傳統(tǒng)腌臘肉制品中微生物多樣性及其功能研究進展

李彥虎，贠建民，牛耀星，劉小霞，王 霆，武淑娟

（甘肅農(nóng)業(yè)大學 食品科學與工程學院，蘭州 730070）

0 引言

我國腌臘肉制品種類繁多，加之我國幅員遼闊，南北方地理條件差異顯著，這種天然的選擇條件為腌臘肉制品豐富的微生物多樣性資源形成提供了無限可能，并催生了許多優(yōu)質(zhì)腌臘肉制品，如火腿、臘腸、臘肉，其品質(zhì)的形成，離不開微生物作用［1］。

傳統(tǒng)腌臘肉制品制作需經(jīng)過腌制、風干（煙熏）環(huán)節(jié)，前者在高濃度食鹽作用下抑制腐敗菌、致病菌的繁殖，后者迫使產(chǎn)品水分含量迅速下降，加速蛋白水解、脂肪氧化，催生出腌臘肉制品獨特風味。傳統(tǒng)腌臘肉制品由于漫長的制作過程使得各種微生物在原料中自發(fā)的富集，從而逐漸形成一個較為穩(wěn)定的菌群及生態(tài)環(huán)境，原料在這種環(huán)境下，既產(chǎn)生有益于人體健康的物質(zhì)，同時抑制不利于人體健康的物質(zhì)的形成［2-4］。事實上，傳統(tǒng)腌臘肉制品發(fā)酵過程中的微生物區(qū)系組成及其群落演替主要由原料、工藝和環(huán)境三類因素共同決定［5-6］。

我國傳統(tǒng)腌臘肉制品的微生物研究起步較晚，但近年來也逐步取得了一系列重要進展，微生物在腌臘肉制品生產(chǎn)實踐中所蘊含的科學價值的解析已成為該領(lǐng)域研究熱點。本文重點綜述了中國傳統(tǒng)經(jīng)典腌臘肉制品——干腌火腿、臘肉、臘腸中的微生物多樣性及功能特性，并對腌臘肉制品微生物研究方向和應用前景進行了展望。

1 微生物多樣性及其研究方法演變

1.1 微生物多樣性分析檢測手段

傳統(tǒng)腌臘肉制品的品質(zhì)會因環(huán)境、人為因素的不同而有所差別。早先受制于研究手段落后，腌臘肉制品中豐富的微生物資源難以被全面的認知。采用傳統(tǒng)平板分離培養(yǎng)來研究腌臘肉制品中的微生物種群變化是20世紀腌臘肉制品微生物研究的主要方法［7-9］，雖為腌臘肉制品中微生物的種類及菌株特性的認識奠定了基礎(chǔ)，但傳統(tǒng)方法操作過程繁雜，并且部分微生物存在不可培養(yǎng)性，這導致檢測結(jié)果缺乏準確性，未能全面表征、認知腌臘肉制品豐富的微生物多樣性與復雜的群落形態(tài)。而自20世紀90年代后，非培養(yǎng)方法逐漸應用于腌臘肉制品微生物多樣性的研究中，如聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電泳（PCRDGGE）技術(shù)［10］，PCR-DGGE能夠有效地分析腌臘肉制品中微生物動態(tài)變化及菌相結(jié)構(gòu)［11］，PCR-DGGE也可與傳統(tǒng)平板培養(yǎng)方法相結(jié)合［12］，大大提高了檢測效率與結(jié)果的準確性。進入21世紀，科學技術(shù)的發(fā)展加快試驗手段的進步，從而推動了我國腌臘肉制品中微生物研究的發(fā)展。得益于分子生物學、生物信息學的飛速發(fā)展，如微生物組學等相關(guān)技術(shù)的成熟及測序成本的降低，基于高通量測序技術(shù)的宏基因組學、蛋白質(zhì)組學和代謝組學，能較全面地描述腌臘肉制品中微生物多樣性以及復雜的群落結(jié)構(gòu)演替，揭示微生物代謝機制［13］。基于組學手段的微生物特性研究已成現(xiàn)今腌臘肉制品中微生物研究的主要方向。

1.2 腌臘肉制品中微生物區(qū)系多樣性

中國腌臘肉制品開放式制作模式、漫長的制作周期，又有微生物適宜生長的水分活度，是其絕佳的天然培養(yǎng)基；加之千百年的工藝傳承［14］，這實際上是對微生物的定向馴化與自然選擇。在這種環(huán)境條件下，使得各種微生物在原料內(nèi)自發(fā)的富集，微生物區(qū)系逐漸形成一個較為穩(wěn)定的菌群生態(tài)環(huán)境，目前已分析鑒定的干腌火腿、臘肉、臘腸中主要微生物如表1所示。

表1 傳統(tǒng)腌臘肉制品中的主要微生物

2 腌臘肉制品中微生物功能研究現(xiàn)狀

人們對腌臘肉制品中微生物的認識過程是由菌群結(jié)構(gòu)及動態(tài)演化到定向研究核心功能微生物的代謝機制，進而明確微生物功能的過程，并逐漸總結(jié)出傳統(tǒng)腌臘肉制品中微生物組具有種類繁多、功能多樣以及核心微生物之間存在互作的特征。腌臘肉制品漫長的演變歷程中棲居著復雜的微生物菌群，同時，這些微生物扮演著不同的角色，其群落演替對肉品品質(zhì)變化產(chǎn)生重要影響［30］。目前，關(guān)于對我國腌臘肉制品中微生物功能研究主要集中在色澤、風味形成，以及生物防治等方面。

2.1 傳統(tǒng)腌臘肉制品中風味來源及形成機制研究

關(guān)于微生物對腌臘肉制品風味形成機制的研究是傳統(tǒng)腌臘肉制品研究的新方向。腌臘肉制品風味獨特，形成機制復雜。研究普遍認為腌臘肉制品風味主要由脂肪氧化［31］、蛋白質(zhì)分解以及其他外源物質(zhì)添加所形成。而大量研究表明腌臘肉制品制作過程中有大量微生物參與，這些微生物可能通過分泌多種胞外酶系參與肉料基質(zhì)的分解氧化［32］，以及通過微生物代謝作用產(chǎn)生新的風味物質(zhì)，從而對肉品風味產(chǎn)生重要影響。已明確的傳統(tǒng)腌臘肉制品中風味主要由揮發(fā)性風味（醛類、酮類、烴類、醇類、酸類、酯類、雜環(huán)化合物）和非揮發(fā)性滋味（咸味、鮮味、臘香味）所組成。

2.1.1 主要揮發(fā)性風味物質(zhì)組成

傳統(tǒng)腌臘肉制品中揮發(fā)性風味物質(zhì)形成機制復雜，賦予腌臘肉制品獨特的風味。中國傳統(tǒng)腌臘肉制品揮發(fā)性風味物質(zhì)如下表2所示。火腿揮發(fā)性風味物質(zhì)主要以3-甲基丁醛、壬醛，1-辛烯-3-醇、2-乙基呋喃；臘肉風味物質(zhì)主要以壬醛、己醛、2-戊基呋喃、愈創(chuàng)木酚（熏煙主要成分）為主；臘腸主要以異辛醇、辛酸乙酯、乙酸乙酯、辛烷、苯乙酮、苯酚為主。研究證實醛類物質(zhì)如壬醛、己醛、3-甲基丁醛等主要由于脂肪β氧化產(chǎn)生，呋喃類物質(zhì)主要得益于Maillard 反應所產(chǎn)生，而之類。酯類有如乙酸乙酯、辛酸乙酯由酵母菌代謝產(chǎn)生，苯乙酮、苯酚由氨基酸Strecker降解生成。等還有部分風味成分得益于腌臘肉制品制作過程中香料的添加，如：丁香酚（丁香）、β-月桂烯（香葉）、β-桉葉腦（桉葉）、α-松油醇（桂皮）、茴香烯（小茴香），這些物質(zhì)的存在造就了腌臘肉制品獨特的風味特征。

表2 傳統(tǒng)腌臘肉制品中的主要揮發(fā)性風味物質(zhì)

2.1.2 非揮發(fā)性風味物質(zhì)

非揮發(fā)性風味物質(zhì)主要形成腌臘肉制品滋味，與味覺密切相關(guān)［45］。肉制品通常含有豐富的蛋白質(zhì)和脂肪，二者均能為腌臘肉制品風味形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)降解會形成的氨基酸具有呈味作用，如：谷氨酸是肉制品中的主要鮮味物質(zhì)，天冬氨酸與甜味相關(guān)，亮氨酸與苦味相關(guān)，賴氨酸與風干肉熟化滋味相關(guān)［46-47］。還有胱氨酸、半胱氨酸加熱形成的噻唑、噻吩及其衍生物，都是香味化合物的重要組成部分［48］。此外，脂肪氧化分解也是我國腌臘肉制品風味突出的重要成因之一［49］。游離脂肪酸大多不具有揮發(fā)性，部分形成腌臘肉制品滋味，碳原子數(shù)小于5的脂肪酸有刺激性煙熏味；碳原子數(shù)在6到12之間的脂肪酸有肥皂味。此外，腌制過程中香辛料的添加也賦予了腌臘肉制品滋味。

2.1.3 微生物對腌臘肉制品風味形成的影響

腌臘肉制品漫長的制作周期富集了大量的微生物，種類多樣的微生物可通過自身分泌的豐富酶系來干預肉品中的生物大分子物質(zhì)改造與轉(zhuǎn)化，如：脂肪氧化、蛋白質(zhì)降解［50］、碳水化合物水解等過程，這些物質(zhì)經(jīng)進一步代謝可形成短鏈脂肪酸、醛、酮、氨基酸、核苷酸、次黃嘌呤、乳酸等使之呈現(xiàn)出原料肉所不具有的風味。

Engelvin等［51］研究表明，在香腸中接種肉葡萄球菌（Staphylococcus carnosus）可分泌硫酯酶，后者經(jīng)過脫?；饔么龠M脂肪β氧化，生成己醛、戊醛、辛醛增加香腸臘香味。蛋白質(zhì)也有類似的降解特點，酵母菌代謝過程產(chǎn)生的脯氨酸、色氨酸和維生素E，與火腿的風味形成有直接關(guān)系［52］，霉菌產(chǎn)生的脂肪酶和蛋白酶能夠使火腿中的蛋白質(zhì)和油脂分解為游離脂肪酸、游離氨基酸［53］，漢遜德巴利酵母（Declubhouseyomyces hansenii）分泌氨肽酶降解蛋白產(chǎn)生纈氨酸、谷氨酸、精氨酸、賴氨酸、異亮氨酸等［54］，加速strecker反應生成醛類物質(zhì)，如：2-甲基丁醛、3-甲基丁醛等，增加肉品的鮮香味。有研究還表明，微生物分泌的蛋白酶對底物的作用能力有所差異，蛋白酶對肌漿蛋白的親和力明顯高于肌原纖維蛋白，如彎曲乳桿菌（Lactobacillus curvatus）［55］、戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）［56］在肉蛋白提取離體實驗中分泌的外肽酶對肌漿蛋白的水解能力高于肌原纖維蛋白。碳水化合物降解產(chǎn)生的醇、酮、酸等多種低分子揮發(fā)性化合物與肉品風味的形成有緊密聯(lián)系［57］。

此外，醛類物質(zhì)在微生物產(chǎn)生的乙醇脫氫酶存在下可轉(zhuǎn)化為相應的醇，而醇脫氫酶也可與羧酸發(fā)生反應，通過?；D(zhuǎn)移酶或酯酶生成酯［58］。同時，有些微生物還可以直接代謝產(chǎn)生風味物質(zhì)，例如，乳酸菌能夠產(chǎn)生乳酸、醋酸和丙酸，在發(fā)酵過程中與代謝產(chǎn)物醇和醛等物質(zhì)作用，從而促進風味物質(zhì)的形成［59］。可見，微生物參與對腌臘肉制品風味形成有重要貢獻。

因此，研究傳統(tǒng)發(fā)酵肉制品中微生物群落組成及其演替規(guī)律對進一步揭示產(chǎn)品風味物質(zhì)形成機理具有重要現(xiàn)實意義，同時也可為腌臘肉制品直投式發(fā)酵劑開發(fā)提供菌株來源和參考。

2.2 促進腌臘肉制品色澤的形成

腌臘肉制品在制作過程中富集了大量微生物，這些微生物與肉品色澤形成密切相關(guān)，但作用機理有所差異。首先，微生物可通過促進硝酸鹽與亞硝酸鹽之間的轉(zhuǎn)化干預腌臘肉制品肉色的形成與保持，肉葡萄球菌（Staphylococcus carnosus）、微球菌（Micrococcaceae Pribra）與木糖葡萄球菌（staphylococcus xylosus）分泌的硝酸還原酶能將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為NO［60-61］，足球菌（Pediococcus）可將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，形成腌臘肉制品腌制色；還有微生物可改變?nèi)馄肺h(huán)境中的O2含量來影響肉品色澤，如：漢遜德巴利酵母菌（Declubhouseyomyces hansenii）生長消耗了肉品中的O2，避免肌紅蛋白發(fā)生氧化，有利于穩(wěn)定肉品色澤。此外，乳酸菌代謝產(chǎn)生的乳酸降低了肉品微環(huán)境中的pH，有利于亞硝酸鹽分解形成NO，而NO參與亞硝基肌紅蛋白的生成，從而影響肉色。種類各異的微生物對腌臘肉制品色澤的形成有重要的貢獻，從影響肉品品質(zhì)。

2.3 微生物與腌臘肉制品安全性方面的研究

傳統(tǒng)腌臘肉制品制作過程中還存在因微生物引起的腐敗變質(zhì)問題［62-63］，如，沙雷氏菌（Serratia）、拉恩氏菌屬（Rahnella）、梭桿菌屬（Fusobacterium）、乳球菌屬（Lactococcus）、不動桿菌屬（Acinetobacter）和莫拉氏菌屬（Moraxella）等可產(chǎn)生胺類、硫化物、有機酸等，既形成不良風味，又造成食品安全隱患。然而，部分微生物又能通過自身代謝抑制胺類化合物、雜環(huán)化合物形成與積累，如，腸膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）、植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、木糖葡萄球菌（Staphylococcus xylosus）可以有效抑制生物胺的形成和積累，提高食品安全性［64］。戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）［65］、副干酪乳桿菌（Lactobacillus Paracasei）［66］能降低組胺、酪胺和色胺的含量。同時，微生物也可通過種間拮抗作用展現(xiàn)出特殊的生物防治功效來抑制有害菌的生長繁殖，從而延長腌臘制品貨架期。片球菌（Pediococcus Claussen）能抑制發(fā)酵香腸中的致病菌的生長。還有微生物可通過自身分泌抗菌物質(zhì)來抑制腐敗菌生長，研究表明，乳酸菌分泌的細菌素能有效抑制病原微生物、腐敗微生物增殖［67-70］。

因此，如何控制傳統(tǒng)腌臘肉制品制作過程腐敗菌的生長繁殖造成的潛在食品安全風險，是發(fā)酵肉制品行業(yè)內(nèi)亟待研究解決的重點問題之一。同時，由于腌臘肉制品中有益微生物的存在可抑制有害微生物的生長和有害代謝物的產(chǎn)生，從而保障傳統(tǒng)腌臘肉制品的食用安全性，為腌臘肉制品食品安全性問題的解決提供了思路。

3 結(jié)語

我國傳統(tǒng)腌臘肉制品微生物研究方興未艾，諸多微生功能特性尚未深度發(fā)掘。今后，我國傳統(tǒng)發(fā)腌臘肉制品微生物研究將主要在以下方面：（1）傳統(tǒng)腌臘肉制品微生態(tài)環(huán)境中特定脅迫條件下微生物菌群演替規(guī)律及多樣性研究方法的創(chuàng)新與完善，主要包括基于現(xiàn)代分子生態(tài)學進行的微生物多樣性研究，以及基于聯(lián)合組學（宏基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組學）研究微生物與環(huán)境因子之間的相互作用規(guī)律等［71］；（2）開發(fā)新型發(fā)酵劑，主要包括優(yōu)質(zhì)微生物種質(zhì)資源發(fā)掘，運用現(xiàn)代生物技術(shù)手段進行菌株功能特性改造，提高風味產(chǎn)物的積累；（3）傳統(tǒng)腌臘肉制品生產(chǎn)中微生物源食品安全隱患的控制與消除。