发酵肉制品加工中衍生的非健康因子控制研究进展

田建军 张开屏 景智波 杨明阳 靳 烨*

（1 内蒙古农业大学食品科学与工程学院 呼和浩特 010018

2 内蒙古商贸职业学院食品工程系 呼和浩特 010070）

非健康因子是一些影响食品安全性，对人体健康造成危害的物质，长期摄入这些物质可能会引发各种慢性病。如发酵肉制品在加工、贮藏过程中，因氧化而产生的自由基、氨基酸脱羧产生的生物胺、美拉德反应产物、腐败微生物的代谢产物等，这些物质积累可能引发一系列疾病，如动脉粥样硬化、糖尿病、关节炎和癌症等[1]。

近几年，全球肉类消费总量已超过3亿t/年，而深加工肉制品占肉类总产量的1/3以上，其中利用益生菌发酵是肉制品加工的一个重要方式，发酵肉制品在欧、美等发达国家的肉制品中占有举足轻重的地位。发酵肉制品的发酵和成熟是在自然或人为控制条件下，通过固有微生物或添加发酵剂，使原、辅料发生一系列生物、化学变化，使原料肉的水分活度（Aw）和pH值降低，而形成具有特殊风味、色泽和质地以及保存期较长的肉制品[2]。

发酵肉制品的生产过程是多种微生物参与的复杂加工过程，一些肉制品的发酵过程，多采用自然发酵，参与发酵的微生物主要来自于原料本身、加工设备和周围环境。由于环境中微生物种群结构的不确定性，在加工过程中可能因氧化和生物降解而产生多环芳烃、生物胺等，因大量腐败菌和致病菌污染而产生毒素，这些非健康因子会给消费者带来安全隐患。

本文概述了自然发酵肉制品加工过程中内源非健康因子和与微生物相关的外源非健康因子的形成机制与消除策略的最新研究进展，希望能够为我国发酵肉制品的系统研究提供参考，为传统发酵肉制品的产业化生产提供保障。

1 与微生物相关的外源非健康因子的形成机制与消除策略

影响发酵食品安全性最为重要的是蛋白质、多肽、氨基酸等多种含氮化合物在微生物代谢酶的作用下生成了有害的胺（氨）类物质或细菌毒素，当人们摄入含有这些非健康因子的食品时就会带来潜在的危险[3]。如肉制品中生物胺含量大于200mg/kg时，可能会引起偏头疼和高血压等症状[4-5]。

1.1 生物胺

1.1.1 生物胺的形成与危害 生物胺（Biogenic amines，BA）主要由氨基酸脱羧或醛、酮的转氨基作用产生，是-NH3基上的H原子被烷基或芳香基所取代的物质[6]。氨基酸的脱羧反应是在那些具有产生脱羧酶的微生物的作用下，将氨基酸的α-羧基脱去而生成相应的生物胺，如图1所示。

图1 食品中生物胺的形成Fig.1 The formation of the biogenic amines in foods

食品中常见的生物胺有腐胺、尸胺、精胺、亚精胺等脂肪族生物胺，酪胺、苯乙胺、多巴胺等芳香族生物胺，组胺、色胺等杂环族生物胺[7]。发酵肉制品中生物胺的积累主要是环境中污染微生物对氨基酸代谢的结果[8]。因此一些传统发酵肉制品的质量安全引起了越来越多的科研工作者的广泛关注。在肉制品中，通常认为传统发酵肉制品中的生物胺含量比较高，因为原料中的蛋白质，经微生物发酵可降解产生一定量的游离氨基酸，而传统发酵肉制品生产过程中参与发酵的微生物主要来源于周围环境，这些微生物可能具有氨基酸脱羧酶活性，为生物胺的合成提供了必须条件。

肠杆菌属（Enterobacter）、乳酸杆菌属（Lactobacillus）、明串珠菌属（Leuconostoc）、假单胞菌属（Pseudomonas）肠球菌属（Enterococcus）、链球菌属（Streptococcus）、酒球菌属（Oenococcus）、梭菌属（Clostridium）等是食品中产生物胺的主要菌属[9]。微生物代谢产生生物胺是对环境的应激反应，在环境胁迫条件下，为适应环境，受其抗胁迫机制调控而产生碱性的生物胺。2012年Ladero等[10]对产胺菌株定量研究时发现，乳酸乳杆菌（Lactobacillus lactis）、弯曲乳杆菌（L.curvatus）、短乳杆菌（Lactobacillus brevis）和粪肠球菌（Enterococcus）与腐胺的产生积累相关。2015年Benkerroum[11]发现从奶制品中分离的酵母菌（Debaryomyces hansenii）、粪肠球菌（Enterococci）和布氏乳酸杆菌（Lactobacillus buchneri）具有产组胺的活性。2016年Fausto等[12]发现酵母菌能够产生高含量的生物胺，而肠球菌能够产生酪胺和腐胺。

通常情况下，生物胺是机体内正常的活性成分，具有重要的生理功能。一定量的生物胺对血管和肌肉的舒张和收缩有明显作用，对大脑皮质和神经系统有重要的调节作用，可促进DNA的解链、RNA的转录和蛋白质的合成，进而促进机体的生长发育。2012年Galgano等[13]发现生物胺有调节基因表达、细胞生长、修复组织和细胞内信号通路的作用。然而，过量的生物胺对人体有严重的毒害作用，可造成心血管系统和神经系统损伤[14]。给实验动物小鼠注射精胺或亚精胺，给药不久小鼠血液就会变的黏稠并伴随产生呼吸道症状和神经毒性，导致肾功能不全[15]。2016年Fausto等[12]研究发现，一定浓度的腐胺可促进结肠肿瘤细胞生长。

1.1.2 生物胺的控制策略 生物胺的积累必将引起食品安全问题，因此研究控制食品中生物胺的策略尤为重要。生物胺的热稳定性强，通过加热几乎不能去除原料或食品中已有的生物胺[16]。目前，控制发酵食品中生物胺的主要方法有：（1）通过生物技术手段，控制游离氨基酸的含量；（2）对产生氨基酸脱羧酶微生物的抑制甚至灭活；（3）抑制氨基酸脱羧酶的活性；（4）增强生物胺的降解水平[17]。

食品中蛋白质的降解产物氨基酸是生物胺形成的关键限制因子，减少食品中游离氨基酸的含量，可以达到降低生物胺合成的目的。土耳其科学家Yerlikaya等[18]在2015年研究发现谷氨酰胺转胺酶（Microbial transglutaminase，MTG）可催化氨基酸发生聚合反应，从而抑制游离氨基酸因发生脱羧反应而形成生物胺。对于发酵肉制品，如发酵香肠、风干肉等，传统去除生物胺的方法是通过冷冻、添加食品添加剂等来抑制酶活力和微生物的生长，从而减少食品中生物胺的积累。2015年Wang等[19]发现将中式传统发酵香肠分别在-18，0，4，25℃条件下贮存20 d，然后分别测定不同贮藏温度下发酵香肠中组胺的含量，结果表明除了-18℃的贮藏温度外，其余试验温度条件下组胺含量均高于初始量（P＜0.05），因此，降低发酵肉制品的贮存温度可有效抑制生物胺的形成和积累。Latorre等[20]发现在发酵香肠中添加碳水化合物，也可有效减少尸胺的积累。

生物胺的产生不仅是外界环境微生物作用的结果，而且还与添加的微生物发酵剂直接相关，用无氨基酸脱羧酶活性的益生菌发酵剂来进行发酵，可以从源头上减少生物胺的产生。由于有些乳酸菌的代谢产物有明显的抑菌作用，所以在不影响产品品质的前提下，可以将这类乳酸菌作为生产发酵剂应用到发酵肉制品的生产中。2014年西班牙科学家Simion等[21]发现接种植物乳杆菌和酿酒酵母的混合发酵剂发酵香肠，香肠中腐胺含量减少了37%、尸胺的含量减少了76%。发酵剂的使用可以影响不同微生物菌群的相互作用，对一些脱羧酶阴性的新型发酵剂进行研究，发现这些新型发酵剂对发酵制品中的生物胺降低有一定的作用，研究人员认为复合发酵剂对减少生物胺的产生具有较好的效果。混合使用木糖葡萄球菌、植物乳杆菌和清酒乳杆菌作为发酵剂发酵香肠时，可有效抑制腐胺、尸胺、色胺和酪胺的生成。近年来随着分离技术的不断成熟，分离到的这类菌株也越来越广，各菌株分离情况见表1[22]。

控制发酵肉制品中生物胺的含量，还可以利用微生物产生的胺氧化酶将生物胺降解为过氧化氢和氨；或某些微生物代谢产生的胺脱氢酶将生物胺分解为乙醛和氨。木糖葡萄球菌（Staphylococcus xylosus）可以通过代谢产生的胺氧化酶降低发酵香肠中生物胺的含量[23-24]。通过微生物建模可以研究食品体系中微生物的相互作用，以及生物胺的形成途径，可以探索温度、酸度和发酵时间等一些关键控制点对生物胺产生的影响[25]。

表1 降解生物胺的微生物菌株[22] Table1 Degradation of biogenic amines microbial strains[22]

1.2 亚硝胺

1.2.1 亚硝胺的来源及其危害 亚硝胺（R1R2NN＝O）是一类含氮化合物，天然存在于食品中的亚硝胺含量虽很低，但其合成反应的前体物质亚硝酸盐和胺类化合物却广泛存在，在适宜的条件下可形成亚硝胺。

肉制品中含有的亚硝胺主要是由亚硝酸和蛋白质分解产物氨基酸和胺类物质反应形成[26-27]。传统工艺在制作风干肉、风干肠、腊肉等发酵肉制品时为了抑菌和发色，常添加硝酸盐和亚硝酸盐来抑菌和发色，导致这些肉制品中亚硝酸盐含量增加。而胺类化合物是蛋白质代谢过程的中间产物，常存在于蛋白质含量相对较高的动物性食品当中。在一定的条件下，当亚硝酸盐与胺类化合物相遇时可在腌肉制品、发酵肉制品以及人体内合成亚硝胺，摄入一定量的亚硝胺可导致人体多组织器官发生病变。

研究发现环境中的微生物能够参与亚硝胺的合成，硝酸盐在一些细菌还原酶的作用下，会被还原成亚硝酸盐。如大肠杆菌、葡萄球菌、芽孢杆菌、酵母菌和霉菌等都能还原硝酸盐生成亚硝酸盐，亚硝酸盐可与胺类化合物结合而生成亚硝胺。在传统自然发酵肉制品的生产过程中，除了优势菌群乳酸菌外，可能还存在一些有害微生物。在发酵初期因酸性环境尚未形成，一些腐败菌尚未被抑制，将可能会出现硝酸盐的还原过程。同时一些细菌、霉菌和酵母菌可以使肉制品中的蛋白质、多肽进一步分解，氨基酸在裂解酶的作用下脱氨基形成氨或脱羧基形成胺。经微生物的转化，氨可形成大量亚硝酸，进而与胺结合形成亚硝胺。如传统自然发酵香肠中常见的肠杆菌具有较高的脱羧酶活性，可与亚硝酸盐反应生成杂环类的亚硝胺。亚硝胺具有致癌、致畸、致突变效应，是毒性和危害作用很强的一类化学致癌物质。在已报道的近300多种亚硝胺类化合物中，90%以上可以诱发引起DNA烷化，而DNA烷化引起致畸性和致癌[28]。

1.2.2 亚硝胺的控制策略 减少食品中亚硝胺及其前体物质的含量，阻断亚硝胺的合成途径，促进亚硝胺的生物降解，可以有效防止亚硝胺对人体造成的危害。有些微生物可还原硝酸盐为亚硝酸盐，可分解蛋白质形成胺类物质，因此，防止食品被微生物污染可有效降低食品中亚硝胺的含量。同时在食品加工时，特别是一些传统的发酵肉制品，如风干肉、腊肉、熏马肠等加工中，原料肉本身或环境是参与发酵的微生物的主要来源途径，因此，通过添加目标发酵剂人为调控发酵微生物的菌群结构，扩大益生菌的优势，抑制腐败菌的生长，对降低食品中亚硝胺含量至关重要。2016年李木子等[29]发现用弯曲乳杆菌（Lactobacillus curvatus）调制生产发酵剂，在哈尔滨风干肠制备过程中进行接种发酵，在后期的发酵过程中显著降低了亚硝胺的生成（P＜0.05）。

利用阻断剂，阻止食品中胺类与亚硝酸盐的亚硝化反应，可以有效地抑制或阻断亚硝胺的合成途径。酸性条件下，亚硝酸及其盐类通过还原剂的作用可被还原成无害的N2和NO。因此，具有还原性和抗氧化性的物质均可抑制亚硝酸盐的生成。如香辛料中富含硫化物、酚类和黄酮类等抗氧化物质，这些物质能够与亚硝酸盐发生氧化还原反应而阻断N-亚硝胺的生成。已有研究证实，洋葱、大蒜、生姜等香辛料中的生理活性物质能与亚硝酸盐结合生成硫代亚硝酸酯而发挥阻断作用，抑制亚硝胺的合成[30]。另外，发酵肉制品中产胺微生物对香辛料比较敏感，香辛料能够抑制这些微生物的生长，减少脱羧酶的产生从而阻断亚硝胺的合成。食品的加热温度、加热方式、pH值、食品中的添加剂种类、脂肪的含量和种类、生物胺、氨基酸、微生物和酶的作用、亚硝化反应的促进剂和抑制剂等都会影响肉制品中亚硝胺的形成[31]。

利用生物技术手段，促进亚硝胺的分解也是减少机体摄入亚硝胺的一种有效方法。亚硝胺在阳光的直接照射下，可分解成氨基和次亚硝基，一般情况下该反应不可逆，这样就减少亚硝胺在食品中的残留量。通过运用辐照、高压等新型生产技术对肉制品进行处理，也可以减少亚硝胺的含量。2015年黄晓冬等[32]分别研究了多酚、总黄酮和桐花树叶乙醇的提取物对亚硝化反应的抑制作用，结果表明：这些物质的提取物均能够不同程度地清除亚硝酸盐与阻断亚硝胺的合成。2017年杨华等[33]研究了4种香辛料（大葱、生姜、大蒜、洋葱）对 N-二甲基亚硝胺（N-nitrosodimethylamine，NDMA）的影响，发现香辛类的种类、添加量和亚硝化反应体系的温度、时间等都与NDMA的形成相关。另外杨华等研究发现，猪肉反复冻融可导致脂肪和蛋白质的加速氧化，并可促进亚硝胺的生成。由此可见，避免肉制品贮存过程中脂肪和蛋白质的氧化，可以抑制亚销胺的产生。

2 内源非健康因子的形成机制与消除策略

内源非健康因子是指在食品贮存和加工过程中，通过食品固有物质的降解、加热、氧化、美拉德反应等所产生的对健康有潜在危害的物质，如醛类、多环芳烃。低含量的脂肪氧化产物，特别是不饱和醛类物质的形成对肉制品独特的风味具有重要作用，然而高含量的氧化产物会造成产品品质劣变[34]。氨基酸、多肽、蛋白质等含有游离氨基的化合物与还原糖之间发生的非酶促褐变反应，其产物被称为美拉德反应产物（Maillard reaction products，MRPs），对食品的风味、色泽、营养及安全性有重要影响[35-36]。

2.1 醛类

2.1.1 醛类物质的形成 原料肉在冷冻贮藏期间或熟化过程中由于脂类物质的氧化反应；水溶性低分子化合物加热发生的非酶促褐变反应；蛋白质、肽、氨基酸和糖类物质的加热分解反应，都能导致醛类物质的产生[37]。如风干肉、熏马肠、腊肠、腊肉等一些自然发酵的肉制品，除了烟熏成分中含有醛类物质外，在贮藏期间和熟化过程中由于脂质的水解氧化或在脂肪酶的作用下也会生成醛类物质，如图2所示[38]。

这些醛类化合物因其阈值较低且在脂质氧化过程中生成速率较快，会对发酵食品的风味形成产生一定影响。适量的醛类物质能增添食品的风味，然而当醛类物质过量时则会对食品有破坏作用，甚至对健康有危害。发酵肉制品在发酵过程中，由柠檬酸、乳酸、丙酮酸等代谢都会产生乙醛，如图3所示[38]。

图2 脂肪酸氧化形成醛类物质Fig.2 Oxidation of fatty acids to form aldehydes

图3 乙醛合成途径Fig.3 Acetaldehyde synthesis pathway

2.1.2 醛类物质的控制策略 由脂肪氧化所产生的醛类物质，在肉品加工过程中如添加天然的抗氧化剂，可以起到良好的抑制效果。Jones等[39]研究了茶提取物对羊肉香肠的抗氧化效果，试验表明当添加量达到1.0%时，香肠在15 d的观察期内均具有良好的抗氧化效果。Geeta等[40]利用植物乳杆菌发酵剂对鸡肉进行发酵时发现，发酵剂具有清除超氧自由基的作用，脂质氧化程度较对照组明显降低（P＜0.01）。Lee等[41]研究发现干酪乳杆菌KCTC3260的抗氧化活性最高可达到46.2%，抑制脂质过氧化率为72.9%。朱光华等[42]研究发现植物乳杆菌X9和干酪乳杆菌N2能够提高高脂血症小鼠肝和肾组织中超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）的活性，并能够诱导抗氧化基因Nrf2的表达。Yu等[43]研究发现粘膜乳杆菌和植物乳杆菌能上调人结肠癌细胞HT-29和Caco-2中主抗氧化基因MT1、MT2等的表达，并可以提高抗氧化酶SOD、GPx的活性。由此可见，在发酵肉制品的生产加工中，除了传统的控制加工工艺条件，还可通过添加合适的天然抗氧化剂或具有抗氧化功能的益生乳酸菌，来有效抑制由于脂质氧化而产生的非健康因子。

2.2 多环芳烃

2.2.1 多环芳烃的形成 多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是一类分子中含有两个以上苯环的碳氢化合物[44]。流行病学研究显示，一些不健康的食品是人类摄入PAHs的主要途径之一。我国食品中污染物限量（GB2760-2016）中对多环芳烃中的苯并芘的限值规定为肉制品中不超过5.0μg/kg。

发酵肉制品中主要的脂类物质甘油三酯在400～450℃条件下加热分解时会产生链状和环状烷烃、烯烃和脂肪酸，其中长链脂肪酸可发生脱氧作用产生烷基，烷烯基内部环化后产生环状化合物，这是多环芳烃产生的一个重要途径[45]。多环芳烃多数具有DNA损伤性，能诱导机体基因发生突变。Li等[46]研究发现多环芳烃进入人体后，分别在P450酶、环氧化物水解酶以及二氢脱氢酶作用下代谢产生活化的醌类物质，诱导活性氧（ROS）的产生，从而引起DNA氧化损伤。哥伦比亚大学的一项研究表明，多环芳烃-DNA聚合物与脐带血染色体畸变频率间呈正相关（P＜0.01），这一研究首次发现PAHs是引起细胞遗传学损伤的潜在危险因素，而细胞遗传学损伤可增加人群癌症患病的风险性[47]。Grote等[48]研究发现多环芳烃在太阳光中的紫外线（280～400 nm）和可见光（400～800 nm）的照射下很容易形成光毒性化合物，这些物质能够破坏细胞膜、氨基酸、蛋白质以及细胞中的辅酶等物质，最终导致严重的细胞毒性和遗传毒性。

2.2.2 多环芳烃的控制策略 部分烟熏的干发酵香肠中PAHs污染程度与烟熏密切相关。如烟熏木材的类型、氧气的供应量、烟熏温度、烟熏时间以及食品与热源的距离等都会影响烟熏食品中PAHs的含量[49]。由于PAHs具有亲脂性，对于脂肪含量偏高的肉类食品，PAHs更容易扩散迁移到肉制品的里层，进而影响PAHs的含量[50]。因此，原料肉中的脂肪含量、烟熏方式、加热温度、处理时间是影响多环芳烃产生的主要因素。优化肉类食品加工过程中的工艺参数，利用生物技术，加快微生物分解多环芳烃的速度，可以减少加工过程中食品材料受多环芳烃污染的可能性。

Gemma等[51]研究发现肉制品在熏烤过程中最易产生多环芳烃，不同处理方式的肉制品PAHs的含量不同，烤制肉制品中的PAHs含量最高。Chen等[52]发现使用低密度聚乙烯（LDPE）袋真空包装烤鸭，样品室温放置24 h后，鸭皮中的苯并芘的含量显著降低（P＜0.01），同时样品经紫外线直接照射处理3 h，苯并芘残留量可减少到原来的70%。漆叶琼等[53]研究证实，戊糖乳酸菌（Lactobacillus pentosus）ML32和植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）121对苯并芘有较好的吸附效果。Goldin等[54]研究发现给小鼠喂食嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus） 可以降低 1，2-二甲基联苯（DMH）诱导的结肠癌发病几率。

3 展望

中国的肉制品种类繁多，而民族特色的传统发酵肉制品更是中国饮食文化中不可或缺的一个重要组成部分。近年来随着研究手段的更新和人民生活水平的提高，越来越多的人开始关注肉制品以及发酵肉制品的安全问题。发酵肉制品加工过程中产生的非健康因子对人体健康存在的潜在危害逐步被认识。只有充分了解这些非健康因子的产生途径和形成机制，建立高效的非健康因子的检查方法，研究和开发抑制和消除这些非康因子的策略，将有助于监管行业和生产企业严格控制发酵肉制品的安全性。