發酵肉制品中乳酸菌抗氧化作用及其對感官品質影響的研究進展

張 倩，張新斌，李君冉，胡煒東

（內蒙古農業大學職業技術學院，內蒙古包頭 014109）

發酵肉制品通常指以新鮮肉為原料，在自然條件下通過環境微生物發酵或人工添加發酵劑，在適宜的溫度條件下，經過發酵工藝制得的一類風味獨特、具有較長的貨架期的肉制品[1]。在發酵肉制品中，蛋白質和脂肪是最重要的營養物質，蛋白質由氨基酸組成，具有較高的分子量，是結構復雜的化合物。同時，在肉類發酵過程中也容易被降解或氧化，在發酵過程中，大量蛋白質被降解為肽及游離氨基酸，賦予產品良好的風味和營養價值[2]。一方面，隨著發酵時間的延長，蛋白質過度氧化可能會影響蛋白質的結構、疏水性和溶解度，導致較低的營養價值；另一方面，脂質氧化是影響發酵肉制品感官品質及安全性的主要原因。脂肪中的甘油三脂在經過水解后形成脂肪酸，脂肪酸的發生與氧化有利于風味前體等物質產物的形成，但在此期間也會形成大量的自由基等化學物質，從而導致脂質過度氧化，影響到肉制品的質量[3]。脂質過氧化過程中，過氧化物是肉制品變質的主要因素，具有比正常脂肪酸更高的極性，從而破壞了整體結構和功能，對組織產生有害影響，產生的醛類在動物體內易具有細胞毒性，抑制蛋白質功能。

1 抗氧化劑在發酵肉制品中的應用

基于氧化是變質的主要原因，會影響產品的新鮮度和安全性，導致消費者購買欲下降。因此，使用抗氧化劑是工業界發現的一種通過抑制氧化反應來保持新鮮食品特性的方法。肉制品最常用的合成抗氧化劑有亞硝酸鹽和硝酸鹽，根據國標（GB 2760）規定發酵肉制品亞硝酸鹽殘留量不得超過30 mg/kg，否則容易導致毒理學和致癌作用[4]。使用抗氧化劑是延緩發酵肉制品氧化的主要措施，但圍繞合成抗氧化劑的安全性和毒性的爭議促使工業界轉向使用植物抗氧化劑，如一些天然提取物、植物蛋白水解物和一些維生素類[5]。隨著一些功能性發酵劑的不斷興起，乳酸菌被認為是天然抗氧化劑而被用于發酵肉制品中，不僅增加了發酵肉制品的營養特性，還加強了其安全性。探討影響發酵肉制品氧化的因素及乳酸菌發酵劑對發酵肉制品的抗氧化作用，以及分析其對感官品質的影響，推廣乳酸菌的功能特性在發酵肉制品中的應用研究。

抗氧化劑在發酵肉制品中的應用見表1。

表1 抗氧化劑在發酵肉制品中的應用

2 發酵肉制品氧化的原因

2.1 脂質氧化

脂肪是肉制品中不可或缺的一部分，食品變質的一個原因是脂肪的過度氧化，脂肪過氧化會嚴重影響肉制品的感官品質。發酵肉制品中的脂質氧化是多不飽和脂肪酸與活性氧反應導致一系列次級反應的過程，這些次級反應進而導致脂質降解及氧化酸敗的發生，是肉制品產生良好的風味重要因素之一，同時也會減少肉的營養成分，導致肉的腐敗變質，影響其貯藏安全性[10]。脂質氧化可通過3 種主要途徑：自動氧化、酶促氧化和光氧化，其中自動氧化對于肉制品來說是最重要的脂質氧化過程，是一種連續的自由基鏈式反應，是指不飽和脂肪酸在輻照、金屬離子、水分等條件下進行氧化反應，反應生成新的自由基又與氧結合，繼續生成過氧自由基（ROO.），然后迅速與其他脂質或其他過氧自由基反應，生成非自由基化合物，這些化合物分解生成酮、醇、醛等次級分子物質導致異味產生與產品酸敗，嚴重影響產品貨架期。酶促氧化和光氧化機制僅在氫過氧化物形成的起始階段與自動氧化機制不同[11-13]。脂質氧化的程度可通過多種指標來檢測，如過氧化值和硫代巴比妥酸反應物質（TBA-RS）等，一般通過固相微萃取氣相色譜法（SP-ME-GC）和感官氧化檢測[14]。脂質氧化是一個不可避免的過程，所以在生產中應防止脂質過度氧化而不是阻止脂質氧化。

2.2 蛋白質氧化

發酵肉質品在加工、貯藏過程中容易受到各種空氣成分的影響促使肉質品發生氧化，一般對于脂肪氧化酸敗引起肉質品腐敗變質的說法較多，近年來越來越多研究者也對蛋白質氧化進行研究。蛋白質是肉制品中重要的組成部分，對肉制品的食用品質、營養特性起著重要的作用。蛋白質氧化是指由活性氧（ROS）和活性氮（RNS）直接誘導氧化反應的產生，在肉組織中，一些自由基物質會與氧化酶、氧化脂質、亞鐵血紅素等內源因子的作用下去奪取蛋白質中的氫原子并產生以C -為中心的蛋白質自由基來引發自由基介導蛋白質氧化，間接引起美拉德反應造成營養物質的損失，氧化過程中發生蛋白質的共價修飾，如氨基酸側鏈修飾、蛋白質肽鏈斷裂、蛋白質交聯、分子間相互作用導致蛋白質構象的改變[15-16]，影響蛋白質的二、三級結構。一方面，蛋白質氧化主要表現為自由基鏈式反應過程，幾乎所有氨基酸側鏈都可與自由基反應造成一定的氧化損傷；另一方面，蛋白質氧化也會因為脂質過氧化間接引起[17]，且蛋白質發生氧化的程度也會隨著脂肪發生氧化程度的增加而增加，進而威脅到肉制品的感官品質和安全性。因此，蛋白質氧化具有比脂質氧化更為復雜的過程，同時也會產生更復雜的氧化產物。

3 乳酸菌抗氧化作用

乳酸菌是一類可以利用發酵碳水化合物產生大量乳酸的細菌，革蘭氏染色陽性細菌。廣泛分布于各類發酵食品中的微生物，常見的有乳酸桿菌、乳酸球菌和乳酸鏈球菌等。乳酸菌因在發酵肉制品的風味、質構特性、色澤及安全性方面發揮重要作用，是一種提供多種功能的益生菌[18]。因此，近年來乳酸菌的抗氧化活性的機制逐漸被深入研究，研究表明，乳酸菌有5 種抗氧化機制，分別是抵抗氧脅迫作用、調控信號通路、清除自由基系統、螯合金屬離子和抑制脂質過氧化等[19]。

3.1 抵抗氧脅迫

在細胞內產生過多活性氧和自由基所引起的氧化還原反應中失衡現象叫作氧脅迫。發酵肉制品在發酵過程中會受到外界影響因子氧氣和食鹽及自身發酵產生的酸產生脅迫。乳酸菌為了應對環境中的氧化應激，會發揮自身的抗氧化系統來保護自身活力，菌體的抗氧化系統主要為抗氧化酶系，包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和一些抗氧化活性分子等去抵抗氧化脅迫[20]，從而減少發酵肉制品在食用過程中活性氧（ROS）的產生和積累。Lin M Y 等人[21]為了對抗氧化活性，通過對19 株乳酸菌（如嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌和長雙歧桿菌等）的菌株進行對比，發現所有菌株的胞內無細胞提取物均具有抗氧化活性且嗜酸乳桿菌E 表現出最高的羥基自由基清除能力，長雙歧桿菌B6具有最好的過氧化氫清除能力。Calderini E 等人[22]也表示嗜酸乳桿菌NCFM在抵抗氧脅迫過程中，半胱氨酸合成酶對蛋白質的穩定性很重要。

3.2 調控信號通路途徑

乳酸菌還可通過調控宿主體內多種信號通路來維持氧化還原的平衡，目前研究證實，乳酸菌調節宿主細胞Nrf2h，PKC 通路，誘導Ⅱ相解毒和抗氧化酶ARE 依賴的基因被認為是抵抗氧化防御機制之一[23]。還有研究表明，植物乳桿菌可通過激活Nrf2 信號通路提高小鼠肝臟超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低肝臟丙二醛含量[24]。Rheinallt M 等人[25]認為，Nrf2 通路是一個獨特的系統，乳酸桿菌接觸后酶促產生的ROS 通過激活Nrf2 響應的細胞保護基因對外源性損傷具有有益的作用，這些數據表明，外源物誘導的Nrf2 通路作為原核共生體和真核宿主之間的信號傳導途徑參與其中。

3.3 清除自由基

乳酸菌通過體內自由基清除系統，抑制自身細胞內產生過多自由基，從而影響機體過度氧化。自由基系統包括DPPH 自由基、羥自由基、超氧陰離子自由基和氧自由基等，也常作為發酵肉制品體外抗氧化檢測方法。Kanno T 等人[26]通過從182 株乳酸菌中篩選具有良好耐酸耐氧化的乳酸菌，研究發現5 株乳酸菌均具有清除DPPH 自由基的能力。而Shehata M等人[27]也通過多種抗氧化試驗（抗過氧化氫、清除DPPH 自由基、清除ABTS 自由基和清除羥自由基）來評估乳酸菌在胞內和胞外抗氧化效果，結果表明乳酸鏈球菌的細菌裂解液和無細胞上清液，具有良好的抗氧化能力。

3.4 螯合金屬離子

金屬離子螯合體系的特殊之處在于其不依靠抗氧化酶類Fe2+和銅離子（Cu2+）是自由基形成過程中的最普遍和最活躍的離子[28]。多項研究報道，乳酸菌控制自由基的數量主要通過螯合金屬離子實現，且能夠防止生成ROS，減少脂質發生氧化[29]。李權威等人[30]對24 株乳酸菌進行試驗測定，結果表明所測菌株均具有良好的抗氧化能力，特別是菌株TR13 的抗氧化能力較強，亞鐵離子螯合率高達55.85%，還原性和抗脂質過氧化性也很好，抗脂質過氧化率達到39.99%。解文利等人[31]通過對乳酸菌株的研究發現6 株乳酸菌在亞鐵離子螯合方面均具有一定的作用，其中對DPPH 自由基清除、亞鐵離子螯合能力和抗氧化活性達到了較高水平，特別是發酵上清液組的菌株SPC-3-1，SPC-1-3 和SPC-3-1。

3.5 抑制脂質過氧化

脂質過氧化反應是自由基攻擊細胞膜上的多聚不飽和脂肪酸而觸發脂質過氧化等一系列鏈式反應，通常脂質過氧化的最終產物是丙二醛[32]。在發酵肉制品中一般用硫代巴比妥酸（TBARS）和過氧化物值（POV）進行測定。Hüseyin Bozkurt 等人[33]研究發現，接種了乳酸菌的香腸在貯藏后期的硫代巴比妥酸活性物質值明顯低于未接種的香腸，說明它可抑制脂肪過度氧化的發生。B Q C A 等人[34]研究發現，哈爾濱香腸中的戊糖片球菌、彎曲乳桿菌及其他乳酸菌發酵劑可顯著提升哈爾濱干香腸的口感和風味，同時還可阻止脂肪的自動氧化，提升營養價值。

4 乳酸菌抗氧化作用對發酵肉制品感官品質的影響

4.1 對發酵肉制品風味的影響

發酵肉制品的感官品質是決定其食用價值的關鍵因素，也是消費者選擇的重要標準。脂肪及蛋白質氧化會使其產生特殊風味，過氧化則會產生異味，嚴重影響產品風味[35]。脂肪發生氧化是使不飽和脂肪酸發生氧化降解，生成揮發性的醛、酮、酸等羰基化合物，是產生肉香味主要因素，羰基脂肪酸又經水解、脫水、環化之后生成內酯化合物，酯化合物經加熱釋放出揮發性物質，綜合產生良好的肉香味，其化合物的種類和相應數目決定了產品風味的好壞[36]。但這些化合物極不穩定，分解速度快，產生大量的次級化合物，導致肉品出現異味[37]。乳酸菌具有促進游離氨基酸產生的能力，會代謝產生各種與蛋白相關的酶類，在發酵肉制品加工中主要通過自身抗氧化作用影響發酵肉制品的品質。研究表明，清酒乳桿菌、彎曲乳桿菌等乳酸桿菌由于其具有抗氧化能力的酶及細胞分泌物等，會抑制蛋白質和脂質的過氧化，降低引起酸敗的次級化合物含量，減緩肉制品的腐敗，有效改善發酵肉制品的風味[38]。另外，乳酸菌能夠抑制發酵肉制品中脂質的自動氧化，降低脂質自氧化產物己醛、辛醛、壬醛等的含量，抑制脂質的過度氧化[39]。Chen Q 等人[40]從哈爾濱干香腸中分離出4 株乳酸菌，利用戊糖片球菌進行體外抗氧化活性，經體外試驗結果表明，戊糖片球菌具有抗過氧化氫（H2O2）能力、羥基自由基和DPPH 自由基清除能力、最高的還原力和最強的抑制脂質過氧化能力，在發酵香腸風味物質的復雜性中起作用。BLMA 等人[41]以自然發酵處理的組作為對照，研究了具有抗氧化特性的植物乳桿菌在抑制中式香腸脂質和蛋白質氧化，維持蛋白質天然結構的穩定，同時改善香腸品質，促進香腸形成更好的風味方面具有良好的應用前景。因此，調控發酵肉制品中蛋白質和脂質的氧化是改善風味的重要途徑。

4.2 對發酵肉制品色澤的影響

色澤是影響消費者購買肉制品的主觀因素之一，因此肉制品良好的色澤有利于產品的銷售。蛋白質和脂肪氧化對肉類及肉制品質量影響最大的是顏色變化。一般為肌紅蛋白與含有鐵分子的非蛋白基相連，這種色素的顏色變化取決于血紅素中鐵的氧化狀態，在高氧濃度存在下，變成了鮮紅色，成了氧肌紅蛋白，鐵離子被還原[42]。同時，脂質氧化產生的自由基也會引起肌紅蛋白的氧化使得肉色變差。一般在發酵肉制品中加入亞硝酸鹽來改善肉制品顏色的變化，而乳酸菌可以促進亞硝酸鹽轉變為亞硝酸，抑制致癌物亞硝胺的形成，與此同時乳酸菌自身也可保持香腸的色澤。有研究表明，發酵乳桿菌在不存在硝酸鹽和亞硝酸的情況下可以將高鐵肌紅蛋白轉化為亞硝基肌紅蛋白，具有替代亞硝酸賦予發酵肉制品良好色澤的能力，在發色的同時也抑制了肉制品中有害微生物繁殖，起到抑菌作用[43]。黃露等人[44]在發酵香腸中添加了戊糖片球菌、產生過氧化氫酶的肉糖葡萄球菌和酵母菌，發現其抗氧化性能夠有效降低肉制品的POV 和YBAV，有效阻止脂肪的氧化，同時保持了香腸的色澤。乳酸菌的酸性具有促進亞硝酸鹽降解的作用，李婧等人[45]以清酒乳桿菌為發酵劑制作發酵香腸，測定香腸發酵過程中亞硝酸鹽殘留量發現，清酒乳桿菌的發酵香腸中亞硝酸鹽含量顯著低于自然發酵香腸（p＜0.05）。因此，顏色是最能影響消費者購買欲望的因素，氧化反應會影響肉制品的銷售，增加了產品被拒絕的可能性。

4.3 對發酵肉制品質構的影響

質構是評價發酵肉制品的重要依據，蛋白質的氧化是影響發酵肉制品持水性的一個重要因素，肉制品的硬度、咀嚼度和嫩度絕大多數受到蛋白質和脂肪的影響。蛋白氧化導致蛋白質二、三級結構被破壞，引起的三級結構變化會導致蛋白結構展開、表面疏水性增加，導致蛋白質變性。另外，蛋白氧化更易發生熱變性和溶解度變差，并發現蛋白羰基在結構和生化變化中起到相當重要的作用，從而會改變肉制品的凝膠和保水特性，影響肉制品結構功能[46]。此外，有研究表明脂肪含量對質構輪廓有很大影響，脂肪含量越低，硬度越大，因此咀嚼性和膠黏性越大。乳酸菌作為抗氧化劑在改善發酵肉制品質構方面得到多數人認可，有研究表明，乳酸菌的摻入可延緩脂質氧化，在4 ℃條件下貯藏10 d，接種植物乳桿菌的牛肉顯示出對蛋白質和脂質氧化穩定性的保護作用，改善質構參數，延長產品的貨架期。王燚[47]為了改善發酵羊肉香腸品質通過對四川傳統腌制臘肉中的有益菌進行篩選，發現戊糖乳桿菌和株松鼠葡萄球菌具有較強抗氧化能力。研究表明，隨著香腸的不斷成熟，其咀嚼度和回復性有所增加，香腸的內部結構更加細致。

以上研究表明，蛋白質和脂肪氧化對發酵肉制品品質有很大的影響，適度的氧化促進風味、顏色和質構的形成，但在加工貯藏過程中由于內在和外在因素的影響或是發酵貯藏時間的延長會發生過度氧化，對發酵肉制品品質和風味造成一定影響。乳酸菌發酵劑不僅能夠促進發酵改善品質，而且能夠抑制肉制品氧化，滿足消費者口味需求，還能夠保證食品的安全，為消費者帶來更多健康選擇。

5 結語

隨著技術的不斷更新，發酵肉制品成為我國肉類產業的研究重點，因此生產企業及消費者對肉制品品質的關注度逐漸提高。蛋白質脂肪氧化是發酵肉制品不可避免的，但過度的氧化就會導致肉制品持水性下降、色澤變暗、品質劣變等問題，影響發酵肉制品貨架期。因此，控制好發酵肉制品在發酵貯藏過程中的氧化對肉品質來說至關重要。抗氧化劑成為了生產企業的首選，而乳酸菌自身具有的抗氧化特性逐漸被人們發現，所以篩選具有高抗氧化活性的乳酸菌仍是現階段所需要研究的內容，對提高發酵肉制品品質具有重要意義。

目前，僅有研究者對乳酸菌抗氧化機制進行研究，面對不同種屬的乳酸菌的抗氧化機制及抗氧化能力還未明確提出，在今后的研究中還需要繼續探究，還可采用基因調控手段增強乳酸菌抗氧化能力對發酵肉品質的影響，達到乳酸菌抗氧化對不同發酵肉制品品質的精準調控。