传统腌腊肉制品中微生物多样性及其功能研究进展

李彦虎，贠建民，牛耀星，刘小霞，王 霆，武淑娟

（甘肃农业大学 食品科学与工程学院，兰州 730070）

0 引言

我国腌腊肉制品种类繁多，加之我国幅员辽阔，南北方地理条件差异显著，这种天然的选择条件为腌腊肉制品丰富的微生物多样性资源形成提供了无限可能，并催生了许多优质腌腊肉制品，如火腿、腊肠、腊肉，其品质的形成，离不开微生物作用［1］。

传统腌腊肉制品制作需经过腌制、风干（烟熏）环节，前者在高浓度食盐作用下抑制腐败菌、致病菌的繁殖，后者迫使产品水分含量迅速下降，加速蛋白水解、脂肪氧化，催生出腌腊肉制品独特风味。传统腌腊肉制品由于漫长的制作过程使得各种微生物在原料中自发的富集，从而逐渐形成一个较为稳定的菌群及生态环境，原料在这种环境下，既产生有益于人体健康的物质，同时抑制不利于人体健康的物质的形成［2-4］。事实上，传统腌腊肉制品发酵过程中的微生物区系组成及其群落演替主要由原料、工艺和环境三类因素共同决定［5-6］。

我国传统腌腊肉制品的微生物研究起步较晚，但近年来也逐步取得了一系列重要进展，微生物在腌腊肉制品生产实践中所蕴含的科学价值的解析已成为该领域研究热点。本文重点综述了中国传统经典腌腊肉制品——干腌火腿、腊肉、腊肠中的微生物多样性及功能特性，并对腌腊肉制品微生物研究方向和应用前景进行了展望。

1 微生物多样性及其研究方法演变

1.1 微生物多样性分析检测手段

传统腌腊肉制品的品质会因环境、人为因素的不同而有所差别。早先受制于研究手段落后，腌腊肉制品中丰富的微生物资源难以被全面的认知。采用传统平板分离培养来研究腌腊肉制品中的微生物种群变化是20世纪腌腊肉制品微生物研究的主要方法［7-9］，虽为腌腊肉制品中微生物的种类及菌株特性的认识奠定了基础，但传统方法操作过程繁杂，并且部分微生物存在不可培养性，这导致检测结果缺乏准确性，未能全面表征、认知腌腊肉制品丰富的微生物多样性与复杂的群落形态。而自20世纪90年代后，非培养方法逐渐应用于腌腊肉制品微生物多样性的研究中，如聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCRDGGE）技术［10］，PCR-DGGE能够有效地分析腌腊肉制品中微生物动态变化及菌相结构［11］，PCR-DGGE也可与传统平板培养方法相结合［12］，大大提高了检测效率与结果的准确性。进入21世纪，科学技术的发展加快试验手段的进步，从而推动了我国腌腊肉制品中微生物研究的发展。得益于分子生物学、生物信息学的飞速发展，如微生物组学等相关技术的成熟及测序成本的降低，基于高通量测序技术的宏基因组学、蛋白质组学和代谢组学，能较全面地描述腌腊肉制品中微生物多样性以及复杂的群落结构演替，揭示微生物代谢机制［13］。基于组学手段的微生物特性研究已成现今腌腊肉制品中微生物研究的主要方向。

1.2 腌腊肉制品中微生物区系多样性

中国腌腊肉制品开放式制作模式、漫长的制作周期，又有微生物适宜生长的水分活度，是其绝佳的天然培养基；加之千百年的工艺传承［14］，这实际上是对微生物的定向驯化与自然选择。在这种环境条件下，使得各种微生物在原料内自发的富集，微生物区系逐渐形成一个较为稳定的菌群生态环境，目前已分析鉴定的干腌火腿、腊肉、腊肠中主要微生物如表1所示。

表1 传统腌腊肉制品中的主要微生物

2 腌腊肉制品中微生物功能研究现状

人们对腌腊肉制品中微生物的认识过程是由菌群结构及动态演化到定向研究核心功能微生物的代谢机制，进而明确微生物功能的过程，并逐渐总结出传统腌腊肉制品中微生物组具有种类繁多、功能多样以及核心微生物之间存在互作的特征。腌腊肉制品漫长的演变历程中栖居着复杂的微生物菌群，同时，这些微生物扮演着不同的角色，其群落演替对肉品品质变化产生重要影响［30］。目前，关于对我国腌腊肉制品中微生物功能研究主要集中在色泽、风味形成，以及生物防治等方面。

2.1 传统腌腊肉制品中风味来源及形成机制研究

关于微生物对腌腊肉制品风味形成机制的研究是传统腌腊肉制品研究的新方向。腌腊肉制品风味独特，形成机制复杂。研究普遍认为腌腊肉制品风味主要由脂肪氧化［31］、蛋白质分解以及其他外源物质添加所形成。而大量研究表明腌腊肉制品制作过程中有大量微生物参与，这些微生物可能通过分泌多种胞外酶系参与肉料基质的分解氧化［32］，以及通过微生物代谢作用产生新的风味物质，从而对肉品风味产生重要影响。已明确的传统腌腊肉制品中风味主要由挥发性风味（醛类、酮类、烃类、醇类、酸类、酯类、杂环化合物）和非挥发性滋味（咸味、鲜味、腊香味）所组成。

2.1.1 主要挥发性风味物质组成

传统腌腊肉制品中挥发性风味物质形成机制复杂，赋予腌腊肉制品独特的风味。中国传统腌腊肉制品挥发性风味物质如下表2所示。火腿挥发性风味物质主要以3-甲基丁醛、壬醛，1-辛烯-3-醇、2-乙基呋喃；腊肉风味物质主要以壬醛、己醛、2-戊基呋喃、愈创木酚（熏烟主要成分）为主；腊肠主要以异辛醇、辛酸乙酯、乙酸乙酯、辛烷、苯乙酮、苯酚为主。研究证实醛类物质如壬醛、己醛、3-甲基丁醛等主要由于脂肪β氧化产生，呋喃类物质主要得益于Maillard 反应所产生，而之类。酯类有如乙酸乙酯、辛酸乙酯由酵母菌代谢产生，苯乙酮、苯酚由氨基酸Strecker降解生成。等还有部分风味成分得益于腌腊肉制品制作过程中香料的添加，如：丁香酚（丁香）、β-月桂烯（香叶）、β-桉叶脑（桉叶）、α-松油醇（桂皮）、茴香烯（小茴香），这些物质的存在造就了腌腊肉制品独特的风味特征。

表2 传统腌腊肉制品中的主要挥发性风味物质

2.1.2 非挥发性风味物质

非挥发性风味物质主要形成腌腊肉制品滋味，与味觉密切相关［45］。肉制品通常含有丰富的蛋白质和脂肪，二者均能为腌腊肉制品风味形成提供物质基础。蛋白质降解会形成的氨基酸具有呈味作用，如：谷氨酸是肉制品中的主要鲜味物质，天冬氨酸与甜味相关，亮氨酸与苦味相关，赖氨酸与风干肉熟化滋味相关［46-47］。还有胱氨酸、半胱氨酸加热形成的噻唑、噻吩及其衍生物，都是香味化合物的重要组成部分［48］。此外，脂肪氧化分解也是我国腌腊肉制品风味突出的重要成因之一［49］。游离脂肪酸大多不具有挥发性，部分形成腌腊肉制品滋味，碳原子数小于5的脂肪酸有刺激性烟熏味；碳原子数在6到12之间的脂肪酸有肥皂味。此外，腌制过程中香辛料的添加也赋予了腌腊肉制品滋味。

2.1.3 微生物对腌腊肉制品风味形成的影响

腌腊肉制品漫长的制作周期富集了大量的微生物，种类多样的微生物可通过自身分泌的丰富酶系来干预肉品中的生物大分子物质改造与转化，如：脂肪氧化、蛋白质降解［50］、碳水化合物水解等过程，这些物质经进一步代谢可形成短链脂肪酸、醛、酮、氨基酸、核苷酸、次黄嘌呤、乳酸等使之呈现出原料肉所不具有的风味。

Engelvin等［51］研究表明，在香肠中接种肉葡萄球菌（Staphylococcus carnosus）可分泌硫酯酶，后者经过脱酰基作用促进脂肪β氧化，生成己醛、戊醛、辛醛增加香肠腊香味。蛋白质也有类似的降解特点，酵母菌代谢过程产生的脯氨酸、色氨酸和维生素E，与火腿的风味形成有直接关系［52］，霉菌产生的脂肪酶和蛋白酶能够使火腿中的蛋白质和油脂分解为游离脂肪酸、游离氨基酸［53］，汉逊德巴利酵母（Declubhouseyomyces hansenii）分泌氨肽酶降解蛋白产生缬氨酸、谷氨酸、精氨酸、赖氨酸、异亮氨酸等［54］，加速strecker反应生成醛类物质，如：2-甲基丁醛、3-甲基丁醛等，增加肉品的鲜香味。有研究还表明，微生物分泌的蛋白酶对底物的作用能力有所差异，蛋白酶对肌浆蛋白的亲和力明显高于肌原纤维蛋白，如弯曲乳杆菌（Lactobacillus curvatus）［55］、戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）［56］在肉蛋白提取离体实验中分泌的外肽酶对肌浆蛋白的水解能力高于肌原纤维蛋白。碳水化合物降解产生的醇、酮、酸等多种低分子挥发性化合物与肉品风味的形成有紧密联系［57］。

此外，醛类物质在微生物产生的乙醇脱氢酶存在下可转化为相应的醇，而醇脱氢酶也可与羧酸发生反应，通过酰基转移酶或酯酶生成酯［58］。同时，有些微生物还可以直接代谢产生风味物质，例如，乳酸菌能够产生乳酸、醋酸和丙酸，在发酵过程中与代谢产物醇和醛等物质作用，从而促进风味物质的形成［59］。可见，微生物参与对腌腊肉制品风味形成有重要贡献。

因此，研究传统发酵肉制品中微生物群落组成及其演替规律对进一步揭示产品风味物质形成机理具有重要现实意义，同时也可为腌腊肉制品直投式发酵剂开发提供菌株来源和参考。

2.2 促进腌腊肉制品色泽的形成

腌腊肉制品在制作过程中富集了大量微生物，这些微生物与肉品色泽形成密切相关，但作用机理有所差异。首先，微生物可通过促进硝酸盐与亚硝酸盐之间的转化干预腌腊肉制品肉色的形成与保持，肉葡萄球菌（Staphylococcus carnosus）、微球菌（Micrococcaceae Pribra）与木糖葡萄球菌（staphylococcus xylosus）分泌的硝酸还原酶能将硝酸盐转化为NO［60-61］，足球菌（Pediococcus）可将硝酸盐还原为亚硝酸盐，形成腌腊肉制品腌制色；还有微生物可改变肉品微环境中的O2含量来影响肉品色泽，如：汉逊德巴利酵母菌（Declubhouseyomyces hansenii）生长消耗了肉品中的O2，避免肌红蛋白发生氧化，有利于稳定肉品色泽。此外，乳酸菌代谢产生的乳酸降低了肉品微环境中的pH，有利于亚硝酸盐分解形成NO，而NO参与亚硝基肌红蛋白的生成，从而影响肉色。种类各异的微生物对腌腊肉制品色泽的形成有重要的贡献，从影响肉品品质。

2.3 微生物与腌腊肉制品安全性方面的研究

传统腌腊肉制品制作过程中还存在因微生物引起的腐败变质问题［62-63］，如，沙雷氏菌（Serratia）、拉恩氏菌属（Rahnella）、梭杆菌属（Fusobacterium）、乳球菌属（Lactococcus）、不动杆菌属（Acinetobacter）和莫拉氏菌属（Moraxella）等可产生胺类、硫化物、有机酸等，既形成不良风味，又造成食品安全隐患。然而，部分微生物又能通过自身代谢抑制胺类化合物、杂环化合物形成与积累，如，肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）、木糖葡萄球菌（Staphylococcus xylosus）可以有效抑制生物胺的形成和积累，提高食品安全性［64］。戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）［65］、副干酪乳杆菌（Lactobacillus Paracasei）［66］能降低组胺、酪胺和色胺的含量。同时，微生物也可通过种间拮抗作用展现出特殊的生物防治功效来抑制有害菌的生长繁殖，从而延长腌腊制品货架期。片球菌（Pediococcus Claussen）能抑制发酵香肠中的致病菌的生长。还有微生物可通过自身分泌抗菌物质来抑制腐败菌生长，研究表明，乳酸菌分泌的细菌素能有效抑制病原微生物、腐败微生物增殖［67-70］。

因此，如何控制传统腌腊肉制品制作过程腐败菌的生长繁殖造成的潜在食品安全风险，是发酵肉制品行业内亟待研究解决的重点问题之一。同时，由于腌腊肉制品中有益微生物的存在可抑制有害微生物的生长和有害代谢物的产生，从而保障传统腌腊肉制品的食用安全性，为腌腊肉制品食品安全性问题的解决提供了思路。

3 结语

我国传统腌腊肉制品微生物研究方兴未艾，诸多微生功能特性尚未深度发掘。今后，我国传统发腌腊肉制品微生物研究将主要在以下方面：（1）传统腌腊肉制品微生态环境中特定胁迫条件下微生物菌群演替规律及多样性研究方法的创新与完善，主要包括基于现代分子生态学进行的微生物多样性研究，以及基于联合组学（宏基因组、转录组、蛋白质组学）研究微生物与环境因子之间的相互作用规律等［71］；（2）开发新型发酵剂，主要包括优质微生物种质资源发掘，运用现代生物技术手段进行菌株功能特性改造，提高风味产物的积累；（3）传统腌腊肉制品生产中微生物源食品安全隐患的控制与消除。