發酵肉制品中常見有益微生物及其功能研究進展

譚 雅,黃 晴,曹 熙,李宗軍

(湖南農業大學,湖南長沙 410128)

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發酵肉制品中常見有益微生物及其功能研究進展

譚 雅,黃 晴,曹 熙,李宗軍*

(湖南農業大學,湖南長沙 410128)

發酵肉制品常見的有益微生物主要有細菌、霉菌和酵母菌中的部分種屬,其中尤以乳酸細菌居多。在發酵過程中有益微生物會引起肉品原料中的蛋白質、脂肪等主要組分發生微生物及生物化學變化,進而影響發酵肉制品的品質、風味和質構特性,本文主要對我國發酵肉制品的研究成果進行綜述及對發酵肉制品的未來發展進行展望。

發酵肉制品,有益微生物,營養,功能性

發酵肉制品是以一種畜禽肉為原料,在自然或人工控制條件下利用微生物發酵來產生具有特殊風味、色澤、質地和具有較長保存期的肉制品,其種類繁多、形式多樣。發酵肉制品的主要特點是營養豐富、風味獨特、保存期長,并且在加工過程中通過有益微生物的發酵,使肉中蛋白質被分解成氨基酸,來提高蛋白質對人體的吸收率。隨著人們生活水平的提高,對肉制品的要求也越來越高,因此,營養、健康和風味都將成為未來發酵肉制品的研發方向。本文對近些年來國內外有關發酵肉制品中的有益微生物、生物化學變化、營養特性及功能性發酵肉制品的研究成果進行綜述。

發酵肉制品主要生產工藝流程如下:

原料肉預處理→絞肉→調味→添加發酵劑→腌制→灌裝→發酵→干燥→煙熏

1 發酵肉制品中常見的有益微生物

在傳統發酵肉制品中,其發酵微生物原是原料中偶然混入的野生菌株,這些菌株通過環境與設備中的雜菌來進行競爭,逐漸成為優勢菌群,以完成肉制品的發酵過程。存在于發酵肉制品中的微生物主要有細菌、霉菌和酵母菌等,它們對發酵肉制品品質的形成有著各自不同的作用。

1.1 有益細菌

乳酸菌是可以發酵糖類產生乳酸的一類無芽孢、革蘭染色陽性細菌的總稱,它在發酵肉制品中起著至關重要的作用。肉制品中的乳酸菌在無氧條件下利用糖類產生乳酸,使肉品pH降低,從而抑制有害微生物的生長,以延長商品的保存期。盧士玲[1]等的研究發現乳酸菌有很好的發酵特性,可以使肉制品的生產和發酵時間大大縮短,降低發酵肉制品生產的成本和改善發酵肉制品的感官品質;王永霞[2]等的研究表明乳酸菌可抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等有害菌的生長;其次Adisorn[3]的研究也證明乳酸菌對病原體和腐敗微生物的生長具有抑制作用。在酸性條件下,用乳酸菌作為發酵劑能促進亞硝酸鹽的分解,大大減少殘留的NO2-與二級胺作用生成亞硝胺的可能性;許慧卿[4]等人研究指出乳酸菌對亞硝酸鹽有很好的耐受性,并且具有比其他菌類更強的分解亞硝酸鹽殘留量的能力;段艷[5]等人研究指出乳酸菌發酵產生的酸性環境有利于亞硝酸鹽的分解,對亞硝酸鹽含量的降低有促進作用,大大的減少了其殘留量。

片球菌是一類可分解糖類產生乳酸的革蘭氏陽性菌,也是發酵肉制品中使用得較多的微生物,現在使用更多的是乳酸片球菌和戊糖片球菌。片球菌的生長速度較快,與乳酸菌相比,片球菌具有更強的抗冷凍干燥能力。另外,Anussara[6]等研究表明乳酸片球菌在發酵豬肉香腸中可迅速產酸降低肉制品的pH,使得香腸具有特殊爽口的酸味。

微球菌和葡萄球菌均屬于微球菌屬,并且在香腸等發酵肉制品的成熟過程中有一些共同的作用,如加快發色、本身的產酸速度、成熟時間的縮短、成本的降低以及控制病原菌和腐敗菌的生長等。微球菌和葡萄球菌作為肉制品發酵劑具有較好的還原硝酸鹽的能力,使發酵肉制品產生良好且穩定的腌制色澤,同時還具有分解蛋白質和脂肪的能力。Joseph Sebranek[7]和范素琴[8]等的研究表明微球菌在發酵肉制品中是主要的產硝酸鹽還原酶微生物,所以能夠有效促進發酵肉制品的色澤和風味的形成;趙振玲[9]等研究發現微球菌和葡萄球菌有較強的水解蛋白質的能力,對發酵香腸獨特風味的形成有著至關重要的作用;微球菌具有較強的脂肪分解能力,能夠將肉中的醇類和脂類進一步酯化產香等,除此之外,葡萄球菌也能夠利用脂肪酸與氨基酸來產生芳香類物質,使肉制品形成特殊的風味。劉夏煒[10]等研究證明葡萄球菌具有較好的蛋白酶和脂肪酶活性,能賦予發酵肉制品特殊的風味;Gareia-varona[11]和PaPamanuli.[12]等同樣對微球菌和葡萄球菌的發酵特性進行了研究,結果表明這兩種菌均具有蛋白酶和脂肪酶活性,對發酵肉制品的特有風味的形成有重要作用?？傊?有益細菌可以有效的抑制腐敗和有害微生物的生長繁殖,保證產品色香味的同時,還能提升產品的安全性。

1.2 有益霉菌

霉菌在發酵肉制品中起著重要的作用,主要應用于傳統發酵香腸的生產中,其發酵產品具有特有的外觀,并通過霉菌蛋白酶、脂肪酶的作用形成特殊的風味。但并不是所有的霉菌都可以用于發酵肉制品中,因為某些霉菌可產生毒素而對人體有害,因此用于發酵肉制品中的霉菌須經過嚴格篩選,以確定不產生霉菌毒素,才能使用,在實際生產中,常用的不產毒素的霉菌是產黃青霉和納地青霉。霉菌在發酵香腸成熟的過程中,可以把硝酸鹽還原成亞硝酸鹽,促進香腸表面色澤的形成。另外,我國傳統的金華火腿其獨特的傳統工藝,就與表面的霉菌有關。李開雄[13]等研究表明發酵香腸中添加霉菌,可以抑制有害菌的生長,并且無論是從感官評定,還是從丙二醛(TBA)含量來判斷,其品質都要優于未接霉菌的發酵香腸;Jose M. Bruna[14]等研究表明將霉菌接種在發酵香腸上,可以明確的改進香腸的氣味、風味以及整體的質量;Luisa Garcia[15]的研究同樣證明毛霉產生的酶的活動對發酵香腸的色澤和香氣有促進作用;也有報道[16]表明,大量生長的霉菌能阻止氧氣進入以創造厭氧環境來抑制致病菌的生長,且具有脂肪酶和蛋白酶的活性,因此國內外主要將其作為表面發酵劑運用到發酵肉制品中?？傊?霉菌可以在表面形成一層很好的保護膜,調節水分的損失,使香腸形成特有的風味和香氣,更重要的是能夠阻止氧氣滲透進肉中,減少酸敗。

1.3 有益酵母菌

酵母菌是發酵肉制品中常用的微生物,用于發酵肉制品中的酵母菌主要是漢遜氏酵母菌和假絲酵母菌,它們可以改善發酵肉制品的色澤和風味,使肉制品形成特有的風味。酵母菌在發酵肉制品中起著重要的作用:一方面酵母菌的呼吸作用可以消耗氧氣,降低氧化還原電勢,以抑制肉品的氧化變色;另一方面酵母菌可以分解肉制品中脂肪和蛋白質,其產生的乙醇能夠促進酯化反應生香和呈色的穩定性,改善產品風味。Andrade[17]等人發現酵母菌具有較強的產風味物質能力,將DhB、DhE與DhC這三株酵母運用到發酵香腸中能產生酯類、次級醇、乙醛,這三株酵母作為發酵劑的混合使用能賦予香腸良好的風味;Mónica Flores[18]等研究表明酵母菌可以用來重新改善發酵肉制品的感官特性。因此,無論是將酵母還是混合酵母運用到發酵香腸中,都能使發酵香腸延緩酸敗,穩定色澤,形成特有的風味。

2 肉制品發酵過程中的生物化學變化

2.1 蛋白質的降解

在發酵肉制品的成熟階段,蛋白質的分解在原料肉中是一個很重要的反應過程。蛋白質在內源性蛋白酶、胺肽酶的共同作用下,形成大分子肽,在蛋白酶和肽酶的作用下,大分子肽又繼續分解成小分子肽、游離氨基酸等,有些氨基酸可以直接形成風味物質,有些可通過脫氨和脫羧作用來形成醛、酸、醇、酯、硫化物等風味化合物。Berdague[19]等研究也發現,氨基酸可通過美拉德反應和斯托勒克降解等反應進行進一步降解,形成具有揮發性的小分子化合物,這些物質也是香腸風味的構成成分。大量研究表明,乳酸菌是發酵肉制品最常見的發酵微生物,它能夠很好的分解發酵原料肉中的糖類物質,且乳酸桿菌對肌漿蛋白及肌纖維蛋白具有較好的蛋白質降解作用。劉戰麗[20]等人在測定蛋白氮和非蛋白氮含量變化時,發酵肉品最初的蛋白氮含量為2.41%,而隨著發酵的進行蛋白氮含量下降,最終含量為2.32%。非蛋白氮含量隨發酵的進行由最初的0.36%上升為0.78%,這就表明發酵肉品在發酵過程中有蛋白質的降解;杜鵬[21]等研究證明肉制品在發酵過程中受發酵菌及酶的作用,可使蛋白質降解產生氨基酸等分子化合物,提高氨基酸含量和蛋白質消化率,也使得肉品的營養價值和風味提高。

2.2 脂肪的氧化

在發酵肉制品的成熟階段,脂肪會發生水解作用,產生大量的游離脂肪酸。脂肪主要通過氧化反應不飽和脂肪酸生成羰基化合物,進而對發酵肉品造成影響,同時產生醇、醛、酮類化合物,而這些物質的產生可使發酵肉制品形成特有的風味。李想[22]等研究證明用葡萄球菌發酵劑發酵的肉制品所釋放的游離脂肪酸可直接影響肉制品的滋味,再通過氧化反應生成醇、醛和酮等風味物質而間接影響肉制品的風味;劉戰麗[20]等對發酵香腸風味物質及來源的研究結果表明發酵肉制品中的揮發性風味物質大部分來自于脂類物質的水解氧化;黃金枝[23]等研究證明發酵廣式臘腸在發酵過程中,其組織內脂類物質可不斷進行水解形成游離脂肪酸,進一步的氧化形成低分子風味化合物;Stahnke[24]等人用葡萄球菌生產干發酵香腸時,對其加工過程中游離脂肪酸的變化進行了研究,結果表明,不飽和脂肪酸比飽和脂肪酸更容易釋放。脂質影響著肉制品的諸多品質,如營養品質和風味特性,近年來,由于發酵劑對脂質的分解氧化機理及其產物與品質特性的相關性研究較少,因此研究脂質在發酵肉制品加工過程中的變化具有重要意義。

2.3 揮發性風味化合物的變化

風味是發酵肉制品中最重要的質量指標之一,包括揮發性和非揮發性的風味化合物。芳香化合物主要是揮發性化合物,而形成發酵肉制品的特征芳香氣味的化合物主要集中在烴類、醇類、醛類、酸類、酮類及芳香族化合物。Bruna[25]等研究發現干發酵香腸中含有酸、醇、醛、酮、芳烴等82種揮發性風味成分;俞顏波[26]等研究證明發酵肉制品的主體風味物質包括酯類化合物、醇類化合物、羰基類化合物、碳氫化合物、酸類物質和酚類物質,且在加工過程中,酯類物質、羰基類化合物的數量和含量均明顯增加,醇類物質、碳氫化合物的種類和含量均明顯下降;陳利忠[27]等在發酵肉品品質特性分析實驗中發現,發酵組與未發酵組相比,醇類、醛類、酸類、酮類、芳香族等化合物含量有所增加,而烴類含量有所減少,總含量也由24.59 μg/g增加到了56.59 μg/g,這就表明發酵對肉制品風味的改善有顯著效果;Macro[28]等人采用蒸餾萃取法對發酵干香腸中的揮發性成分進行了研究,鑒定出了102種風味成分,主要包括18種醇、19種醛、12種酮、10種酸、12種酯、4種含硫化合物、2種呋喃、22種烴和氯仿等;王海燕[29]等人采用固相微萃取的方法,對自然發酵和發酵劑生產的發酵香腸進行揮發性成分的研究,結果表明:在添加發酵劑組中,酯類成為最重要的組成(42.10%),其次為酸類(26.52%)和萜烯類(18.07%)。

發酵肉制品的生物化學反應復雜且范圍較廣,在微生物的作用下,其產物及香辛料中各種揮發性物質相互作用,產生發酵肉制品特有的風味。肉制品在發酵過程中發生的生物化學變化主要包括:蛋白質的降解、氨基酸的降解、脂肪的氧化、風味化合物的形成等變化(見圖1)。

圖1 發酵過程中生化反應形成風味物質的途徑Fig.1 Biochemical reactions of fermented process form the way of flavor substances

3 有益微生物與發酵肉制品的營養特性

3.1 微生物對原料肉蛋白質的利用

肉類在發酵過程中,由于微生物的作用,原料肉中部分蛋白質水解,使得發酵肉類比生鮮肉類含有更多的多肽和豐富、合理的各種氨基酸,從而使發酵肉制品的蛋白質更易被人體吸收,且具有更高的利用性。王畏畏[30]等的研究發現添加了發酵劑的發酵香腸的游離氨基酸總量要顯著高于對照組,提高了105%。其中產鮮味氨基酸增加最多,甜氨基酸含量也提高了83%,必需氨基酸(Thr、Val、Leu、Ile、Phe、Lys、Met、His)也有大幅度增加,這就表明微生物發酵既提高了產品的風味,又提高了必需氨基酸的含量;朱迎春[31]等人在用木糖葡萄球菌、戊糖片球菌、植物乳桿菌等發酵劑來發酵四組香腸時,發現四組產品中均含有豐富的必需氨基酸,主要包括谷氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸和亮氨酸;張未風[32]等研究證明游離氨基酸總量隨著發酵香腸的加工及貯藏顯著增加,其中谷氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸及組氨酸均在30 d時含量達到最大值,30 d以后含量有所降低;另外,Ockerman[33]等研究也證明,產黃青霉作為發酵劑的肉制品具有最高含量的氨基酸和多肽,這些物質賦予了產品特殊的營養特性。大量研究表明,生鮮肉品在加工過程中,各游離氨基酸及肽類組分均顯著升高,且各組分在加工過程中的變化規律也有所不同。單吉祥[34]等人也同樣證明:發酵香腸干物質中游離氨基酸含量在加工過程中逐漸增加,經發酵后游離氨基酸總量上升了25.82 mg/100 g,達到312.85 mg/100 g。谷氨酸增幅最大為12.29%,天門冬氨酸、絲氨酸、蛋氨酸和苯丙氨酸的增幅也都大于10%。

3.2 益生菌功能

益生菌是對宿主有益的活性微生物,定植于人體腸道、生殖系統內,能產生確切健康功效從而改善宿主微生態平衡,發揮有益作用的活性有益微生物。乳酸菌是最早作為發酵劑應用于發酵肉制品中的一類有益益生菌。馬德功[35]等對發酵香腸益生型乳酸菌發酵劑的篩選的研究中,發現其中具有對低酸和膽鹽耐受性良好的3株乳桿菌,所產生的細菌素對李斯特菌、金葡菌等雜菌的生長起到抑制作用;同時,乳酸菌也具有很好的降膽固醇功效。丁苗[36]等人以發酵酸肉為原料,從中篩選出18株具有降膽固醇能力的乳酸菌菌株,其中SR1和SR10兩菌株膽固醇降低率>30%,占總比例的11.11%,僅有1株膽固醇降低率在10%以下,占總比例的5.57%。其余菌株膽固醇降低率在10%～30%之間。這就表明發酵酸肉中生長的乳酸菌具有降膽固醇的能力,可降低發酵豬肉制品中膽固醇的含量;現在,也有大量的臨床實驗表明,食用乳酸菌或乳酸菌相關制品可以降低人體血清膽固醇的含量。Nguyen[37]等人用嬰兒糞便中分離得到的植物乳桿菌PH04來喂養高膽固醇血癥的大鼠,發現飼喂菌液組大鼠的血清膽固醇含量要比對照組降低7%,甘油三酯含量降低了10%,這就表明,植物乳桿菌PH04具有明顯降血脂的功效;段艷[5]等研究也證明,篩選得到的植物乳桿菌X3-2B也具有較強的耐人工胃液、耐膽鹽、降膽固醇及抑菌能力;張娜[38]等人對小鼠喂食不同劑量降膽固醇乳酸菌的發酵香腸研究中,結果發現各劑量組發酵香腸對小鼠體重增加具有抑制作用,高劑量組最明顯,同時三個劑量組均可顯著抑制AI值升高和AAI值降低,其中高劑量組效果最顯著。這說明發酵香腸具有一定的調節血脂和降低心血管疾病易患程度的功效;另外,也有研究者把益生菌發酵用于調理肉制品當中,發現產品在發酵過程中,pH明顯降低,亞硝酸鹽及TVBN含量也顯著低于對照組。利用益生型肉品發酵劑來生產發酵肉制品,不僅有效保質,同時也可以改善風味、賦予良好品質和保健功能。

4 功能性發酵肉制品

功能性發酵肉制品是指具有特定保健功能、適宜于特定人群食用、具有改善和調節機體功能、不以治病為目的的肉類食品。近年來,由于人們越來越關注自身的健康,為此,對食品的生理功能性關注也越來越多,肉品發酵劑的篩選開始注重其功能性。因此生產高質量和具有保健功能的肉制品已成為科研研制與開發的新熱點。于海[39]等研究了中式傳統發酵香腸在加工及貯藏中脂肪氧化對其風味影響等問題,結果表明:經過不同方式處理的3組中式香腸氧化程度不同,并且研究出幾種能夠長期且有效保持香腸良好風味的抗氧化劑;王燚[40]等人在肉用乳酸菌和葡萄球菌發酵劑篩選的研究中,以抗氧化能力為指標,篩選到2株具有較強自由基清除能力的乳酸菌LS85和S21-4,經后續實驗證明,這兩株菌可用于肉品發酵劑來開發功能性肉制品;劉麗莉[41]等人從常用于食品發酵的微生物菌群中,篩選出6株降膽固醇能力較強的乳酸菌,實驗表明,將篩選到的乳酸菌用于鮮肉食品基質中,在不受任何添加劑的影響下,發現其具有較強的降膽固醇能力,降解率高達40.3%;嗜酸乳桿菌也是寄主人體腸道內的優勢乳桿菌種之一,具有治療腸道功能紊亂、降低膽固醇等作用,早在1998年,Arihare[42]等研究中,把嗜酸乳桿菌應用于香腸發酵生產中,并獲得了具有特定健康功能的肉制品;近年來,研究者研制的巴馬火麻香腸和臘腸等功能性肉制品,都具有調節人體機能,延緩人體衰老、預防疾病、增強體質等作用。

5 展望

隨著人類生活水平的提高,飲食健康問題逐漸成為全世界關注的焦點。那些檔次較高、風味獨特、易于加工及貯藏、且具有一定保健作用的新型產品也越來越受到人們的推崇和鐘愛。而發酵肉制品具有營養價值高、安全方便、保質期長等優點,并且在生產過程中接種的微生物,既降低了人們正常飲食中的能量、膽固醇的攝入,又對預防心血管疾病和維持腸道正常生理功能具有重要的保健作用。針對于發酵肉制品的市場需求和科學技術的進步,圍繞發酵肉制品的研究越來越受到重視,在以下幾個方面尤為迫切。一是運用微生物組學技術,深入研究發酵肉制品發酵過程中微生物的多樣性,并揭示不同微生物類群之間的相互作用;二是運用微生物代謝組學技術,研究特定肉品發酵劑微生物在肉品發酵過程中的代謝變化及其對原料肉基質生物轉化過程,揭示有益微生物對發酵肉品質形成的機制;三是運用氣相嗅聞技術及質譜技術,甄別發酵肉制品特征風味及其風味組分構成和產生途徑,為發酵肉制品品質控制提供科學依據;四是發酵肉制品與健康關系的研究,發酵肉制品因為經過微生物的深刻轉化,原料基質成分發生了變化,揭示其營養特性、消費與健康的關系,對指導我國發酵肉制品的消費意義重大;五是在加工技術方面要開展高效低鹽可控發酵,利用現有資源,開發具有調節機體功能、提高免疫力、增強體質的功能性發酵肉制品。有理由相信,發酵肉類食品將逐漸成為21世紀新型肉制品,在國家創新戰略的引領下,發酵肉制品研究又掀起了一股新的高潮,我們堅信我國發酵肉制品產業的未來必將取得新的輝煌。

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Review of the common beneficial microorganisms of fermented meat and its functions

TAN Ya,HUANG Qing,CAO Xi,LI Zong-jun*

(Hunan agricultural university,Changsha 410128,China)

Thecommonusefulmicrobesincludesomespeciesofbacteria,fungiandyeaststrainsinfermentedmeat,particularlyincludingmostlacticacidbacteria.Beneficialmicroorganismsleadtomicrobiologicalandbiochemicalchangesofprotein,fatandothercomponentofmeatduringthefermentationprocess,andthenaffectingmeatquality,flavourandtexturecharacteristics.Thearticlemainlysummarizedtheresearchachievementsoffermentedmeatproductsinchinaandthefuturedevelopmentoffermentedmeatproductswasdiscussed.

fermentedmeat;beneficialmicroorganisms;nutrition;functional

2016-04-27

譚雅(1990-)女，碩士研究生，研究方向：食品生物技術，E-mail：380099304@qq.com。

*通訊作者:李宗軍(1967-)，男，博士，教授，研究方向：食品生物技術，E-mail：hnlizongjun@163.com。

公益性行業(農業)科研專項(201303082)。

TS251.5

A

1002-0306(2016)21-0388-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.067