几种茎叶蔬菜饲用固体发酵菌种研究进展

阿牛哥8mi3kbb7 2017-12-11

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导读

2015年我国蔬菜种植面积为2200万hm²，总产量达7.9亿吨。我国蔬菜产业已成为种植业中仅次于粮食的第二大产业。蔬菜的加工出口和净菜入市，呈现宜地生产，异地销售的季节性和区域性特点，并产生大量的废弃物和尾菜。比如，河北唐山市是传统的蔬菜生产大市，全市蔬菜播种面积为19.38万hm²，年产量为1225万吨，尾菜年产生量为 190.31万吨，大白菜和甘蓝的商品菜与尾菜的比例7:3、6:13。马家沟芹菜是中国国家地理标志产品，山东省平度市马家沟芹菜年种植面积就达667 hm²，平均亩产毛菜 75吨以上，净菜得率40%，市场销售以净菜形式为主，加工净菜后，产生下脚料 3万吨。浙江台州临海市是西兰花主产地，种植面积超过 6667hm²，西兰花年产量约 12 万吨，茎叶年产生量超过 30 万吨，其中加工厂废弃茎叶达到 12 万吨以上。云南通县杞麓湖流域终年种植蔬菜,废菜叶年产生量约有38万t，入湖比例约20%。甘肃兰州榆中县是高原夏菜主产区，花椰菜的田间尾菜产生量最多，达 74.7吨/hm²，其次是西兰花，为63.3吨/hm²，全县花椰菜、松花菜、娃娃菜、芹菜、甘蓝、西兰花、莴笋的尾菜年产生总量分别为 62.25 万吨、15.28万吨、11.34万吨、9.56万吨、7.14万吨、6.33万吨、2.16 万吨。流通过程中，北京市农超对接、就地加工、散户-农贸市场、超市自有品牌的蔬菜供应链模式中，生菜、菠菜、芹菜、油菜4种叶类蔬菜的损耗率分别达45.81%、39.95%、27.23%、16.58%；农超对接模式平均损耗率较高，可达36.05%，散户-农贸市场模式的平均损耗率较低，为24.70%。夏雨季叶菜平均损耗率最高可达45.75%，冬季叶菜平均损耗率最低，为22.15%。蔬菜废弃物和尾菜的资源化处理需要系统进行。

1蔬菜废弃物饲用方式

由于蔬菜的季节性生产和易腐败特点，精深加工、堆肥、制沼、饲用均是蔬菜废弃物和尾菜处理的有效途径。除了就地烘干，青贮、半干青贮和制备固体发酵饲料均是良好的方式，但后三者制备方式有细微区别。青贮，是将青绿植物切碎，经过压实、排气、密封，在厌氧条件下进行乳酸发酵，以延长储存时间。青贮的目的，利于乳酸菌生长和提高乳酸含量，抑制有害微生物生长，达到保存饲料的目的，青贮的成败，决定于乳酸发酵的程度，青贮多利用青绿植物本身携带的菌种，物料初始水分多在70%以上。半干青贮，多为秸秆与其他青绿饲料或鲜渣糟物料的混合青贮，需要添加菌种，物料初始水分约60%。固体发酵饲料是指培养基呈固态，在几乎没有自由流动水的状态下，添加一种或多种优势微生物的情况下进行的发酵过程，常用培养基有糠麸类、青绿饲料和鲜渣糟等，水分约在30-70%之间。

在蔬菜主产地，可采用固体发酵方式饲料化利用蔬菜废弃资源。菌种、配料和工艺是固体发酵安全有效的核心保障。泡菜和酸菜是传统的发酵蔬菜种类，泡菜、酸菜和饲料青贮制作历史悠久，益生菌菌种资源丰富。本文就已报道的菌种研究作一综述，为白菜、甘蓝、花椰菜、西兰花和芹菜等几种茎叶蔬菜产业中的饲用资源化利用提供参考。

2蔬菜发酵菌种

泡菜中含丰富的益生菌，不同区域表现不同的微生物区系，且不同菌种具有不同的底物适应性。泡菜发酵是一种特殊的多菌共酵，其中乳酸菌、醋酸菌起主要作用，丁酸菌、酵母菌起辅助作用。泡菜发酵过程中，借助天然附着在蔬菜表面的乳酸菌发酵产酸，降低pH，抑制有害微生物的生长，而亚硝酸盐的生成和含量极大地影响泡菜的食用安全性，筛选降解亚硝酸盐能力强、产酸快、生长速率快的乳酸菌具有重要意义。这种选择可同样应用于蔬菜资源的饲用化处理。

2.1 植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）

植物乳杆菌广泛存在于泡菜和青贮饲料中。用胡萝卜、莴笋、红萝卜、洋葱和芹菜为什锦泡菜原料，接种产细菌素植物乳杆菌 (Lactobacillus plantarum)进行纯种发酵，制得的泡菜感官品质较好；同液体发酵泡菜相比，纯种半固态发酵泡菜中含有更多的活性乳酸菌，pH值更快速降低，能更好地控制泡菜中亚硝酸盐的含量，对细菌、酵母菌、霉菌等有害菌的抑制效果明显优于传统的自然发酵泡菜。

2.2发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)

从市售泡菜中分离得到植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)和发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)菌株，两菌株配比为2:1制备液体青贮菌剂，挑选无腐烂变质的废弃白菜叶和青笋叶，清洗、切碎，晾晒至水分含量降至70%左右，0.5%接种量青贮菌剂，白菜叶、青笋叶青贮饲料品质良好，pH值＜4.0。

2.3屎肠球菌（Enterocccus faecium）

屎肠球菌（Enterocccus faecium）具有良好的乳酸菌生物学特性，抗逆性好，对部分抗生素有较好的耐药性，是目前饲用微生态产品中热门菌种之一。

花椰菜(Brassica capitata)茎叶切碎，晾晒至含水量为75%左右，在花椰菜中添加酶制剂（含β-葡聚糖酶、蛋白酶、木聚糖酶），接种复合乳酸菌剂青贮，菌剂由植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）、干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）和屎肠球菌（Enterocccus faecium）组成，或新鲜花椰菜茎叶:玉米秸秆以7∶3配制后接种酶制剂和复合菌剂进行混合青贮，花椰菜茎叶晾晒组能够成功青贮，而新鲜花椰菜茎叶与玉米秸秆以质量比7∶3混贮60天，能显著提高青贮料的可溶性碳水化合物、乳酸和丙酸含量，降低pH值、丁酸含量，感官较好，品质优良。

玉米秸秆和废弃白菜以质量比21:27进行混合青贮，初始水分73%，密封贮存30天后开封，青贮饲料的pH、氨态氮/总氮比值和酸性洗涤木质素含量较低，干物质、乳酸含量较高，品质较优于。从中共分离出10株该青贮体系的关键乳酸菌，分别是2株短乳杆菌（Lactobacillus breris）、1株屎肠球菌（Enterocccus faecium）、5株肠膜明串珠菌肠膜亚种(L. mesenteroides subsp.mesenteroides）和2株植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum) 。

2.4 短乳杆菌（Lactobacillus breris）

以温州特色蔬菜青蔓、花椰菜、牛心菜、白小萝卜为原料，清洗、整理、经热风亚脱水，盐渍揉制，纯菌接种短乳杆菌(Lactobacillus brevis)，接种量液量比1.5%～2.5%，制备的泡菜酸甜可口、质地脆爽、品质稳定、货架期长。

短乳杆菌与植物乳杆菌按1:1复配，接种量为2%时，发酵后甘蓝泡菜的pH 3.35，总酸0.74%，乳酸菌活菌数为8.93×10⁷cfu/mL，亚硝酸盐含量14.2mg/kg，感官品质佳，发酵效果好。甘蓝叶片接种乳链球菌(Streptococcus lastic)或莱士曼氏乳酸杆菌(Lactobacillus leichmannii)发酵后的泡菜口感较好，接种植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）或乳链球菌( Streptococcus lastic) 发酵泡菜氨基酸含量较高，接种嗜热链球菌(Streptococcus thermophiles)和短乳杆菌（Lactobacillus breris）的发酵泡菜无亚硝酸残留，但接种短乳杆菌产酸量低，影响口感。这些菌种均可制成复合菌种用于泡菜发酵剂。需要注意的是，接种干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）泡菜中亚硝酸残留较高。

2.5 凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）

雪里蕻（Brassica juncea Coss. var. multiceps Tsenet Lee.）也称为叶用芥菜，是宁波的名优特产。宁波市雪菜栽培面积超过6667hm²，雪菜加工企业有 50 多家，在传统工艺基础上大规模生产盐腌雪里蕻，加工出口已形成批量。盐腌雪里蕻是我国各地的家常菜。接种凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）低盐腌渍雪里蕻，接种后明显促进乳酸菌快速生长繁殖，有效抑制酵母和霉菌的生长，腌菜中的溶氧量和 pH下降较快，产酸量增加快，腌菜卤汁中的氨基酸态氮和游离氨基酸明显提高，亚硝酸盐含量降低，亚硝峰形成早，峰值低。雪里蕻接种凝结芽孢杆菌后低盐化腌渍产品感官质量优。

2.6 保利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)

以保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)为菌种，以48种常见蔬菜为原料，按照浆水菜制作工艺，小白菜、小青菜、油麦菜、芹菜、白萝卜、黄瓜、山药、番茄、胡萝卜、冬瓜等蔬菜中保加利亚乳杆菌生长较好，芥蓝、茴香、菜花、油菜、芥菜、土豆、菠菜、海带、黄豆芽、苦菊、莴笋、茄子、南瓜、西葫芦、苜蓿等蔬菜中保加利亚乳杆菌有生长，平菇、空心菜、生菜、西兰花、大葱、蒜苔、青椒、大白菜、茼蒿、韭菜、香椿、地瓜、紫薯、莲藕、娃娃菜、荷兰豆、苦瓜、紫甘蓝、丝瓜、冬笋、豇豆、香菜、洋葱等蔬菜中保加利亚乳杆菌没有生长。

保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus):嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)以2∶3配比，芹菜中接种量为6%，盐浓度为1.5%，在25℃下发酵5d～10d，菌种生长速度快、pH值下降快、产酸率高，亚硝酸盐含量远低于国家标准，泡菜风味纯正。

2.7 短小芽孢杆菌

马铃薯薯渣与汁水的处理一直是世界性的难题。短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)，按薯渣与汁水的体积比1%接菌量，发酵产品的精蛋白含量提高。

菜地土壤、动物粪便、青贮饲料等样品中分离筛选出1株能够降解纤维素短小芽孢杆菌（Bacillus pumilus），以10亿活菌/kg的接种量接入玉米秸秆，添加辅助碳氮源2%蔗糖＋2%尿素时，发酵8天秸秆中纤维素降解率达40.34%。

从四川阿坝藏族羌族自治州藏绵羊新鲜粪便中采集分离获得一株具有抑菌、耐酸、耐胆盐及产水解酶等特性的短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)，可作为制备微生态添加剂的备选菌株芽胞杆菌。

2.8 酵母菌

在常温下，小麦秸秆:白菜尾菜7:3，添加玉米粉5%和安琪酵母粉2%，含水量60%，在室温、pH值6.6条件下发酵2d，白菜混合物中的粗蛋白和脂肪含量提高。玉米秸秆:莲花菜（卷心菜）尾菜: 安琪酵母粉:玉米粉按70:30:2:5配比，获得相似发酵效果。

绿色木霉(Trichoderma viride):白地霉（Geotrichum candidum）:产朊假丝酵母（Candida utilis）以1:2:2配比，10%接种在高山娃娃菜中，添加氮、磷、钾、镁无机盐进行发酵，产物蛋白含量提高。

以黑曲霉(Aspergillus niger)、绿色木霉(Trichoderma viride)、热带假丝酵母(Candida tropicalis)为出发菌，番茄皮渣:辣椒粕:甜菜渣以1:1:2的比例混合，分阶段接种，温度25℃、最初发酵pH为4，有利于蛋白质含量的提高。

用戊糖乳杆菌（Lactobacillus pentosus）与生香酵母菌（Kazachstania barnettii）复合，0.1%接种于结球甘蓝制作泡菜，与市售菌剂和自然发酵相比，pH、总酸度提前2d趋于稳定，亚硝酸盐含量更低，具有较好的产酸产香能力。

从泡菜、酸菜、浆水菜中分离所得的博伊丁假丝酵母（Candida boidinii）、库德里阿兹威毕赤酵母(Pichiakudriavzevii) 、帚状地霉（Geotrichumpenicillatum）、阿萨丝孢酵母 (Trichosporon　asahii)、平常假丝酵母（Candida krusei inconspicua）、东方伊萨酵母（Issatchenkia orientalis) 6株酵母菌，接种在苹果渣培养基上（水分约90%），硝酸盐还原性均为阴性，亚硝酸盐降解性均为阳性，5株菌的蛋白质含量在40%以上，产酒精能力都较弱，产酯能力不同。

2.9 其他益生菌

单独添加单一的乳酸菌，如植物乳杆菌等，乳酸浓度增加，霉菌和酵母菌生长的底物浓度增加，青贮饲料在空气中的败坏时间随之加快，青贮品质受到影响。因此，接种复合菌种发酵或青贮，有利于发酵效果的保障和产品质量的稳定。戊糖片球菌繁殖快，植物乳杆菌和戊糖片球菌呈现接力发酵作用，迅速成为优势菌群并产生大量乳酸快速降低贮料pH值，植物乳杆菌产酸量大能够耐受更低的pH值环境，两者分别起到启动发酵菌和终止发酵菌的作用，复合接种于青贮，接近理想发酵模式。

西兰花废弃的根茎部分，1%接种复合菌种（含芽孢杆菌、乳酸菌、链球菌、白色念珠菌、硝化菌、甲烷氧化菌、硫酸盐还原菌和光合细菌等），发酵 2 个月，可用于饲喂奶牛。

瑞士乳杆菌(Lactobacillus helveticus)主要从传统乳制品中分离，产多种细菌素，具有抗菌活性。瑞士乳杆菌可发酵葡萄糖生成乳酸、乙醇和CO₂，发酵核糖生成乳酸和乙酸，转化果糖为乳酸、乙酸、CO₂ 和甘露醇，具有广泛的糖利用力。由于瑞士乳杆菌不同菌株耐酸力有很大差异，能在pH3.5酸性环境生长的比例不高，分离保藏菌株瑞士乳杆菌 AJT 产酸能力较强，最终 pH 稳定在 3.8 左右，但用于饲料发酵或青贮的研究不多。

3生物安全性

蔬菜极易富集硝酸盐。受土壤化学性质、栽培措施及施用氮肥习惯影响，我国栽培的蔬菜硝酸盐含量较高。广东省鹤山市是珠三角地区的重要蔬菜生产基地。在鹤山市主要蔬菜生产基地所采的18种蔬菜鲜基样品中，硝酸盐含量平均为 1 280.35 mg/kg，小白菜、芥蓝、菜心和通心菜等叶菜类平均为 1 553.19 mg/kg。菜心中根的硝酸盐含量高达4678.30 mg/kg，长期大量食用可能会对人体健康带来风险。当青绿饲料的采集、保存、饲喂不当，或被农药污染，容易导致亚硝酸盐、草酸盐、氢氰酸、马铃薯毒素、有机磷农药、甘薯黑斑病霉菌毒素等引起的家畜家禽中毒。青贮饲料含有大量有机酸，有轻泻作用，单独饲喂对牛健康不利，母牛怀孕后期不宜多喂。因此，蔬菜废弃物和尾菜的饲用，需高度重视加工和饲用安全性。

在上述菌种中，植物乳杆菌、屎肠球菌、凝结芽孢杆菌、保加利亚乳杆菌、酿酒酵母、短小芽孢杆菌等是中华人民共和国农业部公告第2045号饲料添加剂目录中的菌种，有效性和安全性较好。发酵乳杆菌广泛存在于泡菜中，食用历史悠久。短乳杆菌、肠膜明串珠菌和一些酵母菌，作为饲用菌种，还有很多安全性需要进行科学专业的论证。