盐对发酵蔬菜微生物群体和发酵质量的影响

李凤姿，张媛，吴昊，杨洪岩

(东北林业大学 生命科学学院，哈尔滨 150040)

1 发酵食品与盐

发酵食品已有几千年的历史，是人类膳食结构中的一个重要组成部分，如谷物发酵食品面包、馒头、食醋，豆类发酵食品酱油、豆豉、腐乳，蔬菜发酵食品泡菜、酸菜、榨菜，乳类发酵食品酸奶、奶酪等已构成了人们生活中不可或缺的一部分。由于地域和饮食习惯的不同，世界各个地区逐渐形成了各自独特的发酵食品，如在德国，酸菜被誉为“国菜”，平均每人每年要消耗10 kg左右的酸菜，其不仅是德国人最喜爱的家常菜之一，也是德国国宴上的必备菜。在韩国，几乎家家户户都可以看到大大小小的泡菜坛子，在韩国人的餐桌上，可以说除了一两道主菜，旁边基本上都是一小碟一小碟种类丰富的泡菜。在中国巴蜀地区,泡菜、涪陵榨菜极为闻名；而中国东北地区的人们冬季最喜爱吃的一道菜就是白肉炖酸菜。

传统发酵食物中含有大量的食盐。食盐的主要成分是氯化钠，虽然钠是调节体内血量、血压和pH的必需离子，但是高钠摄入会增加肾脏的负担，易引发心脑血管疾病。改变高钠饮食习惯已经成为人们关注的话题及目前食品消费的趋势。降低发酵食品中钠的含量、改善其品质，已成为食品发酵研究的热点之一。世界各国的科学家们正在努力通过科学研究减少加工食品中钠的含量[1-4]。低盐发酵食品的研究及开发不仅对于人们健康提升具有重要意义，而且将适应目前市场的消费趋势，带来更多的经济效益。

国际上目前几大流行的蔬菜发酵食品是韩式泡菜、欧洲酸菜及中国的四川泡菜等。本文综合国内外研究现状，从这几方面着重分析盐对蔬菜发酵的影响，以期为我国低钠蔬菜发酵食品的研究及生产提供技术参考的同时，促进发酵蔬菜的产业化发展。

2 发酵蔬菜中盐的作用

从原理上讲，生的蔬菜发生许多酶活动和微生物的新陈代谢活动，形成了具有生物活性(多肽、胞外多糖、酚类物质、神经递质、维生素)、营养和独特风味的最终发酵蔬菜制品。新鲜蔬菜表面的微生物种群主要是细菌和酵母，乳酸菌只占一小部分。在发酵期间，当盐浓度和温度适宜时，乳酸菌的生长逐渐处于优势，因此大多数蔬菜都要经历乳酸发酵。发酵蔬菜生产的普遍流程见图1。

图1 蔬菜的腌制与泡制生产工艺[5]

盐对蔬菜发酵至关重要，概括起来主要包括以下几方面作用：①防腐作用。盐的主要成分NaCl是较强的电解质，能迅速渗入蔬菜细胞内，抑制蔬菜细胞的呼吸作用和生命活动，且其具有较强的渗透压，可以阻止有害微生物的生长繁殖。②适宜的盐浓度对于菜体带入的有益微生物的生长、繁殖与发酵有促进作用。③增香、增味与保脆作用。盐除使蔬菜具有适当的咸味外，可与发酵蔬菜中的游离氨基酸，特别是谷氨酸和天冬氨酸作用，增加了产品的鲜味，影响乳酸发酵等，从而影响泡菜的风味和品质。此外，盐可以抑制果胶酶活性，防止组织变软，增加脆性。④脱水。盐有较高的渗透压，能迫使菜体内的组织细胞内的水分和可溶性固形物渗透出来，同时细胞外的盐渗入菜体细胞内，一直达到细胞内的盐浓度与盐溶液的浓度相平衡，使菜体组织致密。

概括起来，盐对于发酵蔬菜的作用在于不仅影响着发酵蔬菜中生化及微生物群落，而且决定着发酵蔬菜的最终质量和风味。

3 蔬菜低盐发酵的研究进展

3.1 韩式泡菜

韩式泡菜(kimchi)是以新鲜蔬菜为主要原材料，以蒜、姜、圆葱、红辣椒、发酵海鲜 (jeotgal)等为辅料，经盐腌、调味等工序加工而成的具有传统风味的发酵蔬菜。韩式泡菜通常在低温下(2～6 ℃)发酵[6]，平均盐浓度是3%[7]。在发酵过程中，基于分子生物学技术，通过16S rRNA 基因的直接分析，kimchi微生物组是以Leuconostoc，Lactobacillus和Weissella3个属成员为主[8]。

一般来说，Leuconostoc的成员如Leu.mesenteroides和Leu.citreum，Weissella的成员如W.koreensis，W.cibaria，W.hellenica，W.fabaria，W.confusa，和W.pseudomesenteroides[9,10]与其他泡菜乳酸菌相比具有较少的耐酸性和微需氧性，在早期发酵期间主导了泡菜微生物群落，而Lactobacillus的成员如Lb.sakei，Lb.plantarum，Lb.curvatus和W.koreensis，Leu.inhae[11]因为具有较强的耐酸性而随着泡菜发酵环境逐渐缺氧，酸度增加，pH降低而占有优势[12]。Lb.sakeisubsp.sakei是在泡菜发酵成熟时起重要作用的微生物[13]。然而由于泡菜的主料、辅料、发酵条件、生产厂家的生产工艺等的不同[14]，都会对泡菜微生物群落多样性造成明显的影响。

低盐是当前市场需求的趋势，因此，在韩式泡菜制作过程中盐用量也呈逐渐减少的趋势，此方面的研究已有一些报道。Choi等[15]使用KCl部分代替NaCl，结果发现在发酵的第13天后，pH和总酸度(以乳酸计)分别达到了4.4～4.7和0.4%～0.6%，感官品质评定是好的。当盐水中NaCl与KCl分别为5∶1和2∶1时，相比于对照组，乳酸菌和总需氧微生物的生长是最快的。Kim等[16]使用富含矿物元素的海盐与纯盐发酵泡菜，发现在感官品质方面，海盐发酵的泡菜评定分数高于纯盐发酵的泡菜。在乳酸菌种类方面，在发酵的第2天，纯盐发酵的泡菜中Lactobacillus，Leuconostoc属分别占73%，20%，而海盐发酵的泡菜中两属分别占60%和33%；在发酵的6周后，Lactobacillus属在纯盐泡菜和海盐泡菜中占的比例分别是90%和74%，特别是只在纯盐泡菜中发现Lb.plantarum。Lb.plantarum的存在会使泡菜变酸，风味变差。另外，海盐的使用降低了Lactobacillus与Leuconostoc的比率，数值大约是纯盐泡菜中的1/3，这充分地说明海盐提高了泡菜的质量。Lee等[17]收集了韩国2015年4月～8月6个市(江原道、京畿道、忠清道、庆尚道、全罗道和济州岛)的88份泡菜，发现盐用量范围均在1.72%～4.42%之间，家庭腌制的泡菜盐用量是工厂用量的1.3倍，并且家庭腌制的泡菜中Lactobacillus，Weissella属的数量与种类比工厂中的多；由于工厂使用的盐浓度低，生产的产品容易受其他杂菌污染。

在低盐韩式泡菜制作过程中，出现了一些问题，比如当盐浓度很低时，出现发酵过程难以控制、腐败菌滋生的状况，可能的原因是低盐发酵时，体系pH和酸度的改变相对于正常泡菜来说是缓慢的[18]，并且乳酸菌的种类也相对较少的问题，需结合发酵剂Leu.mesenteroides[19]来控制发酵进程，并使泡菜质量更均匀。

3.2 欧洲酸菜

欧洲酸菜以圆白菜为原料，将成熟后的圆白菜修剪后切分成条或碎片装入罐中，加入盐，使圆白菜脱水形成盐水，桶顶安设假顶盖加压固定，从而使圆白菜全部浸入盐水中。一般盐用量是1.8%～2.5%，18 ℃发酵[20]。当圆白菜全部浸入盐水时，就进入了微生物发酵阶段。

在发酵开始的2～3天占优势的菌群是异型发酵乳酸菌，不耐酸，数量最多的是Leu.mesenteroides，菌群中也有Weissella属，Leu.citreum，Leu.fallax[21]，在异型发酵转向同型发酵的阶段，Leu.citreum，Leu.argentinum在发酵液中出现，9天后达到了同型发酵阶段，即酸度达到1%，Lb.brevis，Lb.plantarum，Lb.curvatus及Lb.sakei，P.parvulus等出现，最后发酵液中数量最多的便是最耐酸的Lb.plantarum。通常情况下，酸菜发酵在2周完成。在实际生产过程中，上述不同发酵阶段中乳酸菌的种类会因原料种类、发酵温度和食盐浓度等因素的不同而不同。近期欧洲酸菜的研究主要集中在发酵酸菜时使用1.5%甚至更低的矿物盐，在减少盐浪费的同时，又可以减缓NaCl不可生物降解所带来的环境问题，并生产健康型酸菜。

一般的矿物盐包括57% NaCl，28% KCl以及少部分的Ca2+，Mg2+等[22]。矿物盐的组成的原因基于KCl和CaCl2具有咸味、MgCl2的有利渗透作用和CaCl2对酸菜本身的增脆作用[23]。在使用矿物盐发酵酸菜的同时有时使用Leu.mesenteroides，P.pentosaceus，Lb.plantarum，Lb.brevis[24,25]作为接种剂，可以更好地控制发酵过程，提高产品的稳定性。

Penas等使用0.5%，1.5%的NaCl，使用Lb.plantarum或Leu.mesenteroides作为接种剂来发酵酸菜，之后在4 ℃保存3个月，结果表明酸菜产品的生物胺水平都低于标准发酵产品，有着好的产品质量和安全性[26]；并且含有高度有效的抗氧化剂成分和抗癌成分(实验中以维生素C、硫代葡萄糖苷水解产物计)[27]。他们发现使用0.5% NaCl与Leu.mesenteroides作为发酵剂进行酸菜生产是最好的选择。Viander使用0.5% NaCl、0.5%矿物盐(57% NaCl，28% KCl)、1.2% NaCl发酵酸菜，发酵2周后发现所有处理组pH的下降曲线基本相同，使用0.5%矿物盐处理的酸菜相较于其他处理组乳酸产量最低，乙酸产量相同，酸菜的感官味道是最好的[28]。乙酸是抑制发酵腐败微生物最重要的有机酸。Wiander等使用0.5%的矿物盐(57% NaCl，28% KCl，12% MgSO4，2% Lysine·HCl和1% SiO2)发酵酸菜，发现酸菜感官品质尚可，但酸菜本身的脆度仍不够，是糊状的，味道也很奇怪，需要加调味料掩盖。Wolkers-Rooijackers等使用1.5% NaCl，0.9% NaCl，1.5% NaCl替代物(60% NaCl，30% KCl，5% MgCl，5% CaCl)3种处理发酵酸菜，结果发现3组处理的酸菜最终的pH值都在3.4～3.7，微生物学安全。在发酵的第1周发现3组的优势菌种都是Lactococcuslactis和Leu.mesenteroides，1.5% NaCl替代物处理的酸菜中含有足量的Lb.paraplantarum和Lb.curvatus。1.5% NaCl 和1.5% NaCl替代物处理的酸菜感官品质均可，而0.9% NaCl处理的酸菜口感过软。Johanningsmeier发现使用1% NaCl与Leu.mesenteroides作为接种剂来发酵酸菜既可以保证酸菜的口感和风味，也可以保证pH值持续下降，体系快速进行发酵状态和产品品质的一致性。

随着盐浓度的降低，酸菜的口感与风味也将随之降低。综合上述研究可知，虽然0.5%的NaCl发酵酸菜可以保证产品的安全性，并且0.5% NaCl与Leu.mesenteroides接种剂同时使用可以保证酸菜的感官品质。但是对于酸菜自然发酵而言，使用0.5%～0.9% NaCl与0.5%矿物盐都不能保证良好的感官品质，如果上市的话需要加调味料来掩盖本身的不足，这反而会增加产品的成本。而使用1.5%矿物盐既能降低人体对钠的摄入，也可以保证产品的感官品质。所以以矿物盐部分代替钠盐为降低产品中钠的含量提供了一条解决途径，在减少钠含量的同时也能保持产品良好的感官品质。

3.3 四川泡菜

中国四川泡菜是以白菜、萝卜、黄瓜、甜椒等新鲜蔬菜为原料发酵制成，味道酸甜、口感清脆、色泽鲜亮。制作四川泡菜时将新鲜蔬菜清洗、切分、装坛，加入2%～14%盐水[29,30]，水封隔绝空气，在室温下发酵完成。四川泡菜中的盐水中除了盐之外，还包括白酒、花椒、干辣椒、红糖等作料和香料。

四川泡菜的自然发酵过程由Leu.mesenteroides，Weissella属等乳酸菌启动[31]，随后Enterococcusfaecalis，Lactococcuslactis，Lb.zeae出现并参与，最后由Lb.paraplantarum和Lb.casei主导至泡菜成熟[32]。

一些学者对使用1%～10%(W/V)食盐浓度发酵的四川泡菜进行了研究，发现使用4%～10%(W/V)食盐浓度发酵的泡菜都有良好的微生物安全性[33]，1%～3%(W/V)食盐浓度发酵的泡菜在发酵6天后微生物安全性仍待研究[34]。盐浓度在泡菜发酵早期影响明显，如在发酵开始的前2天，盐浓度越低，pH值降低越快，在发酵后期则对于pH值变化无明显作用，但是低盐浓度引起最终产品的低pH值[35]。使用1%～3%(W/V)盐发酵，乳酸菌的繁殖代谢最快，泡菜的成熟时间加快，但不能有效抑制有害微生物的生长；使用4%～7%(W/V)盐发酵可以显著地抑制真菌、大肠杆菌、芽孢杆菌的生长；8%～10%(W/V)盐发酵减弱了乳酸菌的异型发酵作用，降低了乳酸菌新陈代谢速率，延迟了泡菜成熟时间。尽管其抑制了对泡菜生产不利菌的生长，但效果比不上4%～5%(W/V)的食盐用量[36]。研究结果发现使用不同盐浓度发酵泡菜时都是Lb.plantarum和Lb.pentosus占优势[37]。杨晓辉等[38]从多种泡菜中筛选出的Leu.1 和Leu.2 (Leuconostocmesenteroidessubsp.mesenteroides)适用于低酸低盐的泡菜发酵，与自然发酵相比较，产酸速度和风味明显优于自然发酵。使用低盐发酵的泡菜虽然在一段时间内有着良好的微生物安全性，之后的安全性仍需研究。

四川泡菜中使用低盐发酵在前期pH降低很快，乳酸菌生长迅速，这与韩国泡菜发现的结果正好相反，可能是由于发酵温度不同的原因，四川泡菜在高于20 ℃的条件下发酵，是大部分乳酸菌的优势生长温度，乳酸菌生长较快，有机酸产生较多，可以抑制杂菌的生长。而韩国泡菜在2～6 ℃低温下发酵，乳酸菌生长较慢。另一种可能的原因是原料添加比例及方式的不同，虽然两种泡菜都添加姜、蒜、红辣椒等辅料，但是韩国泡菜中添加较多，四川泡菜中是在配制食盐水时加入的，与食盐的含量成比例，韩国泡菜是在拌料时加入的，与原料的质量成比例，姜、蒜、红辣椒的添加可以延后乳酸菌的生长[39,40]。

4 结论与展望

发酵蔬菜制作过程中盐用量与地区差异、生产工艺、原料种类等因素有关。综合已经实现工厂化生产的韩式泡菜、欧洲酸菜和四川泡菜可知，低盐发酵蔬菜生产已经成为产业化发展趋势。这不仅归因于人们对于饮食健康的更高追求，同时也源于人们保护生态环境的进一步诉求。

目前的低盐发酵蔬菜生产主要采用降低氯化钠的使用浓度来实现，控制方式主要体现在直接降低氯化钠的使用量、用氯化钾部分替代氯化钠及用矿物盐部分替代氯化钠。目前的研究结果表明三种方式均有一定的效果，研究关注的重点为盐浓度降低后蔬菜的发酵质量、风味及产品的微生物安全性评价。在蔬菜发酵过程中，微生物是引起一系列物理化学变化的主体，因此在未来的研究中，需要加强低盐条件下发酵过程中的微生物动态分子解析，从本质上了解及理解低盐对于蔬菜产品质量及安全的影响。

随着人们对低盐发酵食品研究的不断深入，相信会有越来越多的低盐发酵技术不断涌现，在提高人们生活水平的同时，也能带来更多的经济效益和社会效益。

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