乳酸菌发酵酸菜研究进展

贺蓓蓓，彭晓顺，杨逸飞，许 振，罗浩宇，刘婷婷，李 岩，李天蕊，宋园亮

(1.湖北医药学院 药学院, 湖北 十堰 442000；2.湖北医药学院 第四临床学院, 湖北 十堰 442000；3.湖北医药学院 第二临床学院, 湖北 十堰 442000；4.湖北医药学院 药护学院 第五临床学院, 湖北 十堰 442000；5.湖北医药学院，湖北 十堰 442000)

1 引言

酸菜历史悠久，在日常饮食中可以是开胃小菜、下饭菜，也可以作为调味料来制作菜肴。酸菜是由青菜和白菜经过乳酸菌等微生物混合发酵而成，不同的地理环境、气候条件和水质，以及不同的原料、配料、工艺等，都会影响酸菜的口味风格，从而形成不同的品种。按地区来分，有东北酸菜、四川酸菜、贵州酸菜、云南富源酸菜等。本文对发酵酸菜中乳酸菌多样性，酸菜生产工艺，酸菜营养价值及功能特性的相关研究进行综述, 为今后直投式酸菜乳酸菌发酵剂的筛选和研制、发酵酸菜的工业化生产提供参考。

2 酸菜中乳酸菌多样性的研究

“酸菜”的制作，最早可以追溯到两千多年前的西周时期。据《周礼》记载，“馈食之豆，其实葵菹”，“菹”即为酸菜。随着人们对酸菜营养价值的重视，微生物领域的专家学者开始系统地研究发酵酸菜中乳酸菌的多样性、生产工艺以及营养价值。目前已经确定的乳酸菌至少分为23个属56个种，在蔬菜的发酵中，植物乳杆菌、肠膜明串珠菌和短乳杆菌经常被使用到。同时研究发现，乳酸菌在我国酸菜中广泛存在，具有绝对优势，主要分布在乳杆菌属、片球菌属、乳球菌属、明串珠菌属和魏斯氏菌属这5个属中。

在中国酸菜之中尤其以东北和内蒙古酸菜最负盛名，研究也相对更多。武俊瑞等[1]发现东北传统酸菜的发酵液中微生物几乎涵盖了细菌和真菌的各个门目的种属，细菌以乳杆菌目属种占优势。于美玲[2]通过研究发现清酒乳杆菌和植物乳杆菌是辽宁省沈阳市自然发酵酸菜中的优势菌群，发酵乳杆菌和植物乳杆菌是内蒙古乌兰浩特市自然发酵酸菜中的优势菌种。赵岩[3]聚焦内蒙古的赤峰地区，从家常的酸菜汁中分离出3株肠膜明串珠菌葡聚糖亚种，3株植物乳杆菌，3株短乳杆菌和1株乳酸片球菌。云月英等[4]发现内蒙古包头市的酸菜汁中有6株乳酸菌，其中植物乳杆菌1株、弯曲乳杆菌1株、干酪乳杆菌1株、屎链球菌2株、鸟肠球菌1株。赵伟[5]以哈尔滨市呼兰区自然发酵的酸菜汁为实验样品，发现分离出的247株乳酸菌分布于4个属，分别为乳球菌属、肠球菌属、乳杆菌属和片球菌属，这使得人们对东北自然发酵酸菜的认识变得更多样化。

奎梦漪等[6]研究云南自然发酵酸菜液，从中分离筛选出4株性状优良的乳酸菌，经鉴定2个为植物乳杆菌，肠膜明串珠菌和短乳杆菌各1个。张璐璐等[7]分析了从广西、贵州和四川采集的多个酸菜样品，发现乳酸菌中片球菌属主要集中在贵州和四川，魏斯氏菌属及乳球菌属主要集中在四川酸菜中。同时，不同的发酵时间段有着较为不同的优势菌群。丛敏等[8]发现，在酸菜发酵的40 d时，细菌种群多样性最高，乳酸乳球菌和戊糖乳杆菌在发酵前期占据优势，但在发酵中后期植物乳杆菌更优。不同原料与工艺的发酵蔬菜中存在着较为不同的乳杆菌群。所有发酵酸菜中都含有植物乳杆菌，酸菜优势菌群为消化乳杆菌和短乳杆菌，泡菜的优势菌群为短乳杆菌和弯曲乳杆菌，酱菜中的优势菌群为食用糖乳杆菌[9]。

3 酸菜生产工艺的研究进展

3.1 酸菜的发酵工艺

酸菜的发酵工艺包括自然发酵和加菌发酵。酸菜的总酸量与发酵时间呈正相关，相比于传统自然发酵，加菌发酵的产酸速度更快，总酸含量更高，酸菜产物感官品质更优，发酵周期更短，安全性更高，更有利于建立乳酸菌优势地位，抑制非功能菌群的生长。加菌发酵会使酸菜中氨基酸的种类和数量增加，但也会使挥发性风味物质的种类和数量有所降低。甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸和门冬氨酸是酸菜形成良好风味的重要物质，均在加菌发酵的酸菜中含量较高。加菌发酵的酸菜口味更加鲜美，这是因为具有很强鲜味的谷氨酸只存在于加菌发酵的酸菜中。加菌发酵技术有纯种乳酸菌发酵技术和直投式乳酸菌发酵技术。与自然发酵技术相比，直投式乳酸菌发酵技术可以通过控制发酵菌株和发酵条件，提升酸菜的食用安全性，直投式乳酸菌发酵剂具有活力高，接种量少，可直接应用于生产等特点，是当前酸菜发酵工业的研究热点。

乳酸菌发酵剂的制备方法常使用真空冷冻干燥。在冻干过程中，利用冻干保护剂可减轻或防止冷冻干燥时对菌体细胞理化损伤或复水时对细胞的损害[10]，保持原有的多种生物活性和各种理化特性，从而提高菌体存活率。李甜甜[11]发现3%的菜叶粉做保护剂最佳。邵梦秋等[12]发现将谷氨酸钠20 g/L、甘油30 mL/L和Vc20 g/L，这3种保护剂同时溶解于MRS中配制成的复合保护剂为最佳冻干保护剂,冻干保护剂：菌泥为3∶1。栾天奇[13]对乳酸菌发酵保护剂进行优化，确定最佳保护剂配方为：脱脂乳10%、海藻糖1.6%、甘油0.6%、山梨醇2%、麦芽糊精1%。

在东北地区，发酵酸菜所采用的大白菜一般在10月份以后才可采收，而环境温度已经降到了15 ℃以下，不适宜大多数发酵酸菜所用的乳酸菌生长，一般发酵酸菜需要人工升温到18～25 ℃以供乳酸菌快速发酵。所以对于将乳酸菌投入到酸菜生产的企业来说，耐低温乳酸菌可以降低能耗和生产成本、增强市场竞争力。张晓黎等[14]在10 ℃低温状态筛选出2株产酸速度快、耐酸强、降解亚硝酸盐能力强、乳酸菌素产量高的耐低温乳酸菌菌株。卢海强等[15]从传统自然发酵的酸菜中获得了一株产亚硝酸盐还原酶的低温乳酸菌，为酸菜的低温发酵生产提供了优良的菌株。

3.2 乳酸菌最佳菌种发酵组合

崔敬爱[16]通过研究自然发酵酸菜汁确定了最佳发酵菌种组合为肠膜明串珠菌∶短乳杆菌∶植物乳酸杆菌=1∶1∶2，这3株菌具有较高的产酸能力，同时确定了最佳发酵工艺参数为：温度25 ℃，时间6 d，接种量3%，盐浓度2%。韩德权等[17]发现菌种比例为副干酪乳杆菌∶布氏乳杆菌∶凝结芽孢杆菌=1∶2.12∶2.87时发酵的酸菜在色泽、香气等感官质量方面比自然发酵所得产品更好，营养品质更高，安全品质更好。毕金峰等[18]将其成功分离出的乳酸球菌，与已应用于发酵酸白菜中的赖氏乳杆菌、 植物乳杆菌组成不同配比的发酵剂，发现乳酸球菌∶赖氏乳杆菌=1∶2，乳酸球菌∶植物乳杆菌= 1∶2，乳酸球菌∶赖氏乳杆菌∶植物乳杆菌=1∶2∶1三种发酵剂接种发酵效果较好，pH 值下降快，感官指标较好。栗永乐[19]筛选出的最佳菌种组合为短乳杆菌:植物乳杆菌=1:1。最佳发酵工艺参数为：发酵温度20 ℃，发酵时间3 d，接种量3%，盐浓度5%。赵金海等[20]发现酸菜在发酵剂添加量为3%，肠膜明串珠菌与植物乳杆菌比例为1∶2，温度为20 ℃，时间为16 d的时候酸菜的感官质量如颜色、气味、口味等方面都较好。桑建等[21]用从东北传统发酵酸菜中获得的5株性能良好的植物乳杆菌直投发酵剂，按白菜重量的0.2%添加，在20～25 ℃发酵20d可得到与传统酸菜具有一样风味和品质的成品。

3.3 乳酸菌培养基选择

赵福龙等[22]将从壳聚糖中制备所得的壳寡糖应用于酸菜发酵，发现这样不仅可以更加显著地抑制大肠菌群，促进乳酸菌和酵母菌的生长，而且对霉菌的生长也具有抑制作用。同时发现，与传统方法相比，添加壳寡糖腌制的酸菜感官品质更优。邵梦秋等[12]确定了培养基营养因子及其添加量的最佳组合为:1.5%蛋白胨水，4%芥菜汁，2%土豆汁，4%麦芽汁(均为体积比)。葛宗昌等[23]聚焦西北地区的酸菜发酵工艺，筛选出的东方醋酸杆菌、干酪乳杆菌和东方伊萨酵母可用于制备适合该地区的发酵剂，同时确定培养基的组成为马铃薯汁、番茄汁、葡萄糖、蛋白胨、磷酸盐，并得出最适培养基配方。豆粨水解液可以为微生物生长提供丰富的氮源及各种生长因子和微量元素。韩德权等[17]通过单因素实验和正交实验确定培养基的最佳组合为：玉米糖化液2.5%、豆粨水解液1.5%、玉米浆0.5%、K2HPO42 g/L、MgSO40.5 g/L、MnSO420 mg/L，优化后发酵培养的活菌数量显著增高。田慧敏等[24]发现与其余培养基配方相比，用6%麦麸溶液和酸菜汤加0.7%糖的配方培养出的乳酸菌数目明显增加，且不会对产品的品质产生影响，同时价格较低，可用于工业生产中，提高企业的竞争力。

4 酸菜营养价值和功能特性的研究进展

4.1 乳酸菌与酸菜的风味品质的研究

酸菜自然发酵时会出现大量的乳酸菌，包括类肠球菌、乳酸球菌、肠膜明串珠菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌和发酵乳杆菌。这6种乳酸菌出现在酸菜发酵的不同阶段，并控制酸菜的发酵，使酸菜具有独特的风味和质地。酸菜的风味由菌群生长代谢所产生的酯类、烷类、萜类、苯及衍生物类和醇类物质决定的。乳酸菌可通过反应小分子糖类得到酸类物质，使酸菜具有温和的酸味。同时一些糖类也可被反应生成醇类物质，酸类和醇类代谢产物通过酯化反应生成酯类物质，可使酸菜具有醇香和酯香[25]。

酸菜的理化性质包括酸度、氨基酸、亚硝酸盐含量等，它们与酸菜的感官质量密切相关。感官质量好的酸菜，其酸度和氨基酸含量高，亚硝酸盐含量低，乳酸菌的数目和种类多[26]。腐败菌在酸性条件下难以生存，所以当乳酸菌的产酸增加时，腐败菌的数量会有所减少，在pH值低于4.0后，大部分亚硝酸盐被酸降解，均会使酸菜的品质变得更好。酸菜中含有较多的草酸、琥珀酸、柠檬酸、乳酸、醋酸 。柠檬酸的酸性柔和，会赋予酸菜新鲜感；乳酸的酸性较强，含量过多时酸菜口感偏涩；醋酸和草酸为刺激性成分；而琥珀酸赋予酸菜鲜味[21]。同时，酸菜中存在的大量氨基酸是乳酸菌利用蛋白水解系统使可溶性蛋白分解所得，从而使酸菜具有独特的鲜味。杜书[27]从酸菜自然发酵过程中检测出17种游离氨基酸，发现谷氨酸和天门冬氨酸主要形成酸菜的鲜味，并确定了构成酸菜特征风味的5种成分，即二甲基二硫、二甲基三确、(E,Z)-2,6-壬二烯醛、乙醛和2-戊基呋喃。另外，乳酸菌在发酵酸菜过程中会生成可进入到发酵液中具有可溶性的乳酸菌胞外多糖[28]，它可以作为天然的食品添加剂，赋予产品良好的质地、口感和风味。

纬度和温度也会对酸菜的风味品质产生影响。赵国忠等[26]研究发现，纬度越低，酸菜品质越好。这是因为高纬度地区较低的冬季气温使微生物的活性下降，影响了发酵系统中有益菌株的数量，导致各种腐败菌增加，不易产生有机酸及其他风味物质。赵媛媛[29]发现30 ℃发酵酸菜的品质比37 ℃的更高、风味成分更丰富。

4.2 乳酸菌与酸菜营养功能研究

在酸菜发酵的过程中，乳酸菌会生成多种具有功能性的物质，如乳酸菌胞外多糖，L-乳酸，共轭亚油酸，乳酸菌素等。研究发现，乳酸菌发酵所产生的乳酸菌胞外多糖具有很强的生物活性，可以调节胃肠道菌群组成，预防和治疗各种腹泻，能够调节人体免疫力，并具有抗癌、抗肿瘤的功能[28]。植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和布氏乳杆菌均能进一步分解蔬菜中的碳水化合物和蛋白质生成便于人体吸收的物质。鼠李糖乳杆菌LGG[30]只会生成能被人体吸收利用的L-乳酸，可以调节肠道的微生态平衡，增强免疫能力，抑制肠道中有害菌群的滋生，在食品发酵中具有特别重要的安全意义。共轭亚油酸作为必须从食物中摄取且人和动物必要的脂肪酸之一，它具有抗肿瘤、抗氧化、提高免疫力等多种重要生理功能，刘海霞等[31]发现棒状乳杆菌产生的共轭亚油酸的含量较多，共轭亚油酸转化率较高。鲁志彬等[32]以酸奶、酸菜和泡菜等富含乳酸菌的食品为原材料，发现乳杆菌属、链球菌属、片球菌属和明串珠菌属等多个属的乳酸菌株具有能够较好抑制病原菌生长并能提升食品口感的乳酸菌素。

研究发现，乳酸菌也具有较强的疏水性，体外降胆固醇作用以及促进有机磷农药的降解作用。武昕媛等[33]通过对东北发酵食物中分离培养乳杆菌的研究，发现疏水性较强的乳杆菌。通常情况下，细菌的疏水性越强，那么与黏膜细胞的作用就越强。乳杆菌可利用疏水作用在生物体内形成稳定的屏障，可以抑制病原菌的入侵和增殖。乳杆菌的疏水性由强到弱依次为鼠李糖乳杆菌、米酒乳杆菌、短乳杆菌和植物乳杆菌。李常营等[34]对酸菜来源植物乳杆菌S4-5的体外降胆固醇作用进行研究。发现其在体外表现出良好的降胆固醇能力，且酸性环境有利于胆固醇的降低。迟涛等[35]通过实验发现植物乳酸杆菌和天然菌株都具有促进有机磷农药的降解作用。

5 结论与展望

随着人们经济收入的提升，酸菜的市场需求和市场规模变得愈发庞大，人们对酸菜产品的要求也变得更加严格。这使得企业不仅要控制酸菜的质量和口感，还要缩短发酵的时间，优化生产工艺。近年来，国内外食品微生物研究者相继对酸菜中的乳酸菌区系、选育优良菌种、发酵条件、最佳培养基等进行系统研究，已取得了显著成果。与传统自然发酵相比，加菌发酵的产酸速度更快，总酸含量更高，酸菜产物感官品质更优，发酵周期更短，安全性更高，更有利于建立乳酸菌优势地位，抑制非功能菌群的生长。目前从自然发酵酸菜中分离得到的植物乳杆菌，肠膜明串珠菌，短乳杆菌等菌株逐渐开始以不同的菌种组合作为发酵剂来指导发酵酸菜的生产，以提高发酵性产品的最终质量。对于现在仍采用自然发酵技术生产酸菜的企业来说，与以往添加防腐剂相比，采用加菌发酵技术改进生产工艺，可降低生产成本、缩短生产周期、提高产品质量。同时在工业生产中，采用价格更低的6%麦麸溶液和酸菜汤加0.7%糖培养可使乳酸菌数目明显增加，且不会对产品的品质产生影响，还可以提高企业的竞争力。我们相信，采用直投式乳酸菌发酵剂发酵的酸菜一定会得到越来越多企业和顾客的青睐，在每个科研人员的努力下，酸菜的品质将会更加优良，产品的种类会更加丰富，酸菜的加工将会更加规范。