有益葡萄球菌对发酵肉制品品质影响

河北经贸大学生物科学与工程学院 河北石家庄 050061

发酵肉制品是指以畜禽肉为原料，在自然或人工控制条件下，借助微生物或酶的作用，在低温条件下腌制、发酵、干燥或熏制，使其发生一系列生物化学及物理变化，形成具有特殊风味、色泽、质地及较长保质期的肉制品[1,2]。目前，发酵肉制品主要分为发酵香肠、腊肉和生火腿，其具有代表性的产品如萨拉米香肠、中式腊肉、金华火腿等。发酵肉制品具有悠久的历史，与国外相比，我国发酵肉制品多采用自然发酵的方式进行生产，生产周期长，卫生条件差，产品质量难以控制。为了缩短产品的生产周期，保证产品的质量安全，早期的自然发酵已逐渐被工业化的人工接种所取代。目前被广泛用于发酵肉制品中的微生物发酵剂主要是乳酸菌和葡萄球菌。葡萄球菌是一类革兰氏阳性、串状球菌的总称，对发酵肉制品风味形成，色泽稳定具有重要作用。

本文论述了对发酵肉制品风味、色泽、生物胺含量具有显著影响的有益葡萄球菌的种类及作用机理，以期为发酵肉制品中有益葡萄球菌的筛选提供理论依据。

1 有益葡萄球菌对发酵肉风味的影响

风味是决定发酵肉制品品质的一个重要指标。我国传统发酵肉制品由于具有独特的风味而深受人们喜爱，但近年来，人们采用统一的工业化方式进行生产，这在一定程度上给肉制品带来了缺陷，尤其是风味上的缺陷[3]。发酵肉制品的风味除与添加的香辛料有关外，微生物发酵剂对香气成分的形成也有重要的贡献。目前研究发现起产香作用的微生物主要是葡萄球菌，而非乳酸菌[4]。葡萄球菌具有较强的分解脂肪和肌肉蛋白的能力，对发酵香肠独特风味的形成具有重要作用，因此被称为香肠的“风味”菌[5]。且国内外学者已经发现葡萄球菌属的多种菌株具有产香潜力，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]研究发现添加含葡萄球菌发酵剂的香肠中具有更强烈的蛋白质水解(59种肽)有助于肽的最大富集，促进香肠风味的形成。菌株分解蛋白质形成肽的同时，有些菌株可将蛋白质或肽分解成风味氨基酸。如Kai Xing T等(2018)[11]研究发现具有蛋白酶活性的菌株可使谷氨酸(一种呈味氨基酸)积累到超过味道阈值10倍以上的浓度。另外，李想等(2011)[8]以腐生葡萄球菌CGMCC 3475为发酵剂制作发酵香肠，发现该菌株可以促进脂肪水解，使游离脂肪酸含量显著增加。焦玉(2008)[12]从传统发酵肉中筛选出三株产香性能较好的葡萄球菌S2、S3和S4，经鉴定分别为模仿葡萄球菌、表皮葡萄球菌和腐生葡萄球菌，它们可以水解蛋白质和脂肪，从而提高游离氨基酸和脂肪酸的含量。游离氨基酸在香肠成熟过程中经过美拉德反应、Strecter降解等进一步形成风味物质；脂肪水解后产生的游离脂肪酸，进一步氧化后也有助于肉制品风味的形成。另外，王海燕(2006)，杨勇(2011)，温婷婷(2012)等[13～15]以菌株代谢亮氨酸产3-甲基丁醛的能力为依据，分别从传统发酵肉制品中筛选得到具有产香潜力的发酵菌株S52、S25、S18和S44，经鉴定分别为模仿、腐生、木糖和缓慢葡萄球菌。Montel(1996)等[16]也曾指出发酵肉制品的风味形成与有益球菌分解支链氨基酸(缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)产支链醛(3-甲基丁醛)及相应的醇和酸的能力有关。尤其是代谢亮氨酸产3-甲基丁醛和3-甲基丁酸，可以显著促进干香肠的味道和风味[17]。综上，有益葡萄球菌的产香能力可能与以下两个因素有关：(1)菌株的脂酶和蛋白酶降解脂肪和蛋白质，提供风味前体物的能力；(2)菌株分解支链氨基酸产3-甲基丁醛的能力。

以上研究表明，特定葡萄球菌菌株对发酵肉制品风味形成及品质改善具有一定的贡献。这些产生良好风味菌株的获得也为我国肉品发酵剂的开发奠定了基础。目前对产香菌株的研究还不够深入，大多只以菌株代谢亮氨酸产3-甲基丁醛为依据判断菌株是否具有产香能力，而发酵肉制品的风味形成是多种风味化合物共同作用的结果，3-甲基丁醛只是阈值较低的一种，找出起主要作用的风味物质，并研究不同风味化合物的阈值，以及利用产香菌株提高这些风味物质的积累量，将是产香菌未来的一个研究方向。

2 有益葡萄球菌对发酵肉颜色的影响

肉及肉制品的颜色是影响其感官品质和消费者购买行为的一个重要因素。牲畜屠宰后，肉色变褐，添加硝酸盐或亚硝酸盐可以稳定肉制品颜色，但它们会形成致癌物亚硝胺，严重威胁人体健康。因此寻找一种既能保证肉制品色泽又不影响肉制品安全性的护色方法是目前亟待解决的问题。

研究发现，葡萄球菌能够产生硝酸盐或亚硝酸盐还原酶，并且能够通过这些酶的作用还原硝酸盐或亚硝酸盐生成NO-，NO-和肌红蛋白结合，形成稳定的亮红色亚硝基肌红蛋白。Bosse(2016)等[18]将两株硝酸盐还原酶活性不同的肉葡萄球菌分别添加到发酵香肠中，发现还原酶活性高的菌株，香肠中硝酸盐和亚硝酸盐浓度下降幅度较大，且肉制品色泽较好。这表明具有较高硝酸盐还原酶活性的葡萄球菌对降低亚硝酸盐的含量及肉制品色泽形成具有重要的作用。与此同时，葡萄球菌还能产生过氧化氢酶防止肉制品因氧化而变色[19]。然而，在不含硝酸盐和亚硝酸盐的发酵肉中，一些葡萄球菌可以通过一氧化氮合酶(NOS)途径，转化精氨酸为瓜氨酸时，产生的一氧化氮可以与肌红蛋白相互作用，形成亚硝基肌红蛋白[20]。最近，已有研究发现葡萄球菌属中肉葡萄球菌、马胃葡萄球菌、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红色肌红蛋白衍生物的潜力，且木糖葡萄球菌似乎是最有效的NO生产者，而其他四个种属产NO的能力是高度可变的[21]，且在产品发酵过程中不一定具有竞争性，同时考虑到NOS反应的氧依赖性和香肠中心氧气可用性的降低，所以在用此类菌株作为发酵剂时，必须保证充足的氧气。

此外，为了探究外部条件对葡萄球菌发色的影响，Morita(1998)等[20]初步探究了木糖葡萄球菌FAX-1在不同pH值条件下，转化高铁肌红蛋白的情况，结果发现该菌株在pH值5.8的条件下，可将高铁肌红蛋白转化为六配位NO的肌红蛋白配合物，当pH值从5.8变为4.0时，则生成五配位的亚硝基肌红蛋白(NO-Mb肉红色)，且这种转化随pH值变化是可逆的，这为后期控制发酵肉制品色泽形成提供了理论依据。

葡萄球菌属的特定菌株能通过硝酸盐还原酶、过氧化氢酶或NOS途径，稳定肉制品色泽，提高肉制品安全性，但这些酶活性受外界因素影响较大，目前还没有将其完全代替化学护色剂应用到工业化生产中。因此，需要对护色葡萄球菌在肉制品中的应用进行条件优化，探索出其发色的最佳条件，以期促进其在肉制品中的发色效果。

3 有益葡萄球菌对发酵肉生物胺含量的影响

生物胺是一类含氮的脂肪族、芳香族或杂环类低分子有机碱，在体内积累到一定程度会产生毒性，如引起头痛、呼吸紊乱、心悸、血压变化等症状[21]。此外，生物胺还是生成致癌物亚硝胺的前体，二胺(腐胺和尸胺)不仅能加强组胺的毒性，而且还会与亚硝酸盐反应生成杂环类致癌物亚硝胺，严重影响人体健康[22]。目前在很多国家的发酵香肠中发现较高水平的生物胺[23～25]，研究发现，发酵肉中生物胺的形成有两种途径：一是由醛或酮的转氨作用生成脂肪族的生物胺；二是由发酵肉制品中一些氨基酸脱羧酶阳性菌的作用，使发酵肉中的游离氨基酸脱羧形成相应的胺，且后者是发酵肉制品中生物胺的主要产生方式[26]。

大量研究表明肉制品中的优势菌(乳酸菌和葡萄球菌)不产生物胺或具有降生物胺的能力，可作为肉品发酵剂使用。如Muhammad(2014)等[27]从鱼露中分离出的肉葡萄球菌FS19具有降低组胺的能力，可以作为发酵鱼中生物胺的降解菌。随着研究的深入，人们发现有益葡萄球菌降生物胺作用的途径主要有三种：一是葡萄球菌具有生物胺氧化酶，可以将生物胺氧化成醛、氨和过氧化氢，而起到降胺的效果。如Martuscelli(2000)等[28]从意大利香肠中分离出的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具有显著的组胺氧化酶活性，可以有效降低组胺的含量。二是葡萄球菌具有抑制产胺菌的能力，可以从根本上抑制生物胺的产生。如Mah(2009)等[29]发现，木糖葡萄球菌No.0538能产细菌素样抑菌物，可以抑制地衣芽孢杆菌(一种产胺菌)的活性，且其在含有0.5mM组胺和0.5mM酪胺的磷酸盐缓冲液中，38.0%的组胺和4.4%的酪胺在24h内被降解。三是葡萄球菌可以协助其他菌株更好的发挥降胺效果。如高文霞(2007)等[30]曾发现木糖葡萄球菌有助于戊糖片球菌进一步降低发酵香肠中组胺的含量。王德宝(2018)，蔡永敏(2018)等[31,32]分别将木糖葡萄球菌和肉葡萄球菌与乳酸菌复配，发现复配组较空白组和单一乳酸菌组降生物胺效果显著。

虽然以上研究表明，这些菌株有降生物胺的能力，但在不同的发酵条件或不同的产品中，其降生物胺的效果还需进一步的优化研究。

4 展望

葡萄球菌在发酵肉制品工业化演变过程中扮演着重要的角色。然而，大多数葡萄球菌功能较为单一，还不能将其应用到工业化生产中来提高肉制品的整体感官品质，因此筛选研究集多重功能于一身的优良菌种(即：既能产良好风味和良好色泽，又能降低肉制品中生物胺含量的优良菌株)，或利用分子生物学的手段，将不同菌株中起产香、发色和降生物胺的这些功能基因拼接到一起，实现一菌多功能，将是未来研究的方向。