《食品科学》：湖南大学张伟研究员等：复合乳酸菌二次发酵芥菜的品质变化

芥菜作为我国历史悠久的特色腌渍蔬菜，在长江流域、西南地区已形成极具地域文化特色的代表性产品。芥菜的腌制加工方式有很多种，基于地域与品种差异，主要分为泡渍和盐渍两种。

近年来，越来越多的研究者开始关注芥菜盐坯漂洗脱盐后采用二次自然发酵和接种发酵改善风味，以及二次发酵过程中生成的代谢产物对芥菜风味的影响。植物乳植杆菌作为发酵蔬菜的核心功能菌种，在发酵过程中使芥菜呈现独特风味。将发酵性能优良的乳酸菌应用于蔬菜发酵，不仅能缩短发酵周期，保证产品品质稳定，还能降低发酵蔬菜中亚硝酸盐的含量。有研究表明复合菌株相比单菌株接种发酵更有优势。

湖南大学生物学院隆平分院的赖慧婷、张伟*、张菊华*等人以芥菜盐坯为原料，经漂洗脱盐，采用优选的植物乳植杆菌QT038和LJ065开展单菌株和复合菌株接种发酵，探究不同组合菌株对发酵芥菜的感官评价、色泽与质构、pH值、总酸、亚硝酸盐、氨基酸态氮和挥发性成分的影响，结合气味活性值（OAV）和变量投影重要性（VIP）分析，精准鉴定关键香气成分。同时，评价菌株间拮抗作用、有害代谢物、溶血试验和抗生素敏感性，筛选出适宜的菌株组合应用于芥菜低盐坯的二次发酵，为工业化盐渍芥菜的品质提升提供理论参考。

1 不同菌株发酵芥菜的品质分析

1.1 感官评价

接种发酵15 d芥菜的感官评分如表2所示。接菌组在色泽、香气、质地和综合喜好度显著高于YP（P＜0.05），其感官评分由高到低依次为1∶1＞2∶1＞LJ065＞QT038＞1∶2＞YP，单菌株和复合菌株接种的发酵芥菜的香气和滋味有差异。复合菌株QT038∶LJ065（1∶1）组发酵芥菜的色泽、滋味和质地得分均较高，可能是由于适宜比例的乳酸菌能够平衡代谢，且一些中间代谢产物能有效转化利用，最后形成较好的风味与滋味，而复合菌株1∶2组的感官评分较低可能是由于人的主观感受，不同的人对风味、香气和质地的偏好不同，从而导致感官评价较低。综上可知，复合菌株发酵可以改善单菌株发酵芥菜的口感和香气。

1.2 质构与色泽

质构是决定发酵蔬菜口感和影响消费者接受度的主要因素之一。品质优良的发酵芥菜应该具有软硬适中、富有弹性等感官特点。图2中显示了0～15 d芥菜发酵过程中硬度和弹性的变化趋势。随着发酵时间的延长，各组发酵样品硬度均呈下降趋势，主要是由于乳酸菌产酸，芥菜细胞壁中的果胶物质会在酸性条件下发生水解；而弹性呈先升后降趋势，可能是由于发酵前3 d芥菜水分含量上升导致细胞组织吸水，弹性上升，而后在渗透压差和乳酸菌对果胶的代谢作用下，弹性逐步下降。

色泽是评价发酵蔬菜品质的重要指标，影响产品的接受度和食用体验。图3A1～A3、B1～B3显示了YP和各接菌组发酵0～15 d叶和茎的L*（亮度值）、a*（红度值）、b*（黄度值）。随着发酵时间的延长，叶的L*值表现出先上升后下降，第3天各组均有不同程度升高，茎的L*值呈下降趋势，其中在发酵15 d时，复合菌株2∶1组叶和茎的L*值均相对较高，分别为66.54±0.26、57.53±0.18，亮度更好。在发酵过程中芥菜茎和叶的a*值均呈现先上升后下降的趋势，且茎的a*值降低幅度更大，说明茎能在发酵过程中更好地褪红，叶更容易呈现红色。其中LJ065发酵15 d时叶和茎的a*值较高。芥菜叶的b*值随着发酵时间的延长呈明显上升，而茎的b*值有降低趋势，表明在发酵过程中芥菜盐坯叶的颜色逐渐变暗变黄，出现褐变和黄变现象，这可能是酸度升高会促进果蔬中的4-甲硫基-3-丁烯基异硫氰酸酯转化生成黄色素。其中复合菌株2∶1组叶的b*值由8.59±0.46升至12.80±1.07，在接菌组中黄变最弱。

褐变是导致品质下降的主要因素，通过L*、a*和b*值计算出的色差ΔE反映样品褐变程度。如图3A4、B4所示，15 d时QT038、LJ065、1∶1、2∶1和1∶2叶的ΔE分别为7.42、7.17、9.55、5.87和8.57，茎的ΔE分别为10.92、11.36、10.50、8.99和11.06，表明各接菌组与YP之间的颜色均存在明显差异。复合菌株2∶1组叶和茎的ΔE均相对较低，说明QT038∶LJ065（2∶1）的色泽变化较小。

1.3 理化指标

pH值和总酸是发酵蔬菜主要理化指标，能直观反映芥菜样品品质变化及成熟情况，同时与乳酸菌的生长密切相关。如图4A、B所示，随着发酵时间的延长，各组pH值均逐渐下降，总酸与之相反呈上升趋势。发酵3 d后，各组pH值明显下降，总酸含量显著上升，其中复合菌株2∶1组产酸最快，复合菌株1∶1组和QT038产酸相对较缓。接种乳酸菌在发酵前期迅速增殖为优势菌群，产生大量乳酸，维持较低pH值，但随着发酵芥菜的酸度增加，乳酸菌生长繁殖速度减缓，产酸量下降。发酵15 d时，LJ065和复合菌株1∶1组的总酸含量最高，为11.71 g/kg。

由图4C、D可知，接菌组亚硝酸盐含量均低于YP，且亚硝酸盐含量降低近50%，其中复合菌株1∶1组的亚硝酸盐含量最低，为2.16 mg/kg，由此可见接种乳酸菌发酵可有效降低亚硝酸盐含量，保证发酵芥菜的安全性；接菌组的氨基酸态氮的含量均低于YP，可能是因为芥菜低盐坯二次发酵后部分营养成分溶入泡渍液中，但复合接菌组比单一接菌组氨基酸态氮含量较高，其中复合菌株2∶1和1∶1组的氨基酸态氮含量相对较高，质量分数分别为0.080%、0.078%，可能是不同菌株在发酵过程中产生协同效应，共同促进氨基酸的产生。

1.4 挥发性成分分析

采用HS-SPME-GC-MS法对YP与各接菌组中挥发性成分进行分析，如图5A所示，共检测出89 种挥发性物质，其中YP检出48 种，接菌组QT038、LJ065、1∶1、2∶1、1∶2发酵后分别检出57、56、79、80、79 种挥发性物质，共包括酚类7 种、酯类18 种、醛类8 种、醇类20 种、酮类8 种、硫醚类1 种、烯类4 种、腈类2 种、酸类9 种、烃类2 种和杂环类10 种，其中有41 种挥发性物质在YP中未检出。如图5B、C所示，挥发性成分含量较高的有酯类、醇类、醛类、腈类和酚类，各组中共有的挥发性物质有34 种，YP、QT038和LJ065特有的挥发性物质分别有3、2、2 种。不同接菌组发酵芥菜的挥发性香气物质种类和含量存在一定差异。各接菌组发酵后的醇类、醛类、酸类和杂环类物质含量均高于YP；复合菌株发酵后的酚类、酮类、烯类和酸类物质含量相对高于单一菌发酵，且与YP中的种类及含量相差较大，这些挥发性香气物质主要来自于乳酸菌的代谢作用、原料本身贡献的风味和其他的生化反应，推测可能是植物乳植杆菌发酵促进了这几类挥发性物质的产生。与YP相比，QT038、LJ065、1∶1、2∶1、1∶2接菌组发酵芥菜中的挥发性物质含量分别提高了5.37%、25.43%、36.56%、12.19%和27.75%，其中复合菌株QT038∶LJ065（1∶1）的增香效果最好，说明复合菌株适宜的比例接种发酵有助于改善芥菜盐坯的风味，赋予较浓郁的发酵香气。

醇类物质是发酵芥菜中种类及含量最多的挥发性香气成分，主要来源于碳水化合物发酵、甲基酮还原、氨基酸代谢和脂质氧化等多种途径，醇类物质可赋予食品独特的清香味，对丰富发酵食品风味有重要作用。如表3所示，共检出20 种醇类物质，其中复合菌株中，1∶1组的醇类物质含量最高，达65.25 μg/kg。苯乙醇、异戊醇、1-苯基-2-丙醇、芳樟醇、(Z)-4-己烯-1-醇和α-松油醇是各组共有的物质，苯乙醇是利用糖或苯丙氨酸代谢产生的高级醇，赋予芥菜玫瑰花香；异戊醇具有酒味和麦芽香味，镰叶芹醇、4-萜烯醇和13-十七碳炔-1-醇等是接种乳酸菌后新增的醇类物质，(Z)-3-己烯-1-醇、(R)-(+)-1-苯乙醇和L-2-甲基丁醇是复合菌株发酵后产生的醇类物质，其赋予发酵芥菜青香、花香、酒香和果香，使香味更浓郁，构成了复合菌株发酵的特有香气。

酯类物质在发酵芥菜中呈现怡人的甜味和果香、花香等香气，主要来源于醇和酸在非酶催化下的酯化反应以及微生物作用下的酶催化酯化反应。异硫氰酸酯类化合物是芸苔属蔬菜中硫代葡萄糖苷的主要分解产物，它能赋予食品刺激性的气味和辛辣的滋味。异硫氰酸烯丙酯含量在发酵过程中明显下降，说明接菌发酵对发酵芥菜的芥辣味有显著的改善作用。棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯（奶油香味）在单菌株接种发酵芥菜中的含量均得到提升，己酸乙酯、乙酸芳樟酯和邻苯二甲酸二丁酯是复合菌株发酵中新产生的酯类物质。研究表明，乙酯类物质能赋予产品果香和甜香，不同乙酯具有各自的香气特征，如己酸乙酯具有强烈的水果香气，味道清甜，丁酸乙酯带有果香气，类似菠萝、香蕉的果香气味，对发酵芥菜的风味贡献十分重要。

醛类物质主要来源于油酸和亚油酸等不饱和脂肪酸的氧化及氨基酸降解，是果蔬中重要的挥发性风味成分。3,4-二甲基苯甲醛、β-环柠檬醛和3-(2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-基)-2-丙烯醛是各组共有且含量较高的挥发性物质，具有甜的花香、果香以及柠檬气味，接菌后新增4 种醛类物质，分别是4-甲基苯甲酰甲醛、藏红花醛、2,4-二甲基苯甲醛、4-甲基-3-戊烯醛，其中2,4-二甲基苯甲醛的含量最高，张栩在不同乳酸菌接种发酵酸菜中的2,4-二甲基苯甲醛的含量也较高，其赋予发酵芥菜甜香与花香，这可能是发酵微生物的繁殖代谢促进了芥菜中脂肪酸的氧化降解所致。

4-乙基苯酚、2-乙基苯酚和4-乙基愈创木酚各组共有的酚类物质，3-甲基苯酚是复合发酵后新产生的，赋予发酵芥菜烟熏、药草样气味；酮类物质具有花香气味，发酵产生的主要酮类物质为β-紫罗酮和5-甲基-2-(1-甲基乙基)-2-环己烯-1-酮等，赋予发酵芥菜清新的香气和爽口的口感；杂环类中的吡嗪物质被认为与发酵食品的酱味密切相关，与YP相比，各接菌组的吡嗪类物质含量相对更高，说明接菌发酵可能有助于发酵芥菜特有酱味的形成，且吡嗪类物质的感官阈值较低，在很低的浓度下也能被察觉；酸类物质中乙酸含量较高，乙酸具有刺激性气味，适量的乙酸有助于发酵芥菜酸味的形成，但过量的乙酸会给风味带来不利影响，其感官阈值极高，几乎对发酵芥菜对风味无影响；硫化物的成分单一，由二甲基三硫醚组成，其具有葱香、蔬菜香，发酵芥菜中所含的二甲基三硫化物具有焦香和大蒜味，也是植物乳植杆菌发酵的重要风味成分。

1.5 主成分分析（PCA）及差异香气物质分析

为进一步明确复合菌株发酵芥菜盐坯的挥发性香气成分的影响，对检出的挥发性香气物质进行PCA，结果如图6A所示。PC1和PC2的累计方差贡献率为56.4%，其中PC1方差贡献率为31.7%，PC2方差贡献率为24.7%。各接菌组发酵芥菜样本分别位于坐标系的不同位置，说明不同接菌组中的发酵芥菜低盐坯的挥发性香气成分组成有显著差异。其中YP分布在一个区域，接菌组QT038和LJ065分布较为接近，接菌组1∶1、2∶1和1∶2分布较为接近。结果表明，PCA可以较好地将YP、单菌株发酵和复合菌株发酵组分开，这些成分可能是不同接菌组之间发酵芥菜风味差异的重要来源。

PCA载荷图可以进一步反映不同香气物质对2 个PC的贡献大小，结果如图6B所示。对PC1贡献较大的物质主要有3-(2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-基)-2-丙烯醛、4-氯-6-氟喹啉、苯乙酸苯乙酯、β-紫罗兰酮、β-乙基苯乙醇、β-紫罗酮和愈创木酚，其中3-(2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-基)-2-丙烯醛是对PC1贡献最大的香气成分，具有花香、果香和木香，对PC1贡献较大的苯乙酸苯乙酯、β-紫罗兰酮和β-紫罗酮具有花香、果香。因此，PC1主要反映发酵芥菜的甜美花香气味。对PC2贡献大的物质有异戊酸香叶酯、4-乙烯基愈创木酚、棕榈酸乙酯和棕榈酸甲酯等，其中异戊酸香叶酯、棕榈酸乙酯和棕榈酸甲酯贡献相对较高，具有玫瑰香气、水果味以及奶油气味，说明PC2主要反映发酵芥菜的水果香气、奶油味。

偏最小二乘判别分析（PLS-DA）中置换检验结果如图6C所示，经过200 次置换检验，Q2回归线与纵轴交于负半轴，Q2和R2值均高于它们的原始值，说明模型不存在过拟合，模型验证有效，认为该结果可用于YP和各接菌组之间挥发性物质差异分析。为更直观地展现植物乳植杆菌发酵芥菜挥发性风味的差异，以层次聚类分析YP和不同接菌组芥菜的风味成分，结果如图6D所示，聚类分析将发酵芥菜分为3 类，其中YP被聚为一类，QT038和LJ065单菌株被聚为一类，1∶1、1∶2和2∶1复合菌株被聚为一类，表明单菌株QT038和LJ065香气相似度较高，复合菌株1∶1、1∶2和2∶1香气相似度较高。

VIP可反映风味物质对模型分类的贡献程度，衡量各组分累计差异对样本分类判别的影响强度和解释能力，VIP值越大贡献率越大，以VIP值＞1作为筛选差异物质的标准（图中红色部分）。由图7可知，筛选出37 个VIP值＞1的香气物质，分别是P-伞花烃、二甲基二硫醚、β-环柠檬醛、乙苯、D-柠檬烯、4-甲基苯甲酰甲醛、13-十七碳炔-1-醇、苯代丙腈、仲丁醇、苯乙醇、亚麻酸乙酯、1-辛烯-3-醇（蘑菇醇）、辛酸、3-羟基-3-甲基-2-丁酮、己酸乙酯、2-异丙基-3-甲氧基吡嗪、亚麻酸甲酯、邻二甲苯、甲酸庚酯、17-十八炔酸、亚油酸乙酯、四氢-6-壬基-2H-吡喃-2-酮、2,4-二甲基苯甲醛、植酮、松油醇、L-2-甲基丁醇、4-乙基愈创木酚、3-甲基苯酚、4-甲基-3-戊烯醛、(Z)-3-己烯-1-醇、3,4-二甲基苯甲醛、α-亚麻酸、6-甲基-5-庚烯-2-醇、二十碳五烯酸、花生四烯酸、丁酸乙酯和二氢茉莉酮。

以热图形式对37 种差异性香气物质进行聚类分析，如图8所示。红色表示挥发性物质在样本中含量高于平均值，红色越深表示含量越高；蓝色表示香气物质在样本中含量低于平均值，蓝色越深表示含量越低。可通过37 种差异性风味物质能够对YP和各接菌组发酵芥菜进行有效区分，与YP相比，各接菌组中差异性香气物质含量分别增加了20.39、70.32、63.14、21.22 μg/kg和43.55 μg/kg，这些关键差异性成分的分布具有较明显的规律，其中丁酸乙酯、亚油酸乙酯、亚麻酸甲酯和亚麻酸乙酯等挥发性物质在QT038中的含量显著高于其他接菌组；二十碳五烯酸、α-亚麻酸、花生四烯酸和2,4-二甲基苯甲醛等挥发性物质在LJ065中的含量显著高于其他接菌组；(Z)-3-己烯-1-醇、3-甲基苯酚、己酸乙酯和甲酸庚酯等挥发性物质在复合接菌组中的含量显著高于单菌株接菌组。这些差异性香气物质主要以醇类、醛类、酸类和酯类居多，主要呈现花香和果香等优良气味特征。

1.6 OAV分析

OAV＞1的挥发性成分被认为是对发酵芥菜整体风味具有重要贡献的化合物，也被称作香气活性化合物，通过OAV法进一步证实植物乳植杆菌对芥菜发酵香气的贡献。如表4所示，共检出22 种特征香气物质，包括2 种酚类、1 种酯类、4 种醛类、6 种醇类、3 种酮类、1 种硫醚类、1 种烯类、1 种酸类和3 种杂环类化合物。3,4-二甲基苯甲醛、3-(2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-基)-2-丙烯醛、藏红花醛、2,4-二甲基苯甲醛、芳樟醇、镰叶芹醇、二氢茉莉酮、二甲基二硫醚、2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪、2-异丙基-3-甲氧基吡嗪等特征化合物OAV≥10，这些挥发性化合物可能是影响发酵芥菜香气风味的关键因子。醛可以赋予发酵蔬菜良好的花香和果香，例如，3,4-二甲基苯甲醛、藏红花醛和2,4-二甲基苯甲醛，使得香味更加馥郁；醇具有花香和绿色草本植物的气味，带给食物愉悦的香气，例如，芳樟醇具有花香和绿色的气味，其OAV和浓度都很高；酮带有甜味、青草味和水果清香，β-紫罗酮赋予发酵芥菜紫罗兰花香；硫醚则带有刺激性大蒜、洋葱的味道；吡嗪具有烘烤、坚果、胡椒和草本的气味，由于其极低的气味阈值，在低浓度下就能影响食品的整体风味。2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪的OAV最高，在YP中OAV为374.11，在各接菌发酵组中OAV在667.59～941.13，其具有豌豆味、姜味、甜椒味，通常存在于青豌豆、葡萄及相关产品中。然而，2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪只被发现在以芥菜为主要原料的发酵蔬菜中，在其他泡菜中未被发现，进一步证明2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪是芥菜中具有代表性的芳香化合物。

2 菌株拮抗作用及安全性评价

2.1 拮抗作用

拮抗作用指一种微生物通过代谢产物或改变环境抑制甚至杀死其他微生物。复合菌株发酵时需重点考察菌株间是否存在拮抗作用，否则会严重影响发酵进程和预期风味提升目标。图9显示植物乳植杆菌QT038和LJ065的菌落接触后边缘清晰、自然融合，未观察到抑制带、生长停滞或菌落形态异常，表明二者无拮抗关系，可作为复合菌株应用于芥菜发酵。

2.2 安全性评价

2.2.1 有害代谢物

植物乳植杆菌QT038和LJ065的有害代谢产物检测结果见表5。吲哚实验为阴性：两菌株不产生色氨酸酶，不会分解色氨酸产生吲哚；硝酸盐还原酶实验为阴性：两菌株不产生硝酸盐还原酶，避免了亚硝胺致癌物的形成风险。氨基脱羧酶实验为阴性：两菌株对赖氨酸、精氨酸、鸟氨酸、酪氨酸均无氨基脱羧酶活性，不产生生物胺，无相关中毒风险。

2.2.2溶血活性

植物乳植杆菌QT038和LJ065的溶血性评价安全。如图10所示，与金黄色葡萄球菌对比，两菌株在哥伦比亚血琼脂平板上均未形成透明圈，表明无溶血能力，不产生溶血毒素。

2.2.3药敏性

表6中使用K-B法显示植物乳植杆菌QT038和LJ065对9 种抗生素的敏感性：QT038和LJ065对万古霉素均耐药，有研究表明植物乳植杆菌通常会对万古霉素表现出内在抗性；QT038和LJ065对氨基糖苷类抗生素不敏感，符合预期，因这类抗生素主要针对革兰氏阴性菌，且许多乳酸菌（包括植物乳植杆菌）对其抗天然耐药；QT038和LJ065对诺氟沙星均耐药，与文献报道的双歧杆菌结果一致；而QT038对红霉素敏感，LJ065对红霉素不敏感，这种差异突显出耐药机制的复杂性，即使存在相关耐药基因，其表达水平表和底物特异性也可能导致菌株间表现不同；两株菌对β-内酰胺类均敏感，表明无相关耐药性。

结论

本研究采用优选的植物乳植杆菌QT038和LJ065开展复合菌株发酵芥菜品质影响研究。随着发酵时间延长，发酵芥菜叶的黄度值上升，总酸均增加，亚硝酸盐含量降低，其中复合菌株QT038∶LJ065（1∶1）发酵芥菜的色泽、滋味和质地均表现较优，总酸含量最高，为11.71 g/kg，亚硝酸盐含量最低，为2.16 mg/kg，氨基酸态氮含量相对较高。发酵芥菜共检出89 种挥发性物质，含量较高的有酯类、醇类、醛类、腈类和酚类化合物，复合菌株QT038∶LJ065（1∶1）的增香效果最佳，与YP相比挥发性物质含量增加了36.56%，赋予其浓郁的发酵香气。PLSDA通过VIP值筛选出37 种差异性香气物质，能够对各接菌组发酵芥菜有效区分，再结合OAV筛选到22 种关键风味物质，其中2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪的OAV最高，其具有豌豆味、姜味、甜椒味，是芥菜中具有代表性的芳香化合物。菌株之间的相互作用及安全性评价表明，植物乳植杆菌QT038和LJ065之间没有明显的拮抗关系，有害代谢物检测结果均为阴性，且没有溶血能力，溶血活性为阴性，证明两菌株具有安全性。研究表明复合菌株QT038∶LJ065（1∶1）接种发酵有助于改善芥菜风味，为芥菜低盐坯的二次接种发酵提供技术支撑。

引文格式：

赖慧婷, 刘伟, 尚雪波, 等. 复合乳酸菌二次发酵芥菜的品质变化[J]. 食品科学, 2025, 46(21): 102-114. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250620-155.

LAI Huiting, LIU Wei, SHANG Xuebo, et al. Quality changes of mustard during secondary fermentation with lactic acid bacteria consortium[J]. Food Science, 2025, 46(21): 102-114. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250620-155.

实习编辑：王雨婷；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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