低盐榨菜加工中的危害因素分析及控制研究进展

李瑶,余永,2,陈海,2,周鸿媛,2,张宇昊,2,3,4,赵平,余帮兵,马良,2,3*

1(西南大学 食品科学学院,重庆,400715)2(川渝共建特色食品重庆市重点实验室,重庆,400715)3(国家市场监管重点实验室(调味品监管技术),重庆,400715)4(发光分析和分子传感教育部重点实验室(西南大学),重庆,400715)5(重庆市涪陵榨菜集团股份有限公司,重庆,408000)

榨菜是一种半干态非发酵性咸菜,以茎用芥菜为原料腌制而成,是中国名特产品之一,也是世界三大著名腌菜之一。其于1898年始见于中国四川涪陵(今重庆市涪陵区),时称“涪陵榨菜”,在中国已有数百年的消费历史,深受社会各阶层人士的喜爱[1]。目前,我国榨菜产区主要集中在长江流域,包括重庆、四川、浙江、湖北、江苏等地,其中重庆涪陵地区是全国最大、最集中的榨菜产区,占全国产量的43.2%[2],2020年涪陵榨菜的生产总值在140万t以上,产值高达120亿元[3],远销国内外多个地区。

榨菜典型工艺是以青菜头(茎用芥菜)为原料在盐溶液中浸泡一段时间后取出并压榨除去盐水,交替重复3次腌制和压榨过程,即“三腌三榨”,放入罐子密封数月后得到榨菜,该工艺至今已延续了百余年[4]。腌制过程中产生重要的风味化合物使榨菜口感酥脆柔嫩、鲜味浓郁、香气四溢,为了进一步契合中央国务院国民营养计划(2017—2030年)[5]低盐饮食和大食物观[6]健康饮食需求,传统高盐榨菜[7]转向低盐榨菜成为大健康时代榨菜产业拓展和高质量发展的趋势之一。其中如何安全减盐已经成为低盐食品研究的迫切需求之一。本文主要分析了榨菜加工工艺环节中减盐对榨菜安全品质的危害因素及其控制措施,并结合国内外企业包括榨菜行业龙头企业(涪陵榨菜集团股份有限公司)在榨菜安全品质整体控制领域的研究,讨论榨菜行业今后的发展趋势,以期为大健康、大食物观背景下榨菜产业安全、高质量可持续发展提供理论基础。

1 低盐榨菜加工工艺环节中的危害因素及控制

传统的腌制蔬菜主要以高盐化为主,高盐(盐渍)带来的高渗透压使有害微生物脱水死亡,防止有害微生物产生酶破坏食品的细胞结构[8],是传统的食物保存方式之一。低盐生产符合健康饮食需求,但同时对有害微生物的抑制作用减弱,有害微生物迅速污染腌制蔬菜,可能引发严重的食品安全问题,如日本2012年发生了由于食用受污染的轻度腌制卷心菜引起的大肠杆菌O157的大规模爆发事件[9],沙门氏菌和李斯特菌引发的食源性疾病事件也有相继报道[10]。除了有害微生物,还有亚硝酸盐、生物胺、农药残留、重金属、农用塑化剂等因素引起的安全问题需要关注和研究。本文主要针对低盐榨菜加工过程中重要环节进行危害因素分析,主要包括原料验收环节、腌制环节、修剪看筋环节、切分、淘洗、脱盐环节、拌料环节、包装环节、杀菌环节、贮藏环节等,同时综述了国内外在这些危害因素控制方面的最新研究进展。

1.1 原料验收环节

榨菜的原料为青菜头,验收青菜头的过程中,存在微生物、残留农药、化肥、重金属、塑化剂等诸多危害因素,直接或间接影响榨菜产品的安全品质,如多菌灵、克百威等农药残留[11]问题曾在榨菜原料和产品中出现。青菜头采摘后通常形成切割伤口,流出的营养液可成为沙门氏菌、大肠杆菌、李斯特菌等有害微生物养料[12],导致有害微生物大量繁殖并污染青菜头;青菜头种植地区土壤和灌溉水源等环境中存在的化学污染物经根系吸收进入青菜头,导致青菜头出现污染物含量超标[13],如含氮化肥的过度使用导致土壤含氮量较高,经青菜头根系大量吸收后转化形成亚硝酸盐[14],导致青菜头亚硝酸盐含量超标。

当前消减青菜头中危害因素的措施主要分为2个方面进行,一是源头控制,二是后期消除。源头控制方面,主要以保证青菜头的种植环境安全为主,如严格实施农业规范,避免使用未处理完全的生物肥料,预留出足够的粪便肥料施用与采收之间的安全间隔时间,确保青菜头不受病原菌污染[15],并选择污染物含量达标的土壤和灌溉水源耕种和浇灌青菜头,保证高品质。后期消除方面,通常用含有0～30 mg/L游离氯的水清洗保护蔬菜免受有害微生物的污染,但在洗涤过程中使用氯会导致三卤甲烷等致癌物质的产生,带来食品安全风险[16]。研究发现,产生自由基(如自由基)的冷等离子体、臭氧、超声波、高静水压力等现代非热技术有助于残留农药的氧化和微生物的杀灭[17],如LACOMBE等[18]采用冷等离子体处理蓝莓后,表面的腐败细菌明显减少,且几乎不影响感官特性;JANKOWSKA等[13]发现在臭氧水中清洗农产品5 min就可去除40%以上的α-氯氰菊酯、嘧菌酯、毒死蜱、溴氰菊酯等农药残留;LIANG等[19]采用超声波清洗黄瓜20 min去除了50%～85%的有机磷农药。因此,可考虑将这些新技术应用于青菜头加工前的处理,保证榨菜的品质。

1.2 腌制环节

榨菜腌制过程中出现的主要危害因素包括微生物、亚硝酸盐、生物胺等,与腌制过程中温度、pH值、盐含量等密切相关。榨菜的腌制温度一般为15～25 ℃,随着温度升高,榨菜中可生长的微生物群落多样性增加,此时腐败和病原微生物大量繁殖增加榨菜的安全风险[20]。pH值将影响腌制环节的微生物繁殖及亚硝酸盐形成,pH值大于4.6时,大多数腐败及病原微生物都可繁殖,其中一些细菌还将与内源性硝酸盐在还原酶的作用下转化为大量亚硝酸盐造成进一步污染[21]。盐浓度变化将影响榨菜微生物生长速度及生物胺含量,传统的高盐腌制榨菜依靠高渗透压抑制了微生物生长[8],几乎不会造成腐败微生物污染[20],低盐腌制的新型加工工艺可能造成榨菜中有害微生物急剧增长,增加被腐败和病原微生物污染的风险,也可能导致榨菜酸化变软,影响口感和风味。

榨菜腌制过程合理控制温度、pH值和盐浓度将有利于微生物、亚硝酸盐及生物胺等危害因素控制。目前榨菜主要依靠2种方式实现低盐,一是高盐腌制后脱盐,二是直接采用低盐腌制[22]。针对直接采用低盐腌制生产榨菜的工艺,对减盐后可能引起的危害因素进行有效预防和控制非常重要。由于盐浓度较低,低盐榨菜需要在更低的温度下腌制或控制腌制过程中环境微生物类型或数量才能抑制腐败微生物的生长。有研究将乳酸菌作为有益微生物添加到低盐榨菜腌制环节,有效抑制有害微生物生长、降低早期有害代谢物(组胺、酪胺、色胺、腐胺等)的积累[23];且在某些情况下对有害成分的解毒和霉菌毒素的降解具有重要作用[24],如WENG等[25]将乳酸菌Lact.8应用到榨菜的低盐加工工艺中,与传统的芥菜加工方式相比,接种Lact.8作为发酵剂的新型加工工艺,不会产生含盐废水且不会造成榨菜的营养成分损失,同时抑制其他微生物的生长,生产出质量稳定的低盐榨菜;ZHANG等[26]在腌制低盐榨菜过程中接种植物乳杆菌ZJ316后其高乳酸生成能力使腌制环境中的pH值和亚硝酸盐含量降低,最终亚硝酸盐残留量仅为0.34 mg/kg,沙门氏菌、大肠杆菌和单核细胞增生李斯特菌等病原菌的生长也得到了有效抑制,提高了榨菜的安全性。

1.3 修剪看筋环节

目前榨菜的修剪和看筋环节工业化程度较低,主要依赖人工进行。有些小型榨菜工厂加工工人缺乏卫生意识,并未佩戴卫生防护装备包括手套、卫生帽、口罩等,造成榨菜在加工过程中带入致病菌、毛发等危害因素。此外,一些榨菜加工该工厂生产环境不合格、不卫生等问题也会进一步增加榨菜感染致病菌的风险。

为保证榨菜品质的提升,榨菜加工企业应加强培训工人的安全意识,确保榨菜能够符合国家安全标准(GB/T 19858—2005 《地理标志产品 涪陵榨菜》)。此外,在榨菜实际加工过程中,管理者应对企业生产环境不定期巡查和监督,对不符合标准的区域制定专门的卫生守则,并明确惩处措施[27]。

1.4 切分、淘洗、脱盐环节

榨菜腌制后盐含量较高,可高达15%以上[28],需要对榨菜切分后淘洗脱盐处理降低盐含量[22]才能达到市场榨菜产品标准,但当前的脱盐程度仍无法满足低盐榨菜的要求,根据成品含盐量需求不断调整淘洗次数直至到达脱盐终点[29],是实现低盐化腌制榨菜有效途径之一,但生产中水电能耗巨大,不符合绿色低碳要求,需要深入研究。另外,工业上设备和循环水的卫生情况不容小觑,且脱盐后渗透压降低可能会加速导致榨菜被杂菌污染和有害微生物快速增长。

在榨菜实际生产过程中,除需定期检查和清洗设备并对水质进行检测外,更要重点研究脱盐效果和产品安全品质的关系以及控制策略,不断对榨菜的脱盐工艺进行调整。榨菜的脱盐工艺通常分为流水脱盐和静水脱盐,如赵丹等[22]利用静水脱盐工艺处理榨菜,发现料水比、脱盐时间、温度分别为1：3 (g：mL)、10 min、30 ℃时处理榨菜含盐量为7.28%,总酸、风味物质及氨基酸含量得到保持,表明该种处理方法不仅有明显的脱盐效果,同时能保持榨菜的良好品质,而逆流梯度脱盐工艺[30]除具有良好的脱盐效果、保证榨菜的品质外,还可减少脱盐环节的用水量及缓解企业处理污水的压力,但该方法由于技术不够成熟等原因还未在工业化生产中应用。此外脱盐后应注意调整后期调味配方,并选择和优化合适的包装及杀菌条件,确保成品腌制榨菜的品质。

1.5 拌料环节

榨菜均匀切分和充分拌料可使榨菜与调味料充分融合,生产出美味可口的标准化榨菜。拌料的均匀度及辅料的卫生安全情况将对榨菜产品的安全性产生直接影响。不准确称量原辅料和拌料不均匀还将导致榨菜产品出现同工不同质的非标准化产品,甚至出现食品添加剂不符合标准的问题[31]。且盐含量降低后保质期和货架期将会大大缩短,有些厂家会采取添加防腐剂来解决腐败问题,但防腐剂可能存在诸多缺陷,不当添加将危害人体健康。

前期严格验收原辅料、定期清洗维护设备及拌料环节的智能化添加以及检验有助于提高榨菜品质和标准化程度。而在拌料环节合理添加防腐剂将有利于榨菜长期保存,目前天然防腐剂已成为研发热点之一,这类防腐剂来源于动植物原料,安全性能优于化学类防腐剂,已有研究将其应用于腌制蔬菜中。如ZHANG等[32]报道ε-赖氨酸对大肠杆菌食源性菌株和大肠杆菌O157：H7菌株均表现出抗菌活性,且能够在非常低的剂量下通过破坏细菌细胞形态、膜完整性和渗透性抑制大肠杆菌菌株的生长。

1.6 包装环节

本环节主要存在害微生物、塑化剂、亚硝酸盐、生物胺等危害因素。有氧环境包装利于微生物生长和代谢,包装不当或后期杀菌不彻底会造成严重的微生物污染问题,也可能产生更多的亚硝酸盐和生物胺[33]。许多小规模加工(包括家庭自制)场景常常会采用不包装的方式或大缸保存榨菜,而未包装的腌制蔬菜暴露在空气中,工艺条件和腌制时间不能严格控制,且在低盐浓度条件下不能抑制腐败菌的繁殖,容易造成微生物严重污染,且需氧菌可能会使硝酸盐持续转化为亚硝酸盐[34],这就导致了有包装的腌菜亚硝酸盐含量和生物胺含量显著低于未包装的腌菜。如HOU等[21]发现,未包装的腌制蕈菜、芥菜、黄瓜、卷心菜的亚硝酸盐含量显著高于包装产品,LIU等[35]也发现未包装腌制蔬菜样品的亚硝酸盐和总生物胺的含量显著高于包装产品,未包装酸菜中酪胺和色胺的最高水平分别为(203±3) mg/kg和(28.1±4) mg/kg。此外,市场销售的榨菜大多采用塑料包装,而塑料包装生产过程中常会添加邻苯二甲酸酯改善塑料的柔韧性、耐用性和弹性,邻苯二甲酸酯由于没有化学键合容易从塑料包装迁移到食品中,已有报道发现榨菜受到邻苯二甲酸酯污染[36]。

对榨菜进行包装在一定程度上降低了微生物、亚硝酸盐、生物胺等危害因素出现的概率,但如何合理利用包装材料及包装环境提高榨菜的品质值得深入研究。目前已有研究发现真空包装和充气包装可提高榨菜的品质。如ZHANG等[37]发现,与自然空气条件相比,气调包装条件下榨菜的可滴定酸和亚硝酸盐含量显著降低,其中CO2气调包装可以有效避免榨菜过度酸化或不完全成熟,且与N2气调包装相比,CO2气调包装下低盐榨菜的颜色更好、硬度更高。ZHAO等[33]发现真空包装能显著抑制泡菜贮藏过程中组胺、腐胺、尸胺等生物胺及其前体氨基酸氮的产生,同时还可以加速酪胺的降解或分解代谢,使生物胺含量降低,此外,较有氧包装,真空包装还可以减少腌制蔬菜中56.04%的亚硝酸盐积累。因此,可以选择真空和充气条件包装方式,以生产安全性更高的产品。

1.7 杀菌环节

目前榨菜的工业化杀菌方式主要是巴氏杀菌,利用病原菌等有害微生物不耐热的特点在一定时间及温度下将其杀灭,但榨菜低盐化后有害微生物的数量增多,传统的巴氏杀菌可能无法将其全部杀灭,造成后续产品污染,尤其是一些耐热微生物及其芽孢[38]。

杀菌是控制微生物等生物性危害因素的关键步骤,尤其是低盐产品,杀菌对微生物的控制尤为关键,更要引起重视。目前已有许多研究发现微波杀菌、高压杀菌、臭氧杀菌、低温等离子杀菌等技术应用于腌制食品可能会取得较巴氏杀菌更好的效果,但目前尚未应用于工业化生产。如微波杀菌可利用选择性加热、电穿孔、细胞膜破裂和磁场耦合,在对食品的质地、颜色和风味影响较小的前提下,减少微生物的生物量,延长食品的保质期[39]。王刚等[38]发现采用微波杀菌后榨菜的感官品质较巴氏杀菌更好,且可在一段时期内控制亚硝酸盐含量和抑制腐败微生物生长。此外,高压技术作为非热力杀菌技术也已经应用在腌制食品中,可以有效地灭活微生物的营养细胞,并在最大程度上保持食品原有风味、质地和营养价值,高压处理也能削弱产生物胺菌的代谢活性,显著降低腌制食品中的酪胺、腐胺和尸胺的含量[39]。而臭氧利用氧原子的氧化作用对微生物的膜结构进行破坏实现杀菌,如孔庆敏等[40]利用臭氧对东北酸菜进行杀菌,发现氧气流量、电流强度、杀菌时间分别为3 L/min、0.3 A、33 min时可使东北酸菜的微生物菌落总数降低2个数量级。ZHAO等[41]将低温冷离子体用于包装泡菜,其通过增加还原糖的消耗和总酸的产生,降低泡菜的pH值,从而抑制微生物生长。因此,可以考虑将这些技术应用于工业化低盐榨菜的生产,保证安全品质。

1.8 贮藏环节

低盐榨菜的贮藏环节的微生物的变化将会对安全品质产生影响,而贮藏的温度、时间等与低盐榨菜中微生物的生长及亚硝酸盐含量的变化密切相关。而小规模生产的未包装的榨菜通常会选择自然条件保藏,杂菌会快速生长,且空气中的需氧菌导致亚硝酸盐含量增高[34],导致榨菜的货架期及安全品质无法得到有效控制。

包装好的低盐榨菜贮存在较低温度(5 ℃、10 ℃)时,微生物缓慢生长且亚硝酸盐含量较低,货架期及品质有所提高[42]。但是冷链贮藏更适用于高端榨菜产品,对于大多数主流产品仍需兼顾品质、成本和能耗等多方面因素进行探讨和研究,目前杀菌等前序环节仍然是关键考虑因素。

2 HACCP在榨菜加工中的研究和终端应用

危害分析与关键控制点(hazard analysis critical control points,HACCP)体系作为全球公认地目前最先进的食品全程质量控制体系[43],是当前社会发展过程中解决食品安全问题的有效工具。韩国食品药品安全部已计划在某些腌菜生产工厂强制性应用HACCP,预防食源性疾病的暴发[44]。国内外有一些腌菜企业也开始研究和引入HACCP体系到腌制蔬菜加工过程。刘青梅等[31]运用HACCP技术,对低盐软包装榨菜加工过程进行危害分析,确定5个主要关键控制点,包括原料验收、盐渍腌制、脱盐拌料、封口杀菌及环境卫生消毒,根据这5个控制点制定关键限值及监测程序,形成了HACCP体系,应用后防腐剂含量、亚硝酸盐含量、有害微生物含量都明显降低,榨菜的安全品质大大提高。MAKLON等[10]于2007年6月至11月在日本一家泡菜工厂检测时发现产品单核细胞增多性李斯特菌污染,应用HACCP后,在2008年11月至12月期间样品单核细胞增多性李斯特菌检测结果没有阳性样本出现,表明食品工厂的生产条件有所改善,泡菜的品质也得到了保证。PRAKASH等[45]研究HACCP体系后,指出印度腌制黄瓜泡菜生产过程中的2个关键控制点,即金属检测和巴氏杀菌,并建立适当的监测系统,开发了腌制黄瓜的HACCP系统,应用后于室温或冷藏条件下贮存腌制黄瓜产品15 d,产品中也没有检测到大肠杆菌、酵母或霉菌生长,表明黄瓜泡菜的微生物安全得到了很好的保证。

重庆市涪陵榨菜集团股份有限公司作为榨菜行业的龙头企业,是酱腌菜行业唯一一家以榨菜生产为主导产品的上市公司[46]。该企业在榨菜生产过程中,将HACCP应用于榨菜系列产品(包括真空软包装榨菜、充氮软包装榨菜产品、铁听榨菜罐头产品等),取得了良好效果,其中将真空软包装榨菜产品和充氮软包装产品中原料验收、辅料(辣椒粉、植物油、农副产品等)验收、内包装物验收、热封、杀菌等5个生产工序确定为关键控制点,将铁听榨菜罐头产品中原料(青菜头、盐菜块)验收、辅料(辣椒粉、植物油、农副产品等)验收、封罐、杀菌、冷却等5个工序确定为关键控制点。根据所确定的关键控制点确定关键限值,并对关键控制点进行监视、测量和管理,结果发现,腌制榨菜HACCP系统形成后,能较好地控制影响榨菜品质的物理、化学及生物因素,提高榨菜的品质,大大提高了榨菜的销售量和出口率,经济效益明显提高,为其他食品企业尤其是同类型食品企业产品的生产与销售起到了带头作用。

低盐榨菜已逐渐成为市场榨菜的主流方向之一,但减盐榨菜出现的安全隐患,尤其是微生物安全问题备受关注。低盐榨菜加工过程中工艺和配料的改变会影响微生物、pH值等各种条件,尤其在腌制、脱盐、杀菌环节,由于低盐浓度可能更容易导致微生物生长甚至危害因素更多,危害分析和关键点研究和品质控制过程中应密切关注这几个环节,而其他环节中传统榨菜和低盐榨菜的控制点和控制措施可能差别不大。因此,研究如何安全减盐、保证低盐榨菜的安全,需要HACCP体系随着低盐造成的微生物的变化、环境条件的变化以及延伸导致的榨菜加工过程中各种化学危害的变化而相应改变。相关的风险与控制措施也需要额外关注。另外,不同企业低盐榨菜的加工工艺存在一定的差异,在HACCP应用过程控制点和整改措施也将不同。

3 结论及展望

综上所述,榨菜加工工艺中各环节原料验收、腌制、切分、淘洗、脱盐、拌料、包装、杀菌及贮藏等均会产生危害因素,对榨菜食品安全造成不同程度的风险,而榨菜低盐化生产后导致一些加工环节危害因素增多,尤其微生物生长成为影响榨菜安全品质的重要因素,其中腌制、脱盐、包装、杀菌环节受低盐的影响相对较大,安全风险等级相对较高,实际生产中需对这几个生产环节进行严格把控。目前已有许多学者研究安全减盐措施消减这些危害因素,实际加工中可考虑将其作为控制措施融入HACCP理念中调控低盐榨菜的安全品质。此外,HACCP作为整体调控榨菜安全品质的技术,可延伸至低盐榨菜加工的每个环节,对有害微生物数量及其他危害因素进行有效控制,降低榨菜出现品质劣变的风险,有助于榨菜经济效益的提高。

通过对文献和企业的调研,笔者分析讨论研究趋势主要包括:a)榨菜低盐加工环境与产品品质关系密切,除加强加工环境的微生物监测、卫生控制及清洁消毒外,还应深入研究环境中微生物的数量和种类对榨菜品质产生的影响;b)精准明确和识别低盐榨菜加工中各种危害因子,深入企业一线研究和应用安全减盐技术,保证低盐榨菜的安全品质;c)引入HACCP体系或理念进入各级榨菜生产企业,结合绿色低碳和健康需求,持续性保障和提升榨菜等酱腌菜产品品质;d)研究和修订相应的标准和生产规范,构建低盐榨菜的标准化生产体系,完善榨菜行业的管理机制,保证榨菜等酱腌菜产业的健康发展。