乳酸菌對(duì)薩拉米香腸風(fēng)味形成的研究進(jìn)展

劉英麗，萬 真，楊梓妍，于青林，李 磊，王 靜,*

（1.北京工商大學(xué)，中國-加拿大食品營養(yǎng)與健康聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（北京），北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心，北京 100048；2.農(nóng)業(yè)化學(xué)和食品技術(shù)研究所，西班牙 帕特納 瓦倫西亞 46980）

薩拉米香腸（salami）起源地為意大利，本義指的是“添加鹽的生香腸”，屬西式發(fā)酵香腸[1]。薩拉米香腸大多以新鮮的豬肉或牛肉為原料，添加一定硝酸鹽、亞硝酸鹽、糖和香料等輔料并通過細(xì)菌的發(fā)酵作用而制得，無需熟制即可食用[2]。由于薩拉米香腸的發(fā)酵工藝、發(fā)酵劑以及產(chǎn)品配方的多樣化，造成了其產(chǎn)品種類繁多的特點(diǎn)[3]。薩拉米香腸的制作要求在保證安全性的前提下，既要保留薩拉米香腸外觀、風(fēng)味以及質(zhì)地上的典型特征，其化學(xué)和微生物指標(biāo)也需要符合消費(fèi)者食用衛(wèi)生要求[4]。薩拉米香腸與傳統(tǒng)的中國臘腸或風(fēng)干腸的主要區(qū)別在于薩拉米香腸經(jīng)過了微生物的長期發(fā)酵作用，是一種不需要加熱的即食型產(chǎn)品，在室溫下可長期貯存，其切片在外觀上脂肪分布細(xì)密均勻、呈雪花狀[5]。

發(fā)酵菌株的性能是影響薩拉米香腸品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一，薩拉米香腸所用的發(fā)酵劑對(duì)產(chǎn)品的酸度、色澤、風(fēng)味方面具有重要貢獻(xiàn)[6]。常用的菌株類型繁多，乳酸菌（lactic acid bacteria）、葡萄球菌（Staphylococcus）、酵母菌（Saccharomyces）以及青霉（Penicillium）是參與香腸發(fā)酵的主要微生物菌屬[7]。乳酸菌除了產(chǎn)生薩拉米香腸的典型風(fēng)味外，通過產(chǎn)酸可以降低薩拉米香腸的pH值從而抑制腐敗菌生長，對(duì)薩拉米香腸的安全性也有重要貢獻(xiàn)[8]；葡萄球菌對(duì)酸度貢獻(xiàn)較小，主要產(chǎn)生過氧化氫酶和硝酸還原酶，因而對(duì)產(chǎn)品的色澤和風(fēng)味有積極作用[9]；酵母菌和霉菌存在于薩拉米香腸的表面，它們的主要作用是保護(hù)薩拉米香腸免受氧氣的影響、穩(wěn)定顏色、減緩酸敗、避免表面的過度干燥，同時(shí)酵母菌分解碳水化合物產(chǎn)生的醇可進(jìn)一步與乳酸菌作用產(chǎn)生的酸反應(yīng)生成酯，對(duì)風(fēng)味也有一定的貢獻(xiàn)[10-11]。

乳酸菌是人類最早利用的微生物之一，目前廣泛應(yīng)用于酸奶、泡菜、發(fā)酵肉等產(chǎn)品的發(fā)酵[12-13]。乳酸菌是薩拉米香腸發(fā)酵過程中的優(yōu)勢(shì)菌種[14-16]，在發(fā)酵過程中通過碳水化合物代謝產(chǎn)生乳酸，乳酸再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成其他酸類物質(zhì)[17]。應(yīng)用于發(fā)酵香腸中的乳酸菌屬主要是乳桿菌（lactobacillus）和乳片球菌（Pediococcus claussen）兩類[18]。常用的乳桿菌主要包括植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、清酒乳桿菌（Lactobacillus sakei）、干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）、彎曲乳桿菌（Lactobacillus curvatus）及乳酸乳桿菌（Lactobacillus lactis）。Hugas等[19]研究了245 株從發(fā)酵薩拉米香腸中分離出的乳酸菌，研究結(jié)果顯示清酒乳桿菌是發(fā)酵薩拉米香腸中最為常見的菌株，占比高達(dá)55%；Papamanoli等[20]認(rèn)為乳桿菌的產(chǎn)酸能力極強(qiáng)，植物乳桿菌有很強(qiáng)的耐鹽能力，適宜用作發(fā)酵菌株。常用的乳片球菌包括戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）和乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）。乳片球菌在發(fā)酵食品中的使用也比較廣泛，可通過代謝使肉類蛋白質(zhì)和脂肪降解從而賦予產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味，且該風(fēng)味無法通過香辛料調(diào)配[21]。整體上，發(fā)酵薩拉米香腸的消費(fèi)市場及相關(guān)發(fā)酵劑的研發(fā)在國外有較豐富的研究基礎(chǔ)，有關(guān)乳酸菌發(fā)酵對(duì)薩拉米香腸風(fēng)味貢獻(xiàn)的國外研究較多，國內(nèi)經(jīng)歷了十余年市場的孕育，相關(guān)的研究及產(chǎn)品開發(fā)逐漸興盛。本文根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)的研究成果和進(jìn)展，綜述了薩拉米香腸風(fēng)味形成的影響因素及乳酸菌對(duì)薩拉米香腸風(fēng)味的貢獻(xiàn)及可能的形成機(jī)制。

1 薩拉米香腸風(fēng)味的形成

1.1 薩拉米香腸風(fēng)味形成的影響因素

1.1.1 生產(chǎn)原料

在薩拉米香腸的生產(chǎn)原料中，肉的品質(zhì)對(duì)薩拉米香腸的品質(zhì)有重要的影響。薩拉米香腸一般是由豬肉或者牛肉制成，少數(shù)國家也會(huì)因?yàn)轱L(fēng)俗習(xí)慣不同而使用羊肉、驢肉、鹿肉、馬肉等制作薩拉米香腸[22-25]。不同種類的肉初始pH值不同，新鮮馬肉和鹿肉的pH值通常比牛肉和豬肉的pH值低，并且糖原含量比牛肉和豬肉的含量高[26]。原料肉含有豐富的蛋白質(zhì)與氨基酸以及元素鐵和脂肪酶，這些物質(zhì)都對(duì)薩拉米香腸的風(fēng)味、色澤起著至關(guān)重要的影響。此外，公豬的肉含有雄烯酮，會(huì)對(duì)風(fēng)味造成不良影響，因此制作香腸時(shí)最好選用母豬肉[27]。制作時(shí)還會(huì)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%～35%的脂肪添加到薩拉米香腸原料中，脂肪不僅充當(dāng)脂溶性調(diào)味料的載體，對(duì)整體風(fēng)味也有一定的貢獻(xiàn)。在脂肪的選擇中，豬肉脂肪因?yàn)楦泄偬匦院?，是薩拉米香腸生產(chǎn)中最常用的脂肪類型；頸部和腰部脂肪（背部脂肪）中的不飽和脂肪酸數(shù)量最少，是豬的部位中最硬的脂肪，因此豬頸部脂肪和豬肥膘是添加脂肪的首選[28]。

香料的添加對(duì)產(chǎn)品本身風(fēng)味也有重要影響。一方面是香料本身帶來的特殊風(fēng)味，另一方面香料可以通過影響微生物代謝來影響薩拉米香腸風(fēng)味，此外，NaCl含量高低也會(huì)影響薩拉米香腸的質(zhì)構(gòu)以及風(fēng)味[29]。研究表明，蒜粉含有的大部分呈味物質(zhì)為含硫化合物。薩拉米香腸常用的香辛料多為胡椒和蒜粉，胡椒含有的風(fēng)味物質(zhì)為萜烯，這些風(fēng)味物質(zhì)對(duì)整體風(fēng)味均有重要影響[30]。

1.1.2 生產(chǎn)工藝

薩拉米香腸根據(jù)含水量不同可分為干發(fā)酵香腸（水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%～40%）和半干發(fā)酵腸（水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%～45%），根據(jù)微生物發(fā)酵速率不同可分為快速發(fā)酵香腸和慢速發(fā)酵香腸。不同類型的薩拉米香腸發(fā)酵工藝不同，其風(fēng)味也有很大差異，慢速發(fā)酵香腸與快速發(fā)酵香腸相比，由于乳酸的積累和大量其他發(fā)酵產(chǎn)物的分解使風(fēng)味有明顯差異[31]。薩拉米香腸的發(fā)酵過程中，發(fā)酵溫度和濕度的控制尤為重要。不同的溫度和濕度制作出的薩拉米香腸類型也不同。溫度影響薩拉米香腸的發(fā)酵速率以及終產(chǎn)品的pH值，M?ller等[32]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵過程中溫度提高5 ℃，微生物的產(chǎn)酸速率會(huì)提升一倍。乳酸菌生長的適宜溫度為30 ℃左右，通過溫度調(diào)節(jié)可以控制乳酸菌的生長速率從而控制乳酸的產(chǎn)生[33]；此外，溫度會(huì)通過影響酶的活性，進(jìn)而對(duì)薩拉米香腸發(fā)酵過程中的蛋白質(zhì)降解和脂肪降解與氧化產(chǎn)生影響[34]。薩拉米香腸發(fā)酵、成熟和干燥過程環(huán)境的相對(duì)濕度會(huì)對(duì)其失水產(chǎn)生影響。相對(duì)濕度過高時(shí)會(huì)導(dǎo)致霉菌的大量繁殖，相對(duì)濕度過低時(shí)干燥速率過快，也會(huì)導(dǎo)致腸體表面形成堅(jiān)硬的外殼而腸體內(nèi)部的水分不易散失，從而影響產(chǎn)品的感官特性。有些種類的薩拉米香腸制作中還會(huì)進(jìn)行煙熏，煙熏工藝具有抑菌、延長保質(zhì)期、固化顏色以及對(duì)其表面輕微的抗氧化作用，同時(shí)會(huì)賦予產(chǎn)品煙熏風(fēng)味。煙熏通常在20～25 ℃下進(jìn)行，煙熏會(huì)增加一些風(fēng)味物質(zhì)的含量，主要是一些酚類物質(zhì)，如丁香酚、異丁香酚、對(duì)甲酚、愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚等[35-36]。

1.1.3 微生物

在薩拉米香腸的制作過程中，常常使用發(fā)酵劑來保證薩拉米香腸的安全性，同時(shí)提升產(chǎn)品的色澤與風(fēng)味[37-39]。常用的發(fā)酵菌株主要包括乳酸菌、凝固酶陰性球菌（木糖葡萄球菌、微球菌）、酵母菌等[40-42]。乳酸菌在代謝過程中不僅產(chǎn)生乳酸，也會(huì)產(chǎn)生蛋白酶和脂肪酶。肉中的蛋白質(zhì)會(huì)在產(chǎn)生蛋白酶的作用下分解，是鮮味氨基酸的重要來源；脂質(zhì)在發(fā)酵過程中經(jīng)過肉中內(nèi)源性脂肪酶和乳酸菌產(chǎn)生的脂肪酶作用產(chǎn)生游離脂肪酸，這些游離脂肪酸是醛類、酮類等風(fēng)味物質(zhì)的重要前體物質(zhì)[43-44]。因此，乳酸菌在薩拉米香腸發(fā)酵過程中的生長情況與產(chǎn)品品質(zhì)直接相關(guān)。除此之外，一些微球菌和葡萄球菌的添加也會(huì)對(duì)薩拉米香腸的風(fēng)味起到提升作用。肉中的內(nèi)源酶將蛋白質(zhì)分解為肌漿蛋白和肌動(dòng)蛋白，而微球菌和葡萄球菌產(chǎn)生的酶會(huì)將其進(jìn)一步降解成氨基酸。微球菌和葡萄球菌還具有硝酸鹽還原酶和觸酶活性，可抑制不良風(fēng)味的產(chǎn)生[45-46]。酵母菌存在的數(shù)量較低，一般存在于薩拉米香腸表面。漢遜氏德巴利酵母常被用作發(fā)酵肉制品中，酵母菌在發(fā)酵過程中能夠產(chǎn)生醇類和酯類物質(zhì)，并且具有分解蛋白質(zhì)、脂肪的能力，對(duì)薩拉米香腸的風(fēng)味有一定的提升作用[47]。Franciosa等[48]也闡述了酵母菌可以通過抑制脂質(zhì)氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生來促進(jìn)乙酯的生成。

1.2 薩拉米香腸風(fēng)味物質(zhì)提取與分析

風(fēng)味物質(zhì)的提取和分析是國內(nèi)外研究薩拉米香腸風(fēng)味的重要步驟，目前風(fēng)味提取方法包括超臨界流體萃?。╯upercritical fluid extraction，SFE）、溶劑萃?。╯olvent extraction，SE）、同時(shí)蒸餾萃?。╯imultaneous distillation-extraction method，SDE）、固相微萃?。╯olid-phase microextraction，SPME）、動(dòng)態(tài)頂空萃取（dynamic headspace sampling，DHS）、靜態(tài)頂空萃?。╯tatic headspace sampling，SHS）等。SFE提取效率高且能耗低，但目前該技術(shù)對(duì)極性物質(zhì)收集較少，且樣品易造成通路堵塞；SE所需設(shè)備簡單，缺點(diǎn)是需對(duì)樣品進(jìn)行額外的凈化、濃縮等后處理并且容易造成環(huán)境污染；SPME具有靈敏度高、操作較為簡便的特點(diǎn)；DHS所需取樣量少、富集效率高、受基體干擾小、容易實(shí)現(xiàn)在線檢測；SHS造成假象分析可能性小，但僅適用于高含量組分檢測；SDE用少量試劑即可提取大量樣品，香氣得以濃縮，它的優(yōu)點(diǎn)是重復(fù)性較高、定性定量效果好[49]。其中SPME、DHS、SDE是薩拉米香腸風(fēng)味提取的常用手段，提取之后常與氣相色譜（gas chromatography，GC）-質(zhì)譜（mass spectrometry，MS）聯(lián)用法或者GC-嗅聞（olfactometry，O）聯(lián)用法對(duì)風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性分析，其中GC-O不僅提供儀器分析還提供感官分析；電子鼻是一種仿生檢測系統(tǒng)，通過氣味指紋信息對(duì)氣體或揮發(fā)性成分做定性或定量的檢測和鑒別；風(fēng)味物質(zhì)的香氣活性值（odor activity value，OAV）可以判斷某一特定成分對(duì)整體氛圍的貢獻(xiàn)度，OAV越大貢獻(xiàn)越大；香氣提取稀釋分析（aroma extraction dilution analysis，AEDA）是最常用的特征風(fēng)味分析方法，它是通過對(duì)提取物進(jìn)行連續(xù)稀釋直至氣味不可察覺，并比較稀釋倍數(shù)進(jìn)一步研究產(chǎn)品特征風(fēng)味的方法。風(fēng)味物質(zhì)的提取和主要分析方法見圖1。

圖1 薩拉米香腸風(fēng)味的提取和分析技術(shù)Fig.1 Extraction and analysis techniques for volatile compounds of salami

通過SPME、SDE等技術(shù)對(duì)風(fēng)味物質(zhì)提取以及GC-MS定性，薩拉米香腸的風(fēng)味物質(zhì)主要包括萜烯類、酸類、酯類、醇類、酮類和醛類等化合物。不同類型的薩拉米香腸由于發(fā)酵工藝不同，特征風(fēng)味物質(zhì)也不同。表1總結(jié)了不同類型薩拉米香腸的特征風(fēng)味[50-55]。薩拉米香腸的風(fēng)味物質(zhì)大部分來源于香料添加的萜烯類物質(zhì)以及含硫類物質(zhì)等，如蒎烯（可能來源于胡椒，風(fēng)味描述為松木）、月桂烯、水芹烯（風(fēng)味描述為檸檬、水果）、萜品油烯（風(fēng)味描述為果味、桉樹）、烯丙基甲基硫醚（可能來源于大蒜，風(fēng)味描述為洋蔥）、二烯丙基二硫、烯丙基硫醚（風(fēng)味描述為大蒜）、桉葉油醇（風(fēng)味描述為面粉、玫瑰）、松油烯（風(fēng)味描述為水果、清香）；微生物代謝與基質(zhì)肉相互作用產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)主要包括2-甲基丁醛（可能來源于氨基酸代謝，風(fēng)味描述為黃油、焦糖）、乙酸丙酯、丁酸乙酯（風(fēng)味描述為水果）、正己醛（可能來源于脂肪代謝，風(fēng)味描述為面粉）、庚醛（可能來源于脂肪代謝，風(fēng)味描述為土豆）、1-辛烯-3-醇（可能來源于脂肪代謝，風(fēng)味描述為蘑菇）、2-乙基己醇（可能來源于脂肪代謝，風(fēng)味描述為蘑菇、花香）、癸醛（可能來源于脂肪代謝，風(fēng)味描述為土豆、黃油），由于部分薩拉米香腸經(jīng)過了煙熏工藝，一些酚類物質(zhì)如丁香酚（風(fēng)味描述為丁香、辣、煙熏）、對(duì)甲酚（風(fēng)味描述為煙熏）也使薩拉米香腸風(fēng)味更加多元化。其中甲基丁酸類物質(zhì)、苯乙醛或苯乙醇、酯類物質(zhì)以及含硫化合物出現(xiàn)頻率較高，這些共有的風(fēng)味物質(zhì)大部分都與乳酸菌代謝有著直接或者間接的關(guān)系。

表1 不同類型薩拉米香腸的特征風(fēng)味Table 1 Characteristic flavors of different types of salami

2 乳酸菌對(duì)薩拉米香腸風(fēng)味的影響

2.1 乳酸菌發(fā)酵特性

發(fā)酵薩拉米香腸時(shí)對(duì)乳酸菌的發(fā)酵特性也有一定的要求：1）非致病菌對(duì)人體無害，革蘭氏染色陽性菌、不產(chǎn)生氨基甲酸乙酯（致癌），有些國家要求不產(chǎn)生生物胺[56]；2）所用菌株適應(yīng)發(fā)酵環(huán)境，乳酸菌能夠耐鹽、耐硝酸鈉和亞硝酸鈉；3）為了保證薩拉米香腸的食用安全性，部分國家要求通過乳酸菌發(fā)酵在48 h或者72 h內(nèi)將薩拉米香腸的pH值迅速下降到較低水平，以抑制致病菌和腐敗菌的生長；4）蛋白酶陽性并且不含有氨基酸脫羧酶和精氨酸雙水解酶[57-59]。

薩拉米香腸中pH值的變化反映了乳酸菌的產(chǎn)酸趨勢(shì)，大多數(shù)接種了乳酸菌發(fā)酵劑的薩拉米香腸在8～10 d內(nèi)pH值下降到5.3以下。Sawitzki等[60]研究了添加植物乳桿菌AJ2對(duì)薩拉米香腸品質(zhì)的影響，圖2是添加乳酸菌后薩拉米香腸在發(fā)酵過程中微生物的變化[60]，乳酸菌是薩拉米香腸發(fā)酵過程中的優(yōu)勢(shì)菌，發(fā)酵7 d左右，乳酸菌利用基質(zhì)肉中和外源添加的糖類快速生長使數(shù)量達(dá)到頂峰，隨后緩慢下降，數(shù)量維持在108CFU/g；圖3為薩拉米香腸pH值的變化情況[60]，實(shí)驗(yàn)組（添加植物乳桿菌AJ2）pH值在2～3 d內(nèi)可降低到5.4以下并持續(xù)降低至最低點(diǎn)，當(dāng)乳酸菌消耗完體系中的糖時(shí)開始進(jìn)行氮代謝，pH值開始緩慢回升，而空白對(duì)照組薩拉米香腸的pH值始終在5.2以上。

圖2 微生物在薩拉米香腸發(fā)酵和成熟過程中的變化[60]Fig.2 Changes in microbial populations during fermentation and ripening of salami[60]

圖3 pH值在薩拉米香腸發(fā)酵過程中的變化[60]Fig.3 Change in pH during fermentation of salami[60]

2.2 乳酸菌對(duì)薩拉米香腸風(fēng)味的貢獻(xiàn)及作用機(jī)制

薩拉米香腸經(jīng)過發(fā)酵過程會(huì)產(chǎn)生特殊的風(fēng)味物質(zhì)，這些風(fēng)味物質(zhì)的來源見圖4[11]。原料肉的化學(xué)組成主要包括水分（71%～78%）、蛋白質(zhì)（10%～25%）、脂類（1%～12%）、碳水化合物（0.1%～2%）[61-62]。發(fā)酵過程中乳酸菌參與的與風(fēng)味相關(guān)代謝包括蛋白質(zhì)代謝、碳水化合物代謝和脂肪代謝。

圖4 薩拉米香腸風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生的途徑[11]Fig.4 Pathways for the production of flavor substances of salami[11]

2.2.1 蛋白質(zhì)代謝

原料肉中，蛋白質(zhì)的含量僅次于水的含量。乳酸菌具有自己的一套酶系統(tǒng)，可以對(duì)蛋白質(zhì)以及氨基酸進(jìn)行分解代謝從而產(chǎn)生特定的風(fēng)味物質(zhì)[63-64]。通過全基因組DNA微陣列分析了清酒乳桿菌L22生長在肌漿蛋白或肌原纖維蛋白培養(yǎng)基中時(shí)，551 個(gè)基因的表達(dá)差異，研究表明，在存在肉蛋白質(zhì)的情況下，清酒乳桿菌會(huì)上調(diào)編碼寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和胞內(nèi)肽酶的基因，表明乳酸菌具有利用肉類營養(yǎng)物質(zhì)的能力，可降解蛋白質(zhì)產(chǎn)生寡肽和游離氨基酸作為風(fēng)味前體物質(zhì)[65]。

如圖5所示，原料肉中的肌原纖維和肌漿蛋白經(jīng)過乳酸菌胞外酶的作用降解成呈味氨基酸或寡肽，從而對(duì)產(chǎn)品特有的風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)起關(guān)鍵作用[66]。氨基酸本身對(duì)產(chǎn)品有呈味的貢獻(xiàn)，如谷氨酸和天門冬氨酸是典型的鮮味氨基酸，谷氨酸與基質(zhì)中的Na＋結(jié)合成谷氨酸鈉后，鮮味作用會(huì)明顯增強(qiáng)；D型氨基酸普遍具有甜味，色氨酸的甜度約是蔗糖的35 倍[67-68]。此外，氨基酸進(jìn)一步通過轉(zhuǎn)氨反應(yīng)、氧化脫氨、脫羧反應(yīng)以及降解反應(yīng)形成其他物質(zhì)，其中醛類物質(zhì)進(jìn)一步發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成酸類、醇類、酯類[69]。3-甲基丁醛、3-甲基丁醇、3-甲基丁酸這幾種物質(zhì)可以通過亮氨酸經(jīng)過美拉德反應(yīng)后再經(jīng)過乳酸菌中的氨基轉(zhuǎn)移酶和脫羧反應(yīng)得到；2-甲基丁醛、2-甲基丁醇、2-甲基丁酸這幾種物質(zhì)可通過異亮氨酸經(jīng)過類似的反應(yīng)得到；苯乙醛、苯乙醇、苯乙酸是通過苯丙氨酸代謝而來；3-甲硫基丙醛則是與甲硫氨酸代謝相關(guān)[70]。2-甲基丙酸、3-甲基丁酸和2-甲基丁酸為薩拉米香腸特征性的“甜味”，這3 種酸也會(huì)轉(zhuǎn)化成果酸酯，對(duì)香氣也有積極影響，3-甲基丁醛及其衍生物對(duì)風(fēng)味影響很大，與含硫化合物反應(yīng)時(shí)可生成一種類似培根的風(fēng)味[71-73]。因此，乳酸菌在薩拉米香腸體系中的蛋白質(zhì)代謝路徑主要是蛋白質(zhì)和氨基酸的降解反應(yīng)、轉(zhuǎn)氨反應(yīng)、氧化脫氨、脫羧反應(yīng)；其二級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)生成3-甲基丁酸以及果酸酯等特征風(fēng)味物質(zhì)。

圖5 蛋白質(zhì)降解過程中風(fēng)味物質(zhì)的形成途徑[66]Fig.5 Formation pathways of aromatic compounds from protein degradation[66]

2.2.2 碳水化合物代謝

乳酸菌發(fā)酵分為同型發(fā)酵和異型發(fā)酵，同型發(fā)酵是乳酸菌利用葡萄糖經(jīng)過糖酵解途徑生成丙酮酸，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成乳酸；異型發(fā)酵中乳酸菌利用葡萄糖，它的產(chǎn)物除乳酸外還有乙醇[74-75]。乳酸鏈球菌和大多數(shù)乳酸桿菌進(jìn)行同型發(fā)酵，而明串珠菌屬的乳酸菌以及某些乳酸桿菌，如腸膜明串珠菌、短乳桿菌、甘露醇乳桿菌則進(jìn)行異型發(fā)酵[76]。

在低鳥嘌呤（guanine，G）、胞嘧啶（cytosine，C）含量革蘭氏陽性菌中，碳分解代謝物阻遏（carbon catabolite repression，CCR）效應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)控因子為分解代謝物控制蛋白A（catabolite control protein A，CcpA）[77]。除雙歧桿菌屬，大部分乳酸菌是低GC含量，雙歧桿菌屬幾乎不用作薩拉米香腸的發(fā)酵劑。在薩拉米香腸發(fā)酵過程中，乳酸菌優(yōu)先利用葡萄糖等速效碳源進(jìn)行代謝[78]。乳酸菌中的CcpA蛋白具有多效性調(diào)控作用，主要包括CCR效應(yīng)以及碳分解代謝物激活（carbon catabolite activation，CCA）效應(yīng)，如圖6[77]所示。CcpA在共阻遏物P-(Ser)-組氨酸-磷基蛋白（histidine-phosphoryl protein，Hpr）協(xié)助下與cre位點(diǎn)結(jié)合，HPr的組氨酸殘基在磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（phosphotransferase system，PTS）、EI（enzyme I）催化下以磷酸烯醇式丙酮酸為底物進(jìn)行磷酸化，并將磷傳遞給負(fù)責(zé)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和磷酸化的PTS系統(tǒng)；Hpr的絲氨酸殘基隨后在Hpr激酶/磷酸酯酶（Hpr kinase/phosphoesterase，HprK/P）的催化下被磷酸化，形成P-(Ser)-Hpr并與轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子CcpA形成復(fù)合體，參與CCR效應(yīng)[77]。乳酸菌中CcpA蛋白對(duì)糖酵解途徑具有促進(jìn)作用，CcpA缺失引起丙酮酸激酶及L-乳酸脫氫酶活性降低，進(jìn)一步導(dǎo)致代謝產(chǎn)物中乙醇、乙酸含量的增加；CcpA蛋白還可對(duì)磷酸轉(zhuǎn)移酶和乙酸激酶（丙酮酸生成乙酸關(guān)鍵酶）的編碼基因pta與ackA以及乙酰乳酸合酶（乙偶姻途徑的關(guān)鍵酶）的編碼基因alsSD進(jìn)行正調(diào)控，影響乙酸、乙偶姻、L-乳酸等風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生，從而調(diào)控碳溢流代謝[79-81]。

圖6 低GC含量革蘭氏陽性菌中CcpA依賴的CCR/CCA效應(yīng)機(jī)制[77]Fig.6 CcpA-dependent carbon catabolite repression/carbon catabolite activation effect mechanism in Gram-positive bacteria with low GC content[77]

除了乳酸菌中CcpA蛋白影響風(fēng)味物質(zhì)的生成外，Rimaux等[82]的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了乳酸菌可利用腺苷和肌苷的戊糖部分作為碳源在肉中進(jìn)行糖代謝。乳酸菌通過碳水化合物代謝產(chǎn)生如乳酸、乙酸、甲酸等有機(jī)酸，酸味是發(fā)酵肉制品風(fēng)味物質(zhì)的組成之一，酸味與D-乳酸的含量呈正相關(guān)[83]。糖酵解途徑的中間產(chǎn)物丙酮酸也是風(fēng)味前體物質(zhì)，例如丙酮酸在丙酮酸脫羧酶、雙乙酰合酶的作用下生成雙乙酰，雙乙酰具有奶油香味且對(duì)薩拉米香腸的風(fēng)味有促進(jìn)作用。Lo等[84]也證實(shí)了通過糖代謝產(chǎn)生雙乙酰和乙醛是乳酸菌的共同特征。Sidira等[85]的研究表明乙酸乙酯在微生物生長代謝酯類物質(zhì)含量中是最高的，乳酸菌經(jīng)過碳水化合物代謝生成的多種酸類物質(zhì)是形成酯類物質(zhì)的前體。趙麗華[86]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，薩拉米香腸在發(fā)酵過程中未檢測出乳酸，但檢測出了大量的乳酸異丙酯和乳酸異戊酯，說明在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的乳酸作為風(fēng)味前體物質(zhì)形成了酯類物質(zhì)，賦予薩拉米香腸典型的風(fēng)味。綜上，乳酸菌在薩拉米香腸體系中通過碳水化合物代謝的糖酵解途徑產(chǎn)生了大量的酸類物質(zhì)，這些物質(zhì)如丙酮酸是一些重要風(fēng)味物質(zhì)（雙乙酰、乙酸乙酯、乙醛）的前體物質(zhì)。

2.2.3 脂肪代謝

在薩拉米香腸發(fā)酵的過程中，除了脂肪本身會(huì)進(jìn)行降解反應(yīng)產(chǎn)生游離脂肪酸以及醇、醛、酮類風(fēng)味物質(zhì)外，其還可作為碳源供微生物代謝，代謝產(chǎn)物可以進(jìn)一步代謝形成其他風(fēng)味物質(zhì)[87]。發(fā)酵薩拉米香腸的內(nèi)源脂酶對(duì)脂類的分解作用大概占60%～80%[88]。脂類物質(zhì)形成風(fēng)味的重要基礎(chǔ)是中性脂肪酸和磷脂的水解和氧化。脂質(zhì)降解分為脂質(zhì)的水解和脂質(zhì)的氧化。在脂質(zhì)的水解中，不飽和脂肪酸比脂肪酸更容易釋放（亞油酸＞油酸＞硬脂酸＞棕櫚酸）[89-91]。中性脂肪在脂肪酶的作用下生成單甘酯、雙甘酯及游離脂肪酸，而乳酸菌通過糖代謝產(chǎn)生乳酸等有機(jī)酸降低了pH值，從而使脂肪酶的活性受到影響。此外，羥基脂肪酸水解為羥基酸，經(jīng)過反應(yīng)生成的內(nèi)酯化合物具有肉香味。郭月紅等[92]的研究也發(fā)現(xiàn)脂肪水解成脂肪酸只是第一步反應(yīng)，脂肪酸是第二級(jí)反應(yīng)（如氧化反應(yīng)和與蛋白質(zhì)之間的反應(yīng)等）的前體物質(zhì)，第二級(jí)反應(yīng)是形成風(fēng)味物質(zhì)的主要反應(yīng)，可生成1-辛烯-3-醇等。游離脂肪酸還可以與脂質(zhì)氧化所產(chǎn)生的醇發(fā)生反應(yīng)生成酯，揮發(fā)性脂肪酸形成的酯可以賦予肉制品果香。脂質(zhì)的氧化中脂肪氧化酶催化如花生四烯酸、亞油酸等不飽和脂肪酸，最后形成二級(jí)氧化產(chǎn)物——醛類與酮類，如辛醛、壬醛和2-十一烷醛來源于油酸；己醛、2-壬烯醛、2,4-癸二烯醛來源于亞油酸[93-94]。微生物對(duì)脂的分解作用占30%左右，Thambiraj等[95]研究結(jié)果顯示經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵的黃花扁豆乙酸、丁酸等短鏈脂肪酸濃度增加。Uppada等[96]將植物乳桿菌（MTCC 4461）用作脂肪酶的來源，研究了固定化脂肪酶在脂肪降解中的應(yīng)用，結(jié)果表明該種脂肪酶具有在72 h內(nèi)降解肉中脂肪的特性并且植物乳桿菌在96 h內(nèi)顯示出具有對(duì)肌漿蛋白和肌原纖維蛋白降解的特性，并且用固定的植物乳桿菌脂肪酶進(jìn)行的酯化反應(yīng)可以合成短鏈脂肪酸酯。

圖7描述了甘油三酯在乳酸菌發(fā)酵過程中的降解途徑[97]，其中乳酸菌是酯酶或脂肪酶的來源。飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸經(jīng)過β-氧化等系列反應(yīng)生成醇類、酯類、酸類物質(zhì)。其中短鏈脂肪酸是許多芳香族化合物的前體。酯酶還可以催化甘油和醇類直接合成風(fēng)味活性酯[97]。乳酸菌在薩拉米香腸體系中經(jīng)過的脂肪水解與氧化產(chǎn)生不飽和脂肪酸，作為風(fēng)味前體物質(zhì)與蛋白質(zhì)的降解產(chǎn)物相互作用形成以1-辛烯-3-醇、己醛等醛類和酮類為主的風(fēng)味物質(zhì)。

圖7 甘油三酯在乳酸菌發(fā)酵過程中的降解途徑[97]Fig.7 Degradation pathways of triglycerides during fermentation of lactic acid bacteria[97]

3 結(jié) 語

薩拉米香腸作為西式發(fā)酵香腸，是西方發(fā)達(dá)國家消費(fèi)者餐桌上重要的肉類食品，其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和研發(fā)水平較為成熟，已基本呈現(xiàn)工廠化、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的發(fā)展格局。我國西式發(fā)酵香腸的加工及研究相對(duì)滯后，薩拉米香腸制造的核心技術(shù)即發(fā)酵劑的研發(fā)及部分加工設(shè)備和工藝主要依賴進(jìn)口，發(fā)酵周期長、生產(chǎn)成本高。目前國內(nèi)有少數(shù)廠家生產(chǎn)西式發(fā)酵香腸，隨著人們對(duì)肉及肉制品攝入量及品質(zhì)要求的提高，同時(shí)經(jīng)過國內(nèi)十余年市場的孕育，薩拉米香腸這類產(chǎn)品已經(jīng)獲得越來越多年輕人的青睞。

當(dāng)前，乳酸菌已被廣泛證明對(duì)薩拉米香腸風(fēng)味影響顯著，通過蛋白質(zhì)代謝將亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸轉(zhuǎn)化成3-甲基丁醛、3-甲基丁醇、3-甲基丁酸、2-甲基丁醛、2-甲基丁醇、2-甲基丁酸、苯乙醛、苯乙醇、苯乙酸、3-甲硫基丙醛以及一些酯類物質(zhì)；碳水化合物代謝產(chǎn)生酸類物質(zhì)，利用葡萄糖產(chǎn)生如乳酸、乙酸、乙偶姻、丙酮酸、雙乙酰、乙醛等酸類物質(zhì)，一些酸類物質(zhì)還可作為風(fēng)味物質(zhì)酯類（如乙酸乙酯）的前體物質(zhì)；脂肪代謝將脂肪酸轉(zhuǎn)化成辛醛、壬醛、己醛、2-壬烯醛、2,4-癸二烯醛、丁酸、1-辛烯-3-醇等物質(zhì)。我國擁有豐富而優(yōu)良的發(fā)酵菌種庫及原料肉資源，根據(jù)我國的消費(fèi)需求和消費(fèi)習(xí)慣，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的發(fā)酵劑，能夠有效促進(jìn)發(fā)酵肉質(zhì)地與風(fēng)味形成、改進(jìn)發(fā)酵肉制品品質(zhì)、縮短加工周期等，對(duì)生產(chǎn)出適合“中國胃（味）”的高檔發(fā)酵肉制品具有重要的價(jià)值和意義。以薩拉米香腸為代表的西式肉制品綠色制造和新品研發(fā)是新時(shí)代背景下消費(fèi)者對(duì)美好生活追求的重要組成部分，也是驅(qū)動(dòng)肉制品產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要引擎之一。