李子怡，鄧 淼，王 燕，2，趙玲艷，2，羅鳳蓮，2*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128）

發(fā)酵蔬菜在我國歷史悠久，至今已有三千多年的歷史，一開始對蔬菜進行腌制是為了延長蔬菜的保存期，現(xiàn)在發(fā)酵蔬菜已經(jīng)成為我國重要的傳統(tǒng)發(fā)酵食品之一[1]。發(fā)酵蔬菜有泡菜類、漬酸菜類、醬腌菜類等，還有一些新型的發(fā)酵蔬菜如蔬菜汁等，種類多樣[2]。蔬菜經(jīng)過發(fā)酵之后具有獨特的滋味和香味，使得發(fā)酵蔬菜備受歡迎。但是在發(fā)酵蔬菜的加工過程中發(fā)酵蔬菜的風(fēng)味成分是變化的，受到很多因素影響，弄清楚其影響因素有助于更好地完善發(fā)酵蔬菜的發(fā)酵工藝，提高和調(diào)控發(fā)酵蔬菜的品質(zhì)。近年來，隨著分析技術(shù)的不斷提高和新儀器的出現(xiàn)，研究人員對發(fā)酵蔬菜風(fēng)味進行了大量的研究[3]，對發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性組分的研究也越來越多。該研究從發(fā)酵蔬菜的揮發(fā)性成分著手，主要綜述了影響發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性成分的因素，簡要概括了發(fā)酵蔬菜的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成和形成途徑，為提高發(fā)酵蔬菜品質(zhì)提供參考。

1 發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性風(fēng)味成分的組成

發(fā)酵蔬菜中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是反映發(fā)酵蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)，能展現(xiàn)發(fā)酵蔬菜特有的風(fēng)味。發(fā)酵蔬菜中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類較多，主要包括酸、醇、酯、醛、酮、酚、烴、雜環(huán)化合物、硫化物和腈類化合物等[4]，不同種類的化合物呈現(xiàn)出不同的氣味特征，這些風(fēng)味物質(zhì)共同作用，對發(fā)酵蔬菜呈現(xiàn)獨特氣味做出了較大的貢獻。酸類化合物呈現(xiàn)出的“酸香”味是發(fā)酵蔬菜中獨特的氣味，主要是由揮發(fā)性的乙酸和乙酸乙酯構(gòu)成[5]。醇類、酯類和烯烴類化合物具有令人愉悅的香氣和芬芳的水果香味[6]。醛類物質(zhì)如苯甲醛具有苦杏仁味，還有一些其他的醛類化合物多為花香和果香氣味，酮類物質(zhì)性質(zhì)較穩(wěn)定，一般具有花香氣味，酚類化合物通常會產(chǎn)生刺激性氣味和特殊的異味[7-8]。雜環(huán)類化合物和硫化物在發(fā)酵蔬菜中的含量較少，但閾值低，對發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性風(fēng)味也有貢獻，其中雜環(huán)類化合物中的呋喃、吡嗪具有堅果的香味[9]。一些發(fā)酵蔬菜產(chǎn)品中的主要揮發(fā)性風(fēng)味成分見表1。

表1 發(fā)酵蔬菜產(chǎn)品中的主要揮發(fā)性成分Table 1 Main volatile ingredients in fermented vegetable products

2 發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性風(fēng)味成分的來源及形成途徑

發(fā)酵蔬菜中的揮發(fā)性成分復(fù)雜多樣，形成的途徑也有所不同。其揮發(fā)性成分一部分來源于蔬菜原料和添加的輔料，一部分由微生物作用產(chǎn)生，另一方面來源于發(fā)酵過程中的生化反應(yīng)和酶催化反應(yīng)。

2.1 蔬菜原輔料中的揮發(fā)性成分

原料蔬菜中本身自帶有一些揮發(fā)性香氣成分，如具有濃郁香氣的有機酸和揮發(fā)油（醇、醛等）[25]，在發(fā)酵過程中這些揮發(fā)性成分沒有被完全分解而保留下來，對發(fā)酵蔬菜特殊香氣形成提供幫助；某些種類的發(fā)酵蔬菜中還含有一些特殊的組分，在發(fā)酵過程中反應(yīng)生成具有揮發(fā)性的物質(zhì)，如芥菜中富含的硫代葡萄糖苷在發(fā)酵過程中會被芥子苷酶水解，形成發(fā)酵芥菜中主要沖味的來源—異硫氰酸烯丙酯[26-27]；發(fā)酵過程中加入的輔料能增加發(fā)酵蔬菜的香味、去除異味，還能起到殺菌作用[28]。如制作泡菜時通常會加入辣椒、姜和大蒜等，不僅能殺菌，還能使泡菜呈現(xiàn)出辛辣的氣味[29]。

微生物發(fā)酵作用是形成發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性風(fēng)味成分的重要途徑。蔬菜在發(fā)酵過程中主要有乳酸發(fā)酵、酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵。乳酸菌是發(fā)酵過程中形成發(fā)酵蔬菜獨特香氣的主要微生物[30]，乳酸菌發(fā)酵有兩個階段，異型乳酸菌發(fā)酵階段和同型乳酸菌發(fā)酵階段，乳酸菌通過兩個階段的發(fā)酵最終生成乳酸和少量的乙醇、甲酸、乙酸、琥珀酸、乳酸乙酯、丙酸、丁酸、甲烷，還有微量的硫化氫[31]；在發(fā)酵后期缺氧的條件下，酵母菌發(fā)酵生成乙醇，生成的乙醇又經(jīng)過醋酸發(fā)酵氧化生成醋酸。這一系列的微生物發(fā)酵作用賦予發(fā)酵蔬菜豐富的揮發(fā)性香氣。

2.2 酶催化反應(yīng)和生化反應(yīng)

酶催化反應(yīng)一方面可以直接水解發(fā)酵蔬菜中的某些成分產(chǎn)生揮發(fā)性成分，如芥子苷酶可以水解芥菜中的硫代葡萄糖苷生成異硫氰酸烯丙酯[26-27]；另一方面通過各種酶將碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等物質(zhì)分解成微生物發(fā)酵或者生化反應(yīng)的底物。如圖1所示，碳水化合物在水解酶的作用下分解為單糖，而通過糖酵解生成丙酮酸鹽被微生物發(fā)酵生成揮發(fā)性風(fēng)味成分[32]。發(fā)酵蔬菜中的一些游離氨基酸和蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的氨基酸在一系列酶的作用下，通過Enrich途徑，將氨基酸轉(zhuǎn)化為酸類、醇類、含硫化合物、苯甲醛和揮發(fā)性酚等揮發(fā)性風(fēng)味成分[33]。

圖1 基于酶和微生物作用的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)形成途徑[34-35]Fig.1 Pathways for the formation of volatile flavor substances based on the action of enzymes and microorganisms

3 影響發(fā)酵蔬菜中揮發(fā)性成分的因素

3.1 發(fā)酵方式

發(fā)酵工藝在很大程度上影響著發(fā)酵蔬菜的風(fēng)味形成，不同發(fā)酵方式蔬菜的主要揮發(fā)性成分見表2。由表2可知，對于同一種原料，發(fā)酵方式不同，其產(chǎn)品的特征揮發(fā)性成分也不盡相同。汪冬冬等[36]分析不同發(fā)酵方法鹽漬蘿卜的揮發(fā)性成分，濕態(tài)鹽漬蘿卜的特征性揮發(fā)性成分為乙酸，是在發(fā)酵前期由微生物代謝產(chǎn)生的；半干態(tài)鹽漬蘿卜的特征性成分中的甲氧基苯肟在濕態(tài)蘿卜中也有少量存在，可能為原料自身所攜帶，而且受到環(huán)境影響而變化；干態(tài)蘿卜特征性成分中的2-正戊基呋喃和二甲基四硫醚在一些干制植物中大量存在，說明這些成分可能是原料在干燥脫水、氧化過程中形成的。肖嵐等[19]發(fā)現(xiàn)大蒜揮發(fā)性成分與腌制過程中添加的輔料、酸堿環(huán)境、腌制時間和微生物組成有密切關(guān)系。李奕佳[37]測定了清潔發(fā)酵方法和傳統(tǒng)發(fā)酵方法腌制的芥菜的揮發(fā)性成分，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)發(fā)酵芥菜的揮發(fā)性物質(zhì)的種類、含量和芳香性呈味物質(zhì)要少于清潔發(fā)酵芥菜，而刺激性非芳香性呈味物質(zhì)要多于清潔發(fā)酵芥菜。

表2 不同發(fā)酵方式蔬菜的主要揮發(fā)性成分Table 2 Main volatile components of vegetables with different fermentation methods

3.2 發(fā)酵工藝

3.2.1 發(fā)酵菌種

發(fā)酵蔬菜中揮發(fā)性風(fēng)味成分的形成與其發(fā)酵過程中接種方式、菌種接種量也有密切的關(guān)系。在對自然發(fā)酵和人工接種發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性成分的研究中，自然發(fā)酵蔬菜的香氣組成比人工接種發(fā)酵的更加復(fù)雜[38]。侯愛香等[39-40]研究發(fā)現(xiàn)，自然發(fā)酵樣品中檢測到的揮發(fā)性風(fēng)味成分的種類比人工接種樣品多，自然發(fā)酵的樣品中醇類物質(zhì)如乙醇、醛類物質(zhì)如苯甲醛的含量均高于人工接種發(fā)酵，原因是自然發(fā)酵樣品雜菌多，發(fā)酵啟動慢，醇類物質(zhì)易積累，醛類物質(zhì)被還原的少。除了接種方式之外，接種菌種對發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性風(fēng)味成分也有影響。徐丹萍等[41]研究發(fā)現(xiàn)，接種不同菌種的結(jié)球甘藍樣品的揮發(fā)性香氣成分種類、數(shù)量和組成都有所差異，結(jié)果見表3。

表3 不同菌種發(fā)酵蔬菜的主要香氣成分Table 3 Main aroma components of fermentation vegetables with different strains

由表3可知，老泡菜水發(fā)酵比單一菌種發(fā)酵得到的主要香氣成分的種類多，這是因為老泡菜水中微生物種類和數(shù)量較多，而人工接種導(dǎo)致發(fā)酵蔬菜中優(yōu)勢菌群不一樣，不同種類的微生物代謝產(chǎn)生的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)也有所差別。LIANG H P等[4]研究發(fā)現(xiàn)，人工接種植物乳桿菌發(fā)酵的酸菜揮發(fā)性成分中醇類、酯類、烴類和腈類的濃度會提高。通過控制接種方式和接種的菌種，使發(fā)酵蔬菜的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)更加豐富，大大提升發(fā)酵蔬菜的質(zhì)量。

3.2.2 發(fā)酵時間

發(fā)酵時間會影響發(fā)酵蔬菜中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的形成，隨著發(fā)酵時間的增加，發(fā)酵蔬菜的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)會發(fā)生變化。鄧靜等[42]研究發(fā)現(xiàn)，腌制90 d比腌制30 d的大頭菜中酸類、酯類、醇類、烷烴類、含氮類化合物的種類增加，醛類化合物種類減少。王芮東等[43]研究發(fā)現(xiàn)，0～9 d的腌制過程中，蘿卜泡菜揮發(fā)性成分的種類數(shù)量從11種增加到了36種，相對含量從28.12%增加到了68.09%，與曹東等[44]對泡菜發(fā)酵過程揮發(fā)性風(fēng)味成分隨著發(fā)酵時間增加而增加的研究結(jié)果基本一致。在蘿卜泡菜發(fā)酵過程中，酯類物質(zhì)呈整體上升趨勢，這是由于微生物發(fā)酵產(chǎn)生的酸和醇會酯化為酯類物質(zhì)；含硫化合物如二甲基二硫、二甲基三硫呈先下降后上升在下降的趨勢，含硫化合物來源于原料，在后期時會被微生物降解；醇類、酸類、酮類、醛類、烴類則是先上升后下降；醚類呈整體下降趨勢。李世瑞等[45]在對不同鹽漬時間雪里蕻揮發(fā)性成分的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著鹽漬時間的增加，主要的揮發(fā)性酯類如異硫氰酸酯類逐漸減少，這使得鹽漬雪里蕻的風(fēng)味變得柔和；醇類和酸類物質(zhì)由于能互相轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致二者的數(shù)量和含量呈現(xiàn)波動趨勢；值得注意的是腌制時間過長會產(chǎn)生影響品質(zhì)的醚類物質(zhì)，出現(xiàn)腥臭味。通過發(fā)酵時間對發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性風(fēng)味成分的影響，分析揮發(fā)性組分種類和含量的變化，以及各種化合物的閾值和對風(fēng)味成分的貢獻值，可以判斷發(fā)酵蔬菜的品質(zhì)和最佳食用日期。

3.2.3 發(fā)酵溫度

蔬菜發(fā)酵過程中的發(fā)酵溫度是影響發(fā)酵蔬菜質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，微生物都有其適宜生長的溫度范圍，通過調(diào)控溫度可以影響微生物的生長情況從而控制揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的生成。HONG S P等[46]研究發(fā)現(xiàn)，4 ℃和20 ℃發(fā)酵泡菜的最佳成熟期分別為35 d和2 d，且20 ℃發(fā)酵的泡菜中產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物比4 ℃時更多，其中20 ℃發(fā)酵產(chǎn)生的甲基-2-丙烯基二硫化物、二甲基二硫化物和二-2-丙烯基二硫化物的量是4 ℃時的兩倍多。HE Z等[47]也發(fā)現(xiàn)了酸菜揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類隨著發(fā)酵溫度的升高而增加。PARK S E等[48]利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)研究發(fā)酵溫度對泡菜代謝變化的影響，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵初期，4 ℃發(fā)酵的泡菜代謝產(chǎn)物（丙二醇、丙氨酸、蘋果酸、半乳糖酸和檸檬酸）比在更高溫度的代謝產(chǎn)物變化更慢。利用發(fā)酵溫度的影響，可以將發(fā)酵溫度調(diào)控在產(chǎn)生揮發(fā)性風(fēng)味成分最豐富的范圍內(nèi)，使得發(fā)酵蔬菜的風(fēng)味達到最佳。

3.2.4 鹽的濃度和種類

鹽對發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性成分的影響主要是因為發(fā)酵過程中微生物的生長代謝情況受到了影響。李軍波[49]研究發(fā)現(xiàn)，2%食鹽濃度的泡菜中乳酸菌繁殖代謝能力最強，而8%濃度的泡菜中乳酸菌繁殖代謝能力下降，乳酸菌的主要發(fā)酵階段異型發(fā)酵階段明顯減弱。LIANG H P等[50]也發(fā)現(xiàn)了在鹽濃度較高時（9%），酸菜中乳酸菌的數(shù)量最低，而乳酸菌的數(shù)量與酸菜中酯類、醇類、烴類和腈類物質(zhì)的含量密切相關(guān)；且片球菌屬（Pediococcus）、明串珠菌屬（Leuconostoc）等受加鹽作用影響顯著；還發(fā)現(xiàn)了鹽的加入可以降低發(fā)酵過程中異硫氰酸鹽的濃度。吳凱等[51]研究發(fā)現(xiàn)，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)食鹽腌漬的辣椒中揮發(fā)性成分比高質(zhì)量分?jǐn)?shù)食鹽腌制的辣椒少，香氣成分低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%～12%鹽度腌制的辣椒香氣成分高，風(fēng)味及品質(zhì)較好。除了鹽濃度以外，鹽的種類也能影響發(fā)酵蔬菜的揮發(fā)性成分。KIM D W等[52]研究發(fā)現(xiàn)，礦物質(zhì)海鹽腌制的泡菜中與質(zhì)量相關(guān)的代謝產(chǎn)物高于純凈鹽腌制的泡菜，感官評價和泡菜品質(zhì)也更好。在工業(yè)生產(chǎn)中，可以利用鹽濃度和鹽的種類對發(fā)酵蔬菜香氣成分的影響，向更加健康安全的方向發(fā)展。

4 展望

揮發(fā)性風(fēng)味成分是反映發(fā)酵蔬菜品質(zhì)的一個重要指標(biāo)，如何控制影響發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性成分的因素，保證其質(zhì)量是研究的重點。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，人們對發(fā)酵蔬菜風(fēng)味物質(zhì)的形成機制和影響因素都有了一定的了解，未來可以從發(fā)酵方法、發(fā)酵工藝（菌種、時間、溫度、鹽的濃度和種類）等方面實現(xiàn)發(fā)酵蔬菜高品質(zhì)、安全健康的發(fā)展。在工業(yè)生產(chǎn)中對發(fā)酵蔬菜揮發(fā)性成分的影響因素進行調(diào)控，對發(fā)酵蔬菜工業(yè)生產(chǎn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、可控化都具有重要意義，期待未來在發(fā)酵蔬菜工業(yè)生產(chǎn)中對生產(chǎn)工藝參數(shù)進行精準(zhǔn)調(diào)控，達到最佳的發(fā)酵蔬菜風(fēng)味品質(zhì)。