乳酸菌在醬油發(fā)酵過(guò)程中的影響及其研究進(jìn)展

賴?yán)碇?，李艷軍，李 荔

（佛山市海天（高明）調(diào)味食品有限公司，廣東佛山 528000）

1 醬油概述

1.1 醬油簡(jiǎn)介

醬油起源于中國(guó)，最早的相關(guān)文字記載始于周王朝，已有3 000余年的歷史，現(xiàn)已傳至世界各地。它是以大豆和（或）脫脂大豆、小麥和（或）麩皮為原料，在絲狀真菌（醬油曲霉或米曲霉）產(chǎn)生的復(fù)雜酶系作用下，制成的具有特殊色、香、味的液體調(diào)味品[1]。按照釀造工藝，醬油可分為高鹽稀態(tài)發(fā)酵醬油（含固稀發(fā)酵醬油）和低鹽固態(tài)發(fā)酵醬油兩類。其中高鹽稀態(tài)發(fā)酵醬油大多在18%～20%的鹽水中發(fā)酵4～6個(gè)月（30 ℃左右）制成，而低鹽固態(tài)發(fā)酵醬油一般在含鹽量7%～8%的醬醅中發(fā)酵20～30 d制成（45～50 ℃）[2]。雖然低鹽固態(tài)發(fā)酵周期較短，但產(chǎn)生的醬油風(fēng)味不如高鹽稀態(tài)發(fā)酵醬油豐富、醇厚[3]。因此，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)大型醬油生產(chǎn)企業(yè)均以高鹽稀態(tài)發(fā)酵工藝為主生產(chǎn)中高檔醬油。實(shí)際上，無(wú)論是高鹽稀態(tài)發(fā)酵醬油還是低鹽固態(tài)發(fā)酵醬油，其發(fā)酵過(guò)程均為典型的微生物多樣性發(fā)酵。其中，乳酸菌是參與醬油發(fā)酵的重要微生物菌群之一，安全性能高的乳酸菌能保證發(fā)酵醬油的品質(zhì)。

1.2 醬油釀造過(guò)程中的乳酸菌概述

參與醬油釀造過(guò)程的微生物主要有曲霉、酵母菌、乳酸菌以及其他細(xì)菌。其中，乳酸菌是一類能利用碳水化合物代謝產(chǎn)生乳酸的細(xì)菌總稱，在醬油發(fā)酵醬醪中的乳酸菌通常具備耐鹽特性[4]，通過(guò)在醬醪發(fā)酵環(huán)境中代謝酸類物質(zhì)及分泌環(huán)二肽和細(xì)菌素[5-6]，將發(fā)酵體系轉(zhuǎn)變?yōu)槠岬沫h(huán)境，抑制了部分不耐酸的腐敗微生物，同時(shí)促進(jìn)醬油主發(fā)酵酵母的生長(zhǎng)[1]。當(dāng)酒精發(fā)酵達(dá)到一定程度時(shí)，乳酸菌菌群數(shù)量迅速下降，直到后熟酵母替代主發(fā)酵酵母，此時(shí)醬醪中又會(huì)出現(xiàn)少量的乳酸菌[4]。

國(guó)內(nèi)醬油發(fā)酵過(guò)程中常見(jiàn)的乳酸菌微生物菌群主要以魏斯氏菌屬、明串珠菌屬、乳桿菌屬為優(yōu)勢(shì)乳酸菌。其中，魏斯氏菌屬是主要的乳酸菌，變化趨勢(shì)穩(wěn)定[7-10]。此外，嗜鹽四聯(lián)球菌由于其極高的耐鹽性能，使得該菌貫穿整個(gè)醬油發(fā)酵周期成為優(yōu)勢(shì)菌群之一[11-12]。除了以上常見(jiàn)菌屬以外，還有鏈球菌屬、乳球菌屬、片球菌屬及腸球菌屬等乳酸菌。

2 乳酸菌在醬油發(fā)酵中的影響

2.1 乳酸菌對(duì)醬油滋味的影響

乳酸菌在醬醪中增殖之后，可以將醬醪中的糖類轉(zhuǎn)化為大量的有機(jī)酸，也可將少量的有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為其他有機(jī)酸，或分解部分氨基酸生成其他氨基酸，從而影響醬油呈味有機(jī)酸、氨基酸的轉(zhuǎn)變和生成。

不同的乳酸菌生成的有機(jī)酸種類也不一樣，如嗜鹽四聯(lián)球菌、糞腸球菌、類腸膜魏斯氏菌與乳酸含量呈正相關(guān)，乳桿菌屬與琥珀酸呈正相關(guān)[13]，魏斯氏菌屬和腸球菌屬與略帶澀味的富馬酸具有相關(guān)性[14]。琥珀酸和富馬酸通過(guò)三羧酸循環(huán)可轉(zhuǎn)化為柔和爽快的檸檬酸和苦味的蘋果酸[15]，這些有機(jī)酸的轉(zhuǎn)化會(huì)對(duì)感官特性產(chǎn)生影響。醬油乳酸菌不僅有多樣性的有機(jī)酸代謝，還有多樣性的氨基酸分解作用。在醬醪中加入植物乳桿菌，有助于發(fā)酵過(guò)程中淀粉質(zhì)原料向氨基酸、多肽類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，提高氨基酸態(tài)氮的含量[16]。同理，在發(fā)酵醬醪體系中加入嗜鹽四聯(lián)球菌，呈鮮味氨基酸（谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸）和多肽（二肽Suc-Glu）與嗜鹽四聯(lián)球菌的相關(guān)性較強(qiáng)[17]，鮮味和甜味氨基酸均比對(duì)照組提高30%左右[18-19]，可能與嗜鹽四聯(lián)球菌可以合成寡肽酶和氨肽酶等相關(guān)。嗜鹽四聯(lián)球菌的三肽酶合成比乳桿菌高，二肽酶合成較低[20]，合成寡肽酶和氨肽酶對(duì)于醬油中氨基酸的含量和轉(zhuǎn)化具有重要作用[21]。此外，嗜鹽四聯(lián)球菌菌體在靜止的無(wú)糖源緩沖液可進(jìn)行脫羧反應(yīng)將一分子的天門冬氨酸分解為一分子的丙氨酸和二氧化碳，隨著呈酸味的天門冬氨酸的消失與呈甜味的丙氨酸的產(chǎn)生，醬油的呈味變得柔和[22]。

醬醪中乳酸菌的多樣性決定了發(fā)酵中的糖、有機(jī)酸和一些氨基酸的代謝途徑，而這些物質(zhì)在轉(zhuǎn)化過(guò)程的有機(jī)酸、氨基酸的含量，最終影響著醬油的呈味和香氣。調(diào)控醬油中該菌群的含量，可以顯著提升醬油產(chǎn)品的滋味。

2.2 乳酸菌對(duì)醬油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響

在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間添加不同的乳酸菌，可以增加醬油中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量，提高醬油的品質(zhì)。研究表明，嗜鹽四聯(lián)球菌、隱氏明串珠菌和融合魏斯氏菌屬與呋喃酮、4-羥基-2-乙基-5-甲基-3(2H)-呋喃酮、苯乙醛含量呈正相關(guān)，乳桿菌等與乙酸乙酯、苯乙醇、2-糠醇、3-甲硫基丙醛含量呈正相關(guān)[13]。

在低鹽發(fā)酵體系中加入植物乳桿菌或嗜鹽四聯(lián)球菌，揮發(fā)性物質(zhì)發(fā)生明顯的變化，主要體現(xiàn)在植物乳桿菌可以提高酮類和酚類物質(zhì)2倍左右[23]，嗜鹽四聯(lián)球菌可以提高醇類10%～15.1%[24-25]，酯類提高11.34%，3-甲硫基-1-丙醇、乙酸異戊酯等肉香和果香味風(fēng)味物質(zhì)，使得醬油的香氣更加濃郁[25]。在高鹽稀態(tài)發(fā)酵體系中加入植物乳桿菌或嗜鹽四聯(lián)球菌均可以改善醬油風(fēng)味，顯著提高揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和數(shù)量[26-27]，其中嗜鹽四聯(lián)球菌2-甲基丁酸和2-甲基丁醇、具有香蕉水果香味的乙酸異戊酯分別提高53.4%、337.3%、388.2%[27]。此外，不同耐鹽程度的乳酸菌可以在不同階段產(chǎn)酸從而改善醬油香氣，如在不同階段持續(xù)產(chǎn)生的乙酸和環(huán)境中的異戊醇被脂肪酶催化合成乙酸-3-甲基丁酯（乙酸異戊酯），賦予發(fā)酵香腸果香風(fēng)味[28]。說(shuō)明乳酸菌可以影響風(fēng)味化合物的產(chǎn)生。

2.3 乳酸菌對(duì)醬油安全的影響

2.3.1 氨基甲酸乙酯

氨基甲酸乙酯是一種無(wú)色無(wú)味的晶體，而醬油中的氨基甲酸乙酯主要前體物質(zhì)是瓜氨酸，而瓜氨酸主要由醬醪中乳酸菌通過(guò)精氨酸脫亞氨基途徑產(chǎn)生[29]。嗜鹽四聯(lián)球菌、融合魏斯氏菌和乳酸片球菌等具有一定的瓜氨酸積累能力[30]，因此一些研究人員希望通過(guò)打斷形成反應(yīng)抑制氨基甲酸乙酯的生成以期選育出最安全的乳酸菌。在篩選或育種階段，篩選或誘變出能夠利用醬醪中的精氨酸和瓜氨酸，抑制醬油中氨基甲酸乙酯的形成[31-32]。此外，有研究表明在醬油發(fā)酵過(guò)程中強(qiáng)化接種嗜鹽四聯(lián)球菌，從而使發(fā)酵原油中瓜氨酸含量減少85.6%，滅菌后的氨基甲酸乙酯含量降低79.3%[33]。

2.3.2 生物胺

生物胺是一類具有生物活性的低分子生物堿，包括腐胺、尸胺、精胺、亞精胺、酪胺、苯乙胺、組胺和色胺等。醬油中生物胺主要由微生物分泌的氨基酸脫羧酶作用于氨基酸形成[34]。嗜鹽四聯(lián)球菌也被視為醬油中生物胺產(chǎn)生菌之一。據(jù)報(bào)道不同類型嗜鹽四聯(lián)球菌產(chǎn)生的生物胺種類有很大區(qū)別，如攜帶hdcA基因的菌株通過(guò)編碼丙酮酰依賴組氨酸脫羧酶生成組胺[35]，攜帶tdcA基因的菌株通過(guò)編碼依賴磷酸吡哆醛的酪氨酸脫羧酶產(chǎn)生酪胺[36]。然而，一部分嗜鹽四聯(lián)球菌的代謝會(huì)減少醬油中生物胺的積累。如有研究表明從咸魚露中分離得到一株嗜鹽四鏈球菌MJ4，將其接種至蝦醬中進(jìn)行發(fā)酵，與空白對(duì)照組相比，菌株MJ4的優(yōu)勢(shì)地位不僅使得蝦醬中生物胺的產(chǎn)量得到顯著抑制（尸胺幾乎沒(méi)有），而且蝦醬的代謝物譜（包括氨基酸等）并未發(fā)生改變[37]。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中可通過(guò)選育合適的嗜鹽四聯(lián)球菌菌株提高醬油產(chǎn)品的安全性。

2.4 乳酸菌對(duì)醬油其他方面的影響

乳酸菌廣泛存在于人體腸道中，具有維持內(nèi)部菌群平衡，提高機(jī)體免疫力，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收等多種功能。據(jù)報(bào)道，魏斯氏菌屬、明串珠菌屬、乳酸片球菌屬等在生長(zhǎng)代謝過(guò)程分泌一類糖化合物——胞外多糖，具有益生的作用[38-40]。此外，明串珠菌屬、乳桿菌屬和片球菌屬等除了產(chǎn)酸物質(zhì)，還能分泌抑制肽和細(xì)菌素，具有抑菌的特性，從而提高發(fā)酵原油的質(zhì)量[2,6,40-42]。嗜鹽四聯(lián)球菌的存在還可以防止醬體顏色過(guò)深保持醬體澄澈透亮[43]。

3 結(jié)語(yǔ)

微生物是醬油發(fā)酵的靈魂，其中，乳酸菌是參與醬油發(fā)酵的重要微生物菌群之一。在醬油發(fā)酵過(guò)程中，不同乳酸菌因生理特性不同導(dǎo)致物質(zhì)代謝情況有所差異，因此選擇合適的乳酸菌對(duì)醬油品質(zhì)影響很大。合適的乳酸菌及其調(diào)控不僅可以豐富醬油發(fā)酵過(guò)程中呈味物質(zhì)、風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量，還能減少氨基甲酸乙酯、生物胺等有害物質(zhì)的生成，同時(shí)賦予醬油益生功能，增強(qiáng)產(chǎn)品的附加值，使其具有廣闊市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼?，分析和系統(tǒng)研究乳酸菌在醬油發(fā)酵過(guò)程不同菌群和相關(guān)呈味有機(jī)酸、揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量等的影響，確定不同菌屬的調(diào)控技術(shù)方案，有利于推動(dòng)醬油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。