乳酸菌源亚硝化抑制剂对酱牛肉中N-亚硝胺形成的影响

李佳怡，葛渠锋，李 珏，梁汉锋，唐靖仪，许德智，杨 华,,*

（1.天津农学院动物科学与动物医学学院，天津 300384；2.和田职业技术学院农业科技系，新疆 和田 848000）

酱牛肉是传统酱卤肉制品，具有高蛋白、低脂肪的特点，食用方便，深受广大消费者喜爱[1]。其加工工艺的关键在于卤汤，卤汤经过多次卤制会积累可溶性固体、多种氨基酸及游离脂肪酸等风味物质，可赋予酱牛肉特殊滋味[2-3]，在此过程中卤汤中的各种有害物质也会不断富集。其中肉制品加工过程中常添加的具有发色、抑菌、抗氧化、提高风味效果的亚硝酸盐，会与肉中蛋白降解产生的二级胺类物质反应，生成具有致癌作用的N-亚硝胺类物质，会对人体产生潜在的危害[4-6]。目前常用于控制肉品中N-亚硝胺含量的方法有3 种：物理降解、化学替代/添加及生物控制[7]。董学文[8]发现，酱牛肉中添加良姜、迷迭香、花椒和龙井茶对杂环胺形成有较强的抑制作用，抑制率为71.71%～90.59%。张文雨[9]研究发现，酱肘子与酱肉中添加0.03 g/mL叶下珠乙醇萃取物对亚硝酸盐有一定的清除作用，清除率为74.11%，对亚硝胺有一定的抑制效果，抑制率为53.70%。李彦等[10]研究发现，随着贮藏时间的延长，121 ℃高温杀菌对于亚硝酸盐的清除率显著高于沸水杀菌，亚硝酸盐残留量下降至4.3 mg/kg。

近年来研究发现，乳酸菌具有较好的抗氧化活性和抑制腐败细菌生长的能力，并可以通过吸附或代谢直接降低食品中N-亚硝胺的含量[11]。Nowak等[12]发现，鼠李糖乳杆菌、干酪乳杆菌和短乳杆菌的培养上清液和膜提取物均可降低N-二甲基亚硝胺（N-nitrosodimethylamine，NDMA）的含量，并且在后续的研究中发现戊糖乳杆菌R3对于NDMA和N-二乙基亚硝胺（N-nitrosodiethylamine，NDEA）具有较好的抑制率，分别为22.05%和23.31%。胡蝶等[13]在泡菜中分离得到的3 株菌（肠膜明串珠菌、清酒乳杆菌、弯曲乳杆菌）均具备降解亚硝酸盐的作用。本课题组在针对红肠的研究[14-18]中发现，8 种分离的单菌株和7 种商业复合菌能够有效抑制N-亚硝胺及其前体物形成，但是改变了红肠的风味，随后将其分别在MRS中培养，经过离心、溶菌酶作用、细胞破碎、再次离心得到的菌体碎片制备成微生物亚硝化抑制剂（microbial nitrosation inhibitor，MNI），所得MNI均能不同程度降低NDMA的含量（残留量为0.44～0.51 μg/kg），可以实现在非发酵肉制品中利用乳酸菌制备的MNI来阻断N-亚硝胺生成。课题组前期选用PRO-MIX5（木糖葡萄球菌＋清酒乳杆菌＋类植物乳杆菌）制备的MNI称为PRO-MIX5-MNI，分别在红肠、传统培根、新型培根及风干肠中应用，均能不同程度降低亚硝酸盐（抑制率为15.21%～18.92%）、生物胺（0.02%～34.37%）、NDMA（26.60%～65.10%）及N-亚硝胺总量（26.19%～58.04%）。进一步证实了乳酸菌源的亚硝化抑制剂在非发酵肉制品中的实际应用效果。由于乳酸菌种类众多，为了进一步明确和丰富乳酸菌制备的MNI在肉制品中的应用效果，本研究以清酒乳杆菌（Lactobacillus sake，LS）和WBL-45（木糖葡萄球菌＋肉葡萄球菌＋清酒乳杆菌）为乳酸菌源制备MNI，探究二者对酱牛肉感官品质、理化指标及阻断N-亚硝胺生成的效果，为乳酸菌源的亚硝化抑制剂的开发及其在非发酵肉制品中的应用提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牛后腿部位肉购于天津红旗农贸市场，生姜、大葱、花椒、八角、米酒、酱牛肉老汤等，由可可溢香（江苏）味业有限公司提供。

清酒乳杆菌 东北农业大学教育部乳品科学重点实验室；木糖葡萄球菌＋肉葡萄球菌＋清酒乳杆菌（WBL-45）意大利萨科公司；MRS固体培养基 北京索莱宝科技有限公司；二氯甲烷、乙腈（均为色谱纯）、氯化钠、氢氧化钠、无水硫酸钠、硼酸、三氯乙酸、乙二胺四乙酸、2-硫代巴比妥酸（均为分析纯） 天津市风船化学试剂科技有限公司；高氯酸、丙酮、丹磺酰氯（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；8 种生物胺（色胺、苯乙胺、腐胺、尸胺、组胺、酪胺、亚精胺、精胺）标准品、9 种N-亚硝胺（表1）标准品（均为色谱纯）美国Sigma公司。

表1 9 种N-亚硝胺Table 1 Nine N-nitrosamines tested in this study

1.2 仪器与设备

ST40R离心机 美国Thermo公司；1260高效液相色谱仪（配备紫外吸收检测器） 美国安捷伦公司；PB-10酸度计 德国赛多利斯科学仪器有限公司；UV-800紫外分光光度计 日本Shimadzu公司；BVBJ-30J真空搅拌机 浙江嘉兴艾博实业有限公司；ZXSD-B109恒温培养箱 上海博讯仪器设备有限公司；旋转蒸发器、SHZ-III循环水真空泵 上海亚荣生化仪器厂；CCA-20低温冷却水循环泵 巩义市予华仪器有限责任公司；98-1-B电子调温电热套 天津市泰斯特仪器有限公司；CM-5色差仪 日本Konica Minoilta公司。

1.3 方法

1.3.1 MNI的提取

参照李秀明等[15]方法，利用MRS肉汤培养基将商业复合菌WBL-45和单菌LS体外扩增培养（35 ℃培养至OD600nm=1.8～2.4），经离心（5 000×g、4 ℃、15 min）、冲洗（25 mmol/L、pH 6的磷酸盐缓冲液冲洗菌体2 次）、溶菌酶作用（30 ℃、2 h）、破碎（超声波破碎仪超声2 s、停2 s，共5 min）、沉淀（10 000×g、4 ℃离心10 min）等操作后得到的菌体碎片记为WBL-45-MNI和LS-MNI。样品经冷冻干燥后于－80 ℃保存。

1.3.2 酱牛肉加工工艺流程

1）原料的切分：将牛肉分切成质量300～400 g，长宽不超过12 cm，厚度2～4 cm的肉块；2）注射腌制液：按照牛肉质量的20%配制腌制液，腌制液中按照牛肉质量的0.05%加入MNI，以腌制液质量为基数，添加亚硝酸盐0.06%、抗坏血酸钠0.275%、复合磷酸盐1.75%、葡萄糖2%、白糖4%、大豆分离蛋白粉5%、卡拉胶粉1%、酱牛肉汁25%，不足部分用水补齐；用盐水注射器将配制好的腌制液注入到牛肉块中；3）真空滚揉：将注射后的牛肉块放入真空滚揉机中，转速为5～6 r/min，滚揉30 min，取出放入0～4 ℃冷库中静腌10～12 h；4）汆烫：在水中加入生姜、大葱、花椒、八角、米酒，待水煮沸后，放入滚揉好的牛肉块，汆烫10 min，然后进行清洗，保证血沫冲洗干净；5）煮制：煮制时，放入老汤调料包，大火煮制30 min，小火焖制20 min；6）包装、贮藏：采用耐高温、柔韧性较好的铝箔袋进行真空包装，检查真空状态和封口的密封性，于－20 ℃冷冻保存。

1.3.3 实验设计方案

将提取到的2 种MNI以牛肉质量的0.05%添加在腌制液中，腌制液注射量为牛肉质量的20%。按照1.3.2节加工工艺对牛肉进行腌制加工，以不添加MNI为对照（control check，CK）组，制备3 组酱牛肉（CK组、WBL-45-MNI组和LS-MNI组），测定其感官、pH值、TBARs值、亚硝酸盐及常见的8 种生物胺和9 种N-亚硝胺含量。

1.3.4 指标测定

1.3.4.1 感官评定

对3 组实验酱牛肉进行编号，由10 名受培训人员组成的感官评定小组盲评计分[19]，对产品的色泽、滋味、香气、口感进行打分，每项指标满分10 分，总分满分40 分。最终结果取平均值。评分标准参照表2。

表2 酱牛肉感官评分标准Table 2 Criteria for sensory evaluation of sauced beef

1.3.4.2 pH值测定

参照GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》[20]中肉及肉制品pH值测定方法进行测定。每个处理组进行3 次平行重复测定，结果取平均值。

1.3.4.3 TBARs值测定

参照Witte等[21]方法测定。

1.3.4.4 亚硝酸盐含量测定

参照GB 5009.33—2016《食品安全国家标准 食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》[22]。

1.3.4.5 生物胺含量测定

参照GB 5009.208—2016《食品安全国家标准 食品中生物胺的测定》[23]测定样品中的8 种生物胺含量。

1.3.4.6N-亚硝胺含量测定

参照GB 5009.26—2016《食品安全国家标准 食品中N-亚硝胺类化合物的测定》[24]。

1.4 数据处理

实验均重复3 次，使用Microsoft Excel 2010软件计算平均值及标准差，采用Statistix 8.1软件中Tukey HSD程序对数据进行显著性分析（P＜0.05），采用OriginLab Origin 2019b软件绘图。

2 结果与分析

2.1 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉感官品质的影响

由表3可知，LS-MNI组和WBL-45-MNI组在色泽和滋味上较CK组评分更高，LS-MNI组色泽评分提高7.8%，滋味评分提高13.8%，整体评分提高2.8%。WBL-45-MNI组优于LS-MNI组，色泽评分提高21.9%，滋味评分提高30.8%，整体评分提高12.6%；其原因在于复合菌WBL-45中含有的木糖葡萄球菌与肉葡萄球菌能够有效促进蛋白质和脂肪的水解，改善肉的色泽，使肉制品中风味快速形成[25]。2 种乳酸菌源的抑制剂有提高酱牛肉产品滋味的趋势，但并没有改变酱牛肉的口感。

表3 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉感官评分的影响Table 3 Effect of LS-MNI and WBL-45-MNI on sensory evaluation of sauced beef

2.2 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉pH值的影响

由图1可知，LS-MNI组酱牛肉pH值（6.01）显著低于WBL-45-MNI组（6.09）、CK组（6.07）（P＜0.05），WBL-45-MNI组pH值与CK组差异不显著，但3 组pH值相近，对酱牛肉基本没有影响。

图1 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉pH值的影响Fig. 1 Effects of LS-MNI and WBL-45-MNI on pH value of sauced beef

2.3 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉TBARs值的影响

脂肪氧化不仅会加剧食品酸败，还会参与亚硝酸盐生成N-亚硝胺的过程[26]。TBARs值能够反映脂肪的氧化程度。有研究[25]表明，新鲜肉制品的TBARs值不超过1.0 mg/kg。由图2可知，复合菌WBL-45-MNI组酱牛肉的TBARs值显著高于CK组和LS组（P＜0.05），这说明WBL-45-MNI一定程度上促进了脂肪的氧化。研究发现，木糖葡萄球菌能明显促进脂肪及脂肪酸氧化，脂肪酸氧化主要发生在多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA），并且葡萄球菌会释放脂肪酶，加速脂肪水解为不饱和脂肪酸，其中PUFA最容易被氧化[27-28]。这可能是WBL-45-MNI的组分中有促进脂肪氧化的产物，但由于添加量仅为0.05%，酱牛肉的TBARs值未超过0.15 mg/kg，并未导致该产品的脂肪氧化。

图2 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉TBARs值的影响Fig. 2 Effects of LS-MNI and WBL-45-MNI on TBARs value of sauced beef

2.4 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉亚硝酸盐残留量的影响

MNI作为乳酸菌的细胞破碎物，主要成分为细胞壁碎片、细胞膜碎片、细胞器及包涵体等物质[29]，乳酸菌破碎后失去活性，自身不会产生其他物质，由图3可知，三者的亚硝酸残留量分别为4.14、6.89、3.72 mg/kg，明显低于添加0.05% PRO-MIX5-MNI的其他肉制品的残留量，如红肠21.5 mg/kg、新型培根20.5 mg/kg、西式培根27.5 mg/kg，远低于GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》规定的30 mg/kg限量，这可能是由于亚硝酸盐用于酱牛肉产品的腌制中，在卤制中亚硝酸盐主要残留在卤汤中。本研究结果中，LS-MNI组的酱牛肉亚硝酸盐残留量显著高于CK组，WBL-45-MNI组酱牛肉亚硝酸盐残留量显著低于CK组（P＜0.05），这可能是LS-MNI和WBL-45-MNI有提高酱牛肉产品汁液的趋势，产品渗透卤汤增多，导致亚硝酸盐残留量测定结果升高，遮掩了LS-MNI和WBL-45-MNI二者清除亚硝酸盐的作用。

图3 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉亚硝酸盐残留量的影响Fig. 3 Effects of LS-MNI and WBL-45-MNI on nitrite residue in sauced beef

2.5 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉生物胺含量的影响

生物胺广泛存在于食品中，是合成荷尔蒙、生物碱、核酸和蛋白质等生物大分子的氮来源和前体物，适量的生物胺有助于人体正常的生理功能[30]。然而，过量摄入生物胺会导致出现一系列不良反应，其中组胺与酪胺对人体的影响排在各种生物胺前列[31]。由表4可知，3 组酱牛肉均未检测出苯乙胺，LS-MNI和WBL-45-MNI组中腐胺、尸胺、酪胺、精胺这4 种生物胺含量较CK组均显著下降，它们均是生成N-亚硝胺的二级胺的前体物质，这为乳酸菌源的亚硝化抑制剂降低N-亚硝胺提供了前提条件，且WBL-45-MNI的抑制效果更加显著（P＜0.05）。LS-MNI组和WBL-45-MNI组酱牛肉组胺含量显著高于CK组（P＜0.05）。众多研究发现，MNI中含有细胞壁碎片、细胞膜碎片、细胞器碎片及包涵体等外源携带物质，会使产品中部分生物胺含量增加[32-33]。总体来讲，接种MNI可以显著降低生物胺总量（P＜0.05），LS-MNI组降低15.87%，WBL-45-MNI组降低30.08%。

表4 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉生物胺含量的影响Table 4 Effects of LS-MNI and WBL-45-MNI on biogenic amine content in sauced beef mg/kg

2.6 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉N-亚硝胺含量的影响

N-亚硝胺是肉制品加工过程中不可避免产生的一种有害物质，长期摄入可能会增加人体患癌的风险[34]，其中毒性最强的是NDMA与NDEA，GB 2762—2022《食品安全国家标准 食品中污染物限量》中规定肉制品中NDMA的含量不超过3 μg/kg[35]。由表5可知，3 组酱牛肉中NDMA均未超过国标规定含量，并且WBL-45-MNI和LS-MNI显著抑制NDMA，抑制率分别为70.94%和89.74%（P＜0.05）。WBL-45-MNI组酱牛肉中对NDEA抑制显著（抑制率为64.41%），LS-MNI对于NDEA没有起到抑制作用。3 组酱牛肉未检测到NPYR。WBL-45-MNI与LS-MNI对酱牛肉中N-亚硝胺总量有显著抑制作用，抑制率分别为46.79%和36.50%（P＜0.05）。

表5 LS-MNI和WBL-45-MNI对酱牛肉N-亚硝胺含量的影响Table 5 Effects of LS-MNI and WBL-45-MNI on N-nitrosamine content in sauced beef μg/kg

3 讨 论

3.1 乳酸菌源制备的亚硝化抑制剂在肉制品中的应用效果

课题组前期在红肠、传统培根、新型培根和风干肠中分别添加0.05% PRO-MIX5-MNI测得pH值分别为6.13、6.20、6.34和5.09。本研究中3 组酱牛肉的pH值为6.01～6.09。其中部分产品分别和对照组相比有显著差异（P＜0.05），但pH在数值上微弱的差异对于各类产品的品质均无显著影响[15-18]。闫丽娟[16]发现，0.15% PROMIX5-MNI有效减缓西式培根的脂肪氧化作用，CK组和PRO-MIX5-MNI组TBARs值分别约为0.21、0.18 mg/kg。陈援援等[18]在风干肠中测得CK组和0.05% PROMIX5-MNI组的TBARs值分别为0.21、0.20 mg/kg。熊凤娇等[36]在10 种市售鱼糜制品中测得TBARs值为0.2～0.8 mg/kg。上述产品的脂肪含量均约为30%，本研究由于酱牛肉产品的脂肪含量较低（2%左右），其TBARs值（CK组和LS-MNI组均为0.09 mg/kg，WBL-45-MNI组为0.13 mg/kg）均明显低于培根、风干肠及鱼糜产品，这说明肉制品的脂肪氧化与原料肉的脂肪含量及脂肪酸种类有关，而乳酸菌源的亚硝化抑制剂对脂肪氧化的抑制效果取决于其添加水平和乳酸菌的种类，但由于其最佳抑制N-亚硝胺的添加水平低（0.05%），对抑制肉制品脂肪氧化的效果影响并不大。课题组前期在红肠[15]、培根[16-17]及风干肠中[18]应用PRO-MIX5-MNI对于N-亚硝胺及其前体物的抑制效果差异很大：红肠中亚硝酸盐的含量21.72 mg/kg（抑制率18.92%）、NDMA含量1.23 μg/kg（抑制率52.87%）、N-亚硝胺总量18.96 μg/kg（抑制率41.04%）；传统培根中亚硝酸盐的含量27.43 mg/kg（抑制率8.33%）、NDMA含量2.23 μg/kg（抑制率29.84%）、N-亚硝胺总量35.3 μg/kg（抑制率12.06%）；风干肠中亚硝酸盐的含量4.34 mg/kg（增幅98.17%）、NDMA含量0.69 μg/kg（抑制率26.60%）、N-亚硝胺总量6.39 μg/kg（抑制率51.31%）。本实验3 组酱牛肉的亚硝酸盐残留量均未超过7 mg/kg，N-亚硝胺总量为4.14～7.78 μg/kg，这可能与酱牛肉产品的脂肪含量低、饱和脂肪酸含量高以及产品采用的传统工艺（老汤卤制）有关。研究发现，当脂肪含量由12%上升到25%时，腊肠（猪肉）中NDMA和NPYR的含量都有所上升[37]。熊凤娇等[36]发现，NMEA和NDEA的含量随鱼豆腐中脂肪含量的增加而增加，姜皓等[26]将猪肉反复冻融制备了不同氧化程度的西式培根，结果发现，氧化程度高的样品NDMA含量增加30.56%。另一方面，烟熏是红肠、培根及风干肠均有的工艺，烟熏也是N-亚硝胺形成的重要因素之一。以上原因导致酱牛肉产品的亚硝酸盐和N-亚硝胺含量明显低于其他产品。综合本研究团队成果，乳酸菌源的亚硝化抑制剂对各类产品的感官评价及各项指标的影响不会改变这些非发酵制品的产品特点，并可以抑制产品中N-亚硝胺的产生，但抑制效果受到多种因素的影响。

3.2 乳酸菌源亚硝化抑制剂应用前景分析

中式肉制品通常是经由盐或酱油及其他配料腌制处理得到的，主要特点是色泽鲜艳、味美，具有独特的风味，深受我国消费者的喜爱，但其加工方式、产品包装及贮藏条件均受到西式肉制品的冲击。随着我国中式肉制品规模化和标准化的发展，尤其是卤味肉制品在市场的占比快速提高，根据Frost & Sullivan数据估算，佐餐卤肉制品和休闲卤肉制品的市场规模2018—2021年的复合年均增长率为8.55%和13.87%。目前常用的卤制工艺包括老卤循环煮制和定量卤制工艺。老卤的优势在于重复卤制的过程中风味物质的富集，并且对机器设备要求较低；定量卤制可以减少腌制液配料的消耗，以及人力资源消耗，适合工业化生产[2]。无论哪种工艺，为了稳定卤肉产品色泽、抑制微生物生长、抗氧化和提高风味的效果，通常会将亚硝酸盐添加在腌制液中和卤制液中。但亚硝酸盐会在卤制液中随着卤制时间和卤制次数不断累积，而定量卤制工艺也会像其他产品残留亚硝酸盐。研究[3]发现，随着卤煮时间的延长，传统酱牛肉中亚硝酸盐的残留量逐渐升高，3 月陈汤的亚硝酸盐含量为0.64 mg/kg，5 年陈汤的含量为1.87 mg/kg。因此非常有必要提高产品的安全性。乳酸菌源的亚硝化抑制剂恰恰能满足非发酵肉制品的特点，提高此类产品安全性的同时并没有改变该类产品的特点。然而乳酸菌源的亚硝化抑制剂对N-亚硝胺的形成受到多种因素的影响，包括原料肉的种类和加工工艺以及形成的不同肉制品等。商业复合菌的抑制效果明显高于单菌。商业发酵剂通常由多种单菌复配得到，与单菌相比，商业复合菌制备的MNI对不同肉制品的降硝效果差异很大[15-18]。总体来看，与单菌碎片相比，复合商业菌碎片抑制亚硝化反应的环境较为复杂，如若进一步探索乳酸菌源制备的亚硝化抑制剂发挥作用的关键成分和具体作用机理需要研究组成商业复合菌的各种单菌，并将抑制效果良好的菌种进一步复配，优选出更加有效的乳酸菌源亚硝化抑制剂来提高肉制品安全性。

4 结 论

在酱牛肉中添加LS-MNI和WBL-45-MNI可显著改善其色泽和风味，WBL-45-MNI对于改善酱牛肉的总体感官效果更好，与对照组相比，亚硝酸盐残留量和生物胺总量抑制率分别为10.14%和30.08%。LS-MNI组pH值在统计学上与其他2 组虽有显著差异，但数值差异不大，对酱牛肉品质基本没有影响。3 组酱牛肉的TBARs值均未超过0.2 mg/kg，但WBL-45-MNI组显著高于其他2 组。WBL-45-MNI组和LS-MNI组对NDMA的抑制率分别达70.94%和89.74%，对N-亚硝胺总量的抑制率达到46.79%和36.50%。乳酸菌制备的微生物源亚硝化抑制剂可以有效抑制酱牛肉中N-亚硝胺的生成，商业复合菌WBL-45相比LS作为酱牛肉亚硝化抑制剂的效果更佳。本研究为乳酸菌源亚硝化抑制剂提高酱卤肉制品的安全性提供了数据支持。