乳酸菌在發酵魚制品加工中的應用研究概述

胡錦鵬，吳曼鈴，時瑞，陳麗嬌，梁鵬，程文健

(福建農林大學 食品科學學院，福建 福州，350002)

乳酸菌(lactic acid bacteria, LAB)是可以發酵乳糖或葡萄糖產生乳酸的一類革蘭氏陽性球菌或桿菌，厭氧或兼性厭氧并且無芽孢[1]。代謝產物乳酸是世界上公認的三大有機酸之一，在食品、醫藥等工業有廣泛的應用[2]。乳酸菌具有重要生理功能，是人體內不可或缺的微生物。乳酸菌可以存在于人和各種動物的消化道及其他器官內，大部分乳酸菌對人體無毒、無害，且其代謝活動可以改良食品風味，提高食品的貯藏性及調節機體胃腸道正常菌群。

自然發酵魚制品的歷史十分悠久，新鮮魚通過微生物或酶的作用經歷了令人滿意的生化變化,其中乳酸菌發揮了重要作用，包括碳水化合物分解代謝引起的酸化、肌原纖維和肌漿蛋白的凝膠化以及蛋白質和脂質的降解。酸化會產生一些抗菌物質，從而降低污染風險，延長保質期。肌肉蛋白質的凝膠化會改變最終產品的風味、彈性和硬度[3]。自然發酵存在發酵周期長、安全性低、產品質量差以及包裝等商業化程度不高等問題，不利于發酵魚制品的產業化[4]。因此, 深入系統地研究發酵魚制品, 可實現發酵技術在魚制品行業中的產業化、規模化[5]。接種發酵是一種新型的魚類食品加工方法，不同于自然發酵，它主要通過改變食鹽用量和溫度從而改變制品中微生物的組成，接種發酵選用優良發酵劑對魚肉進行接種, 可延長室溫下的保藏時間并產生良好的風味[6]。隨著消費者對于品類、營養及口味等的要求不斷提高，研究乳酸菌在魚發酵制品加工中的應用，如何利用乳酸菌發酵改善魚制品風味及口感，可以更好地順應市場需求。本文介紹了乳酸菌的分類及生物學功能，乳酸菌發酵對發酵魚制品的保藏與品質的影響，對比傳統發酵與人工接種發酵魚制品并對此提出展望。

1 乳酸菌的分類及生物學功能

1.1 乳酸菌的分類

乳酸菌廣泛存在于自然界中，具有豐富的物種多樣性。目前已知的乳酸菌有43個屬，包括373個種和亞種[7]。

從細菌分類學上，可將自然界中已知的乳酸菌區分為：乳桿菌屬、雙歧桿菌屬、鏈球菌屬、明串珠球菌、片球菌屬等[8]。根據乳酸發酵的生化機制，可分為2大類型：同型乳酸發酵和異型乳酸發酵[9]。同型乳酸發酵的產物中，只有乳酸或乳酸占比80%以上；異型乳酸發酵除了產生乳酸之外，還有乙酸、乙醇以及二氧化碳等代謝產物。

1.2 乳酸菌的生物學功能

乳酸菌形態具有多樣化性，可為短桿狀、長桿狀或者圓形。乳酸菌沒有芽孢，大多不會運動。乳酸菌屬于厭氧菌，但能夠在空氣或氧氣下生長，具有耐氧性[10]。

乳酸菌的生長離不開輔助因子，大多數情況下需要某些維生素(硫胺素、核黃素、煙酸、葉酸、泛酸、生物素)、嘧啶、嘌呤和氨基酸，且乳酸菌能夠利用大多數微生物所不能利用的乳糖[11]。乳酸菌自身具有強抗酸能力，其發酵過程中會大量產生乳酸，導致pH迅速降低，從而抑制甚至殺死多種不耐酸細菌的生長。乳酸菌對腸道菌群的平衡起著重要作用，可以對其他微生物產生拮抗作用，通過產生的有機酸、揮發性脂肪酸、乳酸等降低pH值，抑制外來菌種的生長。乳酸菌可以通過在腸道內的繁殖促進腸道蠕動，加速致癌物質排除體內，其代謝產物具有抗菌性。

2 乳酸菌發酵魚制品的保藏機理

使用乳酸菌發酵魚制品，可以很好的延長其貯藏時間。在發酵前加入食鹽等輔料，利用鹽、糖這些親水化合物與水分子的結合減少有效水分，以抑制微生物的生長繁殖。乳酸菌在合適條件下迅速繁殖成為優勢菌，消耗碳源，對其他微生物形成競爭抑制作用，同時，由于乳酸菌在發酵過程中會產生大量乳酸，導致pH迅速降低，抑制其他微生物生長。

某些乳酸菌在發酵過程中可以產生H2O2、乳鏈球菌素(Nisin)等抗性物質。Nisin是一種天然的陽離子和疏水肽，由特定的乳酸乳球菌菌株產生[12]。作為應用最廣泛的細菌素，已被食品藥品監督管理局認定為安全添加劑。它對多種革蘭氏陽性菌具有顯著的抗菌活性，對革蘭氏陰性菌的作用有限[13]。它的有效性、溶解性和穩定性往往受到環境因素的影響，如pH值、溫度、組成、結構和食物的天然微生物群[14]。利用上述各因素與Nisin 處理，對部分革蘭氏陰性菌有抗菌作用。

當今水產需求量大，養殖魚類占比越來越高，飼養過程中大量喂養飼料，使魚體生長迅速，且活動空間小，導致脂肪含量高，脂肪的酸敗氧化可能會影響魚制品的貯藏性。相關研究發現，乳酸菌具有良好的抗脂質氧化活性，可以有效抑制脂質酸敗。王悅齊等[15]研究了混合3種發酵劑發酵帶魚的脂質抗氧化活性，發現乳酸菌可以明顯抑制不飽和脂肪酸的氧化。目前，對于發酵體系中乳酸菌對脂肪酸的抗氧化機制尚不明確，需進一步探究。

3 乳酸菌發酵對發酵魚制品品質的影響

3.1 氣味

乳酸菌發酵對于魚制品的氣味影響分為兩個方面，減少或消除魚制品本身的腥味和增添乳酸菌發酵產生酵香氣味。

魚肉中腥味物質的成分比較復雜，主要是揮發性物質, 如醇、酮、烴、醛、萘、呋喃、硫醚、萜烯衍生物等。從形成機理分析[16]：萜烯衍生物會導致魚肉以及水體產生不良氣味，具有較強的土腥味，主要由某些種類的藍藻和放線菌代謝產生；魚死后，在內源性酶或厭氧微生物的作用下，魚肉中的氧化三甲胺分解并形成脂肪族胺的衍生物，如三甲胺和二甲胺，這類物質也是魚肉腥味的來源之一；各種蛋白質被分解成氨基酸和含有硫、氮的肽，在酶的催化作用下產生δ-氨基戊醛、δ-氨基戊酸和六羥基吡啶等腥味化合物；此外，脂肪酸的氧化也會產生腥味。魚肉中高含量的不飽和脂肪酸容易引起自動氧化或酶促反應，產生的氫過氧化物分解成醛、酮、酸等小分子揮發性物質，這些物質也具有腥味。微生物脫腥是通過小分子腥味物質參與微生物的新陳代謝過程，轉化為無腥味的物質，或是通過微生物酶作用修飾其分子結構，使其轉變成無腥味的成分，從而達到脫腥的目的[17]。

乳酸菌發酵產生酵香氣味主要是3個途徑：碳水化合物分解、脂肪氧化以及蛋白質降解。乳酸菌可以利用碳水化合物產生乳酸、檸檬酸、蘋果酸等, 通過參與氨基酸代謝產生醋酸、丙酸、丁酸、戊酸等有機酸, 這些有機酸不僅本身呈味, 還可以與醇類反應生成酯類, 構成食品中的芳香成分[18]；在蛋白質代謝中, 乳酸菌通過與蛋白酶和肽酶作用, 產生大量的多肽和氨基酸；在脂肪代謝中, 乳酸菌通過代謝降解脂肪酸, 同時產生酪酸、乙酸、丁酸、辛酸等短鏈脂肪酸[19]。裘迪紅等[20]利用電子鼻、頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用技術研究了植物乳桿菌發酵草魚過程中的揮發性成分變化規律，在發酵過程中，腥味不斷減弱，部分風味物質被檢測出。

3.2 組織結構

乳酸菌發酵魚制品，賦予食品良好的質構及感官特性，可以很好改善魚肉緊實度。發酵魚肉形成凝膠的關鍵機理是，隨著發酵時間增加，pH值不斷下降，蛋白質發生變性聚集，使水溶性蛋白和鹽溶性蛋白含量不斷下降，不溶性蛋白逐漸增加，凝膠強度和彈性率增強[21]。

目前在魚制品中關于乳酸菌發酵的凝膠強度的研究，主要集應用于魚糜制品。陳曉倩等[22]研究表明, 乳酸菌發酵秘魯魷魚糜的過程中, 離子鍵逐漸減少, 氫鍵作用在30h達到最大值，疏水相互作用則在36 h達到最大值, 在發酵24～36 h的時間段, 魚糜凝膠特性最好。許艷順[23]以戊糖片球菌為發酵劑,采用23 ℃發酵魚糜48 h后，形成了致密均勻的三維凝膠網絡結構,凝膠強度高達1 242.4 g·cm。朱雯娟[24]研究對比得出，混合菌株發酵的魚制品的感官得分最高,有效改善了魚肉的質構和口感，明顯增加了改善魚肉的彈性、咀嚼性。WANG等[25]研究發現在一定范圍內，隨著鹽濃度的增加和浸泡時間的延長，產品的硬度、黏性和咀嚼性逐漸提高，從而增加產品口感。在發酵魚制品的過程中，肌肉蛋白質的凝膠化改變了成品的彈性、凝膠強度和硬度。發酵過程中的魚肉凝膠變化，也伴隨著極其復雜的生化變化和微生物學變化，該過程中魚肉蛋白的結構變化以及作用力分析，還需進一步的系統研究。

3.3 味道

發酵魚制品中的味道主要來源于加入的食鹽等輔料和乳酸菌發酵過程中產生的乳酸。林城杏[26]研究發現，發酵酸魚有著獨特的咸香酸味，pH值4.5左右時，酸魚的味道最適口，在制作時添加甜酒釀，可以賦予其香甜和豐富獨特的風味，使其更易于被大眾所接受。發酵魚制品魚露保留了水產品特有的味道，主要通過氨基酸和多肽呈味，具有鮮味和咸味。長時間發酵后會出現酸度，難以被消費者接受。為防止咸味酸味過重，控制鹽濃度、腌制時間和溫度等因素，可以使產品的組織質量更好，形成更好的味道口感。

3.4 顏色

于美娟等[27]在經過傳統計數培養后進行高通量測序，得出4種發酵魚制品中，乳酸菌類、葡萄球菌是主要優勢有益菌。乳酸菌通過發酵作用產生乳酸，葡萄球菌在酸性條件下分泌的硝酸鹽還原酶還原硝酸鹽形成亞硝酸鹽，乳酸和亞硝酸鹽反應產生NO,再與肌紅蛋白反應生成亞硝基肌紅蛋白，使得魚肉制品表面色澤明亮。此外，魚制品中乳酸菌產生H2O2，葡萄球菌通過產生氫氧化酶去除H2O2，防止氧化作用下產生的高鐵肌紅蛋白和膽綠素使發酵肉制品呈灰褐色，以保持產品顏色的穩定性。保證發酵魚肉制品色澤鮮亮，顏色均勻，有利于發酵魚制品在消費者群體中有更好的接受度。

4 自然發酵與人工接種發酵魚制品

4.1 傳統自然發酵魚制品

表1列舉了國內外學者研究的部分常見的自然發酵魚制品，其優勢菌各不相同。因存在地域差異，其具體工藝各不相同。在云南、貴州及四川等地，以米飯等作為輔料，發酵1～2個月，未經脫水而制成酸魚。江浙區域，糟魚以酒糟為輔料，賦予其酒香味，在腌魚后進行密封發酵約1個月，其優勢菌主要是植物乳桿菌、發酵乳桿菌、戊糖乳桿菌。安徽徽州地區的臭鱖魚，以新鮮鱖魚為原料，添加香辛料及少量鹽，低溫短期腌制發酵而成，魚肉鮮嫩，散發出淡臭味。潮汕地區的魚露，則是在高鹽體系中，利用微生物發酵結合內源酶，釀造成清澈透明的調味品。東南亞地區也有類似的發酵魚制品被認可與食用。泰國、印度尼西亞等東南亞地區國家的魚露、魚醬等魚制品調味料是由新鮮魚肉經過高鹽度的腌制發酵至魚肉液化的發酵產品。在日本，用米糠腌制魚和魚苗，深受消費者歡迎。冰島對綠鰭鯊進行發酵和干燥兩個過程，發酵可能需要3～6周，干燥可能需要幾周或數月不等。

表1 常見自然發酵魚制品Table 1 Common productions of naturally fermented fish

這些自然魚制品具有很強的地方特色，深受當地消費者的喜愛，但仍存在很多問題需要改善。傳統的發酵魚制品生產周期較長，大多限制在秋冬季節，產品難以商業化，阻礙了發酵魚制品的產業化，且傳統自然發酵魚制品主要采用手工操作、高鹽度自然發酵加工而成、發酵條件難以控制，因此存在質量穩定性差、安全性低等問題[36]。

4.2 人工接種發酵魚制品

隨著現代發酵技術的深入研究，現代發酵技術在魚肉類中的應用已得到廣泛關注。目前國內外有不少學者從傳統發酵魚制品中分離鑒定出優勢發酵菌種，進一步探究其發酵特性。選取優良發酵特性的乳酸菌種接種到魚制品中，提高了食品安全性，明顯縮短了加工時間，并改善了產品的感官性能[55]。RIEBROY等[37]發現將乳酸菌接種于Som-fug后，不僅縮短了發酵時間，而且增加了產品硬度、膠粘性。張瀟等[38]對比自然和接種發酵件對鲊魚生物安全性的影響，發現接種發酵對鲊魚中有害菌的抑菌效果明顯好于自然發酵(P<0.01)，并能更有效控制生物胺的積累，差異極顯著(P<0.01)。周長艷等[39]從傳統臘魚中分離優勢菌并接種于腌制魚中，結果表明臘魚的香臘味得以保留，同時降低了咸度、揮發性鹽基氮以及過氧化值。

因此，從傳統自然發酵魚制品中分離鑒定優勢發酵乳酸菌種，研究其生物學功能及發酵特性，選育合適的乳酸菌單獨或組合接種到魚制品中，有利于縮短發酵周期、改善魚制品的安全理化指標和風味品質，促進發酵魚制品的商業化生產。同時，在發酵過程中，嚴控衛生條件和規范操作[40]，更易控制雜菌污染并降低生物胺的含量，以此保證發酵魚制品本身及生產過程的安全性。

5 展望

中國是發酵制品的生產和消費大國，水產消費量也在逐年增加，因此發酵魚制品具有龐大的消費需求和良好的市場前景。目前研究大多集中于乳酸菌種分離鑒定以及乳酸菌簡單組合的接種應用，乳酸菌及其代謝產物對發酵魚的質量影響的具體機制，以及如何提升發酵魚產品的營養價值和安全性有待進一步的研究。傳統發酵魚制品，發酵周期較長、含鹽量不均、產品質量不穩定、發酵條件難控制，因而制約了發酵魚制品的規模化、工業化生產。利用人工接種乳酸菌的方式具有周期短，高效安全、易操作性等優點。自然發酵魚制品的生產工藝具有多樣性，目前只有少數發酵魚制品被商業化。隨著消費者的需求多樣化、消費水平的提高，發酵魚制品的深加工開發，具有良好前景。