泡菜中微生物菌群的研究进展

王奇，王传明，周雨，叶丹，余慧

(四川天味食品集团股份有限公司，成都 610200)

泡菜是指以生鲜蔬菜为原料，通过一定浓度食盐水和香辛料泡渍，利用蔬菜自身附着的微生物或添加人工培养的优化菌种发酵形成的具有独特风味的蔬菜制品，其味道鲜香可口，且营养丰富，深受人们喜爱，制作泡菜常用的原料有卷心菜、大白菜、红萝卜、白萝卜、大蒜、青葱、小黄瓜、洋葱、高丽菜等。同时，泡菜中含有丰富的维生素、胡萝卜素、蛋白质和多种微量元素，具有抗衰老、增强免疫力、促进减肥、维持肠道健康等功效。泡菜的整个发酵过程中，会有大量微生物参与，这些微生物像一把双刃剑，既可以改善泡菜的风味，也可以导致产品的腐败，因此，研究泡菜的微生物菌群具有重要的意义。

1 国内外泡菜的微生物菌群

泡菜起源于中国，已有3000多年历史，随后制作泡菜的工艺相继传入韩国和日本，并且迅速发展，成为当地的特殊美食。在国际上，中国、韩国、日本3个国家的泡菜享有盛誉，是世界泡菜的典型代表。与此同时，由于这3个国家的泡菜原料和工艺都有所差别，因此泡菜中的微生物菌群也有所不同[1]。

中国泡菜以生鲜蔬菜或蔬菜咸坯为原料，经中低浓度盐水泡渍、发酵、拌料调味、包装、灭菌等加工工艺制作而成。其中，四川泡菜是我国泡菜的典型代表，历史悠久，文化深厚，具有鲜香、脆嫩、爽口、味美等优点，深受人们喜爱。于文平等[2]研究了工业泡青菜的微生物群落组成，细菌主要是乳杆菌属、盐单胞菌属、假单胞菌属、弧菌属、盐弧菌属、欧文氏菌属等，优势菌属为乳杆菌属，真菌主要是德巴利氏酵母菌属、假丝酵母属、酵母属、柯达酵母属等，优势菌属为德巴利氏酵母菌属。Wu等[3]研究了中国东北酸菜在发酵过程中的微生物多样性，其中细菌包含明串珠菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、乳杆菌属，真菌包含汉氏德巴利氏酵母、热带假丝酵母、扩展青霉。

韩国泡菜是韩国最具代表性的食品，主要以蔬菜为原料，同时添加韩国本土生产的辣椒粉、食盐、海鲜、肉料、米糊、水果等辅料，经过低温条件发酵而成，其精华在于腌制调料十分丰富，配比合理，共同发酵形成特有的风味和口感。Park等[4]通过16S rRNA测序发现市面上韩国泡菜的菌群主要是魏斯氏菌、乳酸菌、片球菌、明串珠菌。日本泡菜在口味和制作上均与中国和韩国有明显区别，是直接使用天然色素和调味品泡制的低酸低盐的蔬菜制品，属于非发酵类盐渍菜，需要冷链销售，因此日本泡菜并不是真正意义上的“泡菜”。

2 泡菜发酵过程中微生物多样性的影响因素

2.1 不同原料的影响

我国泡菜常用的原料有白菜、胡萝卜、黄瓜、豇豆、仔姜、红辣椒、芥菜头、莴笋等，不同原料泡菜发酵过程中的微生物多样性有所不同。裴乐乐等[5]对榨菜、萝卜、豇豆和青菜4种不同原料泡菜的细菌多样性进行分析，发现不同原料泡菜的优势菌不同，榨菜泡菜为乳杆菌属、盐单胞菌属，萝卜泡菜为乳杆菌属、盐厌氧菌属、盐单胞菌属，豇豆泡菜为红杆菌属、乳杆菌属、盐单胞菌属、色盐杆菌属、盐厌氧菌属，青菜泡菜为红杆菌属、盐单胞菌属、海杆菌属、需盐杆菌属。

2.2 不同发酵条件的影响

泡菜的发酵过程中，初始食盐浓度、发酵温度、添加成分等发酵条件均会影响微生物菌群构成。申文熹等[6]研究了不同盐浓度(2%、5%、8%)泡白菜发酵过程中乳酸菌群落结构变化，发现低盐浓度泡白菜发酵前期的优势菌为乳酸链球菌、戊糖乳杆菌和明串珠菌属，发酵后期则由戊糖乳杆菌主导；中高盐浓度泡白菜发酵前期由戊糖乳杆菌和魏斯氏菌属主导，发酵后期主要由戊糖乳杆菌完成。熊涛等[7]研究了不同恒定温度18，28，37 ℃对四川泡菜中菌群的影响，发现发酵温度越高，乳酸菌、大肠杆菌和酵母菌在发酵前期繁殖越快，同时大肠杆菌和酵母菌的消亡时间也越短。杨瑞等[8]还研究了花椒和碘对泡菜微生物菌群的影响，发现花椒和碘可使参与发酵的主要乳酸菌和酵母菌加快生长繁殖速度，进而缩短发酵周期。

2.3 不同发酵阶段的影响

泡菜的乳酸发酵一般可分为3个阶段：泡制初期，肠膜明串珠菌等启动发酵，以异型乳酸发酵为主；中期乳杆菌主导发酵，积累大量乳酸，以同型乳酸发酵为主；后期乳酸积累抑制乳酸菌生长，发酵结束[9]。

2.4 不同发酵方式的影响

泡菜的发酵方式可分为自然发酵和人工发酵，自然发酵是指新鲜蔬菜通过自身携带及环境中乳酸菌等微生物作用进行发酵，人工发酵是运用人工筛选的发酵剂对表面经过全部或部分灭菌的新鲜蔬菜进行人工接种，使其在适当温度下发酵。相比于自然发酵，人工发酵具备减少杂菌污染引起的腐败、提升产量和质量、缩短时间、降低亚硝酸盐含量等优势[10]。李文婷等[11]研究自然发酵、乳酸菌制剂发酵、老坛水发酵3种方式泡萝卜的理化指标和微生物状况，发现乳酸菌制剂发酵后期的泡萝卜具有更多数量的乳酸菌，更高含量的总糖、更优的质构。

3 泡菜发酵过程中腐败微生物的污染和控制

3.1 泡菜发酵过程中腐败微生物的污染

泡菜发酵过程中会产生大量有机酸，使得成熟泡菜的pH值降至4以下，可抑制产气荚膜梭菌、单核细胞增生李斯特灭菌、鼠伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、副溶血性弧菌和大肠杆菌O157:H7等致病菌[12]。然而，我国的泡菜企业普遍存在规模较小、管理水平不高、卫生条件差、工艺落后、自动化程度低等缺点，因此在泡菜的生产过程中，环境、设备、人员、原料、包装等均可能带入杂菌引起产品腐败，同时耐酸、耐高温的微生物也会在发酵和巴氏杀菌后存活。目前微生物引起泡菜腐败的类型主要有代谢有机酸引起产品pH升高、盐卤表面形成腐败膜醭、产生不悦气味3种[13]。

3.1.1 代谢有机酸引起产品pH升高

泡菜的发酵过程中，某些腐败微生物能在低pH下代谢利用残余糖或有机酸生长，使泡菜的发酵体系pH升高，进而导致腐败的肠杆菌等解除抑制，恢复生长[14]。有研究表明，腐败酸黄瓜泡菜中分离出的布氏乳杆菌能在低pH的厌氧环境下代谢乳酸，引起发酵环境的pH升高[15]。

3.1.2 盐卤表面形成腐败膜醭

泡菜盐卤表面形成膜醭是最常见的一种腐败现象，俗称“生花”，腐败膜醭不仅影响产品的外观和风味，也会加速产品的腐败变质。敖晓琳等[16]对四川地区生花的泡菜样品进行微生物分离鉴定，发现细菌有枯草芽孢杆菌和高山芽孢杆菌，酵母菌有满洲毕赤酵母(P.manshurica)、库德里阿兹威氏毕赤酵母(P.kudriavzevii)和热带假丝酵母(C.tropicalis)。Ao等[17]对7个四川家庭自制泡菜的腐败样品进行分析，发现白地霉(G.candidum)可能是引起“生花”的最主要菌种。

3.1.3 产生不悦气味

不愉悦的酸臭气味是泡菜腐败的一个重要特征，通常这种酸臭气味是由腐败菌分解泡菜中的蛋白质、氨基酸、糖、纤维素等导致的。蔡炯等[18]通过分析腐败四川泡菜的菌相构成发现，地衣芽孢杆菌发酵产氨，可能与泡菜异味的形成有关。陈岑[19]通过将疑似腐败微生物回接到泡菜中的方式，发现K.ohmeri，S.xylosus，B.thuringiensis，B.amyloliquefaciens会引起泡菜褐变，产生大量气泡，并伴有刺激性气味。

3.2 泡菜发酵过程中腐败微生物的控制

针对以上泡菜发酵过程中存在的腐败微生物污染，分别从生产过程、杀菌方法、防腐体系3个方面提出控制方法。

3.2.1 合理的生产过程

DB51/T 1069-2010《四川泡菜生产规范》[20]系统地规定了四川泡菜生产主要原辅料、厂区环境、车间、卫生设施、设施及工具、人员卫生、废弃物处理、工艺流程、运输、贮存的要求，此规范内容较全面，可以从不同方面降低泡菜腐败风险，但并未涉及具体细节，因此，泡菜生产企业可根据此生产规范，结合自身车间实际状况，制定出适合自己的生产规范，进而实现生产过程的控制。与此同时，泡菜生产企业可将HACCP应用在整个泡菜的生产过程中，分析生产过程中存在的微生物风险因素，确定关键控制点，制定相关控制方法和纠正措施，系统地从生产过程角度控制腐败微生物风险[21]。

3.2.2 有效的杀菌方法

目前国内生产的预包装泡菜的杀菌方法主要是巴氏杀菌。张艳等[22]利用巴氏杀菌处理抽真空的韩国泡菜样品，发现在65 ℃进行30 min杀菌处理能够有效杀灭腐败菌，保质期可达到180 d。但巴氏杀菌属于热力杀菌，会使食物中的色素、香味、维生素等损失较大，风味发生变化，影响泡菜的品质，同时，巴氏杀菌对耐热的细菌或细菌芽孢几乎没有效果。因此，需要更多行之有效的杀菌方法以确保泡菜的杀菌效果，保证货架期的产品安全。范远景等[23]发现微波和超高压杀菌均具有良好的杀菌效果，有望取代现有的热杀菌方式。申光辉等[24]研究了超高压对泡萝卜的杀菌效果，结果表明，600 MPa条件下处理25 min可使泡萝卜的细菌残存率降低4.36个对数值，500 MPa处理5 min可杀灭全部酵母和霉菌。伍玲等[25]采用60Co-γ射线对四川泡姜进行辐照灭菌处理，发现5 kGy的辐照剂量可将产品中的细菌总数由105～106CFU/g降至100 CFU/g。

3.2.3 科学的防腐体系

目前预包装泡菜都是结合热杀菌和添加防腐剂的方式来实现货架期的延长，最常用的防腐剂是山梨酸钾，但单一山梨酸钾的抑菌效果和范围有限，且对于耐热芽孢杆菌的抑菌效果甚微，存在货架期的胀袋风险，因此需要科学的防腐体系实现更好的抑菌。朱翔等[26]通过抑菌试验和响应面法数据分析，得出泡辣椒产品的最优复配防腐剂配方为0.3 g/L山梨酸钾、0.25 g/L脱氢乙酸钠、0.3 g/L苯甲酸钠，此防腐体系可对3株产气菌实现99.5%的抑菌率，降低胀袋风险。

4 功能微生物菌群对泡菜风味的优化

泡菜的风味物质主要来源于蔬菜、调味料和微生物代谢，包含非挥发性的有机酸、氨基酸、糖类等和挥发性的香气[27]，其中微生物发酵所产生的代谢产物是最关键的因素之一，因此，泡菜的风味与功能微生物菌群的种类、数量和发酵条件息息相关。

4.1 功能微生物的菌种优化

传统自然发酵存在质量不稳定、较难实现现代化和标准化生产的问题，而人工接种发酵是将优势菌体浓缩培养、离心等制成的浓缩菌悬液应用于泡菜发酵，避免了传统自然发酵过程中菌种活化、扩大培养、易染杂菌等问题，因此人工接种发酵技术具有更高的经济价值和更广阔的市场前景。人工接种发酵直接影响到泡菜风味的关键因素是菌种，因此，探索菌种优化和多菌协同作用对泡菜风味的影响具有重要意义。

王秋霞等[28]研究了乳酸菌菌种差异对泡菜发酵风味的影响，发现嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌纯种发酵产生的有机酸种类和含量与自然发酵最为接近。研究表明，酵母菌在泡菜发酵过程中的风味体现上发挥着重要作用，屠梦婷[29]从腌黄瓜中筛选出库德里阿兹威毕赤酵母(Pichiakudriavzevii)的优势菌株，将其对黄瓜进行接种发酵，发现黄瓜接种发酵后的酯类、醇类、醛类和酮类等特殊香气成分含量升高。

4.2 功能微生物的发酵条件优化

微生物的发酵条件直接影响功能微生物的数量、状况和代谢产物，进而影响产品的风味。周强等[30]通过正交试验优化韩国泡菜的发酵工艺，发现添加1%乳酸菌、4%蔗糖、2%食盐、3%香辛料时，可以产出风味最好的泡菜。夏季等[31]发现对发酵香菇泡菜进行55 ℃、20 min低温漂烫预处理，并加入0.05‰维生素C的发酵条件优化，可以显著提高发酵香菇泡菜的色度和硬度，增加发酵产品游离氨基酸的种类和含量，获得相对丰富的香气。

5 展望

泡菜是微生物发酵制品，以其独特的风味和多种健康的功效深受消费者的喜爱。在泡菜发酵的整个过程中，微生物发挥着非常重要的作用，不同原料、不同发酵条件、不同发酵阶段、不同发酵方式均会影响泡菜微生物的多样性。这些微生物可以利用简单的营养物质发酵产生风味物质，一般情况下，人工接种发酵的泡菜具有生产周期短、质量稳定、不易受腐败菌污染等优点，但风味却不如自然发酵的泡菜丰富，因此，需要对功能微生物的菌种和发酵条件进行优化，通过接入多种具有协同作用的功能微生物，结合最佳的发酵条件进行泡菜发酵。与此同时，另一些微生物在泡菜的发酵过程中扮演着腐败微生物的角色，可导致泡菜发生腐烂、酸臭、胀袋等问题，随着食品安全意识的提高，消费者对泡菜的安全性也越来越看重，因此需要通过各种方法控制腐败微生物的生长。目前我国泡菜产业发展相对滞后，绝大多数企业未实现现代化、标准化生产，对于微生物菌群的研究和腐败微生物的控制也处于起步阶段，这需要泡菜生产企业和相关研究人员共同努力，为泡菜中微生物菌群的研究提供更多的理论依据和技术支持，利用现代技术来发展和完善泡菜这一传统产业。