有益葡萄球菌對發酵肉制品品質影響

河北經貿大學生物科學與工程學院 河北石家莊 050061

發酵肉制品是指以畜禽肉為原料，在自然或人工控制條件下，借助微生物或酶的作用，在低溫條件下腌制、發酵、干燥或熏制，使其發生一系列生物化學及物理變化，形成具有特殊風味、色澤、質地及較長保質期的肉制品[1,2]。目前，發酵肉制品主要分為發酵香腸、臘肉和生火腿，其具有代表性的產品如薩拉米香腸、中式臘肉、金華火腿等。發酵肉制品具有悠久的歷史，與國外相比，我國發酵肉制品多采用自然發酵的方式進行生產，生產周期長，衛生條件差，產品質量難以控制。為了縮短產品的生產周期，保證產品的質量安全，早期的自然發酵已逐漸被工業化的人工接種所取代。目前被廣泛用于發酵肉制品中的微生物發酵劑主要是乳酸菌和葡萄球菌。葡萄球菌是一類革蘭氏陽性、串狀球菌的總稱，對發酵肉制品風味形成，色澤穩定具有重要作用。

本文論述了對發酵肉制品風味、色澤、生物胺含量具有顯著影響的有益葡萄球菌的種類及作用機理，以期為發酵肉制品中有益葡萄球菌的篩選提供理論依據。

1 有益葡萄球菌對發酵肉風味的影響

風味是決定發酵肉制品品質的一個重要指標。我國傳統發酵肉制品由于具有獨特的風味而深受人們喜愛，但近年來，人們采用統一的工業化方式進行生產，這在一定程度上給肉制品帶來了缺陷，尤其是風味上的缺陷[3]。發酵肉制品的風味除與添加的香辛料有關外，微生物發酵劑對香氣成分的形成也有重要的貢獻。目前研究發現起產香作用的微生物主要是葡萄球菌，而非乳酸菌[4]。葡萄球菌具有較強的分解脂肪和肌肉蛋白的能力，對發酵香腸獨特風味的形成具有重要作用，因此被稱為香腸的“風味”菌[5]。且國內外學者已經發現葡萄球菌屬的多種菌株具有產香潛力，如木糖葡萄球菌[6]、肉葡萄球菌[7]、腐生葡萄球菌[8]和模仿葡萄球菌[9]等。Constanza M等(2015)[10]研究發現添加含葡萄球菌發酵劑的香腸中具有更強烈的蛋白質水解(59種肽)有助于肽的最大富集，促進香腸風味的形成。菌株分解蛋白質形成肽的同時，有些菌株可將蛋白質或肽分解成風味氨基酸。如Kai Xing T等(2018)[11]研究發現具有蛋白酶活性的菌株可使谷氨酸(一種呈味氨基酸)積累到超過味道閾值10倍以上的濃度。另外，李想等(2011)[8]以腐生葡萄球菌CGMCC 3475為發酵劑制作發酵香腸，發現該菌株可以促進脂肪水解，使游離脂肪酸含量顯著增加。焦玉(2008)[12]從傳統發酵肉中篩選出三株產香性能較好的葡萄球菌S2、S3和S4，經鑒定分別為模仿葡萄球菌、表皮葡萄球菌和腐生葡萄球菌，它們可以水解蛋白質和脂肪，從而提高游離氨基酸和脂肪酸的含量。游離氨基酸在香腸成熟過程中經過美拉德反應、Strecter降解等進一步形成風味物質；脂肪水解后產生的游離脂肪酸，進一步氧化后也有助于肉制品風味的形成。另外，王海燕(2006)，楊勇(2011)，溫婷婷(2012)等[13～15]以菌株代謝亮氨酸產3-甲基丁醛的能力為依據，分別從傳統發酵肉制品中篩選得到具有產香潛力的發酵菌株S52、S25、S18和S44，經鑒定分別為模仿、腐生、木糖和緩慢葡萄球菌。Montel(1996)等[16]也曾指出發酵肉制品的風味形成與有益球菌分解支鏈氨基酸(纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸)產支鏈醛(3-甲基丁醛)及相應的醇和酸的能力有關。尤其是代謝亮氨酸產3-甲基丁醛和3-甲基丁酸，可以顯著促進干香腸的味道和風味[17]。綜上，有益葡萄球菌的產香能力可能與以下兩個因素有關：(1)菌株的脂酶和蛋白酶降解脂肪和蛋白質，提供風味前體物的能力；(2)菌株分解支鏈氨基酸產3-甲基丁醛的能力。

以上研究表明，特定葡萄球菌菌株對發酵肉制品風味形成及品質改善具有一定的貢獻。這些產生良好風味菌株的獲得也為我國肉品發酵劑的開發奠定了基礎。目前對產香菌株的研究還不夠深入，大多只以菌株代謝亮氨酸產3-甲基丁醛為依據判斷菌株是否具有產香能力，而發酵肉制品的風味形成是多種風味化合物共同作用的結果，3-甲基丁醛只是閾值較低的一種，找出起主要作用的風味物質，并研究不同風味化合物的閾值，以及利用產香菌株提高這些風味物質的積累量，將是產香菌未來的一個研究方向。

2 有益葡萄球菌對發酵肉顏色的影響

肉及肉制品的顏色是影響其感官品質和消費者購買行為的一個重要因素。牲畜屠宰后，肉色變褐，添加硝酸鹽或亞硝酸鹽可以穩定肉制品顏色，但它們會形成致癌物亞硝胺，嚴重威脅人體健康。因此尋找一種既能保證肉制品色澤又不影響肉制品安全性的護色方法是目前亟待解決的問題。

研究發現，葡萄球菌能夠產生硝酸鹽或亞硝酸鹽還原酶，并且能夠通過這些酶的作用還原硝酸鹽或亞硝酸鹽生成NO-，NO-和肌紅蛋白結合，形成穩定的亮紅色亞硝基肌紅蛋白。Bosse(2016)等[18]將兩株硝酸鹽還原酶活性不同的肉葡萄球菌分別添加到發酵香腸中，發現還原酶活性高的菌株，香腸中硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度下降幅度較大，且肉制品色澤較好。這表明具有較高硝酸鹽還原酶活性的葡萄球菌對降低亞硝酸鹽的含量及肉制品色澤形成具有重要的作用。與此同時，葡萄球菌還能產生過氧化氫酶防止肉制品因氧化而變色[19]。然而，在不含硝酸鹽和亞硝酸鹽的發酵肉中，一些葡萄球菌可以通過一氧化氮合酶(NOS)途徑，轉化精氨酸為瓜氨酸時，產生的一氧化氮可以與肌紅蛋白相互作用，形成亞硝基肌紅蛋白[20]。最近，已有研究發現葡萄球菌屬中肉葡萄球菌、馬胃葡萄球菌、腐生葡萄球菌、沃氏葡萄球菌和木糖葡萄球菌中的部分菌株具有形成紅色肌紅蛋白衍生物的潛力，且木糖葡萄球菌似乎是最有效的NO生產者，而其他四個種屬產NO的能力是高度可變的[21]，且在產品發酵過程中不一定具有競爭性，同時考慮到NOS反應的氧依賴性和香腸中心氧氣可用性的降低，所以在用此類菌株作為發酵劑時，必須保證充足的氧氣。

此外，為了探究外部條件對葡萄球菌發色的影響，Morita(1998)等[20]初步探究了木糖葡萄球菌FAX-1在不同pH值條件下，轉化高鐵肌紅蛋白的情況，結果發現該菌株在pH值5.8的條件下，可將高鐵肌紅蛋白轉化為六配位NO的肌紅蛋白配合物，當pH值從5.8變為4.0時，則生成五配位的亞硝基肌紅蛋白(NO-Mb肉紅色)，且這種轉化隨pH值變化是可逆的，這為后期控制發酵肉制品色澤形成提供了理論依據。

葡萄球菌屬的特定菌株能通過硝酸鹽還原酶、過氧化氫酶或NOS途徑，穩定肉制品色澤，提高肉制品安全性，但這些酶活性受外界因素影響較大，目前還沒有將其完全代替化學護色劑應用到工業化生產中。因此，需要對護色葡萄球菌在肉制品中的應用進行條件優化，探索出其發色的最佳條件，以期促進其在肉制品中的發色效果。

3 有益葡萄球菌對發酵肉生物胺含量的影響

生物胺是一類含氮的脂肪族、芳香族或雜環類低分子有機堿，在體內積累到一定程度會產生毒性，如引起頭痛、呼吸紊亂、心悸、血壓變化等癥狀[21]。此外，生物胺還是生成致癌物亞硝胺的前體，二胺(腐胺和尸胺)不僅能加強組胺的毒性，而且還會與亞硝酸鹽反應生成雜環類致癌物亞硝胺，嚴重影響人體健康[22]。目前在很多國家的發酵香腸中發現較高水平的生物胺[23～25]，研究發現，發酵肉中生物胺的形成有兩種途徑：一是由醛或酮的轉氨作用生成脂肪族的生物胺；二是由發酵肉制品中一些氨基酸脫羧酶陽性菌的作用，使發酵肉中的游離氨基酸脫羧形成相應的胺，且后者是發酵肉制品中生物胺的主要產生方式[26]。

大量研究表明肉制品中的優勢菌(乳酸菌和葡萄球菌)不產生物胺或具有降生物胺的能力，可作為肉品發酵劑使用。如Muhammad(2014)等[27]從魚露中分離出的肉葡萄球菌FS19具有降低組胺的能力，可以作為發酵魚中生物胺的降解菌。隨著研究的深入，人們發現有益葡萄球菌降生物胺作用的途徑主要有三種：一是葡萄球菌具有生物胺氧化酶，可以將生物胺氧化成醛、氨和過氧化氫，而起到降胺的效果。如Martuscelli(2000)等[28]從意大利香腸中分離出的50株木糖葡萄球菌具有降生物胺的能力，其中菌株S81、S206、S79、S90具有顯著的組胺氧化酶活性，可以有效降低組胺的含量。二是葡萄球菌具有抑制產胺菌的能力，可以從根本上抑制生物胺的產生。如Mah(2009)等[29]發現，木糖葡萄球菌No.0538能產細菌素樣抑菌物，可以抑制地衣芽孢桿菌(一種產胺菌)的活性，且其在含有0.5mM組胺和0.5mM酪胺的磷酸鹽緩沖液中，38.0%的組胺和4.4%的酪胺在24h內被降解。三是葡萄球菌可以協助其他菌株更好的發揮降胺效果。如高文霞(2007)等[30]曾發現木糖葡萄球菌有助于戊糖片球菌進一步降低發酵香腸中組胺的含量。王德寶(2018)，蔡永敏(2018)等[31,32]分別將木糖葡萄球菌和肉葡萄球菌與乳酸菌復配，發現復配組較空白組和單一乳酸菌組降生物胺效果顯著。

雖然以上研究表明，這些菌株有降生物胺的能力，但在不同的發酵條件或不同的產品中，其降生物胺的效果還需進一步的優化研究。

4 展望

葡萄球菌在發酵肉制品工業化演變過程中扮演著重要的角色。然而，大多數葡萄球菌功能較為單一，還不能將其應用到工業化生產中來提高肉制品的整體感官品質，因此篩選研究集多重功能于一身的優良菌種(即：既能產良好風味和良好色澤，又能降低肉制品中生物胺含量的優良菌株)，或利用分子生物學的手段，將不同菌株中起產香、發色和降生物胺的這些功能基因拼接到一起，實現一菌多功能，將是未來研究的方向。