乳酸菌在發(fā)酵肉制品中的應用研究進展

李月明，張根生

（1.哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江 哈爾濱 150028；2.中國農業(yè)科學院農產品加工研究所主食加工技術研究院，黑龍江 哈爾濱 151900）

發(fā)酵肉制品是指利用微生物或酶的發(fā)酵作用，在自然或人工控制條件下將原料肉通過腌制、發(fā)酵、干燥或熏制等一系列加工工藝制成的肉制品[1]。發(fā)酵肉制品是傳統(tǒng)肉制品的一個重要分支，以其獨特的風味和豐富的營養(yǎng)深受消費者的喜愛。國外比較出名的發(fā)酵肉制品有土耳其大香腸、帕馬火腿、黎巴嫩大香腸、意大利薩拉米、西班牙生火腿和德國香腸等[2]，我國主要有臘肉、板鴨、酸肉、咸肉、風干腸、金華火腿等傳統(tǒng)腌臘肉發(fā)酵肉制品。由于發(fā)酵肉制品受到內源酶和微生物活性的影響，在加工過程中會發(fā)生一系列的物理、化學變化，與常規(guī)肉制品相比，發(fā)酵后的肉顯示出許多優(yōu)勢。不僅具有獨特的風味、質地和色澤，還具有營養(yǎng)價值較高、易被人體消化、保存時間長等優(yōu)勢。通常來說，環(huán)境因素和人為因素使制備的發(fā)酵肉制品存在較大的差異，即使工藝相同，風味也存在較大的差異。此外，因原料富含蛋白質、脂肪等營養(yǎng)物質，使得發(fā)酵肉制品常面臨外源微生物的污染、氧化酸敗、生物胺和亞硝胺等食品安全問題[3]。

發(fā)酵肉制品在發(fā)酵過程中起作用的微生物通常由一種或幾種乳酸菌、微球菌和葡萄球菌組成，其中乳酸菌在肉制品發(fā)酵過程中具有不可替代的作用，常被作為發(fā)酵劑用于肉制品發(fā)酵[4]。乳酸菌是能夠利用糖類進行發(fā)酵、產生乳酸等代謝產物的一類細菌的總稱[5]，其可以通過快速酸化發(fā)酵基質和產生抗菌物質（如細菌素）來提高發(fā)酵肉制品的安全性，同時縮短肉制品的成熟時間[6-7]。 這類乳酸菌通常是兼性厭氧菌，主要包括乳酸桿菌屬、明串珠菌屬、片球菌屬、乳球菌屬和腸球菌屬[8]。乳酸菌在肉制品發(fā)酵和成熟過程中可利用碳水化合物產酸，降低肉品pH值，分泌抗菌物質抑制致病菌和腐敗菌的生長；可通過促進NO2-分解成NO使肉制品發(fā)色，降低常規(guī)生產中亞硝酸鹽的使用量；可通過對碳水化合物代謝、蛋白質水解和氨基酸分解代謝，以及脂解和脂肪酸代謝作用影響發(fā)酵肉制品風味的形成等[9]。乳酸菌的產酸特性、代謝特性、抑菌特性、益生特性等在發(fā)酵肉制品的研究與應用中具有諸多作用，為全面了解乳酸菌在發(fā)酵肉制品中的具體應用情況，本文檢索并總結了乳酸菌在發(fā)酵肉制品研究與生產領域的應用情況，如抑菌作用、改善風味、抗氧化、降低生物胺生成量、抑制亞硝胺積累、賦予健康功能，以期為乳酸菌在發(fā)酵肉制品中的深入研究與應用提供理論參考。

1 乳酸菌抑制發(fā)酵肉制品中腐敗菌和病原菌

發(fā)酵肉制品的品質通常與原料最初的雜菌種類、雜菌數(shù)量、發(fā)酵劑的選擇、發(fā)酵條件及貯存條件相關。大量研究表明，肉制品的安全衛(wèi)生問題主要由其中的腐敗菌和致病菌引起[10]。沙門氏菌屬、產多細胞毒素大腸埃希菌、彎曲桿菌屬、小腸結腸炎耶爾森菌、單核增生李斯特菌和假結核耶爾森菌，以及金黃色葡萄球菌、產氣莢膜梭菌和肉毒桿菌的毒素是肉制品中可能出現(xiàn)的主要危害微生物與毒素。

Erdo?mu?等[11]從土耳其本土20 種發(fā)酵肉制品中共分離出30 種乳酸菌，采用瓊脂斑點和瓊脂孔擴散方法測定乳酸菌分離物的抗菌活性，發(fā)現(xiàn)乳酸菌分離株對李斯特菌ATCC 19115、金黃色葡萄球菌ATCC 25923、肺炎克雷伯菌NRRL B 4420、銅綠假單胞菌ATCC 11778、糞樣鏈球菌NRRL B 14617的抗菌活性高于大腸桿菌ATCC 35218和枯草芽孢桿菌NRRS 744。Casaburi等[12]發(fā)現(xiàn)，從意大利發(fā)酵香腸中篩選的1 株彎曲乳桿菌（Lactobacillus curvatus）54M16能產生細菌素抑制致病菌李斯特菌、蠟樣芽孢桿菌和熱死環(huán)絲菌的生長。Chen Ou等[13]從泡菜和臘肉中篩選乳酸菌，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、類谷糠乳桿菌（Lactobacillus parafarraginis）、干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）、副干酪乳桿菌（Lactobacillus paracasei）、布氏乳桿菌（Lactobacillus buchneri）和類腸膜魏斯氏菌（Weissella paramesenteroides）對青霉菌有明顯的抑制作用。其中，植物乳桿菌CKXP13和CWXP24產生的抗菌物質包括有機酸、過氧化氫和蛋白質化合物。Zhu Yinglian等[14]發(fā)現(xiàn)，來源于發(fā)酵食品的2 種植物乳桿菌應用于肉制品中具有抗菌活性。趙冬兵[15]以金黃色葡萄球菌和大腸桿菌作為指示菌，從宣威火腿、牛干巴、咸肉、南京板鴨、海南臘魚5 種發(fā)酵肉中分離得到96 株乳酸菌，其中75 株具有抑菌效果，37 株抑菌作用明顯，經篩選鑒定可知，清酒乳桿菌（Lactobacillus sakei）的抑菌活性最強。梁紅敏[16]分別對發(fā)酵香腸中高產細菌素乳酸菌進行篩選與抑菌研究，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌T102產生的細菌素具有廣泛的抑菌譜，對乳酸菌、多種革蘭氏陰性菌和陽性菌都有不同程度的抑制作用，但對啤酒酵母這種真菌無抑菌效果。由此可知，乳酸菌可以用于預防或控制微生物產生的危害，通過代謝產生酸性物質、過氧化氫及細菌素等抑制肉中有害微生物的生長，提高發(fā)酵肉制品的微生物安全性，延長產品保質期[17-18]。但如果最初的污染水平很高，使用發(fā)酵劑也不能有效延長食品的保質期[19]。綜上所述，乳酸菌的抑菌性具有菌株差異性，且不同菌株的抑菌機制及抑菌效果不同，乳酸菌間的協(xié)同抑菌效果研究及優(yōu)勢抑菌乳酸菌的選育仍是發(fā)酵肉制品菌株研究的重點。

2 乳酸菌改善發(fā)酵肉制品風味

風味是定義發(fā)酵食品質量和消費者接受程度的關鍵屬性，包括甜、酸、苦、咸和鮮味的味道和揮發(fā)性化合物所產生的香氣[20-21]。發(fā)酵肉制品的風味是由揮發(fā)性和非揮發(fā)性芳香化合物以及其他與風味相關的化合物（如醇、醛、酮和酯）的產生和積累引起的[22]。為改善或保持發(fā)酵肉制品的質量和風味，添加發(fā)酵劑已被用作提高發(fā)酵肉制品風味形成的有效途徑[23]。與自然發(fā)酵食品相比，接種乳酸菌發(fā)酵劑的產品具有發(fā)酵食品的典型特征、更好的風味和更高的產品質量。

Hu Yingying等[24]對從東北地區(qū)傳統(tǒng)干香腸中分離的37 株乳酸菌進行工藝特性表征及菌種鑒定，發(fā)現(xiàn)清酒乳桿菌HRB10、植物乳桿菌MDJ2、希臘魏斯氏菌（Weissellella helenica）HRB6和乳酸桿菌（Lactobacillus lactis）HRB0促進了香腸模型中氨基酸和揮發(fā)性化合物的生成；通過偏最小二乘回歸分析發(fā)現(xiàn)，甘氨酸、纈氨酸、谷氨酸、絲氨酸和異亮氨酸可能是造成產品風味差異的原因。由此可知，本地乳酸菌菌種可應用于發(fā)酵肉制品中提高其風味和發(fā)酵性能。Mei Lin等[25]研究植物乳桿菌對發(fā)酵香腸風味的影響，發(fā)現(xiàn)菌株P3和P3-M2顯著提高了發(fā)酵后酯類的種類和相對含量，促進風味物質的生成。這是由于乳酸菌代謝產生的醇和有機酸在酯酶和烷基轉移酶的作用下可生成相應的酯，從而改善風味。Hu Yingying等[26]研究彎曲乳桿菌、清酒乳桿菌、希臘魏斯氏菌和植物乳桿菌4 種乳酸菌對減鹽干香腸滋味特性的影響，發(fā)現(xiàn)氨基酸和有機酸對減鹽干香腸的滋味特性具有主要貢獻，希臘魏斯氏菌和植物乳桿菌具備生產良好滋味特征減鹽干香腸的潛力。這是因為乳酸菌，如植物乳桿菌、彎曲乳桿菌等含有降解肌肉蛋白相關的酶，可以促進蛋白質水解形成游離氨基酸及多肽，促進鮮味物質谷氨酸鈉和天冬氨酸含量的增加，增強風味[27-28]。脂質分解產生的游離脂肪酸是發(fā)酵肉制品中重要的芳香化合物[29]。添加乳酸菌有利于發(fā)酵肉制品中游離脂肪酸含量的增加，為風味的形成提供物質 基礎[30]。Xiao Yaqing等[31]研究接種植物乳桿菌和木糖葡萄球菌（Staphylococcus xylosus）對中式干發(fā)酵香腸微生物菌相、脂類分解、蛋白水解和揮發(fā)性物質的影響。結果表明，香腸中接種發(fā)酵劑，尤其是混合發(fā)酵劑，能夠增加游離脂肪酸和游離氨基酸的含量，阻止異味和酸味的生成，改善微生物群落結構并促進產品風味的形成。

乳酸菌主導風味形成的主要機制是碳水化合物代謝、蛋白質水解和氨基酸分解代謝，以及脂解和脂肪酸代謝；諸多因素，如溫度、pH值、水分活度、氧氣、鹽和不同的底物原料都會影響乳酸菌發(fā)酵風味的形成[32-33]。因此，了解掌握乳酸菌對風味形成的影響因素及作用機制是應用乳酸菌作為發(fā)酵劑改善發(fā)酵肉制品風味的基礎條件。為了獲得風味更佳的發(fā)酵肉制品，產生良好風味菌株的篩選及其風味形成機理的探究是當下發(fā)酵肉制品行業(yè)的研究熱點與發(fā)展方向。

3 乳酸菌增強發(fā)酵肉制品抗氧化作用

蛋白質和脂肪作為發(fā)酵肉制品中最重要的組成成分，其在生產加工過程中極易發(fā)生氧化降解，從而影響產品的品質。蛋白質與脂肪的適度氧化和降解可以有效改善產品的營養(yǎng)價值和風味，但過度氧化會對肉的質地、保水性和風味等產生不利影響，如出現(xiàn)酸敗味和哈喇味，影響消費者的接受程度。

乳酸菌是一種天然優(yōu)質的抗氧化劑[34]。Lin等[35]研究19 株乳酸菌，發(fā)現(xiàn)所有菌株均表現(xiàn)出抗氧化性。曹辰辰等[36]應用植物乳桿菌CD101聯(lián)合模仿葡萄球菌（Staphylococcus simulans）NJ201（1∶1）作為發(fā)酵劑制作發(fā)酵香腸，發(fā)現(xiàn)該發(fā)酵劑不僅可以抑制產品中脂肪和蛋白質的氧化作用，還可以增加產品中的揮發(fā)性成分。盧涵等[37]也發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌聯(lián)合模仿葡萄球菌可以抑制發(fā)酵豬肉香腸的蛋白質氧化及脂肪酸敗，還可改善其產品的感官品質。趙艷紅[38]為篩選具備高抗氧化活性的乳酸菌，研究從傳統(tǒng)風干肉制品中分離所得的6 株乳酸菌的抗氧化特性及發(fā)酵特性，發(fā)現(xiàn)瑞士乳桿菌（Lactobacillus helveticus）TR1-1-3和ZF22耐受過氧化氫能力突出、自由基清除能力及抗氧化酶活性最強，具有良好的抗氧化特性。以上研究表明，發(fā)酵肉制品中的乳酸菌具有抗氧化性，可以抑制脂肪和蛋白質的氧化，提高產品風味和感官品質。

為明確乳酸菌的抗氧化機制，近些年有學者做了相關研究。Zhang Huan等[39]利用代謝組學技術研究氧脅迫下戊糖片球菌R1的抗氧化機制，發(fā)現(xiàn)氧化應激1 h后，菌體活性氧水平和抗氧化酶活性顯著升高。不同的處理手段，如應用不同濃度的H2O2、應用乳酸調節(jié)不同的pH值都可以激發(fā)菌體自身的抗氧化防御機制，實現(xiàn)抗氧化作 用[40-41]。除此之外，添加一些天然物質，如迷迭香提取物[42]以及甘氨酸和谷氨酸[43]均可以起到協(xié)同抗氧化作用。除上述方式外，乳酸菌還可以通過螯合金屬離子緩解脂質過氧化；通過調節(jié)宿主細胞的抗氧化防御系統(tǒng)；通過調節(jié)宿主細胞與抗氧化相關的信號通路來實現(xiàn)抗氧化 作用[44]。綜上所述，乳酸菌具有抗氧化酶活性、具備抗氧化防御機制，能夠抑制脂肪和蛋白質的氧化，是發(fā)酵肉制品中常用的優(yōu)勢發(fā)酵劑，但乳酸菌是否具備緩解體內氧化應激的能力及水平還需要更多研究。

4 乳酸菌降低發(fā)酵肉制品中生物胺生成量

生物胺是一類存在于某些特定食品中由前體氨基酸經微生物的氨基酸脫羧酶脫羧后形成具有芳香族（腐胺、尸胺、精胺、亞精胺）、脂肪族（β-苯乙胺、酪胺）及雜環(huán)結構（色胺、組胺等）的有機堿[45-47]。生物胺在一定范圍內具有促進生長、增強代謝、提高免疫力及清除自由基等作用；但若攝入過量則會引起很多不良反應，如頭疼、呼吸紊亂、心悸、血管擴張、腹瀉，甚至會造成機體中毒[48-49]。李素等[50]以豬肉風干腸為研究對象，通過篩選、鑒定與研究產生物胺的微生物，以期為生物胺的防控提供理論依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌主要產色胺、苯乙胺、腐胺、尸胺和酪胺，克氏耶爾森菌主要產腐胺和酪胺。Dong Chunhui等[51]研究哈爾濱風干腸酪氨酸脫羧酶陰性菌株對食源性病原菌生長和酪胺產量的影響，發(fā)現(xiàn)表皮葡萄球菌、沙克乳桿菌和彎曲乳桿菌可用于哈爾濱風干腸發(fā)酵和控制酪胺生產的下游研究。Sun Qinxu等[52]評估木糖葡萄球菌和植物乳桿菌復合發(fā)酵劑（CS）結合真空包裝（vacuum packaging，VP）對哈爾濱風干香腸在4 ℃貯存期間生物胺的積累及其品質特性的影響，發(fā)現(xiàn)單獨使用CS或VP皆可抑制生物胺形成，但2 種方法的結合（VP＋CS）則可以更有效地抑制生物胺積累。孫欽秀等[53]研究接種植物乳桿菌、彎曲乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌和木糖葡萄球菌對風干腸發(fā)酵過程中生物胺形成的抑制作用，發(fā)現(xiàn)可以顯著降低生物胺（酪胺、腐胺、尸胺、組胺、2-苯乙胺和色胺）積累的菌株為植物乳桿菌和木糖葡萄球菌。添加乳酸菌發(fā)酵劑可使產品pH值快速下降，抑制具有氨基酸脫羧能力的微生物生長，從而防止發(fā)酵肉制品中生物胺的積累。此外，乳酸菌發(fā)酵劑可以在整個成熟和貯存過程中與本土的非發(fā)酵劑微生物菌群競爭，從而減少生物胺的產生。通常來說，生物胺的產生難以杜絕或抑制，是發(fā)酵肉制品食品安全控制領域的研究重點。因此，明確生物胺的形成途徑，并選擇恰當?shù)陌l(fā)酵劑和處理方法來降低發(fā)酵肉中生物胺含量尤為重要。

5 乳酸菌抑制發(fā)酵肉制品中亞硝胺積累

亞硝酸鹽作為一種添加劑因其具有發(fā)色、防腐、改善肉制品風味等作用而被應用于肉制品中[54]。然而，硝酸鹽和亞硝酸鹽在腌制或發(fā)酵過程中會生成亞硝胺，該物質不穩(wěn)定，食用過多會引起中毒[55]。亞硝胺是一種致癌性極強的化合物，流行病學研究發(fā)現(xiàn)，亞硝胺與人類的諸多癌癥，如肺癌、膀胱癌等都有關[56]。因此，研究如何控制亞硝胺引發(fā)的安全問題是肉制品研究的重點領域。

目前，我國研究較多的方式是采用天然植物提取物來降低亞硝胺的生成量[57]，但也有相關學者發(fā)現(xiàn)添加乳酸菌發(fā)酵劑也可以起到降低亞硝胺生成量的作用。李木子[58]在模擬體系中篩選具有降亞硝胺能力的微生物菌株，發(fā)現(xiàn)彎曲乳桿菌、戊糖乳桿菌（Lactobacillu spentosus）、嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）和清酒乳桿菌對大多數(shù)亞硝胺有顯著的降解作用 （P＜0.05）。Sun Fangda等[59]評估戊糖乳桿菌、彎曲乳桿菌和清酒乳桿菌對哈爾濱風干腸中N-亞硝胺形成的抑制以及對其品質特性的影響。檢測得到4 種類型的N-亞硝胺，分別為N-亞硝基二乙胺、N-亞硝基二丙胺、N-亞硝基二苯胺和N-亞硝基哌啶；彎曲乳桿菌對以上4 種N-亞硝胺都有很高的抑制作用，而戊糖乳桿菌只對N-亞硝基二丙胺和N-亞硝基二苯胺有抑制作用。胡蝶等[60]研究發(fā)現(xiàn)，彎曲乳桿菌具備較佳的降亞硝酸鹽能力。王淑梅等[61]發(fā)現(xiàn)，干酪乳桿菌SB27可降低N-二甲基亞硝胺、N-二乙基亞硝胺、N-亞硝基吡咯烷及N-亞硝基哌啶對大鼠腸道黏膜細胞IEC-6的毒性損傷。由此可知，乳酸菌具備降解亞硝酸鹽的能力，可以改善風干腸品質特性并抑制N-亞硝胺的積累。但發(fā)酵肉制品的品質受到溫度、水分活度、酸堿度、菌群競爭等多重柵欄因子的影響，在應用乳酸菌替代亞硝酸鹽降低亞硝胺生成量時要綜合考慮影響發(fā)酵肉制品的柵欄因子。

6 乳酸菌賦予發(fā)酵肉制品健康功能

乳酸菌常被當作功能性發(fā)酵劑用于發(fā)酵肉制品的生產。在由乳酸菌為主要發(fā)酵菌株的發(fā)酵肉制品中可以分離得到一些具有特殊功效的多肽，如抗菌多肽[62]、抗氧化多肽[63]、具有保肝活性多肽[64]等，使發(fā)酵肉制品具備一定的健康功能。Han Qi等[65]評估從哈爾濱風干腸中分離的戊糖片球菌R1、短乳桿菌R4、彎曲乳桿菌R5和發(fā)酵乳桿菌R6的益生菌特性，與來自發(fā)酵乳制品的益生菌（包括嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、彎曲乳桿菌、清酒乳桿菌、戊糖乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌）進行體外比較，發(fā)現(xiàn)除彎曲乳桿菌R5外，其余菌株都對人類胃腸道有良好的耐受性，乳酸菌的自聚集率和黏附率差別很大，其中短乳桿菌R4表現(xiàn)出最大的聚集和黏附。由此可知，從哈爾濱風干腸中分離出來的乳酸菌具有很強的益生菌特性。乳酸菌是一種常見的腸道益生菌，可以產生抑菌物質乳酸和過氧化氫抑制腸道內病原微生物的生長，在調節(jié)宿主腸道防御方面發(fā)揮著相當重要的作用[66]。發(fā)酵肉制品在添加乳酸菌發(fā)酵劑后，經發(fā)酵會產生大量的乳酸，體系呈酸性環(huán)境。原料肉中的營養(yǎng)成分（如蛋白質和脂肪等）在此環(huán)境中會發(fā)生一系列的物理、化學和生物反應，生成更多的游離氨基酸和脂肪酸，同時提高蛋白質的消化率[67]。乳酸菌可以改善機體內血清血脂的平衡，可以使人體內膽固醇含量下降，還可以促進免疫系統(tǒng)的活性。乳酸菌及其代謝產物通過誘導機體發(fā)生免疫應答并參與調節(jié)機體對有害抗原的免疫應答，從而達到增強機體免疫力的目的[68]。基于乳酸菌自身的功能特性以及在發(fā)酵過程中產生的代謝產物強化了發(fā)酵肉制品的功能特性，故功能性乳酸菌菌株的篩選、功能性成分的分離與鑒定將成為今后肉制品加工科學研究的一個 重要方向，發(fā)酵也將成為賦予及強化肉制品健康功能的有效手段。

7 結語

發(fā)酵肉制品種類豐富、具備獨特的風味、較高的營養(yǎng)價值使其越來越受到消費者的喜愛，但因其含有豐富的蛋白質、脂肪等而使其面臨外源微生物污染、氧化酸敗、生物胺和亞硝胺等食品安全問題，影響產品風味、品質及安全。乳酸菌因其自身的特性及其在發(fā)酵過程中的多重功效被廣泛應用于發(fā)酵肉制品中。乳酸菌不僅具備抑菌、改善風味、抗氧化、降低生物胺生成量、抑制亞硝胺積累作用，還具備益生菌功效，可增強發(fā)酵肉制品的健康功能。因此，可以采用乳酸菌或是采用乳酸菌聯(lián)合其他優(yōu)勢發(fā)酵菌株制備發(fā)酵肉制品。還可以利用先進的基因工程、蛋白質工程等生物技術手段對目標乳酸菌菌種進行基因組的定向誘變，或通過轉基因技術進行改造，定向選育適用于發(fā)酵肉制品的菌株，以達到具備較高水平的益生菌特性、發(fā)酵特性及營養(yǎng)特性等。另外，發(fā)酵肉制品的加工工藝、成熟與貯藏方式等均影響產品的品質，為更好地保障發(fā)酵肉制品品質及風味，還需要對菌株與影響品質特性因素的相關機理進行深入研究，最終實現(xiàn)乳酸菌對發(fā)酵肉制品品質調控的精準性，推動發(fā)酵肉制品加工業(yè)的發(fā)展。