发酵肉制品中常见有益微生物及其功能研究进展

谭 雅,黄 晴,曹 熙,李宗军

(湖南农业大学,湖南长沙 410128)



发酵肉制品中常见有益微生物及其功能研究进展

谭 雅,黄 晴,曹 熙,李宗军*

(湖南农业大学,湖南长沙 410128)

发酵肉制品常见的有益微生物主要有细菌、霉菌和酵母菌中的部分种属,其中尤以乳酸细菌居多。在发酵过程中有益微生物会引起肉品原料中的蛋白质、脂肪等主要组分发生微生物及生物化学变化,进而影响发酵肉制品的品质、风味和质构特性,本文主要对我国发酵肉制品的研究成果进行综述及对发酵肉制品的未来发展进行展望。

发酵肉制品,有益微生物,营养,功能性

发酵肉制品是以一种畜禽肉为原料,在自然或人工控制条件下利用微生物发酵来产生具有特殊风味、色泽、质地和具有较长保存期的肉制品,其种类繁多、形式多样。发酵肉制品的主要特点是营养丰富、风味独特、保存期长,并且在加工过程中通过有益微生物的发酵,使肉中蛋白质被分解成氨基酸,来提高蛋白质对人体的吸收率。随着人们生活水平的提高,对肉制品的要求也越来越高,因此,营养、健康和风味都将成为未来发酵肉制品的研发方向。本文对近些年来国内外有关发酵肉制品中的有益微生物、生物化学变化、营养特性及功能性发酵肉制品的研究成果进行综述。

发酵肉制品主要生产工艺流程如下:

原料肉预处理→绞肉→调味→添加发酵剂→腌制→灌装→发酵→干燥→烟熏

1 发酵肉制品中常见的有益微生物

在传统发酵肉制品中,其发酵微生物原是原料中偶然混入的野生菌株,这些菌株通过环境与设备中的杂菌来进行竞争,逐渐成为优势菌群,以完成肉制品的发酵过程。存在于发酵肉制品中的微生物主要有细菌、霉菌和酵母菌等,它们对发酵肉制品品质的形成有着各自不同的作用。

1.1 有益细菌

乳酸菌是可以发酵糖类产生乳酸的一类无芽孢、革兰染色阳性细菌的总称,它在发酵肉制品中起着至关重要的作用。肉制品中的乳酸菌在无氧条件下利用糖类产生乳酸,使肉品pH降低,从而抑制有害微生物的生长,以延长商品的保存期。卢士玲[1]等的研究发现乳酸菌有很好的发酵特性,可以使肉制品的生产和发酵时间大大缩短,降低发酵肉制品生产的成本和改善发酵肉制品的感官品质;王永霞[2]等的研究表明乳酸菌可抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等有害菌的生长;其次Adisorn[3]的研究也证明乳酸菌对病原体和腐败微生物的生长具有抑制作用。在酸性条件下,用乳酸菌作为发酵剂能促进亚硝酸盐的分解,大大减少残留的NO2-与二级胺作用生成亚硝胺的可能性;许慧卿[4]等人研究指出乳酸菌对亚硝酸盐有很好的耐受性,并且具有比其他菌类更强的分解亚硝酸盐残留量的能力;段艳[5]等人研究指出乳酸菌发酵产生的酸性环境有利于亚硝酸盐的分解,对亚硝酸盐含量的降低有促进作用,大大的减少了其残留量。

片球菌是一类可分解糖类产生乳酸的革兰氏阳性菌,也是发酵肉制品中使用得较多的微生物,现在使用更多的是乳酸片球菌和戊糖片球菌。片球菌的生长速度较快,与乳酸菌相比,片球菌具有更强的抗冷冻干燥能力。另外,Anussara[6]等研究表明乳酸片球菌在发酵猪肉香肠中可迅速产酸降低肉制品的pH,使得香肠具有特殊爽口的酸味。

微球菌和葡萄球菌均属于微球菌属,并且在香肠等发酵肉制品的成熟过程中有一些共同的作用,如加快发色、本身的产酸速度、成熟时间的缩短、成本的降低以及控制病原菌和腐败菌的生长等。微球菌和葡萄球菌作为肉制品发酵剂具有较好的还原硝酸盐的能力,使发酵肉制品产生良好且稳定的腌制色泽,同时还具有分解蛋白质和脂肪的能力。Joseph Sebranek[7]和范素琴[8]等的研究表明微球菌在发酵肉制品中是主要的产硝酸盐还原酶微生物,所以能够有效促进发酵肉制品的色泽和风味的形成;赵振玲[9]等研究发现微球菌和葡萄球菌有较强的水解蛋白质的能力,对发酵香肠独特风味的形成有着至关重要的作用;微球菌具有较强的脂肪分解能力,能够将肉中的醇类和脂类进一步酯化产香等,除此之外,葡萄球菌也能够利用脂肪酸与氨基酸来产生芳香类物质,使肉制品形成特殊的风味。刘夏炜[10]等研究证明葡萄球菌具有较好的蛋白酶和脂肪酶活性,能赋予发酵肉制品特殊的风味;Gareia-varona[11]和PaPamanuli.[12]等同样对微球菌和葡萄球菌的发酵特性进行了研究,结果表明这两种菌均具有蛋白酶和脂肪酶活性,对发酵肉制品的特有风味的形成有重要作用。总之,有益细菌可以有效的抑制腐败和有害微生物的生长繁殖,保证产品色香味的同时,还能提升产品的安全性。

1.2 有益霉菌

霉菌在发酵肉制品中起着重要的作用,主要应用于传统发酵香肠的生产中,其发酵产品具有特有的外观,并通过霉菌蛋白酶、脂肪酶的作用形成特殊的风味。但并不是所有的霉菌都可以用于发酵肉制品中,因为某些霉菌可产生毒素而对人体有害,因此用于发酵肉制品中的霉菌须经过严格筛选,以确定不产生霉菌毒素,才能使用,在实际生产中,常用的不产毒素的霉菌是产黄青霉和纳地青霉。霉菌在发酵香肠成熟的过程中,可以把硝酸盐还原成亚硝酸盐,促进香肠表面色泽的形成。另外,我国传统的金华火腿其独特的传统工艺,就与表面的霉菌有关。李开雄[13]等研究表明发酵香肠中添加霉菌,可以抑制有害菌的生长,并且无论是从感官评定,还是从丙二醛(TBA)含量来判断,其品质都要优于未接霉菌的发酵香肠;Jose M. Bruna[14]等研究表明将霉菌接种在发酵香肠上,可以明确的改进香肠的气味、风味以及整体的质量;Luisa Garcia[15]的研究同样证明毛霉产生的酶的活动对发酵香肠的色泽和香气有促进作用;也有报道[16]表明,大量生长的霉菌能阻止氧气进入以创造厌氧环境来抑制致病菌的生长,且具有脂肪酶和蛋白酶的活性,因此国内外主要将其作为表面发酵剂运用到发酵肉制品中。总之,霉菌可以在表面形成一层很好的保护膜,调节水分的损失,使香肠形成特有的风味和香气,更重要的是能够阻止氧气渗透进肉中,减少酸败。

1.3 有益酵母菌

酵母菌是发酵肉制品中常用的微生物,用于发酵肉制品中的酵母菌主要是汉逊氏酵母菌和假丝酵母菌,它们可以改善发酵肉制品的色泽和风味,使肉制品形成特有的风味。酵母菌在发酵肉制品中起着重要的作用:一方面酵母菌的呼吸作用可以消耗氧气,降低氧化还原电势,以抑制肉品的氧化变色;另一方面酵母菌可以分解肉制品中脂肪和蛋白质,其产生的乙醇能够促进酯化反应生香和呈色的稳定性,改善产品风味。Andrade[17]等人发现酵母菌具有较强的产风味物质能力,将DhB、DhE与DhC这三株酵母运用到发酵香肠中能产生酯类、次级醇、乙醛,这三株酵母作为发酵剂的混合使用能赋予香肠良好的风味;Mónica Flores[18]等研究表明酵母菌可以用来重新改善发酵肉制品的感官特性。因此,无论是将酵母还是混合酵母运用到发酵香肠中,都能使发酵香肠延缓酸败,稳定色泽,形成特有的风味。

2 肉制品发酵过程中的生物化学变化

2.1 蛋白质的降解

在发酵肉制品的成熟阶段,蛋白质的分解在原料肉中是一个很重要的反应过程。蛋白质在内源性蛋白酶、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,大分子肽又继续分解成小分子肽、游离氨基酸等,有些氨基酸可以直接形成风味物质,有些可通过脱氨和脱羧作用来形成醛、酸、醇、酯、硫化物等风味化合物。Berdague[19]等研究也发现,氨基酸可通过美拉德反应和斯托勒克降解等反应进行进一步降解,形成具有挥发性的小分子化合物,这些物质也是香肠风味的构成成分。大量研究表明,乳酸菌是发酵肉制品最常见的发酵微生物,它能够很好的分解发酵原料肉中的糖类物质,且乳酸杆菌对肌浆蛋白及肌纤维蛋白具有较好的蛋白质降解作用。刘战丽[20]等人在测定蛋白氮和非蛋白氮含量变化时,发酵肉品最初的蛋白氮含量为2.41%,而随着发酵的进行蛋白氮含量下降,最终含量为2.32%。非蛋白氮含量随发酵的进行由最初的0.36%上升为0.78%,这就表明发酵肉品在发酵过程中有蛋白质的降解;杜鹏[21]等研究证明肉制品在发酵过程中受发酵菌及酶的作用,可使蛋白质降解产生氨基酸等分子化合物,提高氨基酸含量和蛋白质消化率,也使得肉品的营养价值和风味提高。

2.2 脂肪的氧化

在发酵肉制品的成熟阶段,脂肪会发生水解作用,产生大量的游离脂肪酸。脂肪主要通过氧化反应不饱和脂肪酸生成羰基化合物,进而对发酵肉品造成影响,同时产生醇、醛、酮类化合物,而这些物质的产生可使发酵肉制品形成特有的风味。李想[22]等研究证明用葡萄球菌发酵剂发酵的肉制品所释放的游离脂肪酸可直接影响肉制品的滋味,再通过氧化反应生成醇、醛和酮等风味物质而间接影响肉制品的风味;刘战丽[20]等对发酵香肠风味物质及来源的研究结果表明发酵肉制品中的挥发性风味物质大部分来自于脂类物质的水解氧化;黄金枝[23]等研究证明发酵广式腊肠在发酵过程中,其组织内脂类物质可不断进行水解形成游离脂肪酸,进一步的氧化形成低分子风味化合物;Stahnke[24]等人用葡萄球菌生产干发酵香肠时,对其加工过程中游离脂肪酸的变化进行了研究,结果表明,不饱和脂肪酸比饱和脂肪酸更容易释放。脂质影响着肉制品的诸多品质,如营养品质和风味特性,近年来,由于发酵剂对脂质的分解氧化机理及其产物与品质特性的相关性研究较少,因此研究脂质在发酵肉制品加工过程中的变化具有重要意义。

2.3 挥发性风味化合物的变化

风味是发酵肉制品中最重要的质量指标之一,包括挥发性和非挥发性的风味化合物。芳香化合物主要是挥发性化合物,而形成发酵肉制品的特征芳香气味的化合物主要集中在烃类、醇类、醛类、酸类、酮类及芳香族化合物。Bruna[25]等研究发现干发酵香肠中含有酸、醇、醛、酮、芳烃等82种挥发性风味成分;俞颜波[26]等研究证明发酵肉制品的主体风味物质包括酯类化合物、醇类化合物、羰基类化合物、碳氢化合物、酸类物质和酚类物质,且在加工过程中,酯类物质、羰基类化合物的数量和含量均明显增加,醇类物质、碳氢化合物的种类和含量均明显下降;陈利忠[27]等在发酵肉品品质特性分析实验中发现,发酵组与未发酵组相比,醇类、醛类、酸类、酮类、芳香族等化合物含量有所增加,而烃类含量有所减少,总含量也由24.59 μg/g增加到了56.59 μg/g,这就表明发酵对肉制品风味的改善有显著效果;Macro[28]等人采用蒸馏萃取法对发酵干香肠中的挥发性成分进行了研究,鉴定出了102种风味成分,主要包括18种醇、19种醛、12种酮、10种酸、12种酯、4种含硫化合物、2种呋喃、22种烃和氯仿等;王海燕[29]等人采用固相微萃取的方法,对自然发酵和发酵剂生产的发酵香肠进行挥发性成分的研究,结果表明:在添加发酵剂组中,酯类成为最重要的组成(42.10%),其次为酸类(26.52%)和萜烯类(18.07%)。

发酵肉制品的生物化学反应复杂且范围较广,在微生物的作用下,其产物及香辛料中各种挥发性物质相互作用,产生发酵肉制品特有的风味。肉制品在发酵过程中发生的生物化学变化主要包括:蛋白质的降解、氨基酸的降解、脂肪的氧化、风味化合物的形成等变化(见图1)。

图1 发酵过程中生化反应形成风味物质的途径Fig.1 Biochemical reactions of fermented process form the way of flavor substances

3 有益微生物与发酵肉制品的营养特性

3.1 微生物对原料肉蛋白质的利用

肉类在发酵过程中,由于微生物的作用,原料肉中部分蛋白质水解,使得发酵肉类比生鲜肉类含有更多的多肽和丰富、合理的各种氨基酸,从而使发酵肉制品的蛋白质更易被人体吸收,且具有更高的利用性。王畏畏[30]等的研究发现添加了发酵剂的发酵香肠的游离氨基酸总量要显著高于对照组,提高了105%。其中产鲜味氨基酸增加最多,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,这就表明微生物发酵既提高了产品的风味,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、植物乳杆菌等发酵剂来发酵四组香肠时,发现四组产品中均含有丰富的必需氨基酸,主要包括谷氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和亮氨酸;张未风[32]等研究证明游离氨基酸总量随着发酵香肠的加工及贮藏显著增加,其中谷氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸及组氨酸均在30 d时含量达到最大值,30 d以后含量有所降低;另外,Ockerman[33]等研究也证明,产黄青霉作为发酵剂的肉制品具有最高含量的氨基酸和多肽,这些物质赋予了产品特殊的营养特性。大量研究表明,生鲜肉品在加工过程中,各游离氨基酸及肽类组分均显著升高,且各组分在加工过程中的变化规律也有所不同。单吉祥[34]等人也同样证明:发酵香肠干物质中游离氨基酸含量在加工过程中逐渐增加,经发酵后游离氨基酸总量上升了25.82 mg/100 g,达到312.85 mg/100 g。谷氨酸增幅最大为12.29%,天门冬氨酸、丝氨酸、蛋氨酸和苯丙氨酸的增幅也都大于10%。

3.2 益生菌功能

益生菌是对宿主有益的活性微生物,定植于人体肠道、生殖系统内,能产生确切健康功效从而改善宿主微生态平衡,发挥有益作用的活性有益微生物。乳酸菌是最早作为发酵剂应用于发酵肉制品中的一类有益益生菌。马德功[35]等对发酵香肠益生型乳酸菌发酵剂的筛选的研究中,发现其中具有对低酸和胆盐耐受性良好的3株乳杆菌,所产生的细菌素对李斯特菌、金葡菌等杂菌的生长起到抑制作用;同时,乳酸菌也具有很好的降胆固醇功效。丁苗[36]等人以发酵酸肉为原料,从中筛选出18株具有降胆固醇能力的乳酸菌菌株,其中SR1和SR10两菌株胆固醇降低率>30%,占总比例的11.11%,仅有1株胆固醇降低率在10%以下,占总比例的5.57%。其余菌株胆固醇降低率在10%～30%之间。这就表明发酵酸肉中生长的乳酸菌具有降胆固醇的能力,可降低发酵猪肉制品中胆固醇的含量;现在,也有大量的临床实验表明,食用乳酸菌或乳酸菌相关制品可以降低人体血清胆固醇的含量。Nguyen[37]等人用婴儿粪便中分离得到的植物乳杆菌PH04来喂养高胆固醇血症的大鼠,发现饲喂菌液组大鼠的血清胆固醇含量要比对照组降低7%,甘油三酯含量降低了10%,这就表明,植物乳杆菌PH04具有明显降血脂的功效;段艳[5]等研究也证明,筛选得到的植物乳杆菌X3-2B也具有较强的耐人工胃液、耐胆盐、降胆固醇及抑菌能力;张娜[38]等人对小鼠喂食不同剂量降胆固醇乳酸菌的发酵香肠研究中,结果发现各剂量组发酵香肠对小鼠体重增加具有抑制作用,高剂量组最明显,同时三个剂量组均可显著抑制AI值升高和AAI值降低,其中高剂量组效果最显著。这说明发酵香肠具有一定的调节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发酵用于调理肉制品当中,发现产品在发酵过程中,pH明显降低,亚硝酸盐及TVBN含量也显著低于对照组。利用益生型肉品发酵剂来生产发酵肉制品,不仅有效保质,同时也可以改善风味、赋予良好品质和保健功能。

4 功能性发酵肉制品

功能性发酵肉制品是指具有特定保健功能、适宜于特定人群食用、具有改善和调节机体功能、不以治病为目的的肉类食品。近年来,由于人们越来越关注自身的健康,为此,对食品的生理功能性关注也越来越多,肉品发酵剂的筛选开始注重其功能性。因此生产高质量和具有保健功能的肉制品已成为科研研制与开发的新热点。于海[39]等研究了中式传统发酵香肠在加工及贮藏中脂肪氧化对其风味影响等问题,结果表明:经过不同方式处理的3组中式香肠氧化程度不同,并且研究出几种能够长期且有效保持香肠良好风味的抗氧化剂;王燚[40]等人在肉用乳酸菌和葡萄球菌发酵剂筛选的研究中,以抗氧化能力为指标,筛选到2株具有较强自由基清除能力的乳酸菌LS85和S21-4,经后续实验证明,这两株菌可用于肉品发酵剂来开发功能性肉制品;刘丽莉[41]等人从常用于食品发酵的微生物菌群中,筛选出6株降胆固醇能力较强的乳酸菌,实验表明,将筛选到的乳酸菌用于鲜肉食品基质中,在不受任何添加剂的影响下,发现其具有较强的降胆固醇能力,降解率高达40.3%;嗜酸乳杆菌也是寄主人体肠道内的优势乳杆菌种之一,具有治疗肠道功能紊乱、降低胆固醇等作用,早在1998年,Arihare[42]等研究中,把嗜酸乳杆菌应用于香肠发酵生产中,并获得了具有特定健康功能的肉制品;近年来,研究者研制的巴马火麻香肠和腊肠等功能性肉制品,都具有调节人体机能,延缓人体衰老、预防疾病、增强体质等作用。

5 展望

随着人类生活水平的提高,饮食健康问题逐渐成为全世界关注的焦点。那些档次较高、风味独特、易于加工及贮藏、且具有一定保健作用的新型产品也越来越受到人们的推崇和钟爱。而发酵肉制品具有营养价值高、安全方便、保质期长等优点,并且在生产过程中接种的微生物,既降低了人们正常饮食中的能量、胆固醇的摄入,又对预防心血管疾病和维持肠道正常生理功能具有重要的保健作用。针对于发酵肉制品的市场需求和科学技术的进步,围绕发酵肉制品的研究越来越受到重视,在以下几个方面尤为迫切。一是运用微生物组学技术,深入研究发酵肉制品发酵过程中微生物的多样性,并揭示不同微生物类群之间的相互作用;二是运用微生物代谢组学技术,研究特定肉品发酵剂微生物在肉品发酵过程中的代谢变化及其对原料肉基质生物转化过程,揭示有益微生物对发酵肉品质形成的机制;三是运用气相嗅闻技术及质谱技术,甄别发酵肉制品特征风味及其风味组分构成和产生途径,为发酵肉制品品质控制提供科学依据;四是发酵肉制品与健康关系的研究,发酵肉制品因为经过微生物的深刻转化,原料基质成分发生了变化,揭示其营养特性、消费与健康的关系,对指导我国发酵肉制品的消费意义重大;五是在加工技术方面要开展高效低盐可控发酵,利用现有资源,开发具有调节机体功能、提高免疫力、增强体质的功能性发酵肉制品。有理由相信,发酵肉类食品将逐渐成为21世纪新型肉制品,在国家创新战略的引领下,发酵肉制品研究又掀起了一股新的高潮,我们坚信我国发酵肉制品产业的未来必将取得新的辉煌。

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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

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

*通讯作者:李宗军(1967-)，男，博士，教授，研究方向：食品生物技术，E-mail：hnlizongjun@163.com。

公益性行业(农业)科研专项(201303082)。

TS251.5

A

1002-0306(2016)21-0388-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.067