一种用于生产西班牙风格绿色青橄榄的新型发酵系统

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：A novel fermentation system for the production of Spanish-style green table olives

该研究对比了传统地下玻璃容器发酵与新型不锈钢真空联罐系统在西班牙绿橄榄发酵中的应用效果。实验表明新型系统在微生物多样性（89.01%乳杆菌属）、酸度控制（总酸度0.118Eq/L）、清洁消毒效率（99.29%去除率）等方面显著优于传统工艺，同时减少发酵不均匀性（变异系数降低），但存在产品接受度（颜色 darkening）较低的问题。

　　西班牙式绿色橄榄的发酵传统技术长期以来一直使用地下玻璃纤维容器进行，这一技术自20世纪60年代末以来几乎没有发生变化。本研究引入了一种新型的发酵系统，该系统基于相互连接的不锈钢容器，并在真空条件下运行，配备了两个泵：一个用于盐水循环，另一个用于气体排放。新系统的首要目标是提高发酵容器之间的均匀性，促进气体释放，并改善清洁和消毒流程。与传统系统相比，新系统在多个物理化学和微生物参数上表现出更低的变异，这表明了更稳定的发酵过程。同时，新系统还促进了酵母的生长，增强了二氧化碳的释放，改善了水果的质地，支持了更一致的接种操作，并在发酵结束时显示出更低的总酸度（0.118 Eq/L vs. 0.173 Eq/L 在传统系统中）。此外，新系统在清洁和消毒方面也更为有效，去除了99.29%的中温需氧菌，而传统系统的去除率仅为96.23%。综上所述，我们的研究支持了橄榄发酵的现代化进程，表明所提出的系统可以降低腐坏风险并提高产品质量的标准化水平。

传统上，西班牙式绿色橄榄的发酵过程依赖于自然发生的微生物活动，通常在不添加任何人工接种的情况下进行。然而，近年来，使用起始菌种的方法逐渐受到重视，因为它有助于确保发酵过程的顺利进行。起始菌种主要由乳酸菌（如 *Lactiplantibacillus pentosus* 和 *Lactiplantibacillus plantarum*）组成，这些菌种能够代谢可利用的糖分，产生乳酸，从而确保盐水的快速和安全酸化。此外，酵母菌种（如 *Wickerhamomyces anomalus* 和 *Saccharomyces cerevisiae*）也被开发用于起始菌种，这些酵母在发酵过程中对风味、质量和安全性起到了重要作用。然而，如果缺乏良好的生产规范，一些不良微生物（如 *Propionibacterium*、*Pseudomonas*、*Celerinatantimonas* 或 *Clostridium*）可能会过度繁殖，从而影响产品的安全性和质量。因此，有效的微生物和物理化学控制对于确保安全、高质量的橄榄产品至关重要。

在全球范围内，橄榄种植面积大约有8.5亿棵，覆盖超过1000万公顷，其中超过100万公顷用于橄榄的加工。橄榄发酵产品在地中海地区尤为重要，西班牙、埃及、土耳其、摩洛哥、意大利和希腊是主要的生产国。目前，全球橄榄加工产量约为每年300万吨。西班牙式绿色橄榄是其中最受欢迎的一种，占据了约50%的市场份额。其加工过程始于将橄榄浸泡在稀释的氢氧化钠（NaOH）溶液中，以水解苦味物质橄榄苦苷（oleuropein）。这种碱处理被认为是完整的，当溶液渗透到果皮到果核距离的三分之二到四分之三时。随后，橄榄会被清洗以去除多余的碱，并转移到含有9%-11% NaCl的盐水中，此时乳酸发酵占主导地位。发酵通常在16000升的地下玻璃纤维容器中进行，这种系统自20世纪60年代末以来一直保持不变。然而，这种传统系统存在一些问题，例如由于使用独立容器导致的缺乏标准化，以及由气体生成和有机酸产生引起的特定腐坏现象，如“alambrado”或“zapateria”，这些现象可能会损害果实或产生不愉快的风味。此外，由于玻璃纤维的多孔性质，发酵罐很少进行彻底的消毒，这使得清洁和消毒过程的效果不佳，增加了不良微生物生长的可能性。

为了改善这些问题，本研究提出了一种新型的互联发酵系统，该系统由不锈钢罐组成，这些罐在真空条件下连接，并配备了盐水循环泵。这种系统的设计旨在提高发酵过程的均匀性，促进气体释放，并改善清洁和消毒的效率。与传统系统相比，新系统在发酵过程中表现出更一致的微生物群落，这有助于提升产品的稳定性。同时，新系统还促进了酵母的生长，提高了二氧化碳的释放效率，改善了橄榄的质地，使得最终产品的口感更加一致。此外，新系统在发酵结束时的总酸度较低，这可能对橄榄的风味产生积极影响。然而，尽管新系统在多个方面表现优异，但最终产品的整体接受度仍低于传统系统，这主要是由于橄榄颜色变深的问题。

在微生物方面，传统发酵系统中，乳酸菌（LAB）是主要的参与菌种，其中 *Lactiplantibacillus pentosus* 和 *Lactiplantibacillus plantarum* 是关键菌种。这些菌种在发酵过程中代谢可利用的糖分，产生乳酸，从而确保盐水的快速酸化。同时，酵母菌种（如 *Candida boidinii*、*Debaryomyces hansenii*、*Wickerhamomyces anomalus*、*Pichia membranifaciens* 或 *Saccharomyces cerevisiae*）也在发酵过程中发挥重要作用，它们对橄榄的风味、质量和安全性起到了关键作用。然而，在缺乏良好的生产规范的情况下，一些不良微生物（如 *Propionibacterium*、*Pseudomonas*、*Celerinatantimonas* 或 *Clostridium*）可能会过度繁殖，从而影响产品的安全性和质量。因此，有效的微生物和物理化学控制对于确保安全、高质量的橄榄产品至关重要。

本研究中的新型互联发酵系统与传统独立发酵系统进行了对比分析。两种系统均对发酵过程中的物理化学和微生物参数进行了监测，以评估其在发酵过程中的变化。结果表明，新系统在多个方面表现出优势，包括提高发酵容器之间的均匀性、促进气体释放、改善清洁和消毒效果。此外，新系统在发酵过程中表现出更一致的微生物群落，这有助于提升产品的稳定性。同时，新系统还促进了酵母的生长，提高了二氧化碳的释放效率，从而减少了气体在发酵过程中的积累。这些因素共同作用，使得新系统在产品质量和安全性方面得到了显著提升。

在实际应用中，新型互联发酵系统的设计能够有效减少发酵过程中的不一致性，提高生产效率。与传统系统相比，新系统能够更好地控制发酵环境，从而减少不良微生物的生长。此外，新系统在清洁和消毒方面也更为有效，能够去除更多的中温需氧菌，从而降低污染风险。然而，尽管新系统在多个方面表现出优势，但最终产品的整体接受度仍低于传统系统，这主要是由于橄榄颜色变深的问题。因此，未来的研究需要进一步优化新系统的设计，以解决这一问题，同时保持其在提高产品质量和安全性方面的优势。

在研究过程中，研究人员采用了多种方法来评估新系统和传统系统在发酵过程中的表现。首先，他们对橄榄的物理化学参数进行了监测，包括pH值、盐度、酸度等。这些参数的变化能够反映出发酵过程的进展情况。其次，研究人员对微生物群落进行了分析，包括乳酸菌和酵母的种类及数量。这些分析能够帮助研究人员了解发酵过程中微生物的动态变化，并评估不同系统的微生物多样性。此外，研究人员还对发酵过程中的气体释放进行了监测，以评估新系统在促进气体排放方面的效果。最后，研究人员对清洁和消毒的效果进行了评估，以确定新系统在减少污染方面的优势。

研究结果表明，新系统在多个方面优于传统系统。首先，新系统能够提高发酵容器之间的均匀性，使得每个容器中的发酵过程更加一致。其次，新系统能够促进气体释放，减少气体在发酵过程中的积累，从而降低不良微生物的生长风险。此外，新系统在清洁和消毒方面也更为有效，能够去除更多的中温需氧菌，从而提高产品的安全性。同时，新系统在发酵过程中表现出更一致的微生物群落，这有助于提升产品的稳定性。然而，尽管新系统在这些方面表现出优势，但最终产品的整体接受度仍低于传统系统，这主要是由于橄榄颜色变深的问题。因此，未来的研究需要进一步优化新系统的设计，以解决这一问题，同时保持其在提高产品质量和安全性方面的优势。

在实际生产中，新型互联发酵系统能够带来一系列好处。首先，它能够提高生产效率，减少发酵过程中的不一致性。其次，它能够促进气体释放，减少气体在发酵过程中的积累，从而降低不良微生物的生长风险。此外，它能够提高清洁和消毒的效果，减少污染的可能性。同时，它能够支持更一致的微生物接种，使得每个发酵过程中的微生物群落更加稳定。这些因素共同作用，使得新型互联发酵系统在产品质量和安全性方面得到了显著提升。然而，橄榄颜色变深的问题仍然是一个需要解决的挑战，这可能会影响产品的市场接受度。因此，未来的研究需要进一步优化新系统的设计，以解决这一问题，同时保持其在提高产品质量和安全性方面的优势。

在研究过程中，研究人员还关注了橄榄的物理化学变化，包括pH值、盐度和酸度的变化。这些参数的变化能够反映出发酵过程的进展情况。例如，pH值是确保橄榄稳定性和安全性的重要因素，它影响着腐坏和病原微生物的生长。根据国际橄榄理事会（IOC）的标准，包装好的橄榄盐水pH值不应超过4.3。本研究中观察到的pH值变化符合这一标准，表明新系统能够有效控制pH值，从而确保橄榄的稳定性和安全性。此外，盐度和酸度的变化也能够反映出发酵过程的进展情况，这些参数的变化对于评估橄榄的风味和质量具有重要意义。

在微生物方面，研究人员对发酵过程中乳酸菌和酵母的种类及数量进行了分析。传统系统中，乳酸菌是主要的参与菌种，其中 *Lactiplantibacillus pentosus* 和 *Lactiplantibacillus plantarum* 是关键菌种。这些菌种在发酵过程中代谢可利用的糖分，产生乳酸，从而确保盐水的快速酸化。同时，酵母菌种（如 *Candida boidinii*、*Debaryomyces hansenii*、*Wickerhamomyces anomalus*、*Pichia membranifaciens* 或 *Saccharomyces cerevisiae*）也在发酵过程中发挥重要作用，它们对橄榄的风味、质量和安全性起到了关键作用。然而，在缺乏良好的生产规范的情况下，一些不良微生物（如 *Propionibacterium*、*Pseudomonas*、*Celerinatantimonas* 或 *Clostridium*）可能会过度繁殖，从而影响产品的安全性和质量。因此，有效的微生物和物理化学控制对于确保安全、高质量的橄榄产品至关重要。

此外，研究人员还对发酵过程中的气体释放进行了监测。传统系统中，由于发酵过程中产生的气体，可能导致特定的腐坏现象，如“alambrado”或“zapateria”。这些现象不仅会影响橄榄的外观，还可能产生不愉快的风味。而新系统通过在真空条件下运行，并配备气体排放泵，能够有效促进气体的释放，从而减少这些腐坏现象的发生。同时，新系统在发酵过程中表现出更一致的微生物群落，这有助于提升产品的稳定性。这些因素共同作用，使得新型互联发酵系统在产品质量和安全性方面得到了显著提升。

在清洁和消毒方面，新系统表现出更高的效率。由于不锈钢材料的非多孔性质，使得清洁和消毒过程更加有效，能够去除更多的中温需氧菌。这不仅有助于减少污染的可能性，还能够提高产品的安全性。然而，传统系统由于玻璃纤维的多孔性质，使得清洁和消毒过程的效果不佳，增加了不良微生物生长的可能性。因此，新系统在清洁和消毒方面具有明显的优势，能够有效降低污染风险。

综上所述，本研究的结果表明，新型互联发酵系统在多个方面优于传统系统。它能够提高发酵容器之间的均匀性，促进气体释放，改善清洁和消毒效果，支持更一致的微生物接种，并减少不良微生物的生长风险。然而，橄榄颜色变深的问题仍然是一个需要解决的挑战，这可能会影响产品的市场接受度。因此，未来的研究需要进一步优化新系统的设计，以解决这一问题，同时保持其在提高产品质量和安全性方面的优势。此外，本研究的结果也为橄榄发酵的现代化提供了理论支持，表明所提出的系统能够有效提升产品的标准化水平，并减少腐坏风险。