功能性发酵剂在发酵香肠中的应用研究进展

段君雅，刘傲兵，吕 蒙，冯 随，化 稳，时若栋，王世杰，高晓光,

（1.河北科技大学食品与生物学院，河北石家庄 050018；2.河北双鸽食品股份有限公司，河北石家庄 050021；3.河北省生猪加工技术创新中心，河北石家庄 050021）

发酵香肠是指将碎鲜肉（通常指猪肉或牛肉）、脂肪、发酵剂、糖、盐和香辛料等混合均匀后灌进肠衣，在人工或自然条件下经微生物发酵制成的具有典型发酵香味的发酵肉制品[1]。发酵香肠品种多样，根据不同的标准可分为不同种类，如表1所示。不同国家有自己传统的发酵香肠产品，例如：我国的川味香肠、广式腊肠和杭式腊肠等[2]、意大利的Salami香肠、德国的Dauerwurst香肠、西班牙的Charqui香肠和葡萄牙的Chouriço de vinho香肠等[3]。发酵香肠因其独特的风味、丰富的营养、诱人的色泽和较长的保质期等优势被国内外消费者所喜爱。但发酵香肠同时也存在一定的安全问题，如有害微生物滋生、生物胺、亚硝胺等物质的残留等。将功能性发酵剂应用到发酵香肠中，发酵剂会与有害微生物竞争变成优势菌，从而起到抑菌作用；一些功能性发酵剂具有生物胺氧化酶活性，可以降低发酵香肠中生物胺的含量；功能性发酵剂可以产生促进蛋白质、脂肪和碳水化合物分解的酶类，赋予发酵香肠良好的风味；功能性发酵剂还具有抗氧化、降胆固醇和降血压等功能特性。因此，本文将从发酵香肠生产过程中功能性发酵剂的种类、发酵剂产生的功能特性等方面进行概述，并对其未来研究趋势进行展望。

1 功能性发酵剂的种类

功能性食品的开发已成为现代食品工业的一个新兴热点问题。因此，发酵香肠中加入功能性发酵剂，在满足必需营养的同时，还可使其具有额外的健康益处。近年来，对发酵香肠中功能性发酵剂的研究主要集中在乳酸菌、凝固酶阴性葡萄球菌、酵母菌和霉菌等发酵剂方面。

1.1 功能性乳酸菌发酵剂

乳酸菌在香肠发酵过程中形成的低pH和抗菌物质均可抑制香肠中有害微生物的生长，从而提高产品的安全性。此外，乳酸菌还可水解蛋白质和脂肪，改善产品最终的质地和风味[4]。人们对功能性乳酸菌发酵剂应用在香肠中的研究已比较全面、成熟，功能性乳酸菌发酵剂在抑制有害微生物繁殖、降低生物胺含量、产生良好风味等方面均有一定贡献。随着一些发酵的蔬菜或果汁被作为益生菌食品开发[5]，益生性乳酸菌在发酵香肠中的应用日益受到人们的关注，RUIZ等[6]对接种乳杆菌HL57和乳酸片球菌SP979的发酵香肠进行微生物计数，结果表明，乳酸菌能使香肠中益生菌数量达到益生菌功能性产品规定的数量要求。此后，随着研究的不断深入，将有更多的益生性功能乳酸菌被挖掘、筛选出来，并应用在香肠发酵中。

1.2 功能性凝固酶阴性葡萄球菌发酵剂

凝固酶阴性葡萄球菌（Coagulase-negative staphylococci，CNS）是在香肠发酵中用作发酵剂的重要微生物，发酵香肠中的CNS多样性较为丰富，木糖葡萄球菌、肉葡萄球菌、腐生葡萄球菌、马胃葡萄球菌等是西式发酵香肠中最具优势的种类[7]；而木糖葡萄球菌、腐生葡萄球菌、模仿葡萄球菌等则在中式香肠中较有优势[8]。CNS具备较强的蛋白质、脂肪分解活性，能够使香肠拥有良好的风味和香气[9]，温婷婷[10]从哈尔滨风干肠中分离出木糖葡萄球菌S18和缓慢葡萄球菌S44，鉴定出这两株菌有较强的产良好风味能力；CNS具有硝酸盐还原酶活性，该酶可还原硝酸盐生成NO－，NO－和肌红蛋白结合形成稳定的亮红色亚硝基肌红蛋白，使香肠保持良好色泽[11]；CNS具有较强的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶活性，能够将超氧自由基歧化为反应性较低的过氧化氢，再被过氧化氢酶转化为水和氧气，减缓香肠的过度氧化过程[12]。因此，CNS在促进香肠特殊风味的形成、保持良好色泽和抑制产品过度氧化等方面发挥重要作用。

1.3 功能性酵母菌发酵剂

酵母菌是发酵香肠中常见微生物，目前汉逊德巴利酵母菌是最常被分离出的酵母菌，随着研究研究的深入，念珠菌属、毕赤酵母属和球拟酵母属等其他酵母菌属也被分离出[13]。酵母菌在香肠良好风味的形成过程中发挥着积极的作用，其通过抑制脂质氧化产物的生成和促进有助于香肠香气产物（如酯类化合物）的生成，对发酵香肠特征风味的形成发挥重要作用[14]；酵母菌产脂肪和蛋白质水解酶，催化脂肪和蛋白质使其经过一系列反应生成羧酸、醛类、醇类和酯类等物质，利于发酵香肠风味的形成[15]。此外，有研究发现酵母菌还可降低生物胺的含量，杨利昆等[16]从天然发酵的鱼露中，筛选出奥默柯达酵母菌，该菌可明显降低组胺和酪胺的含量，其降解率分别为64.4%和72.4%。酵母菌在发酵香肠中的作用主要是形成特征风味，对于其他功效仍需进一步探索。

1.4 功能性霉菌发酵剂

霉菌是好氧型真菌，其能够在发酵香肠表面形成一层霉衣，一方面可以避光、隔氧，抑制好氧致病菌的生长和香肠的过度氧化；另一方面能够减少香肠水分流失，有利于保持产品良好的感官特性。因此，霉菌是发酵香肠表面微生物群的主要代表[17]。此外，霉菌对发酵香肠的风味也有一定的积极作用。陈肖[18]用红曲米发酵香肠，结果表明，实验组发酵香肠中乙酸、乙醇、己醛、庚醛、壬醛等风味化合物含量明显高于对照组，可赋予发酵香肠良好风味。然而有研究发现，霉菌会产生霉菌毒素（如赭曲霉毒素）[19]，因此，对用于香肠发酵的霉菌要进行毒理学检验，验证无毒后方可使用。目前，发酵香肠中常用的有益霉菌为产黄青霉和纳地青霉[20]，但霉菌作为功能性发酵剂应用于香肠中的研究还比较少，未来仍需进行深入探索。

2 发酵剂在发酵香肠中的功能特性

功能性发酵剂在发酵香肠中的主要功能特性包含：抑制有害微生物繁殖、降低生物胺含量、降低N-亚硝胺含量、产生良好风味、抗氧化、降血压、降低胆固醇含量等，如表2所示。

表2 功能性发酵剂在发酵香肠中的功能特性Table 2 Functional characteristics of functional starter culture in fermented sausages

2.1 抑制有害微生物

发酵香肠中因含有丰富的蛋白质和脂肪，容易受到微生物如沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌等的污染，使产品腐败变质造成安全隐患。因此，如何有效抑制发酵香肠中有害微生物的生长受到广泛关注，添加发酵剂（乳酸菌、葡萄球菌）已被证明是抑制或控制食源性病原体和腐败菌生长，提高发酵香肠质量的有效方法[41]。GAO等[42]研究表明，在香肠发酵过程中接种7 log（CFU/g）的清酒乳杆菌C2，与自然发酵相比，在发酵结束时，肠杆菌的计数下降到可检测到的水平以下。GIELLO等[21]研究发现，弯曲乳杆菌54M16能产生细菌素，在接种浓度为107CFU/g时可显著抑制发酵香肠中单核细胞增生李斯特菌的生长。CHEN等[22]将从中国侗族发酵猪肉中分离的木糖葡萄球菌SX16和植物乳杆菌CMRC6作为混合发酵剂（每种菌株接种浓度为106CFU/g）接种于发酵香肠中，结果表明，在发酵过程中，乳酸菌和葡萄球菌主导微生物群并抑制了香肠中肠杆菌科微生物的生长，在发酵香肠成熟6 d后没有发现肠杆菌科微生物。因此，发酵剂接种浓度一般为106或107CFU/g时，可抑制香肠中单核细胞增生李斯特菌、肠杆菌科等有害微生物的生长，并且发酵剂以乳酸菌和葡萄球菌为主。

2.2 降低生物胺含量

生物胺是经微生物氨基酸脱羧作用而形成的低分子量的碱性含氮化合物[43]。其对人体有较大危害性，因此引起关注。研究者发现单一发酵剂可降低生物胺含量，如：ZHANG等[23]研究发现，接种植物乳杆菌LPL-1降低了香肠中的pH并降低了酪胺、腐胺、尸胺和总生物胺含量。ZHU等[24]在香肠发酵过程中用植物乳杆菌部分替代亚硝酸钠，发现可以降低亚硝酸根还原生成酪胺的风险，通过降低酪胺含量降低了生物胺的生成。同时，研究表明复配发酵剂的使用也可有效降低发酵香肠中生物胺含量，如：KONGKIATTIKAJORN[25]研究了清酒乳杆菌KM5474和植物乳杆菌KM1450对泰国传统发酵鱼肉香肠（som-fug）中生物胺积累的影响。结果表明，植物乳杆菌KM1450在减少som-fug中生物胺积累方面比清酒乳杆菌KM5474更有效，而与没有发酵剂培养或单发酵剂培养的样品香肠相比，清酒乳杆菌KM5474和植物乳杆菌KM1450的混合发酵剂培养在减少som-fug发酵期间生物胺积累方面显示出最高的有效性。KIM等[26]研究了5组不同发酵剂对发酵香肠中生物胺浓度的影响，发现复配发酵剂泰国肠球菌和粪肠球菌更能降低生物胺尤其是尸胺浓度。VAN等[44]研究不同发酵剂对发酵香肠中生物胺含量的影响，发现含肉葡萄球菌和清酒乳杆菌的发酵剂，更适合生产低生物胺的优质发酵香肠。此外有研究发现，某些发酵剂具有生物胺氧化酶活性从而降低发酵香肠中生物胺含量。MARTUSCELLI等[27]研究发现，从人工发酵香肠中分离的一些木糖葡萄球菌菌株具有生物胺氧化酶活性，可降低香肠中生物胺含量（尤其是组胺和酪胺）。总之，功能性发酵剂一方面可通过降低酪胺、腐胺、尸胺和总生物胺含量来降低发酵香肠中生物胺含量；另一方面，发酵剂具有生物胺氧化酶活性从而降低香肠中生物胺含量。并且复配发酵剂比单一发酵剂降低香肠中生物胺含量的效果更好。

2.3 降低N-亚硝胺含量

在发酵香肠中使用亚硝酸盐促进了香肠典型颜色的产生和稳定，并增加了香肠独特的风味[45]。然而，亚硝酸盐可以在加热条件下与肉中存在的生物胺反应形成N-亚硝胺，该物质是一类对人体器官有有害影响的强致癌物[46-47]。在发酵香肠中可以检测到N-亚硝胺和N-二甲基亚硝胺（N-Nitrosodimethylamine，NDMA），这引起了人们对这些产品安全性的关注。XIAO等[29]研究了接种戊糖乳杆菌R3对干发酵香肠中N-亚硝胺含量的影响，结果发现，戊糖乳杆菌可以通过降解N-亚硝胺直接降低干发酵香肠中的N-亚硝胺水平，也可间接地通过减少其前体（亚硝酸盐、胺）或在较低pH和水分活度条件下抑制N-亚硝胺的形成来降低N-亚硝胺含量。SHAO等[28]研究发现，在发酵香肠中接种戊糖乳杆菌R3，菌株可还原NDMA前体（二甲胺和腐胺）从而降低NDMA的含量；结果还表明，戊糖乳杆菌R3对香肠中的脂质和蛋白质氧化有明显的抑制作用，有助于降低NDMA的产生，从而提高香肠的安全性。总之，功能性发酵剂一般是通过直接降解N-亚硝胺或间接减少其前体（亚硝酸盐、胺）这两种方式来降低发酵香肠中N-亚硝胺含量。

2.4 产生良好风味

发酵香肠特征风味形成的主要原因是：内源酶和微生物共同作用使肉中脂肪和蛋白质水解产生挥发性物质。发酵香肠成熟过程中，风味的形成也受到微生物种群的影响，乳酸菌和葡萄球菌具有脂解和蛋白水解活性，可促进香肠特征风味的形成[48]。如：XIAO等[29]研究了植物乳杆菌R2和木糖葡萄球菌A2接种对中国干发酵香肠脂解、蛋白水解的影响。结果表明，接种这两种发酵剂可通过增加优势微生物的竞争能力促进香肠中的蛋白质水解和脂解，提高游离脂肪酸（FFAs）和游离氨基酸（FAAs）的总含量；植物乳杆菌和木糖葡萄球菌还通过抑制病原菌和腐败菌的生长来防止形成异味和酸败味，从而使干发酵香肠产生良好的风味。CHEN等[31]研究发现，从哈尔滨干香肠中分离得到的四株乳酸菌菌株（戊糖片球菌、短乳杆菌、弯曲乳杆菌、发酵乳杆菌）均具有利用肌浆蛋白产生风味物质的能力，其中戊糖片球菌具有最强的蛋白水解活性，并且能产生比其他三种乳酸菌更多的可溶性肽和游离氨基酸，这有助于对人类味觉和嗅觉细胞产生吸引力。此外，酵母菌和霉菌也对发酵香肠的风味起积极作用。ANDRADE等[49]将汉逊德巴利酵母菌接种于干发酵香肠中，研究其对香肠成熟过程中挥发性化合物生成的影响，结果表明，该菌株促进了酯类、支链醇、醛类以及一些由脂质氧化产生的挥发性化合物的产生，对发酵香肠风味的形成有积极作用。蔡嘉铭等[30]将分离自传统宣威火腿中的枝孢菌P27接种于干发酵香肠，研究其对香肠氧化程度和风味的影响，结果表明，接种枝孢菌P27可以增加香肠中醇类、酯类、酮类和萜类等风味物质，丰富香肠风味；此外还能延缓干发酵香肠的氧化，保障产品质量。因此，发酵香肠产生良好风味主要原因是，功能性发酵剂水解肉中脂肪和蛋白质，使其产生羧酸、醛类、醇类、酯类、酮类和萜类等风味物质。

2.5 抗氧化

蛋白质和脂肪是发酵香肠的重要成分，其在发酵和成熟过程中会发生氧化分解[50]。蛋白质和脂肪适度氧化可以改善产品的营养价值和风味[51]，而过度氧化则会影响香肠的质地、风味，使其感官特性恶化[52]。因此，在发酵香肠加工制作中应采用适宜的方法抑制蛋白质和脂肪的过度氧化。通常会加入人工抗氧化剂如丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯和特丁基对苯二酚等来延缓发酵香肠的氧化，但人工合成抗氧化剂存在一定的食品安全风险[53]。许多学者开始研究发酵剂对发酵香肠氧化的影响，取得了一定进展，如：YU等[32]研究发现，复配发酵剂植物乳杆菌CD101和模仿葡萄球菌NJ201有助于延缓干发酵香肠的氧化变化。CAO等[33]研究发现，与天然发酵香肠相比，接种植物乳杆菌CD101的香肠的抗氧化活性显著提高。HAN等[34]对从哈尔滨干香肠中分离的乳酸菌进行TBA、ABTS、FRAP等实验，结果表明乳酸菌的抗氧化作用受细胞成分的影响，细胞内无细胞提取物显示出抑制脂质过氧化的最大能力，而细胞悬液和发酵上清液具有较高的ABTS阳离子自由基清除率和还原能力。一些发酵剂可通过降低蛋白质氧化程度延缓发酵香肠的过度氧化：GE等[35]研究从中国干腌火腿（金华火腿）中分离出的植物乳杆菌NJAU-01对发酵香肠蛋白质氧化的影响。结果表明，在发酵过程中加入植物乳杆菌NJAU-01可以降低羰基含量和蛋白质表面疏水性，从而降低了蛋白质氧化程度。有些发酵剂则通过抑制脂质氧化来降低发酵香肠的过度氧化：CANO-GARCIA等[36]将从自然发酵香肠中分离的汉逊德巴利酵母菌菌株M4和P2接种于发酵香肠中，结果表明接种有P2的香肠导致脂质氧化值（TBARS）降低和脂质氧化衍生醛的减少。CORRAL等[37]将汉逊德巴利酵母菌接种于干发酵香肠，研究其对降脂降盐干发酵香肠效果的影响，结果发现接种汉逊德巴利酵母可促进脂肪分解，抑制脂肪氧化。人们对功能性发酵剂在香肠抗氧化方面的研究比较全面，发酵剂通过抑制蛋白质氧化或脂质氧化或蛋白质和脂质氧化来发挥抗氧化作用，发酵剂主要以乳酸菌、葡萄球菌和汉逊德巴利酵母菌为主，霉菌较少。

2.6 降血压

高血压是一个重要的全球健康挑战，其已经成为导致心血管和肾脏疾病的一个重要的危险因素[54]。由于内源酶和微生物肽酶的联合作用，在发酵香肠的加工过程中发生蛋白水解，产生大量的肽和游离氨基酸，这些化合物不仅参与发酵香肠特征风味的形成，某些肽也可以发挥生物活性，例如血管紧张素转化酶（ACE）抑制活性[55]。KONG等[38]研究发现，加入混合发酵剂植物乳杆菌CD101和模仿葡萄球菌NJ201可促进发酵猪肉香肠中具有高ACE抑制活性的肽的形成。此外，AYYASH等[39]研究从骆驼乳中分离出的乳酸乳球菌KX881782对发酵骆驼香肠和发酵牛肉香肠的ACE抑制降压活性，结果表明发酵骆驼香肠和发酵牛肉香肠中ACE的抑制作用显著增加，并且发酵骆驼香肠中ACE抑制活性是牛肉香肠中的2倍。将功能性发酵剂接种于发酵香肠，其主要通过增加ACE抑制活性来发挥降血压的作用。

2.7 降低胆固醇含量

有研究发现，功能性发酵剂还可降低发酵香肠中胆固醇的含量。KANTACHOTE等[40]将混合发酵剂戊糖片球菌HN8和纳木雷氏乳杆菌NH2接种于泰国发酵猪肉香肠中，结果表明，与空白试验相比混合发酵剂可显著降低泰国发酵猪肉香肠中胆固醇含量（降低35%）。然而，对于发酵剂应用在香肠中，并使其具有降低胆固醇含量的功效的研究还比较缺乏，需研究人员加大研究力度。

3 结论与展望

与普通发酵香肠相比，在发酵香肠中使用功能性发酵剂，可以抑制有害微生物的生长，减少生物胺、亚硝胺等有害物质的含量，从而提高香肠的安全性；并能使产品具备抗氧化、降胆固醇、降血压等功能。但同时也面临一些问题和挑战：虽然目前已经有很多微生物作为发酵剂应用到发酵香肠的生产过程中，但主要以乳酸菌和凝固酶阴性葡萄球菌为主，因此，对酵母菌和霉菌更进一步的研究很有必要；此外，对于将发酵剂添加于发酵香肠中，生产出具有降血脂、降胆固醇功能产品的研究还较少，可作为未来的研究方向之一；发酵香肠含盐量、含脂量都较高，随着人们对饮食与健康关系的深入认识，在不改变发酵香肠品质的前提下，如何利用发酵剂研发出低盐、低脂的香肠将成为新趋势。