发酵肉制品中乳酸菌抗氧化作用及其对感官品质影响的研究进展

张 倩，张新斌，李君冉，胡炜东

（内蒙古农业大学职业技术学院，内蒙古包头 014109）

发酵肉制品通常指以新鲜肉为原料，在自然条件下通过环境微生物发酵或人工添加发酵剂，在适宜的温度条件下，经过发酵工艺制得的一类风味独特、具有较长的货架期的肉制品[1]。在发酵肉制品中，蛋白质和脂肪是最重要的营养物质，蛋白质由氨基酸组成，具有较高的分子量，是结构复杂的化合物。同时，在肉类发酵过程中也容易被降解或氧化，在发酵过程中，大量蛋白质被降解为肽及游离氨基酸，赋予产品良好的风味和营养价值[2]。一方面，随着发酵时间的延长，蛋白质过度氧化可能会影响蛋白质的结构、疏水性和溶解度，导致较低的营养价值；另一方面，脂质氧化是影响发酵肉制品感官品质及安全性的主要原因。脂肪中的甘油三脂在经过水解后形成脂肪酸，脂肪酸的发生与氧化有利于风味前体等物质产物的形成，但在此期间也会形成大量的自由基等化学物质，从而导致脂质过度氧化，影响到肉制品的质量[3]。脂质过氧化过程中，过氧化物是肉制品变质的主要因素，具有比正常脂肪酸更高的极性，从而破坏了整体结构和功能，对组织产生有害影响，产生的醛类在动物体内易具有细胞毒性，抑制蛋白质功能。

1 抗氧化剂在发酵肉制品中的应用

基于氧化是变质的主要原因，会影响产品的新鲜度和安全性，导致消费者购买欲下降。因此，使用抗氧化剂是工业界发现的一种通过抑制氧化反应来保持新鲜食品特性的方法。肉制品最常用的合成抗氧化剂有亚硝酸盐和硝酸盐，根据国标（GB 2760）规定发酵肉制品亚硝酸盐残留量不得超过30 mg/kg，否则容易导致毒理学和致癌作用[4]。使用抗氧化剂是延缓发酵肉制品氧化的主要措施，但围绕合成抗氧化剂的安全性和毒性的争议促使工业界转向使用植物抗氧化剂，如一些天然提取物、植物蛋白水解物和一些维生素类[5]。随着一些功能性发酵剂的不断兴起，乳酸菌被认为是天然抗氧化剂而被用于发酵肉制品中，不仅增加了发酵肉制品的营养特性，还加强了其安全性。探讨影响发酵肉制品氧化的因素及乳酸菌发酵剂对发酵肉制品的抗氧化作用，以及分析其对感官品质的影响，推广乳酸菌的功能特性在发酵肉制品中的应用研究。

抗氧化剂在发酵肉制品中的应用见表1。

表1 抗氧化剂在发酵肉制品中的应用

2 发酵肉制品氧化的原因

2.1 脂质氧化

脂肪是肉制品中不可或缺的一部分，食品变质的一个原因是脂肪的过度氧化，脂肪过氧化会严重影响肉制品的感官品质。发酵肉制品中的脂质氧化是多不饱和脂肪酸与活性氧反应导致一系列次级反应的过程，这些次级反应进而导致脂质降解及氧化酸败的发生，是肉制品产生良好的风味重要因素之一，同时也会减少肉的营养成分，导致肉的腐败变质，影响其贮藏安全性[10]。脂质氧化可通过3 种主要途径：自动氧化、酶促氧化和光氧化，其中自动氧化对于肉制品来说是最重要的脂质氧化过程，是一种连续的自由基链式反应，是指不饱和脂肪酸在辐照、金属离子、水分等条件下进行氧化反应，反应生成新的自由基又与氧结合，继续生成过氧自由基（ROO.），然后迅速与其他脂质或其他过氧自由基反应，生成非自由基化合物，这些化合物分解生成酮、醇、醛等次级分子物质导致异味产生与产品酸败，严重影响产品货架期。酶促氧化和光氧化机制仅在氢过氧化物形成的起始阶段与自动氧化机制不同[11-13]。脂质氧化的程度可通过多种指标来检测，如过氧化值和硫代巴比妥酸反应物质（TBA-RS）等，一般通过固相微萃取气相色谱法（SP-ME-GC）和感官氧化检测[14]。脂质氧化是一个不可避免的过程，所以在生产中应防止脂质过度氧化而不是阻止脂质氧化。

2.2 蛋白质氧化

发酵肉质品在加工、贮藏过程中容易受到各种空气成分的影响促使肉质品发生氧化，一般对于脂肪氧化酸败引起肉质品腐败变质的说法较多，近年来越来越多研究者也对蛋白质氧化进行研究。蛋白质是肉制品中重要的组成部分，对肉制品的食用品质、营养特性起着重要的作用。蛋白质氧化是指由活性氧（ROS）和活性氮（RNS）直接诱导氧化反应的产生，在肉组织中，一些自由基物质会与氧化酶、氧化脂质、亚铁血红素等内源因子的作用下去夺取蛋白质中的氢原子并产生以C -为中心的蛋白质自由基来引发自由基介导蛋白质氧化，间接引起美拉德反应造成营养物质的损失，氧化过程中发生蛋白质的共价修饰，如氨基酸侧链修饰、蛋白质肽链断裂、蛋白质交联、分子间相互作用导致蛋白质构象的改变[15-16]，影响蛋白质的二、三级结构。一方面，蛋白质氧化主要表现为自由基链式反应过程，几乎所有氨基酸侧链都可与自由基反应造成一定的氧化损伤；另一方面，蛋白质氧化也会因为脂质过氧化间接引起[17]，且蛋白质发生氧化的程度也会随着脂肪发生氧化程度的增加而增加，进而威胁到肉制品的感官品质和安全性。因此，蛋白质氧化具有比脂质氧化更为复杂的过程，同时也会产生更复杂的氧化产物。

3 乳酸菌抗氧化作用

乳酸菌是一类可以利用发酵碳水化合物产生大量乳酸的细菌，革兰氏染色阳性细菌。广泛分布于各类发酵食品中的微生物，常见的有乳酸杆菌、乳酸球菌和乳酸链球菌等。乳酸菌因在发酵肉制品的风味、质构特性、色泽及安全性方面发挥重要作用，是一种提供多种功能的益生菌[18]。因此，近年来乳酸菌的抗氧化活性的机制逐渐被深入研究，研究表明，乳酸菌有5 种抗氧化机制，分别是抵抗氧胁迫作用、调控信号通路、清除自由基系统、螯合金属离子和抑制脂质过氧化等[19]。

3.1 抵抗氧胁迫

在细胞内产生过多活性氧和自由基所引起的氧化还原反应中失衡现象叫作氧胁迫。发酵肉制品在发酵过程中会受到外界影响因子氧气和食盐及自身发酵产生的酸产生胁迫。乳酸菌为了应对环境中的氧化应激，会发挥自身的抗氧化系统来保护自身活力，菌体的抗氧化系统主要为抗氧化酶系，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和一些抗氧化活性分子等去抵抗氧化胁迫[20]，从而减少发酵肉制品在食用过程中活性氧（ROS）的产生和积累。Lin M Y 等人[21]为了对抗氧化活性，通过对19 株乳酸菌（如嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌和长双歧杆菌等）的菌株进行对比，发现所有菌株的胞内无细胞提取物均具有抗氧化活性且嗜酸乳杆菌E 表现出最高的羟基自由基清除能力，长双歧杆菌B6具有最好的过氧化氢清除能力。Calderini E 等人[22]也表示嗜酸乳杆菌NCFM在抵抗氧胁迫过程中，半胱氨酸合成酶对蛋白质的稳定性很重要。

3.2 调控信号通路途径

乳酸菌还可通过调控宿主体内多种信号通路来维持氧化还原的平衡，目前研究证实，乳酸菌调节宿主细胞Nrf2h，PKC 通路，诱导Ⅱ相解毒和抗氧化酶ARE 依赖的基因被认为是抵抗氧化防御机制之一[23]。还有研究表明，植物乳杆菌可通过激活Nrf2 信号通路提高小鼠肝脏超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低肝脏丙二醛含量[24]。Rheinallt M 等人[25]认为，Nrf2 通路是一个独特的系统，乳酸杆菌接触后酶促产生的ROS 通过激活Nrf2 响应的细胞保护基因对外源性损伤具有有益的作用，这些数据表明，外源物诱导的Nrf2 通路作为原核共生体和真核宿主之间的信号传导途径参与其中。

3.3 清除自由基

乳酸菌通过体内自由基清除系统，抑制自身细胞内产生过多自由基，从而影响机体过度氧化。自由基系统包括DPPH 自由基、羟自由基、超氧阴离子自由基和氧自由基等，也常作为发酵肉制品体外抗氧化检测方法。Kanno T 等人[26]通过从182 株乳酸菌中筛选具有良好耐酸耐氧化的乳酸菌，研究发现5 株乳酸菌均具有清除DPPH 自由基的能力。而Shehata M等人[27]也通过多种抗氧化试验（抗过氧化氢、清除DPPH 自由基、清除ABTS 自由基和清除羟自由基）来评估乳酸菌在胞内和胞外抗氧化效果，结果表明乳酸链球菌的细菌裂解液和无细胞上清液，具有良好的抗氧化能力。

3.4 螯合金属离子

金属离子螯合体系的特殊之处在于其不依靠抗氧化酶类Fe2+和铜离子（Cu2+）是自由基形成过程中的最普遍和最活跃的离子[28]。多项研究报道，乳酸菌控制自由基的数量主要通过螯合金属离子实现，且能够防止生成ROS，减少脂质发生氧化[29]。李权威等人[30]对24 株乳酸菌进行试验测定，结果表明所测菌株均具有良好的抗氧化能力，特别是菌株TR13 的抗氧化能力较强，亚铁离子螯合率高达55.85%，还原性和抗脂质过氧化性也很好，抗脂质过氧化率达到39.99%。解文利等人[31]通过对乳酸菌株的研究发现6 株乳酸菌在亚铁离子螯合方面均具有一定的作用，其中对DPPH 自由基清除、亚铁离子螯合能力和抗氧化活性达到了较高水平，特别是发酵上清液组的菌株SPC-3-1，SPC-1-3 和SPC-3-1。

3.5 抑制脂质过氧化

脂质过氧化反应是自由基攻击细胞膜上的多聚不饱和脂肪酸而触发脂质过氧化等一系列链式反应，通常脂质过氧化的最终产物是丙二醛[32]。在发酵肉制品中一般用硫代巴比妥酸（TBARS）和过氧化物值（POV）进行测定。Hüseyin Bozkurt 等人[33]研究发现，接种了乳酸菌的香肠在贮藏后期的硫代巴比妥酸活性物质值明显低于未接种的香肠，说明它可抑制脂肪过度氧化的发生。B Q C A 等人[34]研究发现，哈尔滨香肠中的戊糖片球菌、弯曲乳杆菌及其他乳酸菌发酵剂可显著提升哈尔滨干香肠的口感和风味，同时还可阻止脂肪的自动氧化，提升营养价值。

4 乳酸菌抗氧化作用对发酵肉制品感官品质的影响

4.1 对发酵肉制品风味的影响

发酵肉制品的感官品质是决定其食用价值的关键因素，也是消费者选择的重要标准。脂肪及蛋白质氧化会使其产生特殊风味，过氧化则会产生异味，严重影响产品风味[35]。脂肪发生氧化是使不饱和脂肪酸发生氧化降解，生成挥发性的醛、酮、酸等羰基化合物，是产生肉香味主要因素，羰基脂肪酸又经水解、脱水、环化之后生成内酯化合物，酯化合物经加热释放出挥发性物质，综合产生良好的肉香味，其化合物的种类和相应数目决定了产品风味的好坏[36]。但这些化合物极不稳定，分解速度快，产生大量的次级化合物，导致肉品出现异味[37]。乳酸菌具有促进游离氨基酸产生的能力，会代谢产生各种与蛋白相关的酶类，在发酵肉制品加工中主要通过自身抗氧化作用影响发酵肉制品的品质。研究表明，清酒乳杆菌、弯曲乳杆菌等乳酸杆菌由于其具有抗氧化能力的酶及细胞分泌物等，会抑制蛋白质和脂质的过氧化，降低引起酸败的次级化合物含量，减缓肉制品的腐败，有效改善发酵肉制品的风味[38]。另外，乳酸菌能够抑制发酵肉制品中脂质的自动氧化，降低脂质自氧化产物己醛、辛醛、壬醛等的含量，抑制脂质的过度氧化[39]。Chen Q 等人[40]从哈尔滨干香肠中分离出4 株乳酸菌，利用戊糖片球菌进行体外抗氧化活性，经体外试验结果表明，戊糖片球菌具有抗过氧化氢（H2O2）能力、羟基自由基和DPPH 自由基清除能力、最高的还原力和最强的抑制脂质过氧化能力，在发酵香肠风味物质的复杂性中起作用。BLMA 等人[41]以自然发酵处理的组作为对照，研究了具有抗氧化特性的植物乳杆菌在抑制中式香肠脂质和蛋白质氧化，维持蛋白质天然结构的稳定，同时改善香肠品质，促进香肠形成更好的风味方面具有良好的应用前景。因此，调控发酵肉制品中蛋白质和脂质的氧化是改善风味的重要途径。

4.2 对发酵肉制品色泽的影响

色泽是影响消费者购买肉制品的主观因素之一，因此肉制品良好的色泽有利于产品的销售。蛋白质和脂肪氧化对肉类及肉制品质量影响最大的是颜色变化。一般为肌红蛋白与含有铁分子的非蛋白基相连，这种色素的颜色变化取决于血红素中铁的氧化状态，在高氧浓度存在下，变成了鲜红色，成了氧肌红蛋白，铁离子被还原[42]。同时，脂质氧化产生的自由基也会引起肌红蛋白的氧化使得肉色变差。一般在发酵肉制品中加入亚硝酸盐来改善肉制品颜色的变化，而乳酸菌可以促进亚硝酸盐转变为亚硝酸，抑制致癌物亚硝胺的形成，与此同时乳酸菌自身也可保持香肠的色泽。有研究表明，发酵乳杆菌在不存在硝酸盐和亚硝酸的情况下可以将高铁肌红蛋白转化为亚硝基肌红蛋白，具有替代亚硝酸赋予发酵肉制品良好色泽的能力，在发色的同时也抑制了肉制品中有害微生物繁殖，起到抑菌作用[43]。黄露等人[44]在发酵香肠中添加了戊糖片球菌、产生过氧化氢酶的肉糖葡萄球菌和酵母菌，发现其抗氧化性能够有效降低肉制品的POV 和YBAV，有效阻止脂肪的氧化，同时保持了香肠的色泽。乳酸菌的酸性具有促进亚硝酸盐降解的作用，李婧等人[45]以清酒乳杆菌为发酵剂制作发酵香肠，测定香肠发酵过程中亚硝酸盐残留量发现，清酒乳杆菌的发酵香肠中亚硝酸盐含量显著低于自然发酵香肠（p＜0.05）。因此，颜色是最能影响消费者购买欲望的因素，氧化反应会影响肉制品的销售，增加了产品被拒绝的可能性。

4.3 对发酵肉制品质构的影响

质构是评价发酵肉制品的重要依据，蛋白质的氧化是影响发酵肉制品持水性的一个重要因素，肉制品的硬度、咀嚼度和嫩度绝大多数受到蛋白质和脂肪的影响。蛋白氧化导致蛋白质二、三级结构被破坏，引起的三级结构变化会导致蛋白结构展开、表面疏水性增加，导致蛋白质变性。另外，蛋白氧化更易发生热变性和溶解度变差，并发现蛋白羰基在结构和生化变化中起到相当重要的作用，从而会改变肉制品的凝胶和保水特性，影响肉制品结构功能[46]。此外，有研究表明脂肪含量对质构轮廓有很大影响，脂肪含量越低，硬度越大，因此咀嚼性和胶黏性越大。乳酸菌作为抗氧化剂在改善发酵肉制品质构方面得到多数人认可，有研究表明，乳酸菌的掺入可延缓脂质氧化，在4 ℃条件下贮藏10 d，接种植物乳杆菌的牛肉显示出对蛋白质和脂质氧化稳定性的保护作用，改善质构参数，延长产品的货架期。王燚[47]为了改善发酵羊肉香肠品质通过对四川传统腌制腊肉中的有益菌进行筛选，发现戊糖乳杆菌和株松鼠葡萄球菌具有较强抗氧化能力。研究表明，随着香肠的不断成熟，其咀嚼度和回复性有所增加，香肠的内部结构更加细致。

以上研究表明，蛋白质和脂肪氧化对发酵肉制品品质有很大的影响，适度的氧化促进风味、颜色和质构的形成，但在加工贮藏过程中由于内在和外在因素的影响或是发酵贮藏时间的延长会发生过度氧化，对发酵肉制品品质和风味造成一定影响。乳酸菌发酵剂不仅能够促进发酵改善品质，而且能够抑制肉制品氧化，满足消费者口味需求，还能够保证食品的安全，为消费者带来更多健康选择。

5 结语

随着技术的不断更新，发酵肉制品成为我国肉类产业的研究重点，因此生产企业及消费者对肉制品品质的关注度逐渐提高。蛋白质脂肪氧化是发酵肉制品不可避免的，但过度的氧化就会导致肉制品持水性下降、色泽变暗、品质劣变等问题，影响发酵肉制品货架期。因此，控制好发酵肉制品在发酵贮藏过程中的氧化对肉品质来说至关重要。抗氧化剂成为了生产企业的首选，而乳酸菌自身具有的抗氧化特性逐渐被人们发现，所以筛选具有高抗氧化活性的乳酸菌仍是现阶段所需要研究的内容，对提高发酵肉制品品质具有重要意义。

目前，仅有研究者对乳酸菌抗氧化机制进行研究，面对不同种属的乳酸菌的抗氧化机制及抗氧化能力还未明确提出，在今后的研究中还需要继续探究，还可采用基因调控手段增强乳酸菌抗氧化能力对发酵肉品质的影响，达到乳酸菌抗氧化对不同发酵肉制品品质的精准调控。