發酵蔬菜的研究進展

張杏媛，林少華，鄭立紅，羅紅霞*

（1.河北科技師范學院食品科技學院，河北 昌黎 066600；2.北京農業職業學院，北京 102442）

我國是全球蔬菜第一生產大國，種植面積超過2 100萬hm2，總產量已達到了7.69億t[1]，但在蔬菜加工方面遠不如發達國家，主要以鮮食為主，若新鮮蔬菜不能及時地消費，將會造成極大的浪費。為解決我國新鮮蔬菜浪費嚴重的問題，急需加快蔬菜加工業的發展，尤其是發酵蔬菜制品的研制與開發。對比日本和韓國，雖然我國發酵蔬菜具有悠久的歷史，但是并未形成具有國際競爭優勢的產業。為此，近年來國內學者對發酵蔬菜制品進行了多方面的研究，如微生物、新產品開發和安全性等方面。本文通過對這些研究進行歸納總結，以期為我國發酵蔬菜產業的發展提供參考。

1 發酵蔬菜的概念

發酵蔬菜是指新鮮蔬菜在封閉的壇中經復雜的微生物體系（由原材料攜帶進入）發酵而成的蔬菜制品。在我國，發酵蔬菜不僅具有久遠的歷史而且覆蓋范圍廣闊，在公元前300年就已有發酵蔬菜的生產歷史記錄。各種新鮮蔬菜包括紫甘藍、大白菜、卷心菜、胡蘿卜、甜菜、黃瓜、芹菜、辣椒、青豆、菜豆等，都可用于發酵蔬菜的生產[2]。迄今為止發酵蔬菜口味眾多，主要有酸味、酸甜味、酸辣味、麻辣味等風味產品。

2 發酵蔬菜的種類

發酵蔬菜的種類有很多，包括漬酸菜類、醬腌菜類、泡菜類、蔬菜汁類等，此外還出現了新的產品，即蔬菜汁與牛乳相混發酵的飲品[3]。市面上比較常見和大眾比較熟悉的有榨菜、東北酸菜、泡菜、酸豆角等。如四川榨菜，它是中國特產，也是我國三大名腌菜之一，具有鮮、香、嫩、脆等顯著特點；東北酸菜是我國東北地區特色產品之一，主要以白菜為發酵原料，東北酸菜發酵周期比較長，大約需要1個月才能發酵完成；泡菜歷史悠久，是我國的一種傳統發酵食品，泡菜中尤以四川泡菜最為有名，并且種類繁多、數量較大[1]。

3 發酵蔬菜的主要工藝

3.1 傳統家庭四川泡菜的典型制作工藝

母水制作：冷水放花椒、鹽，然后燒開晾涼，加入適量高粱酒（發酵菌即來于此），最后放入1個青椒（青椒不可帶生水）后密封。放置大約7 d（氣溫不同放置時間不同）撈出青椒，放入生姜，母水即可制作而成。

泡菜制作：蔬菜洗凈后切分，瀝干水分，然后完全浸入泡菜母水中密封數天即可食用。工藝流程為：

3.2 傳統家庭東北酸菜的典型制作工藝

將大白菜進行修整清洗甩干水分備用，大的白菜可以對半切后備用。

以一層鹽一層菜的方式入缸，最后在表層撒一把鹽壓上重物即可。

7～8 h后加水至沒過白菜，于2～8 ℃條件下放置1個月即可發酵完成。

工藝流程如下：

3.3 近年來新的制作工藝流程

隨著發酵蔬菜研究的深入，新的發酵工藝主要表現在發酵用菌種的人工培育及人工接種上。從保藏菌種開始進行逐級擴大培養，最終制成發酵劑，將其加入到發酵容器中進行蔬菜發酵。工藝流程如下：

4 發酵蔬菜的研究進展

傳統蔬菜發酵主要是利用蔬菜原料和腌制所用的輔料上攜帶的野生菌來發酵，發酵過程中有包括乳酸菌、酵母菌在內的各種微生物的參加，其中起主要作用的是乳酸菌。它的主要功能有增進營養價值、改善食品風味、抑制雜菌生長[4]（在發酵后期由于乳酸菌發酵產生大量乳酸，從而使環境中的pH值下降，較低的pH值抑制了包括乳酸菌在內的多種微生物的生長）等。我國關于蔬菜發酵所用微生物的研究開始于1940年左右，隨著研究的不斷深入，對發酵蔬菜的工藝改進作出了巨大貢獻，明確了發酵所需要的溫度、加鹽量、pH值等方面的因素[5]。對于不同食材原料，在采用不同菌種發酵的時候其發酵條件各有不同，但總的來說，發酵溫度多集中在25～38 ℃、加鹽量在5%～7%、pH值在3.7～6.7。

4.1 純種發酵的研究

由于傳統發酵蔬菜的制作是采用天然發酵的方式進行，參與發酵過程的菌種有很多，主要發酵菌及其種類尚不明確，并且發酵周期長，產量低下，制品質量不穩定，有時發酵控制不好甚至會產生大量有毒有害物質，造成巨大的經濟損失。而純種發酵則可以避免這一系列的問題。所謂純種發酵，是指通過人為將制備好的標準菌苗接種于蔬菜上進行乳酸發酵的過程[6]。對于發酵蔬菜中微生物區系分布、優良菌種選育、發酵條件對微生物生長及有害微生物的影響等方面的研究，國內外都有涉及。如美國Feming課題組[7]對酸菜中的微生物區系開展了研究，發現結球甘藍的發酵分2個階段（初始異型發酵和后續同型發酵），發酵過程主要微生物為乳酸菌。楊麗娜等[8]用9種食品中常用乳酸菌菌種進行發酵蔬菜的研究，經過對發酵蔬菜及湯汁中維生素C、總酸、氨基酸、總糖、硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發酸等指標的測定，并結合感覺器官評價，進而挑選出適合作為蔬菜發酵劑專用的適宜菌種。正是這些研究推動了純種發酵工藝的進步，純種發酵與天然發酵相比具有發酵周期短、鹽度低、亞硝酸鹽含量低、風味醇厚且安全系數高、好管理等優點。

4.2 直投式發酵劑的研究

由于人工接種發酵工序復雜，需要專業的技術人員進行菌種擴培，效率低下，因此產生了直投式發酵劑。所謂直投式發酵劑，是指一系列經過高度濃縮和標準化的冷凍干燥發酵劑菌種。這些菌種可直接添加到蔬菜原料中進行發酵，而不需要進行活化和擴培等其他前處理工作[6]。對于直投式發酵劑的研究，最為關鍵的技術之一是保護劑的選擇，申彤等[9]對嗜酸乳桿菌S1的最適凍干保護劑進行研究，發現乳糖最為適合，其存活率可達七成以上。對于直投式發酵劑發酵蔬菜的發酵條件研究方面，余文華等[10]用直投式發酵劑發酵不同蔬菜，結果發現在發酵劑添加量為0.2%，30 ℃發酵5 d時最好，李潔芝等[11]研究了直投式乳酸菌發酵劑在不同發酵條件下對青菜亞硝酸鹽含量的影響，最終發現接種量為0.05%，33.9 ℃發酵91.5 h時亞硝酸鹽含量最低，產品質量最好。于娟娟等[12]研究了自然發酵與直投式發酵劑發酵對酸白菜風味成分的影響，結果發現在有機酸總量、氨基酸總量和各種有機醇含量上直投式發酵劑發酵均優于自然發酵，但在風味物質種類上自然發酵更豐富些。

4.3 風味形成機制的研究

對于發酵蔬菜風味形成機制方面的研究，陳弦等[13]指出其風味主要來源于兩部分，一是蔬菜原輔料，二是發酵過程中的生理生化反應和微生物發酵作用產生的物質。風味物質的成分比較復雜多樣，主要包括非揮發性成分和揮發性成分，且不同的發酵菌所產生的風味物質又不盡相同。對于發酵產生的風味物質成分方面的研究，章獻等[14]利用氣-質聯用技術研究了2種韓國泡菜的揮發性風味物質成分，從其中分別鑒別出65種和55種揮發性風味物質，其中有34種相同成分。徐丹萍等[15]采用頂空固相微萃取技術（HS-SPME）結合氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）對5種傳統四川泡菜中的揮發性成分進行了研究分析，發現每種泡菜中都至少有20多種揮發性成分，總體有80種，包括酯、醇、酮、醛、萜等多種化合物。

5 發酵蔬菜新產品的開發

我國發酵蔬菜產品主要是作為餐桌上的菜品正餐食用的，其他種類的發酵蔬菜產品較少，近年來出現了很多飲料類的發酵蔬菜汁和其他發酵產品。主要是以乳酸菌作為發酵菌種，可以賦予蔬菜汁更高的營養價值，并可以提高其風味，增加保存期，預防蔬菜汁腐敗等[16]，便于在品質安全等方面進行更好的控制。如今，發酵乳制品行業已經形成了一套非常完善的產業鏈，采用各種有益菌發酵而成的酸奶制品很受大眾歡迎；另外，也有通過添加具有一定保健作用的特殊菌種而制成的乳制品。如市面上添加有BB-12（動物雙歧桿菌乳雙歧亞種）的酸奶制品已獲得保健食品的標志；因此，在發酵蔬菜的研究上可以借鑒其他食品的成功經驗，比如添加具有保健作用的菌種從而使其具有保健作用。我國的蔬菜產量大，其原料種類豐富、來源廣泛，適用于多種的加工方式和新產品的開發，研究發酵蔬菜汁等發酵蔬菜產品對我國發酵蔬菜產業具有極大的意義。

6 發酵蔬菜生產中存在的問題

6.1 加工技術水平較低

在我國，蔬菜加工企業數量并不少，如僅湖南省就有近千家[17]，但是加工技術裝備與工藝水平均相對落后，大部分還是采用傳統的加工方式，現代化流水線式加工工廠很少，且加工技術發展也不均衡，整體技術水平需要進一步提升。

6.2 產品種類單一

我國蔬菜品種不少，但蔬菜加工產品種類很少，加工方法和種類相對比較單一，精深加工品就更加缺乏，尤其是功能型蔬菜加工制品幾乎沒有。市面上比較常見的基本上都是腌制菜類（軟包裝或罐頭類），類似國外的可以保存很長時間的冷凍鮮蔬菜在我國幾乎沒有。如美國有名的金寶湯公司（Campbell Soup Company），生產的罐頭番茄、蔬菜、濃縮蔬菜罐頭湯不僅獲得了廣大消費者的喜愛，而且遠銷世界各地。

6.3 產業化程度低

蔬菜加工產業組織化、標準化程度相對較低，雖然近幾年蔬菜加工企業規模不斷擴大，出現了一些龍頭企業，產業規模得到了進一步擴大，但整個行業仍然居于企業加工規模小、抗風險能力差、加工制品單一的境況。蔬菜加工產業“一家一戶”分散式傳統生產的情況還較多，產品的保鮮、加工與包裝相對滯后，產品低價競爭，迫切需要進一步改進。

6.4 加工安全問題

由于傳統發酵蔬菜是采用自然接種進行發酵的，所以往往會帶有一些有害細菌，如報道的有大腸桿菌、糞鏈球菌、沙門氏菌、志賀氏菌等。這些有害微生物在發酵前期一般都普遍存在，而中后期絕大部分會死亡。這是由于大量存在的乳酸菌會產生一種細菌素，這種細菌素對其他微生物有拮抗或殺滅作用[1]；然而，只靠乳酸菌本身的抑菌作用還是不夠的，發酵蔬菜有時也會發生腐敗，有文獻表明引起腐敗的主要微生物有酵母菌和細菌，酵母菌主要是Pichia manshurica和Issatchenkia occidentalis等氧化酵母，細菌有布氏乳桿菌和擬桿菌屬。它們通過代謝有機酸（乳酸和乙酸）引起發酵體系pH值上升和發酵底物的還原，導致發酵蔬菜腐敗，并且發酵環境的改變又使得其他腐敗微生物有了生長的適宜條件，進一步加重了腐敗現象[18]。

腌制發酵蔬菜的加工過程中最需要關心的指標之一就是亞硝酸鹽含量。眾所周知，亞硝酸鹽會對人體產生多種危害，主要包括引發高鐵紅蛋白癥和形成致癌物質亞硝胺[18]。因而，對于發酵蔬菜加工工藝的研究一定要考慮到如何使亞硝酸鹽含量降到最低，且又不影響產品的風味。根據各研究人員對使發酵蔬菜中亞硝酸鹽含量下降技術的研究發現，發酵腌漬液酸度、發酵溫度、含氧量等均對亞硝酸鹽含量及亞硝胺有一定的影響。其中，提高酸度、溫度保持25～30 ℃、鹽度保持5%～7%均可有效降低亞硝酸鹽含量[18]；另外，后期貯藏條件的差異也會對亞硝酸鹽的含量產生作用。

由于蔬菜種植中使用農藥和除草劑造成了蔬菜中的農藥殘留，這會對發酵蔬菜造成污染。一般不同的蔬菜原料殘留量不同。根菜類就比較少，而莖菜、葉菜、花菜類的農藥殘留就相對多一些[19]；另外，發酵過程中的某些微生物使得氨基酸脫羧生成生物胺，生物胺是一類含氮的脂肪族或雜環類低分子化合物，通常包括單胺和多胺兩大類。其少量時對人體具有有益作用，但過量時會產生一些過敏性反應[19]。

7 發酵蔬菜的發展前景

我國是蔬菜生產強國，隨著近幾年對發酵蔬菜各方面研究的不斷加深，我國發酵蔬菜市場發展勢頭迅猛，前景廣闊。國內及海外市場都有很大的發展空間，并且在發酵蔬菜加工方面我國從原料、制造能力、群眾基礎到市場需求都有極大的優勢。我們迫切需要能夠代表我國的具有國際影響力的發酵蔬菜品牌。正如韓國泡菜中最有名的名為“Kimchi”的泡菜，它是自然乳酸發酵的產品，在國際上也享有極大聲譽，不但獲得國際精品標準認證，并且對食品添加劑、調味品、香辛料、酸度調節劑、功能性增效劑及品質標準等都有非常嚴格的規定[3]，因而在國際上享有一定聲譽。反觀我國，還沒有制訂統一的標準，不利于市場的開拓及海外發展。因而我們需要加緊對發酵蔬菜的研究以及新產品開發和質量體系的制定。這樣不僅能發揚我國傳統發酵蔬菜文化，更有助于豐富我國人民的飲食文化，還可以幫助菜農提高收入；因此，開展針對發酵蔬菜的相關研究項目具有十分重大而深遠的意義。