、清洗→燙漂→裝缸→加鹽水(2%)→壓石頭→封缸→發酵。自然發酵的酸菜使新鮮白菜原有的營養成分如維生素C、氨基酸以及膳食纖維等得以保留，并且在乳酸菌等功能性微生物的發酵作用下，生成了許多風味物質及功能性成分，使得自然發酵酸菜不僅有酸爽開胃、口感脆嫩、醒酒去膩等特點，還具有可以調節人體腸道菌群狀態、降低膽固醇等功效[4-5]。

人工接種發酵酸菜是由人工接種發酵技術制成，運用人工篩選的發酵劑對表面經過全部或者部分滅菌的新鮮蔬菜進行人工接種，使其在適當溫度下進行發酵[6]，其工藝流程為：選料→晾曬→整理、清洗→燙漂(葉燙1 min、幫燙2 min)→冷卻→裝罐→接種發酵→壓罐→灌水封罐→發酵。這種發酵方法優化了自然發酵方法，通過直投或其他方式加入經過篩選制備好的單一乳酸菌或由乳酸單球菌、乳酸桿菌等多種乳酸菌復合的發酵劑[7-9]。

人工接種發酵法與自然發酵法相比有很多優點：(1)人工接種發酵法直接向蔬菜中投入發酵劑，降低了發酵酸菜中的微生物多樣性，避免了由雜菌污染引起的腐敗，提高了酸菜的產量及質量；(2)優化了溫度、pH值等許多發酵條件，大大縮短了發酵時間；(3)改善了酸菜發酵過程中亞硝酸鹽含量過高的問題，降低了酸菜對人體的危害[10]。

2風味成分

2.1有機酸

酸菜發酵過程中經歷乳酸發酵與乙酸發酵等發酵方式，由于乳酸菌及酵母菌等微生物的作用，酸菜在這些發酵過程中產生許多有機酸，如酒石酸、蘋果酸、乳酸及乙酸等[11-13]，這些有機酸使酸菜風味獨特、口感酸爽，提高了酸菜的品質。研究表明，自然發酵酸菜及人工發酵酸菜中均可檢出乳酸、乙酸、酒石酸、蘋果酸、醋酸、檸檬酸、琥珀酸等[7，14-15],其中，黃頁傳等[14]先檢測了人工接種發酵及自然發酵酸菜，發現其中共含有7種有機酸，并檢測了各有機酸的含量，發現除蘋果酸、乙酸及檸檬酸之外，其他4種在人工發酵酸菜中檢出值均高于自然發酵。之后，朱文嫻等[15]使用相同方法檢測出酒石酸、乳酸、乙酸、琥珀酸4種常見有機酸，并通過對比發現乙酸含量為人工接種發酵低于自然發酵酸菜，此外，在此研究中，維生素C即抗壞血酸也被檢出。乙酸是有刺激性味道的一種有機酸，相反，乳酸、酒石酸及琥珀酸等都具有濃烈并柔和的酸味，且具有一定的新鮮感，以上研究結果可以說明人工接種發酵酸菜中各種有機酸含量的變化是使得其與自然發酵酸菜相比酸味柔和不刺激且具有濃郁的發酵清香的主要原因。

2.2氨基酸

酸菜中氨基酸主要來自新鮮蔬菜自身攜帶的蛋白質，含量一般為0.6%～0.9%[16]，在蔬菜發酵成為酸菜的過程中，蛋白質被微生物分解利用或被自身攜帶蛋白質水解酶水解產生氨基酸。氨基酸是酸菜鮮味的主要來源，酸菜中氨基酸含量越高種類越豐富其鮮味越濃，且每種氨基酸具有不同的呈味特點[17]。目前，在蔬菜腌制品中發現的氨基酸種類已確定達30多種[16]，近年來，科學研究者對兩種發酵方式的酸菜中氨基酸種類及含量做了許多相關研究。黃業傳、朱文嫻及杜書等[14-15，18]先后在自然發酵酸菜中發現17種游離氨基酸，其中7種人體必需氨基酸，但是酪氨酸、脯氨酸及半胱氨酸在人工接種產品中未被找到。這17種游離氨基酸在自然發酵酸菜中含量大部分高于人工接種發酵，使得自然發酵酸菜中總游離氨基酸含量較高于人工接種發酵，產生這個現象的原因是自然發酵過程中種類豐富的微生物產生了較多的代謝物質。這些研究表明，兩種發酵方式生產的酸菜中17種氨基酸含量變化無明顯區別，其中含量最高的為蘇氨酸，呈味特征為甜鮮，其次為同樣呈甜鮮味的谷氨酸、絲氨酸及丙氨酸，其余呈苦味及其他味道的氨基酸含量均較低，這些氨基酸使得發酵酸菜味道鮮美、營養豐富，并且可以促進食欲。此外，有研究表明，在酸菜發酵過程中，由于微生物生長利用，氨基酸含量逐漸下降，到后期保存貯藏過程中由于溫度抑制微生物生長又呈現先下降后上升的趨勢[19]。

2.3揮發性物質

揮發性風味物質是構成酸菜誘人氣味的關鍵因素，多種揮發性風味物質的綜合作用使得酸菜具有獨特并復雜的風味及鮮酸香氣，這些產生香氣的物質揮發性較強，可以采用蒸餾、萃取、超臨界流體萃取及頂空瓶氣體捕集等方法收集提取，后可利用氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)法分離及鑒定[20]。研究人員對發酵蔬菜的揮發性呈味物質研究很多，KIM[21]研究了Dongchimi中主要風味物質，HA[22]從Kimchi中檢測出26種揮發性風味成分，ZHAO等[23]研究了新鮮雪里蕻及其腌制品，發現了異硫氰酸稀丙酯(AITC)等成分。

國內學者對酸菜中揮發性風味物質作了詳細研究，結果表明，酸菜中揮發性風味物質主要為一些含硫化合物，王娟娟等[7]通過HS-SPME 技術與 GC-MS技術聯用得到鑒定結果，發現酸菜中含有酯類、醛類、酮類、醇類等，同時確定了乙縮醛、異硫氫酸酯、戊醇等成分的存在，并且發現人工接種發酵酸菜中揮發性成分少于自然發酵，韓國玲等[6]的研究也證明了這一結果，在其試驗中，經過同方法檢測得到了兩種發酵方式3個樣品中100多種揮發性化合物，但由于分析手段等受限，只分析出十幾種物質，其中大部分為含硫化合物。揮發性風味物質決定了嗅覺可以感知的酸菜的風味，決定酸菜的品質。隨著發酵過程的進行，揮發性風味物質組成也發生著一定程度的變化，且在自然發酵與人工接種發酵過程中的變化存在差別?？傮w上，經過發酵反應，自然發酵酸菜及其他自然發酵蔬菜的香氣組成比人工接種發酵酸菜的更復雜[15,24-25]，這也是傳統的自然發酵酸菜風味品質略高于人工接種發酵酸菜的原因之一，在以后的人工發酵技術中可以通過研究多菌系發酵劑接種法來減小這個差距。

3有害成份

3.1亞硝酸鹽

由于蔬菜是一種富集硝酸鹽的植物性食品[26]，在酸菜的自然發酵過程中，由于微生物的作用，硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽，使得酸菜中亞硝酸鹽產生量較高[27]。亞硝酸鹽主要通過兩種方式對人體造成危害：(1)由于胃中氨類物質的存在，發酵酸菜在進入人體后，所含亞硝酸鹽進一步被轉化為具有強致癌性的亞硝酸胺[28]。(2)過量的亞硝酸鹽導致人體出現缺氧、血脂下降及心跳超速等癥狀，嚴重的會出現舌尖、指甲青紫，頭痛乏力，惡心嘔吐及腹痛腹瀉等中毒癥狀[29-30]。超標的亞硝酸鹽對人體造成傷害，是每年我國出現酸菜中毒的主要原因，也一直是許多國家的食品安全焦點問題[31-35]。

目前，國內外對酸菜中亞硝酸鹽含量問題已有報道，并有學者對其含量的控制及降低方法進行了研究。研究發現，當使用乳酸菌混合其他菌種發酵酸菜時，亞硝酸鹽含量到達峰值的時間較短，為24 h，且峰值僅為0.30 mg/kg，發酵 8 d后，發酵趨于成熟，亞硝酸鹽含量降為零[36]。以純種乳酸菌發酵劑發酵的酸菜，亞硝酸鹽含量在發酵5 d時才會達到峰值，且同時發酵成熟時間也較混合菌種發酵劑發酵時間長[37-38]，但是，通過改善發酵液成分同時控制發酵溫度的方法，可以使亞硝酸鹽含量及發酵成熟時間縮短至24 h及4 d[39]。不論是純種乳酸菌還是混合菌種發酵，亞硝酸鹽的含量到達峰值的時間均遠小于自然發酵的8 d左右，且含量也遠小于自然發酵，并且在發酵周期內均低于自然發酵。

我國發酵蔬菜歷史悠久，但傳統發酵方法工藝簡單，產品質量、發酵時間受環境因素影響大，使得產品中亞硝酸含量很高，容易引起食物中毒。目前研究出的純種乳酸菌或乳酸菌混合其他菌種人工接種發酵工藝使得人工接種發酵酸菜中亞硝酸鹽含量明顯低于自然發酵。除此之外，采用以下方法也可以減少發酵酸菜中亞硝酸鹽含量。這些方法包括：(1)在發酵過程中添加外源物質，如抗壞血酸及檸檬酸，發酵時可使亞硝酸鹽峰較同條件自然發酵的酸菜提前至4 d，含量降低至3.81 mg/kg[40]。(2)食用時用水進行浸泡，換水4次、浸泡8h后可使亞硝酸鹽含量降低至原來的10%[41]。(3)在發酵劑中引入可以降解亞硝酸鹽的乳酸菌，包括戊糖乳桿菌B1、植物乳桿菌C1、D2，這種方法在鹽質量濃度50 g/L、pH值5.5時，在發酵25 h后亞硝酸鹽的降解率為92.3%，含量低至0.02 g/100mL[42]。

3.2其他

除了亞硝酸鹽之外，運輸過程中的污染以及酸菜的腐敗也會帶來很多危害。在酸菜的運輸過程中，由于機械操作不規范等原因，會引起外包裝袋的破損，外界物質可進入產品中引起污染。酸菜的腐敗主要是由雜菌入侵引起，在自然發酵過程中，由于蔬菜自身攜帶微生物種類較多，易引發微生物污染，而人工接種產品主要為人工操作不當引起的，酸菜產品的腐敗主要表現為產膜、異味、菜質軟爛以及包裝脹氣等，這些變化使酸菜失去商品價值，造成大量資源損失。

研究表明，酸菜發酵過程中添加的少量比例的NaCl可以抑制大部分雜菌生長，此時引起自然發酵酸菜變質的微生物主要為大腸桿菌、假單胞菌等細菌[43]。在工業成產過程中，還可以添加白酒或者食鹽等物質抑制雜菌的生長，同時也有研究表明[44]，有機酸除了可以決定酸菜口感及品質外，還可以作為原始添加劑被適量加入發酵液中通過改變發酵液pH值抑制雜菌生長，改善發酵酸菜因微生物污染引起的腐爛、酸敗等問題，間接提高發酵酸菜品質，避免了蔬菜資源的損失及浪費。目前，已有學者研究出一種安全、無毒的新型防腐劑，對大部分微生物均有較好的抑制作用，在酸菜保鮮防腐方面有較高應用價值的Nisin，姜紹通等[45]研制出復合防腐劑(Nisin 質量濃度為0.4 g/L，脫氫醋酸鈉質量濃度為0.3 g/L，尼泊金復合酯鈉質量濃度為0.2 g/L)，在這種防腐劑作用下，酸菜中致腐菌的抑制率都達到了96% 以上。

4感官品質

食品感官品質是可以由人體味覺、嗅覺及視覺等感知的食品的質量體現，可以由食品感官評價人員測定[46]。酸菜的感官品質包括色澤、滋味、硬度、脆度及咀嚼性等。發酵酸菜的色澤是影響消費者選擇的首要因素，在發酵過程中，蔬菜由于受到機械損傷或雜菌污染引起的酶促褐變及腐敗變色是影響發酵酸菜色澤的重要因素[47]。在科學研究中，感官評價人員對兩種不同接種方式下的發酵酸菜的感官評分不盡相同，但是差異較小，總體上兩種發酵方式下發酵中的酸菜色澤無明顯差異，發酵結束后人工接種發酵酸菜的色澤稍優于自然發酵酸菜[6，48]，生產中可以通過超高壓處理、外源施用抗褐變物質及抗雜菌污染等方式提高酸菜的顏色品質[49-50]。在對于自然發酵及人工接種發酵酸菜的滋味研究中，研究人員均發現人工接種發酵酸菜與自然發酵酸菜的酸味都有柔和、濃厚且正宗特點，有明顯鮮味，無異味，但是對于人工接種發酵酸菜的評分均稍高于自然發酵酸菜，發現自然發酵酸菜滋味更優。有研究表明自然發酵及人工接種發酵兩種發酵方式下發酵的酸菜的硬度、脆度及咀嚼性隨著發酵時間的推移均呈現先下降后持平趨勢，且根據感官評價結果可知，同一發酵時間下，對于以上3個指標，人工發酵酸菜的評分均略高于自然發酵酸菜[25，48，51-52]。

5展望

隨著人民生活水平的提高，新鮮蔬菜容易獲得，消費者對發酵酸菜的需求點由彌補新鮮蔬菜攝入不足轉變為口味的滿足，并且隨著食品安全意識逐漸深入人心，消費者對于酸菜的安全性及營養價值要求越來越高。目前，東北酸菜生產上還存在很多問題，如生產企業規模小、技術落后、產品結構不合理及品牌競爭力弱、高端產品少等。目前，國內生產企業主要是從自然發酵酸菜中分離優勢乳酸菌，制取發酵劑，在未來的生產中，企業應該更多引進高新技術、研究更適合的發酵劑，在保存自然發酵酸菜中更多揮發性風味物質的同時提高酸菜營養價值。目前，發酵酸菜的原材料主要來源于市場商販及農民種植，在以后的原料選擇上，生產者應該嚴格控制原料來源及品質，可以建立自己的原料種植基地來改善酸菜質量品質。在產品的貯藏方面，可以研究如氣調包裝、天然防腐劑等更多保藏方法來代替目前的添加人工防腐劑的方法。目前，市場上出售的酸菜常見的為切成絲的小袋包裝，未來，生產企業可以增強品牌意識、發展品牌戰略，將酸菜進行深入加工，研發更多新產品，并可以搭配其他營養食品，為居民提供合理健康的飲食，滿足消費者越來越高的要求，推動東北酸菜產業的發展。

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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

基金項目：國家科技支撐計劃項目(2012BAD38B05)

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

第一作者：碩士研究生(胡文忠教授為通訊作者,E-mail：hwz@dlnu.edu.cn)。