有益葡萄球菌對(duì)發(fā)酵肉制品品質(zhì)影響

河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院 河北石家莊 050061

發(fā)酵肉制品是指以畜禽肉為原料，在自然或人工控制條件下，借助微生物或酶的作用，在低溫條件下腌制、發(fā)酵、干燥或熏制，使其發(fā)生一系列生物化學(xué)及物理變化，形成具有特殊風(fēng)味、色澤、質(zhì)地及較長(zhǎng)保質(zhì)期的肉制品[1,2]。目前，發(fā)酵肉制品主要分為發(fā)酵香腸、臘肉和生火腿，其具有代表性的產(chǎn)品如薩拉米香腸、中式臘肉、金華火腿等。發(fā)酵肉制品具有悠久的歷史，與國(guó)外相比，我國(guó)發(fā)酵肉制品多采用自然發(fā)酵的方式進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，衛(wèi)生條件差，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。為了縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，保證產(chǎn)品的質(zhì)量安全，早期的自然發(fā)酵已逐漸被工業(yè)化的人工接種所取代。目前被廣泛用于發(fā)酵肉制品中的微生物發(fā)酵劑主要是乳酸菌和葡萄球菌。葡萄球菌是一類(lèi)革蘭氏陽(yáng)性、串狀球菌的總稱(chēng)，對(duì)發(fā)酵肉制品風(fēng)味形成，色澤穩(wěn)定具有重要作用。

本文論述了對(duì)發(fā)酵肉制品風(fēng)味、色澤、生物胺含量具有顯著影響的有益葡萄球菌的種類(lèi)及作用機(jī)理，以期為發(fā)酵肉制品中有益葡萄球菌的篩選提供理論依據(jù)。

1 有益葡萄球菌對(duì)發(fā)酵肉風(fēng)味的影響

風(fēng)味是決定發(fā)酵肉制品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。我國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵肉制品由于具有獨(dú)特的風(fēng)味而深受人們喜愛(ài)，但近年來(lái)，人們采用統(tǒng)一的工業(yè)化方式進(jìn)行生產(chǎn)，這在一定程度上給肉制品帶來(lái)了缺陷，尤其是風(fēng)味上的缺陷[3]。發(fā)酵肉制品的風(fēng)味除與添加的香辛料有關(guān)外，微生物發(fā)酵劑對(duì)香氣成分的形成也有重要的貢獻(xiàn)。目前研究發(fā)現(xiàn)起產(chǎn)香作用的微生物主要是葡萄球菌，而非乳酸菌[4]。葡萄球菌具有較強(qiáng)的分解脂肪和肌肉蛋白的能力，對(duì)發(fā)酵香腸獨(dú)特風(fēng)味的形成具有重要作用，因此被稱(chēng)為香腸的“風(fēng)味”菌[5]。且國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)葡萄球菌屬的多種菌株具有產(chǎn)香潛力，如木糖葡萄球菌[6]、肉葡萄球菌[7]、腐生葡萄球菌[8]和模仿葡萄球菌[9]等。Constanza M等(2015)[10]研究發(fā)現(xiàn)添加含葡萄球菌發(fā)酵劑的香腸中具有更強(qiáng)烈的蛋白質(zhì)水解(59種肽)有助于肽的最大富集，促進(jìn)香腸風(fēng)味的形成。菌株分解蛋白質(zhì)形成肽的同時(shí)，有些菌株可將蛋白質(zhì)或肽分解成風(fēng)味氨基酸。如Kai Xing T等(2018)[11]研究發(fā)現(xiàn)具有蛋白酶活性的菌株可使谷氨酸(一種呈味氨基酸)積累到超過(guò)味道閾值10倍以上的濃度。另外，李想等(2011)[8]以腐生葡萄球菌CGMCC 3475為發(fā)酵劑制作發(fā)酵香腸，發(fā)現(xiàn)該菌株可以促進(jìn)脂肪水解，使游離脂肪酸含量顯著增加。焦玉(2008)[12]從傳統(tǒng)發(fā)酵肉中篩選出三株產(chǎn)香性能較好的葡萄球菌S2、S3和S4，經(jīng)鑒定分別為模仿葡萄球菌、表皮葡萄球菌和腐生葡萄球菌，它們可以水解蛋白質(zhì)和脂肪，從而提高游離氨基酸和脂肪酸的含量。游離氨基酸在香腸成熟過(guò)程中經(jīng)過(guò)美拉德反應(yīng)、Strecter降解等進(jìn)一步形成風(fēng)味物質(zhì)；脂肪水解后產(chǎn)生的游離脂肪酸，進(jìn)一步氧化后也有助于肉制品風(fēng)味的形成。另外，王海燕(2006)，楊勇(2011)，溫婷婷(2012)等[13～15]以菌株代謝亮氨酸產(chǎn)3-甲基丁醛的能力為依據(jù)，分別從傳統(tǒng)發(fā)酵肉制品中篩選得到具有產(chǎn)香潛力的發(fā)酵菌株S52、S25、S18和S44，經(jīng)鑒定分別為模仿、腐生、木糖和緩慢葡萄球菌。Montel(1996)等[16]也曾指出發(fā)酵肉制品的風(fēng)味形成與有益球菌分解支鏈氨基酸(纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸)產(chǎn)支鏈醛(3-甲基丁醛)及相應(yīng)的醇和酸的能力有關(guān)。尤其是代謝亮氨酸產(chǎn)3-甲基丁醛和3-甲基丁酸，可以顯著促進(jìn)干香腸的味道和風(fēng)味[17]。綜上，有益葡萄球菌的產(chǎn)香能力可能與以下兩個(gè)因素有關(guān)：(1)菌株的脂酶和蛋白酶降解脂肪和蛋白質(zhì)，提供風(fēng)味前體物的能力；(2)菌株分解支鏈氨基酸產(chǎn)3-甲基丁醛的能力。

以上研究表明，特定葡萄球菌菌株對(duì)發(fā)酵肉制品風(fēng)味形成及品質(zhì)改善具有一定的貢獻(xiàn)。這些產(chǎn)生良好風(fēng)味菌株的獲得也為我國(guó)肉品發(fā)酵劑的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。目前對(duì)產(chǎn)香菌株的研究還不夠深入，大多只以菌株代謝亮氨酸產(chǎn)3-甲基丁醛為依據(jù)判斷菌株是否具有產(chǎn)香能力，而發(fā)酵肉制品的風(fēng)味形成是多種風(fēng)味化合物共同作用的結(jié)果，3-甲基丁醛只是閾值較低的一種，找出起主要作用的風(fēng)味物質(zhì)，并研究不同風(fēng)味化合物的閾值，以及利用產(chǎn)香菌株提高這些風(fēng)味物質(zhì)的積累量，將是產(chǎn)香菌未來(lái)的一個(gè)研究方向。

2 有益葡萄球菌對(duì)發(fā)酵肉顏色的影響

肉及肉制品的顏色是影響其感官品質(zhì)和消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)行為的一個(gè)重要因素。牲畜屠宰后，肉色變褐，添加硝酸鹽或亞硝酸鹽可以穩(wěn)定肉制品顏色，但它們會(huì)形成致癌物亞硝胺，嚴(yán)重威脅人體健康。因此尋找一種既能保證肉制品色澤又不影響肉制品安全性的護(hù)色方法是目前亟待解決的問(wèn)題。

研究發(fā)現(xiàn)，葡萄球菌能夠產(chǎn)生硝酸鹽或亞硝酸鹽還原酶，并且能夠通過(guò)這些酶的作用還原硝酸鹽或亞硝酸鹽生成NO-，NO-和肌紅蛋白結(jié)合，形成穩(wěn)定的亮紅色亞硝基肌紅蛋白。Bosse(2016)等[18]將兩株硝酸鹽還原酶活性不同的肉葡萄球菌分別添加到發(fā)酵香腸中，發(fā)現(xiàn)還原酶活性高的菌株，香腸中硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度下降幅度較大，且肉制品色澤較好。這表明具有較高硝酸鹽還原酶活性的葡萄球菌對(duì)降低亞硝酸鹽的含量及肉制品色澤形成具有重要的作用。與此同時(shí)，葡萄球菌還能產(chǎn)生過(guò)氧化氫酶防止肉制品因氧化而變色[19]。然而，在不含硝酸鹽和亞硝酸鹽的發(fā)酵肉中，一些葡萄球菌可以通過(guò)一氧化氮合酶(NOS)途徑，轉(zhuǎn)化精氨酸為瓜氨酸時(shí)，產(chǎn)生的一氧化氮可以與肌紅蛋白相互作用，形成亞硝基肌紅蛋白[20]。最近，已有研究發(fā)現(xiàn)葡萄球菌屬中肉葡萄球菌、馬胃葡萄球菌、腐生葡萄球菌、沃氏葡萄球菌和木糖葡萄球菌中的部分菌株具有形成紅色肌紅蛋白衍生物的潛力，且木糖葡萄球菌似乎是最有效的NO生產(chǎn)者，而其他四個(gè)種屬產(chǎn)NO的能力是高度可變的[21]，且在產(chǎn)品發(fā)酵過(guò)程中不一定具有競(jìng)爭(zhēng)性，同時(shí)考慮到NOS反應(yīng)的氧依賴(lài)性和香腸中心氧氣可用性的降低，所以在用此類(lèi)菌株作為發(fā)酵劑時(shí)，必須保證充足的氧氣。

此外，為了探究外部條件對(duì)葡萄球菌發(fā)色的影響，Morita(1998)等[20]初步探究了木糖葡萄球菌FAX-1在不同pH值條件下，轉(zhuǎn)化高鐵肌紅蛋白的情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該菌株在pH值5.8的條件下，可將高鐵肌紅蛋白轉(zhuǎn)化為六配位NO的肌紅蛋白配合物，當(dāng)pH值從5.8變?yōu)?.0時(shí)，則生成五配位的亞硝基肌紅蛋白(NO-Mb肉紅色)，且這種轉(zhuǎn)化隨pH值變化是可逆的，這為后期控制發(fā)酵肉制品色澤形成提供了理論依據(jù)。

葡萄球菌屬的特定菌株能通過(guò)硝酸鹽還原酶、過(guò)氧化氫酶或NOS途徑，穩(wěn)定肉制品色澤，提高肉制品安全性，但這些酶活性受外界因素影響較大，目前還沒(méi)有將其完全代替化學(xué)護(hù)色劑應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中。因此，需要對(duì)護(hù)色葡萄球菌在肉制品中的應(yīng)用進(jìn)行條件優(yōu)化，探索出其發(fā)色的最佳條件，以期促進(jìn)其在肉制品中的發(fā)色效果。

3 有益葡萄球菌對(duì)發(fā)酵肉生物胺含量的影響

生物胺是一類(lèi)含氮的脂肪族、芳香族或雜環(huán)類(lèi)低分子有機(jī)堿，在體內(nèi)積累到一定程度會(huì)產(chǎn)生毒性，如引起頭痛、呼吸紊亂、心悸、血壓變化等癥狀[21]。此外，生物胺還是生成致癌物亞硝胺的前體，二胺(腐胺和尸胺)不僅能加強(qiáng)組胺的毒性，而且還會(huì)與亞硝酸鹽反應(yīng)生成雜環(huán)類(lèi)致癌物亞硝胺，嚴(yán)重影響人體健康[22]。目前在很多國(guó)家的發(fā)酵香腸中發(fā)現(xiàn)較高水平的生物胺[23～25]，研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵肉中生物胺的形成有兩種途徑：一是由醛或酮的轉(zhuǎn)氨作用生成脂肪族的生物胺；二是由發(fā)酵肉制品中一些氨基酸脫羧酶陽(yáng)性菌的作用，使發(fā)酵肉中的游離氨基酸脫羧形成相應(yīng)的胺，且后者是發(fā)酵肉制品中生物胺的主要產(chǎn)生方式[26]。

大量研究表明肉制品中的優(yōu)勢(shì)菌(乳酸菌和葡萄球菌)不產(chǎn)生物胺或具有降生物胺的能力，可作為肉品發(fā)酵劑使用。如Muhammad(2014)等[27]從魚(yú)露中分離出的肉葡萄球菌FS19具有降低組胺的能力，可以作為發(fā)酵魚(yú)中生物胺的降解菌。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)有益葡萄球菌降生物胺作用的途徑主要有三種：一是葡萄球菌具有生物胺氧化酶，可以將生物胺氧化成醛、氨和過(guò)氧化氫，而起到降胺的效果。如Martuscelli(2000)等[28]從意大利香腸中分離出的50株木糖葡萄球菌具有降生物胺的能力，其中菌株S81、S206、S79、S90具有顯著的組胺氧化酶活性，可以有效降低組胺的含量。二是葡萄球菌具有抑制產(chǎn)胺菌的能力，可以從根本上抑制生物胺的產(chǎn)生。如Mah(2009)等[29]發(fā)現(xiàn)，木糖葡萄球菌No.0538能產(chǎn)細(xì)菌素樣抑菌物，可以抑制地衣芽孢桿菌(一種產(chǎn)胺菌)的活性，且其在含有0.5mM組胺和0.5mM酪胺的磷酸鹽緩沖液中，38.0%的組胺和4.4%的酪胺在24h內(nèi)被降解。三是葡萄球菌可以協(xié)助其他菌株更好的發(fā)揮降胺效果。如高文霞(2007)等[30]曾發(fā)現(xiàn)木糖葡萄球菌有助于戊糖片球菌進(jìn)一步降低發(fā)酵香腸中組胺的含量。王德寶(2018)，蔡永敏(2018)等[31,32]分別將木糖葡萄球菌和肉葡萄球菌與乳酸菌復(fù)配，發(fā)現(xiàn)復(fù)配組較空白組和單一乳酸菌組降生物胺效果顯著。

雖然以上研究表明，這些菌株有降生物胺的能力，但在不同的發(fā)酵條件或不同的產(chǎn)品中，其降生物胺的效果還需進(jìn)一步的優(yōu)化研究。

4 展望

葡萄球菌在發(fā)酵肉制品工業(yè)化演變過(guò)程中扮演著重要的角色。然而，大多數(shù)葡萄球菌功能較為單一，還不能將其應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中來(lái)提高肉制品的整體感官品質(zhì)，因此篩選研究集多重功能于一身的優(yōu)良菌種(即：既能產(chǎn)良好風(fēng)味和良好色澤，又能降低肉制品中生物胺含量的優(yōu)良菌株)，或利用分子生物學(xué)的手段，將不同菌株中起產(chǎn)香、發(fā)色和降生物胺的這些功能基因拼接到一起，實(shí)現(xiàn)一菌多功能，將是未來(lái)研究的方向。