发酵蔬菜是一种传统发酵食品，其历史悠久且风味独特，含有丰富的乳酸菌以及氨基酸、维生素、矿物质等活性成分[1]。发酵蔬菜的两种发酵方式，分为自然发酵和人工接种发酵，传统发酵蔬菜主要采用自然发酵方式。传统自然发酵蔬菜是利用原料本身携带的微生物，在密封厌氧的发酵条件下，通过一系列的生化反应，将原料中的物质转变成各种风味物质[2]，形成风味独特、保质期长、营养价值高的发酵制品。在美国和欧洲，主要零售的发酵蔬菜产品是黄瓜泡菜、橄榄和酸菜；在亚洲，发酵蔬菜制品包括韩国泡菜、四川泡菜、西北浆水、南丰腌菜（有盐腌菜和无盐腌菜）、东北酸菜、江南梅干菜和涪陵榨菜等[3]。在中国，发酵蔬菜包括四川泡菜、东北酸菜、涪陵榨菜、浆水菜以及南丰腌菜等。其中，四川泡菜、东北酸菜和涪陵榨菜在中国比较著名[4]。
这些传统发酵蔬菜的制作工艺不同，其品质特征、发酵底物和产物以及微生物组成也都有差别。蔬菜表面存在的复杂微生物区系，在特定环境下，能够利用蔬菜中的物质生成多种代谢物，从而使泡菜拥有独特的风味。在这个发酵过程中，乳酸菌处于绝对主导地位，它参与了碳水化合物、蛋白质以及氨基酸等大量代谢途径[5]。本文总结了发酵蔬菜的制作工艺、归纳了发酵蔬菜的品质特征、概述了发酵蔬菜品质的影响因素。以期了解影响发酵蔬菜品质的制作工艺、发酵底物、产物及其与微生物之间的关系，为发酵蔬菜的发酵机理解析提供参考价值，实现发酵蔬菜的精准化调控、标准化以及规模化工业生产。
1 发酵蔬菜的制作工艺
传统的四川泡菜的制作方法是将新鲜的蔬菜（白菜、萝卜、豇豆等）进行挑选、清洗、沥干、切分后放入坛中，添加一定比例的辅料（红辣椒、大蒜、生姜等），最后将冷却后的卤水（含有一定浓度的盐和白砂糖）倒入坛中，淹没蔬菜，大约为泡菜坛的3/4处，密封常温下进行发酵，一周后便可食用[6]。东北酸菜工艺流程较简单，发酵时间较长，未辅以香辛料，只是利用2%左右的盐水，将大白菜淹没，然后上面放上重物，让白菜沉入坛子底部，在室温下发酵一个月之后食用[7]。涪陵榨菜的制作工艺较为复杂，需要利用食盐对茎瘤芥进行多次处理，再进行挤压脱水[8]。浆水菜的发酵不添加食盐和调味料，而是添加陈浆水，即前期自然发酵过后的浆水作为“引子”，将白菜、芹菜、萝卜缨等原料经过焯水后，往里面加入一定体积的面汤，搅拌均匀后，密封发酵[9]。
与中国泡菜相比，韩国泡菜原料更丰富，制作工艺也更复杂。它的主料种类繁多，包括白菜、冬瓜、南瓜、黄瓜、韭菜等。韩国泡菜的辅料也十分丰富，与四川泡菜相比，它不仅添加大蒜、生姜、白糖、食盐，还加入了辣椒粉、葱、糯米粉、虾酱、银鱼酱等。其制作方法是首先将白菜进行清理、切分，表面均匀抹上粗盐，放入一定比例的食盐水中，浸泡7～8 h后用清水清洗1～2遍、拧干，然后在白菜表面均匀抹上酱料，室温下放置1 d，随后放入冰箱中。酱料的制作方法如下：将糯米粉煮成糊状，冷却至室温，加入搅拌好的大蒜、生姜、洋葱，最后加入鱼酱、虾酱、辣椒粉、糖等混合均匀[10]。美式酸黄瓜和德国酸菜在国外也十分受欢迎，它们的制作原料和流程较韩国泡菜要简单很多。美式腌制酸黄瓜制作流程为：清洗黄瓜、去除瓜头、切成薄片、放入容器中、加入洋葱等辅料混合，再添加含醋的盐水直至淹没黄瓜，密封发酵4～5周，以获得最佳口感[11]。德国泡菜的制作工艺较为简单，将切碎的甘蓝放入容器中，一层一层的撒上2%～3%的盐，在18 ℃左右进行密封发酵[12]。
2 发酵蔬菜的品质特征
2.1 发酵蔬菜的理化特征
pH和酸度是衡量泡菜成熟的重要指标，蔗糖、葡萄糖和果糖是乳酸菌的主要碳源，乳酸、草酸、乙酸是发酵过程产生的主要有机酸，这些有机酸对发酵蔬菜的酸感有重要影响，适当的含量和比例有助于发酵蔬菜柔和酸感的形成，反之则会破坏成品酸感[13]。另外，盐度和亚硝酸盐是影响泡菜质量和安全性的主要参数，乳酸菌等微生物的数量也是评价发酵蔬菜质量好坏的重要指标[14]。因此本文选取这些典型指标用来衡量不同发酵蔬菜的品质特征。由于传统发酵蔬菜品质指标复杂多变，只能选取部分参考文献[8，15]，来说明我国不同传统发酵蔬菜的理化特征，其理化指标见表1。
表1 发酵蔬菜的理化特征
Table 1 Physicochemical characteristics of fermented vegetables
由表1可知，各种发酵蔬菜成熟时，pH都在4左右；糟菜和梅干菜的酸度分别为11.73 g/L和9.25 g/L，而泡菜、南丰有盐腌菜、南丰无盐腌菜、北方酸菜和浆水菜的酸度都低于6 g/L，在发酵蔬菜所有发酵蔬菜中的亚硝酸盐含量都符合国家标准GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》；泡菜、梅干菜、糟菜中的蔗糖含量明显高于其它发酵蔬菜；葡萄糖和果糖含量普遍比较低，糖类物质不仅会影响最终产品的滋味，还可以作为乳酸菌通过代谢途径产生有机酸、醇类、和酯类等重要风味物质的底物[16]；南丰有盐腌菜和泡菜中的乳酸含量较丰富，草酸、乙酸含量和比例也不同，这些差别会导致产品的酸感体验不一样[13]。
韩国水萝卜泡菜中，果糖和葡萄糖是主要游离糖，在发酵刚开始时，其含量几乎为零，经过一周的发酵，游离糖含量迅速上升到20 mmol/L左右，同时游离糖的主要发酵产物乳酸盐、甘露醇和醋酸盐的浓度开始增加，在分别达到最高水平12 mmol/L、9 mmol/L、20 mmol/L后，乳酸盐浓度相对稳定，直到发酵结束（pH降至3.6），而醋酸盐和甘露醇浓度逐渐下降至5 mmol/L[17]。德国酸菜发酵成熟时，pH在3.4～3.7之间，其发酵过程中主要的可发酵糖也是果糖和葡萄糖。在发酵的第一周，会产生乳酸、乙酸和甘露醇，在发酵第14天左右，乳酸含量为1.7%，乙酸含量为0.6%，甘露醇为0.9%[11]。
2.2 发酵蔬菜的微生物指标
乳酸菌、霉菌和酵母菌是发酵过程中重要的微生物。乳酸菌在整个发酵过程中起主导作用，它的代谢产物乳酸、乙酸及风味物质对发酵蔬菜独特风味的形成具有重要作用，酵母菌和酵母菌能在蔬菜发酵过程中产生醇类物质，与有机酸反应生成酯类物质，从而增加产品香味[18]。
研究发现，在韩国萝卜水泡菜发酵过程中，细菌总数在发酵前15 d不断增大，细菌总数达6.2×106 CFU/g后下降；酵母菌总数在前40 d逐渐增加至峰值（约为5.0×105 CFU/g），随后逐渐下降，当发酵100 d时结束，未检测到酵母菌，细菌总数约为4.0×104 CFU/g[17]。在德国酸菜发酵成熟时，乳酸菌数可达到106 CFU/g，肠杆菌数为3×106 CFU/g，酵母菌和霉菌的菌落总数均小于102 CFU/g[12]。
3 发酵蔬菜品质的影响因素
3.1 发酵底物及产物
3.1.1 发酵底物
蔬菜中含有丰富的碳水化合物、氨基酸、维生素、矿物质、生物活性成分等物质[1]。在发酵过程中，微生物会利用这些物质作为底物，通过一系列生化反应，生成乳酸、乙酸、乙醇、二氧化碳、甘油、亚硝酸盐、生物胺等各种物质。
传统发酵蔬菜的底物主要来自蔬菜本身，常用于发酵的蔬菜种类包括大白菜、辣椒、芹菜、胡萝卜、荠菜、豇豆等，不同蔬菜所含的物质和含量是不同的。红辣椒中的总膳食纤维含量较高，如墨西哥辣椒的膳食纤维含量为3.7%，大蒜中的碳水化合物和蛋白质含量较高，分别为26.5%和4.5%，各种蔬菜中的脂肪含量几乎为0[19]。胡萝卜和大白菜中的可溶性糖含量比较丰富，其中胡萝卜的蔗糖含量为4.12%，大白菜中的葡萄糖和果糖含量分别为3.51%和2.16%。蔬菜中还含有各种维生素，它们是各种辅酶辅基，可以利用酶的功能调控代谢途径。胡萝卜中含有丰富的胡萝卜素，是维生素A的主要来源，豆类蔬菜中毛豆的维生素C含量最高，为0.027%。蔬菜中还富含钾、钠、钙、磷、镁等大量矿物质和铁、锰、锌、铜、硒等微量矿质元素。蔬菜中还有多种氨基酸，其中天冬氨酸和谷氨酸含量普遍高于其他氨基酸。豇豆中的天冬氨酸含量达到0.426%，大蒜中谷氨酸含量达到0.717%[19]。除此之外，蔬菜中还富含各种生物活性物质，包括多酚类物质、活性多糖、硫代葡萄糖苷、类黄酮化合物、植物甾醇、花色苷等[19]。不同的蔬菜具有特定的生物活性物质，比如辣椒中含有辣椒素和辣椒红素。这些特征物质活性可能也是影响发酵过程的重要因素，韩国学者发现，含有辣椒素类化合物的辣椒提取物会降低泡菜的发酵速度，抑制明串珠菌属（Leuconostoc）的增殖，促进乳杆菌属（Lactobacillus）的增殖[20]，但是国内关于这方面的研究还较少。
3.1.2 发酵产物
在特定发酵环境下，微生物之间相互合作，从而将蔬菜本身的物质转变成各种有机酸、氨基酸、醇类以及酯类等物质。研究发现，在四川泡菜发酵过程中，可以监测到6种有机酸、12种氨基酸以及86种挥发性风味[21]。不同种类的蔬菜，在相同工艺条件下，其代谢物也会不同。研究发现，辣椒泡菜中的主要代谢物是醇类和酯类，豇豆泡菜中主要化学挥发物是醇类和烯烃，而萝卜泡菜主要代谢物是硫化物和醛类物质[22]。有研究表明，发酵过程中发酵时间越长，有机酸、谷氨酸与天冬氨酸含量越高，而丝氨酸与丙氨酸含量会下降[23]。此外，在蔬菜发酵过程中，还会产生生物胺和亚硝酸盐等有害物质。
3.2 发酵过程中的微生物
3.2.1 微生物群落组成
发酵过程中的微生物对发酵蔬菜的品质起决定性作用，不同种类的发酵蔬菜中的微生物群落结构是不相同的。基因扩增测序技术是研究发酵蔬菜中的微生物群落结构的主要工具，与传统培养方法和聚合酶链式反应技术相比，该技术更加精准和灵敏，信息也更完整。它不仅可以监测微生物群落演替，还可以对微生物群落结构进行定量分析[24]。已有大量研究利用此技术研究了各种发酵蔬菜中的微生物群落结构，结果表明，虽然不同种类的发酵蔬菜中微生物组成不同，但是在发酵过程中，乳酸菌均处于主导地位，其中优势菌属为明串珠菌属（Leuconostoc）和乳杆菌属（Lactobacillus）。不同发酵蔬菜中的优势微生物见表2。
表2 不同发酵蔬菜中的优势微生物
Table 2 Dominant microorganism in different fermented vegetables
3.2.2 微生物的作用
目前已有关于将蔬菜本身的物质转变成各种代谢物的代谢途径的研究报道。LIU L等[27]通过京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）注释预测了四川萝卜泡菜的25种基因功能，发现碳水化合物、氨基酸和能量代谢途径是发酵过程中微生物的主要功能。研究表明，所有清酒乳杆菌（Lactobacillus sake）都可以由葡萄糖、果糖、半乳糖、阿拉伯糖、纤维二糖、甘露糖、葡萄糖酸酯和核糖生产乳酸盐、乙醇、醋酸、二氧化碳、甲酸盐、苹果酸、双乙酰、乙偶姻、2,3-丁二醇[28]，Lactobacillus rapi能够将1,2-丙二醇转化为丙酸和丙醇[29]，类食品乳杆菌（Lactobacillus paralimentarius）和消化乳杆菌（Lactobacillus alimentarius）参与了工业泡菜的氨基酸生物合成、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等[30]。短乳杆菌（Lactobacillus brevis）和融合魏斯氏菌（Weissella confusa）可以通过精氨酸代谢产生瓜氨酸和鸟氨酸[31]。乳酸菌还可以降解蔬菜中的单宁，研究发现，戊糖乳杆菌（Lactobacillus pentosus）LT7降解单宁酸的生化途径是单宁酸水解生成没食子酸和葡萄糖，生成的没食子酸脱羧生成邻苯三酚[32]。明串珠菌（Leuconostoc）及清酒乳杆菌（Lactobacillus sake）不仅可以产生γ-氨基丁酸，还可以产生甘露醇[33]。蔬菜发酵过程中还会产生2-羟基异己酸，它的产生与羟异己酸脱氢酶呈正相关，羟异己酸脱氢酶在亮氨酸和酮异己酸生产2-羟基异己酸途径中起关键作用。发酵早期，2-羟基异己酸含量随着明串珠菌和植物乳杆菌含量变化而变化[34]。
虽然乳酸菌对蔬菜的发酵进程具有决定性作用，但是发酵蔬菜的品质是微生物相互作用的结果，其它微生物如酵母菌（Saccharomyces）、醋酸菌（Acetobacter）、大肠杆菌（Escherichia coli）和芽孢杆菌（Bacillus）的影响也至关重要。酵母菌在缺氧条件下，会将葡萄糖等糖类先降解为乙醛和二氧化碳，乙醛在乙醇脱氢酶的作用下还原为酒精[35]。大肠杆菌会分解葡萄糖生成乳酸、乙酸、琥珀酸、乙醇、二氧化碳和氢气。丙酸杆菌（Propionibacterium）和丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）会分解葡萄糖为乙酸、丙酸以及二氧化碳[35]。芽孢杆菌通过诱导蛋白酶、淀粉酶、甘露聚糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶等，将复杂的化合物转变成简单的生物分子[36]。有研究发现，接种枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）y61的四川泡菜发酵产物中有40种差异代谢物，其中芳樟醇、萜品烯、乳酸、草酸和大部分氨基酸的含量均显著高于自发发酵的四川泡菜发酵产物[37]。
蔬菜发酵过程中，在微生物的作用下，还会生成一些有害物质，比如亚硝酸盐、生物胺。肠杆菌属（Enterobacter）和黄杆菌属（Flavobacterium）等微生物可以分泌硝酸还原酶，从而将蔬菜中的硝酸盐转化成亚硝酸盐，严重影响食用者的健康[38]。同时，亚硝酸盐也可以被戊糖乳杆菌（Lactobacillus pentosus）和植物乳杆菌等微生物降解[39]。根据国内外报道，乳酸菌、酵母菌、肠杆菌属、葡萄球菌属、假单胞菌属（Pseudomonas）等微生物与发酵蔬菜中生物胺的形成息息相关，这些微生物存在含氨基酸脱羧酶，能够将蔬菜中的游离氨基酸脱羧产生生物胺[40]。
另一方面，微生物的相互作用会导致pH升高、异味的产生、膜醭的产生以及组织软化等典型腐败现象[41]。有文献报道，布氏乳杆菌（Lactobacillus buchneri）能够在厌氧条件下代谢乳酸生成1,2-丙二醇和醋酸。除此之外，盔形毕赤酵母（Pichia manshurica）、阴沟肠杆菌（Enterobacter cloacae）、产丙酸丙酸杆菌（Propionibacterium acidipropionic）和双酶梭菌（Clostridium bifermentansdou）等微生物在特定条件下也可以消耗乳酸和乙酸，导致发酵体系pH的上升，为其它腐败微生物的生长创造条件[41-42]。在泡菜腐败过程中，地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）与异味的产生密切相关，同温层芽孢杆菌（Bacillus stratosphericus）、东京芽孢杆菌（Bacillustoyonensis）和蜡状芽孢杆菌（Bacilluscereus）会导致组织的软化，而枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、甲基营养型芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）、膜醭毕赤酵母（Pichia membranifaciens）和汉逊德巴利酵母（Debaryomyces hansenii）则与薄膜的形成有关[43]。
4 结论与展望
我国传统发酵蔬菜的生产仍存在着一些问题，主要体现在两个方面：一方面，传统自然发酵蔬菜风味虽好，但是发酵过程极不稳定，容易受到各种环境因子的影响，严重制约了我国发酵蔬菜的标准化生产。另一方面，传统的自然发酵蔬菜因为要保证产品的质量，延长货架期，会进行灭菌处理，但是同时也失去了乳酸菌等微生物的益生价值。因此，未来可以从蔬菜在发酵过程中的底物、产物以及微生物出发，研究不同发酵环境下，它们的变化以及它们之间的联系，从而发现潜在的发酵机制，寻找更多的功能性微生物，研发优良的混合菌剂，从而进一步改善发酵蔬菜的品质，促进发酵蔬菜的标准化、规模化生产。
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