發酵蔬菜安全性的研究進展

遲雪梅，張慶芳*，遲乃玉

（1.大連大學 生命科學與技術學院，遼寧 大連 116622；2.遼寧省海洋微生物工程技術研究中心，遼寧 大連 116622）

發酵蔬菜是一種具有特殊風味的乳酸發酵制品，不添加任何防腐劑，有良好的感官品質，其成本低廉、原料多樣、食用方便。在我國北方地區由于其特殊的地理氣候，發酵蔬菜已經演變為一種蔬菜的存儲方式[1]。

近幾年國內外熱衷于研究接種發酵技術，對于蔬菜的接種發酵給予了極高的關注度。目前市場上銷售的發酵菜（尤其是酸白菜）多為人工接種發酵，因其發酵時間短而受各大加工廠歡迎；接種發酵相對于自然發酵能夠降低亞硝峰值、減少制品中亞硝酸鹽殘留量[2]，因此有關亞硝酸鹽的問題一直是研究熱點，但硝酸鹽剩余問題往往被人們忽略[1]。

硝酸鹽是亞硝酸鹽的前體，其實是一種潛在的致癌物質，可在多種細菌作用下被還原為亞硝酸鹽，其中人體腸道內就有可以還原硝酸鹽的菌[3]。接種發酵抑制了蔬菜發酵前期硝酸鹽被還原成亞硝酸鹽的過程，導致接種的發酵蔬菜硝酸鹽大量剩余[1]。

TANEJA P等[4]最新的研究成果證實硝酸鹽對胃腸道癌癥發生率有巨大影響。硝酸鹽在腸道內被還原轉化為亞硝酸鹽會增加胃癌的發生。因此蔬菜發酵制品的安全性不僅僅只停留在減少或降低亞硝酸鹽含量上，更要重視硝酸鹽大量剩余的問題[1]。

1 發酵蔬菜的營養價值

1.1 蔬菜的營養

蔬菜在我國居民膳食中的食物構成比例為33.7%，是膳食重要組成部分[5]。歐洲和亞洲是全球白菜主要產區，其中歐洲產量為總產量的17.5%，大洋洲產量占全球產量的74.7%[6]。大白菜質地柔嫩、味美清爽、開胃健脾，富含人體不可缺少的蛋白質、脂肪、多種維生素及磷、鈣、鐵等礦物質元素，常食有助于增強機體免疫功能，對減肥健美也具有意義[1，7-9]。因此，大白菜是人們生活中不可缺少的主要蔬菜之一。

本課題組曾對超級白菜、青豐、白峰等6個品種的大白菜進行主要理化指標的測定[10]，結果是6種白菜含水量約為94.5%，總糖含量約為3.0 g/100 g，蛋白質含量約為471.3 mg/100 g，氨基酸含量約為416.7 mg/100 g，維生素C含量約為28.6 mg/100 g。2015年李方遠[11]分別對萵苣、白菜、甘藍、芹菜等9種蔬菜營養成分進行研究，發現其還含有脂肪，食物纖維，鐵、鈣，維生素A、B1、B2、K1、U，碘等，其中維生素K1和維生素U是抗潰瘍因子。2016年丁云花等[12]對緊花菜、松花菜、紫花菜等3種花椰菜進行營養成分檢測時，發現其含有部分人體必需礦物質元素銅、錳、鋅等。

1.2 發酵菜的營養

酸菜、泡菜的制作主要靠乳酸菌的作用，產生乳酸、醋酸等酸性物質，抑制有害微生物的生長[13]，從而延長了保存時間，又帶來了乳酸發酵和醋酸發酵所特有的美味。

盡管蔬菜發酵之后比原料的蛋白質、維生素C等有所減少，但氨基酸種類和量都有所增加，還能產生大量對人體礦物質吸收有益的有機酸（乳酸和醋酸）等。研究資料還顯示，發酵的蔬菜有60多種風味物質產生[14]。

發酵蔬菜是乳酸菌發酵蔬菜制成的傳統食品，不僅營養成分較豐富而且含有益生菌，可以被認為是一種蔬菜益生菌食物。在張慶芳等[1]關于大白菜腌漬發酵的研究現狀、趨勢及存在問題的研究中，可了解到由于白菜發酵過程中生成的多種有機物，具有重要的保健作用。MARKOWIAK P等[14-15]的相關研究中也進一步體現了發酵蔬菜的多重的保健功能，如促進大腸健康、抗便秘、降低膽固醇、抗衰老和抗氧化作用等作用，同時還可以促進免疫、腦健康、皮膚健康等。

2 發酵蔬菜的安全性

2.1 蔬菜中的硝酸鹽

蔬菜是一種容易積累硝酸鹽的食物，蔬菜中硝酸鹽積累部位及含量見表1[16]。

表1 蔬菜中硝酸鹽的含量Table 1 Content of nitrate in vegetables

人體攝入硝酸鹽的量80%來自于蔬菜[17]。無論是空氣、水源還是土壤，都被嚴重污染[4，18]。廢氣排放、化肥農藥的濫用等都是造成一系列問題的主要原因。蔬菜中盡管含有豐富的營養物質，但是含有的有害物質也不容忽視，如硝酸鹽、亞硝酸鹽、重金屬鎘、鉛污染等[19-20]。其中亞硝酸鹽被世界衛生組織認定為一級致癌物。

蔬菜中的硝酸鹽累積毒害作用緩慢而隱蔽，硝酸鹽本身并無毒性，然而在儲藏一段時間或進入人體消化系統之后，由于硝酸鹽還原酶（nitrate reductase，NR）和細菌的作用，會產生亞硝酸鹽和亞硝胺，二者均具有致畸、致癌、致突變等危害[21]。

2.2 發酵菜中硝酸鹽、亞硝酸鹽

2.2.1 發酵菜中硝酸鹽

自然界中能使硝酸鹽還原的菌有100多種[22]，在蔬菜發酵過程中最常出現的是大腸桿菌、葡萄球菌屬、假單胞菌屬、腸道細菌科、黃桿菌屬等[23]。蔬菜自身攜帶大量、多種類菌是其在發酵過程中硝酸鹽還原為亞硝酸鹽的原因之一，再者使用器具不消毒或消毒不徹底也會使有硝酸鹽還原菌進入加工產品。在自然發酵過程中由于原料所帶細菌及發酵工具染菌等情況，使得在自然發酵前期硝酸鹽會在這些細菌的作用下將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，最后成品發酵菜中硝酸鹽會少于原料[24]。

2.2.2 發酵菜中亞硝酸鹽

新鮮蔬菜含有大量硝酸鹽，在發酵過程中硝酸鹽在還原菌的作用下變成亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽是對人體有害的物質。張慶芳等[1，25-27]的研究表明，乳酸菌能夠降解發酵菜中的亞硝酸鹽。同時呂玉濤等[28]關于從泡菜中分離到的一株降解亞硝酸鹽能力很強的乳酸菌的研究也證明了這一點，同時研究表明，當pH＞4.5時，乳酸菌降解亞硝酸鹽以亞硝酸還原酶（nitrite reductase，NiR）降解為主；當pH＜4.0時，亞硝酸鹽的降解以H+降解為主。進而獲得較少甚至沒有發酵菜亞硝酸鹽殘留的現象，從而使發酵菜變得更加安全。

周相玲等[29]對人工發酵與自然發酵泡菜中亞硝酸鹽含量的研究表明，在自然發酵泡菜中第7天降至2.1 mg/kg。人工發酵泡菜成熟時亞硝酸鹽的含量為0.44 mg/kg，以每天食用泡菜50 g為例，與聯合國糧食與農業組織（food and agriculture organization of the united nations，FAO）/世界衛生組織（world health organization，WHO）規定的亞硝酸鹽的日攝取量（8 mg/60 kg體質量）相比，遠遠低于這一數值。閆亞梅等[30]研究大白菜分別添加白蘿卜、胡蘿卜、黃瓜等進行自然發酵，發酵144 h時，亞硝酸鹽含量＜20 mg/kg（國家標準）?？梢哉f自然發酵具有解毒作用，不但降解了亞硝酸鹽的含量，還可以很大程度地減少硝酸鹽的含量。

3 發酵菜與微生物的關系

3.1 發酵初期（好氧菌的生長）

目前對發酵蔬菜里微生物區系的研究普遍認為，在發酵的初期，好氧菌和酵母是占優勢的微生物[31]。具有硝酸還原性質的細菌幾乎都為好氧菌，因此自然發酵初期使環境中大量硝酸鹽被還原為亞硝酸鹽[32]。人工接種發酵在發酵初期就添加乳酸菌，使乳酸菌快速成為優勢菌群，快速降低發酵環境的pH值；從而迅速地抑制發酵體系中的其它微生物的繁殖，也導致了硝酸還原菌被抑制；使發酵初期硝酸鹽降解被控制[33]。

3.2 發酵中后期（兼性厭氧菌的生長）

由于氧的消耗，在發酵的中后期，兼性厭氧的乳酸菌變為優勢菌群。蔬菜發酵的乳酸菌主要有乳桿菌屬、明串珠菌屬、片球菌屬，鏈球菌屬等屬的細菌[34]。大量的研究、實驗結果顯示，蔬菜發酵的中期（乳酸發酵的前期）主要為產生乳酸和醋酸的異型發酵，其中以乳酸球菌為主；蔬菜發酵的后期主要為產生大量乳酸的同型發酵，其中以乳酸桿菌為主[34-36]。

李超[34]關于東北酸菜發酵微生物動態解析的研究發現，發酵后期主要是同型發酵乳酸菌占優勢。同時在發酵過程中還檢測到一般細菌。荊雪嬌[35]在傳統發酵蔬菜微生物群落結構分析的實驗中得出結論，不同加工工藝、包裝工藝、不同原料的發酵蔬菜中，存在著豐富的乳桿菌群。植物乳桿菌存在于所有發酵蔬菜中，短乳桿菌為泡菜和酸菜的優勢菌群，彎曲乳桿菌在泡菜和浙江榨菜中為優勢菌群，消化乳桿菌和食用糖乳桿菌分別為酸菜和醬菜的優勢菌群。

蔬菜發酵過程中的酒精含量可達0.5%～0.7%，對乳酸發酵并無影響；酒精發酵是由于酵母菌將蔬菜中的糖分解而生成酒精和CO2；酒精發酵生成的乙醇，可與乳酸反應，生成乳酸乙酯，使制品具有香味[1]。其蔬菜發酵中的醋酸還有一部分來源于醋酸菌氧化乙醇而生成的，這一作用稱為醋酸發酵；極少量的醋酸不但無損于腌制品的品質反而有利產品風味的形成，只有在含量過多時才會影響成品的品質[1]。

4 接種發酵蔬菜硝酸鹽大量剩余問題

蔬菜是一種易于富集硝酸鹽的植物性食品，其硝酸鹽含量遠高于其他作物[37]。蔬菜發酵工廠化生產中，多采用人工接種技術進行發酵，人工接種發酵時間短，亞硝酸鹽含量低。但人工接種的發酵菜硝酸鹽含量相對自然發酵卻高很多，并且人們往往忽略硝酸鹽的存在。由于接種發酵使雜菌快速地被抑制，往往這些雜菌具有分解硝酸鹽的酶，而乳酸菌大多不具有這種酶，使得蔬菜發酵過程中硝酸鹽的分解被控制。

本課題組對接種發酵蔬菜與自然發酵蔬菜進行硝酸鹽剩余量和亞硝酸鹽的殘留量實驗研究[2]，結果見圖1。由圖1可知，接種菌劑1（乳鏈球菌（Streptococcus lastic）；萊氏曼氏乳桿菌（Lactobacillus leichmannii）；乳酪鏈球菌（Streptococcuscremoris）；植物乳桿菌（Lactobacillus plantarun））、菌劑2（Streptococcus lastic；Lactobacillus leichmannii；干酪乳桿菌亞種鼠李糖（Lactobacillus caseisubsp.rhamnosus）；Streptococcus cremoris）、菌劑3（Streptococcus lastic；Lactobacillus leichmannii；Lactobacillus plantarun）的發酵菜硝酸鹽剩余量分別為544.32 mg/kg、422.13 mg/kg、329.74mg/kg，而自然發酵的菜硝酸鹽剩余量為232.06mg/kg（原料蔬菜經燙漂后菜中硝酸鹽含量為895.23 mg/kg）；接種菌劑1、菌劑2、菌劑3的發酵菜亞硝酸鹽殘留量分別為0、0.363 mg/kg、0.47 mg/kg，自然發酵菜亞硝酸鹽殘留量為2.67 mg/kg（國家標準＜20 mg/kg）。若按照每1.232 mg/kg硝酸鹽轉化為1 mg/kg的亞硝酸鹽來計算[27]，接種菌劑1的發酵菜相當于有441.82 mg/kg的亞硝酸鹽存在，接種菌劑2的發酵菜相當于有342.64 mg/kg亞硝酸鹽潛在，接種菌劑3的發酵菜相當于有267.65 mg/kg的亞硝酸鹽潛在；自然發酵菜相當于有188.36 mg/kg的亞硝酸鹽潛在（國家標準＜20 mg/kg）。因此接種發酵蔬菜引起的硝酸鹽大量剩余問題不容忽視。

圖1 發酵蔬菜中硝酸鹽、亞硝酸鹽含量Fig.1 Contents of nitrate and nitrite contained in fermented vegetables

5 結論與展望

近年來關于乳酸菌降解亞硝酸鹽機理的提出以及被證明，引領了人們關注接種技術能夠降低發酵菜中亞硝峰值和減少制品亞硝酸鹽殘留的問題，但是忽略了人工接種技術反而會使發酵蔬菜硝酸鹽大量剩余問題。

綜上所述可以發現，發酵蔬菜雖然避免了成品菜中亞硝酸鹽帶來的危害，但其中硝酸鹽的存在更應該引起人們的重視。俗話說“明槍易躲，暗箭難防”。硝酸鹽潛在的危害已有相關研究得出結論，食物中的硝酸鹽可在口腔及腸道中細菌的存在下被還原為亞硝酸鹽，從而達到中毒的后果。因此發酵蔬菜硝酸鹽的殘留給人們帶來的危害同亞硝酸鹽一樣不容忽視。

根據硝酸鹽和亞硝酸鹽在蔬菜發酵過程中降解機制，可以尋求一種亞硝酸鹽殘留量低，硝酸鹽大量降解的蔬菜發酵工藝。根據研究可知，當pH＞5.0時，細菌（可還原硝酸鹽的菌）大量生長，是硝酸鹽大量分解時期；又根據研究可知當pH值為5.0左右時正是乳酸菌代謝產亞硝酸鹽還原酶（NiR）的最適pH值。因此可以設計如下工藝：發酵初期（湯汁pH≥5.0）進行自然發酵，當湯汁pH值為5.0左右時加入乳酸菌劑進行接種發酵。這個工藝生產的發酵菜將既可以使亞硝酸鹽殘留少或無，又可使發酵菜中硝酸鹽大量分解；從而使發酵菜的安全性更加提高。

乳酸菌能降解亞硝酸鹽已被證實。通過查找基因文庫發現乳酸菌中含有NR的基因，但在乳酸菌作用的過程中NR的基因并不表達。NR基因為何不表達目前還未有研究學者解釋這一問題。推測乳酸菌所含有的NR基因可能為缺陷型基因或是誘導型基因或是還有其他原因，本課題組接下來會針對這一問題展開研究。