发酵蔬菜安全性的研究进展

迟雪梅，张庆芳*，迟乃玉

（1.大连大学 生命科学与技术学院，辽宁 大连 116622；2.辽宁省海洋微生物工程技术研究中心，辽宁 大连 116622）

发酵蔬菜是一种具有特殊风味的乳酸发酵制品，不添加任何防腐剂，有良好的感官品质，其成本低廉、原料多样、食用方便。在我国北方地区由于其特殊的地理气候，发酵蔬菜已经演变为一种蔬菜的存储方式[1]。

近几年国内外热衷于研究接种发酵技术，对于蔬菜的接种发酵给予了极高的关注度。目前市场上销售的发酵菜（尤其是酸白菜）多为人工接种发酵，因其发酵时间短而受各大加工厂欢迎；接种发酵相对于自然发酵能够降低亚硝峰值、减少制品中亚硝酸盐残留量[2]，因此有关亚硝酸盐的问题一直是研究热点，但硝酸盐剩余问题往往被人们忽略[1]。

硝酸盐是亚硝酸盐的前体，其实是一种潜在的致癌物质，可在多种细菌作用下被还原为亚硝酸盐，其中人体肠道内就有可以还原硝酸盐的菌[3]。接种发酵抑制了蔬菜发酵前期硝酸盐被还原成亚硝酸盐的过程，导致接种的发酵蔬菜硝酸盐大量剩余[1]。

TANEJA P等[4]最新的研究成果证实硝酸盐对胃肠道癌症发生率有巨大影响。硝酸盐在肠道内被还原转化为亚硝酸盐会增加胃癌的发生。因此蔬菜发酵制品的安全性不仅仅只停留在减少或降低亚硝酸盐含量上，更要重视硝酸盐大量剩余的问题[1]。

1 发酵蔬菜的营养价值

1.1 蔬菜的营养

蔬菜在我国居民膳食中的食物构成比例为33.7%，是膳食重要组成部分[5]。欧洲和亚洲是全球白菜主要产区，其中欧洲产量为总产量的17.5%，大洋洲产量占全球产量的74.7%[6]。大白菜质地柔嫩、味美清爽、开胃健脾，富含人体不可缺少的蛋白质、脂肪、多种维生素及磷、钙、铁等矿物质元素，常食有助于增强机体免疫功能，对减肥健美也具有意义[1，7-9]。因此，大白菜是人们生活中不可缺少的主要蔬菜之一。

本课题组曾对超级白菜、青丰、白峰等6个品种的大白菜进行主要理化指标的测定[10]，结果是6种白菜含水量约为94.5%，总糖含量约为3.0 g/100 g，蛋白质含量约为471.3 mg/100 g，氨基酸含量约为416.7 mg/100 g，维生素C含量约为28.6 mg/100 g。2015年李方远[11]分别对莴苣、白菜、甘蓝、芹菜等9种蔬菜营养成分进行研究，发现其还含有脂肪，食物纤维，铁、钙，维生素A、B1、B2、K1、U，碘等，其中维生素K1和维生素U是抗溃疡因子。2016年丁云花等[12]对紧花菜、松花菜、紫花菜等3种花椰菜进行营养成分检测时，发现其含有部分人体必需矿物质元素铜、锰、锌等。

1.2 发酵菜的营养

酸菜、泡菜的制作主要靠乳酸菌的作用，产生乳酸、醋酸等酸性物质，抑制有害微生物的生长[13]，从而延长了保存时间，又带来了乳酸发酵和醋酸发酵所特有的美味。

尽管蔬菜发酵之后比原料的蛋白质、维生素C等有所减少，但氨基酸种类和量都有所增加，还能产生大量对人体矿物质吸收有益的有机酸（乳酸和醋酸）等。研究资料还显示，发酵的蔬菜有60多种风味物质产生[14]。

发酵蔬菜是乳酸菌发酵蔬菜制成的传统食品，不仅营养成分较丰富而且含有益生菌，可以被认为是一种蔬菜益生菌食物。在张庆芳等[1]关于大白菜腌渍发酵的研究现状、趋势及存在问题的研究中，可了解到由于白菜发酵过程中生成的多种有机物，具有重要的保健作用。MARKOWIAK P等[14-15]的相关研究中也进一步体现了发酵蔬菜的多重的保健功能，如促进大肠健康、抗便秘、降低胆固醇、抗衰老和抗氧化作用等作用，同时还可以促进免疫、脑健康、皮肤健康等。

2 发酵蔬菜的安全性

2.1 蔬菜中的硝酸盐

蔬菜是一种容易积累硝酸盐的食物，蔬菜中硝酸盐积累部位及含量见表1[16]。

表1 蔬菜中硝酸盐的含量Table 1 Content of nitrate in vegetables

人体摄入硝酸盐的量80%来自于蔬菜[17]。无论是空气、水源还是土壤，都被严重污染[4，18]。废气排放、化肥农药的滥用等都是造成一系列问题的主要原因。蔬菜中尽管含有丰富的营养物质，但是含有的有害物质也不容忽视，如硝酸盐、亚硝酸盐、重金属镉、铅污染等[19-20]。其中亚硝酸盐被世界卫生组织认定为一级致癌物。

蔬菜中的硝酸盐累积毒害作用缓慢而隐蔽，硝酸盐本身并无毒性，然而在储藏一段时间或进入人体消化系统之后，由于硝酸盐还原酶（nitrate reductase，NR）和细菌的作用，会产生亚硝酸盐和亚硝胺，二者均具有致畸、致癌、致突变等危害[21]。

2.2 发酵菜中硝酸盐、亚硝酸盐

2.2.1 发酵菜中硝酸盐

自然界中能使硝酸盐还原的菌有100多种[22]，在蔬菜发酵过程中最常出现的是大肠杆菌、葡萄球菌属、假单胞菌属、肠道细菌科、黄杆菌属等[23]。蔬菜自身携带大量、多种类菌是其在发酵过程中硝酸盐还原为亚硝酸盐的原因之一，再者使用器具不消毒或消毒不彻底也会使有硝酸盐还原菌进入加工产品。在自然发酵过程中由于原料所带细菌及发酵工具染菌等情况，使得在自然发酵前期硝酸盐会在这些细菌的作用下将硝酸盐还原为亚硝酸盐，最后成品发酵菜中硝酸盐会少于原料[24]。

2.2.2 发酵菜中亚硝酸盐

新鲜蔬菜含有大量硝酸盐，在发酵过程中硝酸盐在还原菌的作用下变成亚硝酸盐，而亚硝酸盐是对人体有害的物质。张庆芳等[1，25-27]的研究表明，乳酸菌能够降解发酵菜中的亚硝酸盐。同时吕玉涛等[28]关于从泡菜中分离到的一株降解亚硝酸盐能力很强的乳酸菌的研究也证明了这一点，同时研究表明，当pH＞4.5时，乳酸菌降解亚硝酸盐以亚硝酸还原酶（nitrite reductase，NiR）降解为主；当pH＜4.0时，亚硝酸盐的降解以H+降解为主。进而获得较少甚至没有发酵菜亚硝酸盐残留的现象，从而使发酵菜变得更加安全。

周相玲等[29]对人工发酵与自然发酵泡菜中亚硝酸盐含量的研究表明，在自然发酵泡菜中第7天降至2.1 mg/kg。人工发酵泡菜成熟时亚硝酸盐的含量为0.44 mg/kg，以每天食用泡菜50 g为例，与联合国粮食与农业组织（food and agriculture organization of the united nations，FAO）/世界卫生组织（world health organization，WHO）规定的亚硝酸盐的日摄取量（8 mg/60 kg体质量）相比，远远低于这一数值。闫亚梅等[30]研究大白菜分别添加白萝卜、胡萝卜、黄瓜等进行自然发酵，发酵144 h时，亚硝酸盐含量＜20 mg/kg（国家标准）。可以说自然发酵具有解毒作用，不但降解了亚硝酸盐的含量，还可以很大程度地减少硝酸盐的含量。

3 发酵菜与微生物的关系

3.1 发酵初期（好氧菌的生长）

目前对发酵蔬菜里微生物区系的研究普遍认为，在发酵的初期，好氧菌和酵母是占优势的微生物[31]。具有硝酸还原性质的细菌几乎都为好氧菌，因此自然发酵初期使环境中大量硝酸盐被还原为亚硝酸盐[32]。人工接种发酵在发酵初期就添加乳酸菌，使乳酸菌快速成为优势菌群，快速降低发酵环境的pH值；从而迅速地抑制发酵体系中的其它微生物的繁殖，也导致了硝酸还原菌被抑制；使发酵初期硝酸盐降解被控制[33]。

3.2 发酵中后期（兼性厌氧菌的生长）

由于氧的消耗，在发酵的中后期，兼性厌氧的乳酸菌变为优势菌群。蔬菜发酵的乳酸菌主要有乳杆菌属、明串珠菌属、片球菌属，链球菌属等属的细菌[34]。大量的研究、实验结果显示，蔬菜发酵的中期（乳酸发酵的前期）主要为产生乳酸和醋酸的异型发酵，其中以乳酸球菌为主；蔬菜发酵的后期主要为产生大量乳酸的同型发酵，其中以乳酸杆菌为主[34-36]。

李超[34]关于东北酸菜发酵微生物动态解析的研究发现，发酵后期主要是同型发酵乳酸菌占优势。同时在发酵过程中还检测到一般细菌。荆雪娇[35]在传统发酵蔬菜微生物群落结构分析的实验中得出结论，不同加工工艺、包装工艺、不同原料的发酵蔬菜中，存在着丰富的乳杆菌群。植物乳杆菌存在于所有发酵蔬菜中，短乳杆菌为泡菜和酸菜的优势菌群，弯曲乳杆菌在泡菜和浙江榨菜中为优势菌群，消化乳杆菌和食用糖乳杆菌分别为酸菜和酱菜的优势菌群。

蔬菜发酵过程中的酒精含量可达0.5%～0.7%，对乳酸发酵并无影响；酒精发酵是由于酵母菌将蔬菜中的糖分解而生成酒精和CO2；酒精发酵生成的乙醇，可与乳酸反应，生成乳酸乙酯，使制品具有香味[1]。其蔬菜发酵中的醋酸还有一部分来源于醋酸菌氧化乙醇而生成的，这一作用称为醋酸发酵；极少量的醋酸不但无损于腌制品的品质反而有利产品风味的形成，只有在含量过多时才会影响成品的品质[1]。

4 接种发酵蔬菜硝酸盐大量剩余问题

蔬菜是一种易于富集硝酸盐的植物性食品，其硝酸盐含量远高于其他作物[37]。蔬菜发酵工厂化生产中，多采用人工接种技术进行发酵，人工接种发酵时间短，亚硝酸盐含量低。但人工接种的发酵菜硝酸盐含量相对自然发酵却高很多，并且人们往往忽略硝酸盐的存在。由于接种发酵使杂菌快速地被抑制，往往这些杂菌具有分解硝酸盐的酶，而乳酸菌大多不具有这种酶，使得蔬菜发酵过程中硝酸盐的分解被控制。

本课题组对接种发酵蔬菜与自然发酵蔬菜进行硝酸盐剩余量和亚硝酸盐的残留量实验研究[2]，结果见图1。由图1可知，接种菌剂1（乳链球菌（Streptococcus lastic）；莱氏曼氏乳杆菌（Lactobacillus leichmannii）；乳酪链球菌（Streptococcuscremoris）；植物乳杆菌（Lactobacillus plantarun））、菌剂2（Streptococcus lastic；Lactobacillus leichmannii；干酪乳杆菌亚种鼠李糖（Lactobacillus caseisubsp.rhamnosus）；Streptococcus cremoris）、菌剂3（Streptococcus lastic；Lactobacillus leichmannii；Lactobacillus plantarun）的发酵菜硝酸盐剩余量分别为544.32 mg/kg、422.13 mg/kg、329.74mg/kg，而自然发酵的菜硝酸盐剩余量为232.06mg/kg（原料蔬菜经烫漂后菜中硝酸盐含量为895.23 mg/kg）；接种菌剂1、菌剂2、菌剂3的发酵菜亚硝酸盐残留量分别为0、0.363 mg/kg、0.47 mg/kg，自然发酵菜亚硝酸盐残留量为2.67 mg/kg（国家标准＜20 mg/kg）。若按照每1.232 mg/kg硝酸盐转化为1 mg/kg的亚硝酸盐来计算[27]，接种菌剂1的发酵菜相当于有441.82 mg/kg的亚硝酸盐存在，接种菌剂2的发酵菜相当于有342.64 mg/kg亚硝酸盐潜在，接种菌剂3的发酵菜相当于有267.65 mg/kg的亚硝酸盐潜在；自然发酵菜相当于有188.36 mg/kg的亚硝酸盐潜在（国家标准＜20 mg/kg）。因此接种发酵蔬菜引起的硝酸盐大量剩余问题不容忽视。

图1 发酵蔬菜中硝酸盐、亚硝酸盐含量Fig.1 Contents of nitrate and nitrite contained in fermented vegetables

5 结论与展望

近年来关于乳酸菌降解亚硝酸盐机理的提出以及被证明，引领了人们关注接种技术能够降低发酵菜中亚硝峰值和减少制品亚硝酸盐残留的问题，但是忽略了人工接种技术反而会使发酵蔬菜硝酸盐大量剩余问题。

综上所述可以发现，发酵蔬菜虽然避免了成品菜中亚硝酸盐带来的危害，但其中硝酸盐的存在更应该引起人们的重视。俗话说“明枪易躲，暗箭难防”。硝酸盐潜在的危害已有相关研究得出结论，食物中的硝酸盐可在口腔及肠道中细菌的存在下被还原为亚硝酸盐，从而达到中毒的后果。因此发酵蔬菜硝酸盐的残留给人们带来的危害同亚硝酸盐一样不容忽视。

根据硝酸盐和亚硝酸盐在蔬菜发酵过程中降解机制，可以寻求一种亚硝酸盐残留量低，硝酸盐大量降解的蔬菜发酵工艺。根据研究可知，当pH＞5.0时，细菌（可还原硝酸盐的菌）大量生长，是硝酸盐大量分解时期；又根据研究可知当pH值为5.0左右时正是乳酸菌代谢产亚硝酸盐还原酶（NiR）的最适pH值。因此可以设计如下工艺：发酵初期（汤汁pH≥5.0）进行自然发酵，当汤汁pH值为5.0左右时加入乳酸菌剂进行接种发酵。这个工艺生产的发酵菜将既可以使亚硝酸盐残留少或无，又可使发酵菜中硝酸盐大量分解；从而使发酵菜的安全性更加提高。

乳酸菌能降解亚硝酸盐已被证实。通过查找基因文库发现乳酸菌中含有NR的基因，但在乳酸菌作用的过程中NR的基因并不表达。NR基因为何不表达目前还未有研究学者解释这一问题。推测乳酸菌所含有的NR基因可能为缺陷型基因或是诱导型基因或是还有其他原因，本课题组接下来会针对这一问题展开研究。