发酵肉制品中微生物的研究状况

发酵肉制品中微生物的研究状况 摘要 发酵肉制品是指腌制肉在自然或人工控制条件下，通过微生物发酵作用加工制成的肉制品。但是，传统的中式肉制品香肠、腊肉、火腿等都少不了不同程度的自然发酵。研究表明，有益菌可以提高发酵肉制品的营养、风味和卫生安全性。 关键词：发酵 发酵剂 现状 近年来，国外对肉制品发酵剂的研究日益增多，如在欧美国家，乳酸菌被广泛用作肉制品的发酵剂。因此，我们应借鉴国外一些经验，加快对肉制品发酵剂的研究和应用，促进我国发酵肉制品的发展。目前，可用作肉制品发酵剂的微生物包括细菌、酵母菌和霉菌。 1 国外发展状况 微生物发酵剂的研究应用最早是英国，其历史可追溯到1940年，首选菌是乳酸杆菌，而真正实用于西式香肠生产是在1966年左右。为了挑选合适的菌株作为发酵剂，国外研究人员对传统发酵制品中的主要微生物的特性作了大量研究。 Joo-Yeon Lee等人从希腊的发酵香肠中分离出10株短乳杆菌，能忍受10％和15％NaCl，可以在15℃下生长，对革兰氏阴性菌有一定的抑制作用，但是短乳杆菌不能在短时间产生大量的酸，不能降低pH。 Coppola.R等人从一种意大利发酵香肠中分离出138株葡萄球菌和微球菌，其中58株是克氏微球菌，80株是木糖葡萄球菌。所有菌株均能在10％NaCl中生长，大部分能在30℃和18℃降解硝酸盐，可以还原过氧化氢。 选择用于发酵香肠的微生物主要是乳酸菌、葡萄球菌、微球菌、酵母和霉菌。发酵剂一般使用方式是在制馅时添加于肉料中，霉菌则是在充填灌装后接种于肠体表面，酵母菌偶尔也采用这种应用方式。传统发酵肉制品为了确保产品的风味特色、质量，缩短生产周期，早期的自然发酵已经被人工接种所取代，目前世界上许多国家如意大利、美国、西班牙已进行了发酵肉制品的人工发酵工业化生产，并已具有相当的规模。 2 国内发展状况 我国对发酵剂菌种的研究起步较晚，对其选择和筛选进行了一定的研究。我国传统发酵肉制品中存在着很多优良的自然菌株。在开始阶段，多是从现有的发酵剂中筛选出菌种直接应用于发酵香肠实验。近年来，我国研究者对我国传统发酵肉制品中微生物进行了较多的研究，分离出大量的优良菌株并分析了其微生物特性。 我国对发酵肉制品中优势菌群研究有很多：例如徐静等从自然发酵肉制品筛选出一株干酪乳杆菌并对其特性进行研究；王海燕等从传统湖南腊肉中分离筛选出一株产香葡萄球菌（模仿葡萄球菌）等。 3 微生物发酵剂的种类 （1） 乳酸菌 在众多微生物发酵剂中,乳酸菌因其安全、高效而倍受青睐。乳酸菌是指一群能利用碳水化合物，产生乳酸的细菌总称。这一类细菌在自然界和食物中广泛存在，是最早被人类用于食品加工和食品储藏的微生物之一。乳酸菌在乳制品中的应用已十分成熟，而肉制品对发酵菌种有着自身的特殊要求。因此，乳酸菌的筛选研究对发酵肉制品的开发有着十分重要的意义。 在肉制品发酵中,乳酸菌起到了至关重要的作用。但并不是所有的乳酸菌都适合作为肉品发酵剂。如有的在肉品环境中缺乏竞争性,有的影响肉品的感官品质,乳酸菌的性能差异对产品质量会产生很大的影响。 从人们对发酵香肠中分离的乳酸菌研究表明，作为肉品发酵剂应具有产酸速度快、能抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的特点。 选做发酵剂的乳酸菌主要是乳酸杆菌和乳酸片球菌。目前所应用的商业发酵剂主要是植物乳杆菌、清酒乳杆菌和弯曲乳杆菌乳酸菌最重要特性是将肉中的糖原或添加的糖转化形成酸，使肉馅pH值下降，导致肉中盐溶蛋白在较低pH值的等电点范围从溶胶态变为凝胶态，使瘦肉和肥肉粒组成的的混合肉馅融为一体。在等电点范围肉蛋白的保水性也最低，此时通过发酵室发酵条件的调控使肉馅脱水。而pH值的降低也可促进亚硝酸分解，从而改善产品色泽；产酸的同时也形成具抑菌效能的乳酸杆菌素。 乳酸菌的物质代谢并非是简单的糖分解转化为乳酸，发酵剂中的乳酸菌发酵涉及到单相发酵和选择性多相发酵。单相发酵是指乳酸菌通过对肉馅中葡萄糖、蔗糖及其他碳水化合物的发酵只形成必需的乳酸，而多相发酵则是除乳酸外还产生其他酸、 、过氧化物等代谢物。例如葡萄糖通过发酵，90%均转化为乳酸，此外还可形成少量醋酸、乙醇、3-羟基-2-丁酮、丁二酮和丁二烯醇等，尽管形成量很低，但对产品最终风味影响极大。 乳酸菌主要不利特性是在有氧条件下形成过氧化氢，从而导致产品氧化褪色和酸败。过氧化氢也有有益的一面，即是抑制不利菌的生长。因此，在发酵剂中，由于乳酸菌会产生微量过氧化氢，此时可添加具极强活力的葡萄球菌，葡萄球菌可分解乳酸菌产生的过氧化氢。 （2）葡萄球菌和微球菌 在传统的发酵肉制品中总是存在一定数量的葡萄球菌和微球菌，因此使人们认识到其在发酵肉制品中的重要作用，如其在发酵肉质品的成熟过程中对香气的形成、颜色的稳定、过氧化物的消除、蛋白质和脂肪的降解等。 现今有关发酵香肠中的葡萄球菌和微球菌的研究很多，目前所应用的商业发酵剂主要是木糖葡萄球菌、肉糖葡萄球菌和变异微球菌。这些发酵剂在香肠中的主要作用是还原亚硝酸盐和形成过氧化氢酶，从而利于肉馅发色及分解过氧化物，改善产品色泽及延缓酸败，此外也可通过分解蛋白质和脂肪而改善产品风味。 葡萄球菌和微球菌均是具有过氧化氢酶活性，以及通过亚硝酸还原酶将硝酸还原为亚硝酸的能力。前者对于过氧化氢的分解是极为重要的。过氧化氢是几种乳酸菌在有氧条件下氧化所产生，可导致产品色泽破坏和加速脂肪酸败。因此，葡萄球菌和微球菌分解过氧化氢的特性对产品质量起到保护作用。 葡萄球菌和微球菌之间的主要差别在于需氧性的不同。微球菌只有在有氧条件下才具代谢能力，发酵能力很弱，因此在香肠和火腿内部不能生长，而大多葡萄球菌无论有氧无氧都能生长并发挥所需要的代谢作用，因此现在的发酵剂中微球菌的应用都是与葡萄球菌结合。 葡萄球菌和微球菌发挥的最重要作用是其酶解活性（解脂、解肽）所赋予产品的特有发酵风味，此机制至今仍未完全揭示。不同的葡萄球菌和微球菌以及在不同条件下，所发挥的作用也大不相同。特别是木糖葡萄球菌类在一定条件下（添加酪蛋白、大豆蛋白、配方或工艺导致较高蛋白质溶出等）其不利影响较大，特别是长期贮藏的产品呈现不利味道。 (3) 汉逊氏酵母菌 有的发酵香肠制品，其发酵剂除常规的乳酸菌、葡萄球菌和微球菌外，还添加有酵母菌，主要是汉逊氏酵母。酵母菌通过对脂肪和蛋白质的分解使得风干发酵的香肠产生特殊香味,确切的说风干发酵香肠最终香味的形成很大程度上归结于酵母菌，对非烟熏的这类产品内外均有大量的酵母菌出现。其主要作用是生长时逐渐耗尽肠馅空间中残存的氧，从而降低Eh值，抑制酸败，也具有分解脂肪和蛋白质形成过氧化氢酶等的能力，因此对改善产品风味、延缓酸败有益。 (4) 霉菌 霉菌添加于发酵香肠是赋予产品特有外观，使产品产生特异“霉菌香味”，这一香味主要源于霉菌的解脂以及大量的源于系列复杂代谢途径的霉菌性香味成分。霉菌发酵型产品在外观上被一层白色或乳酪色菌丝所包裹从而起到通过避光和阻氧对产品的保护作用。包裹菌丝的形成取决于应用的菌种在所调控的发酵条件下的生长速度。 在确定的温度和湿度下,不同的霉菌生长速度不同，而温度和湿度越低差异特征越明显。因此有的霉菌可因不同的配方和发酵条件使产品呈现相异的色泽，可呈白色或乳酪色，也可呈褐色或绿色。 应用霉菌作发酵剂最关键的是：可否产生霉菌毒素，对通过环境天然接种生长的霉菌常检出霉菌毒素的存在。不同霉菌在形成包括黄曲霉毒素和抗生素在内的拮抗性物质的能力相异极大，因此用于肉制品的菌种应通过对大量霉菌的筛选，确定不产生霉菌毒素，至少在以肉作为培养基不产生此毒素的安全菌种。灰色链霉菌也是风干发酵香肠特异使用的发酵剂，但产品的特有风味是否有益于这一微生物的特异代谢活性，以及产生的香味成分是否源于此菌，至今仍未完全澄清。 5 发酵剂选择及其工艺控制 （1）发酵剂的选择 微生物发酵剂在发挥有益作用的同时也可能具有副作用。选择总的要求是无致病性，不产生毒素或抗生素，不导致氨基酸降解，不形成活性胺（如组胺）、硫化氢等有害物。乳酸菌发酵时尽可能是单相发酵，不产生醋酸和过氧化物。不产生致病素、毒素和抗生素，但可产生乳酸杆菌素。 发酵剂通过发酵食品改善产品感官（香味、味道、外观、组织结构等），而保护性发酵剂则可作为生物防腐剂对病原菌和腐败菌（如沙门氏菌、李司特菌、葡萄球菌、肉毒梭菌等）起到有效抑制作用。如果添加的微生物即可作为发酵菌，又可发挥保护性防腐剂的作用则最为理想。 微生物发酵剂的筛选应用，首先是在优质天然发酵香肠产品中分离出含有的菌类，逐一进行有益特性和有害特性的研究分析，同时进行毒理学和尽可能接近生产条件的平行实验，例如实际生产工艺参数条件下的模拟肉馅实验，持续数天的pH值变化的测定等。通过上述研究挑选出符合需要的菌种，紧接着进行技术范围的产品应用研究，确认工艺和感官特性符合需要，菌种的毒理性阴性，然后在生产条件下进行数月的加工及评定实验。在此获取大量实验数据，特别是在消费适应性评定结果的基础上，方可进行新菌种的制备及生产推广。 （2）工艺控制 在肉品生产中已有众多商品化微生物发酵剂可供厂家选择，以德国为例，10多家发酵剂生产厂提供50余种微生物发酵剂产品。 在各类型制剂中，相同的菌类因其不同比例适宜的产品类型也不同。例如肉色葡萄球菌和植物乳杆菌以1:1的组合适用于传统型干香肠，以9：1的组合则还可用于非干燥发酵肠。 a:现代肉制品加工生产上最看重的指标之一是快速周转化，在发酵肉制品中则是通过添加发酵剂实现快速发酵。与一般发酵法，特别是长时间发酵法加工的产品相比，快速发酵香肠出现明显的香味不足。原因之一是pH值下降过快，尤其是pH值降至低于5.0时，抑制了对香味起决定性作用的葡萄球菌的代谢活性，导致其解脂、解肽等活性只在短时间内发挥了作用，肉料还未来得及以代谢产物方式形成香味成分，风味成分要在发酵后期才得以形成。 b:配方、肉馅绞制细度和肠衣直径也对发酵剂发酵有一定影响。对于瘦肉含量较高而肠馅绞得较细的香肠和粗径香肠，发酵剂需具备较强的竞争能力，为防止后酸化作用糖的添加量不能过高，且肉馅斩拌时间不能太长，拌馅结束时馅温不能太高，否则会导致脂肪细胞膜破裂，油脂析出，影响产品切片性，也阻碍微生物对营养物的利用，从而导致酸化、硝酸还原等的延迟或不足 c:糖的类型也影响酸化速度。例如长链的麦芽糖糊精比葡萄糖等单糖的分解慢，大多乳酸菌不能利用或仅很少乳糖形成代谢产物。这时就会出现肉中乳酸菌利用乳糖的不利局面。此外配方中脂肪含量较高，肉馅水分含量也就较低使得水相中初始盐浓度较高，可导致微生物代谢性能减缓。 d:发酵条件，特别是发酵温度对发酵进程起着决定性影响。总的原则是较低温度（尤其是起始温度）发酵而又需达较快的酸化速度，则应比较高温度时选用更快速酸化的微生物发酵剂。如果发酵温度低于20℃，则利于肉本身含有的耐冷菌大量生长，这对产品的感官质量大为不利。为此可选用清酒乳杆菌和弯曲乳杆菌，此菌类在较低温也能良好生长。 5 微生物发酵剂在发酵肉制品中的作用 (1)对颜色的影响 肉的红色是肌肉中的肌红蛋白和血红蛋白起决定性作用的，肉在空气中放置久了会变成褐色，是因为肌红蛋白被氧化生成变性肌红蛋白，通常我们需要添加硝酸盐和亚硝酸盐来稳定颜色，但是可能会产生致癌物质亚硝胺，所以国内外在选择肉品发酵剂时菌株是否能还原硝酸盐是一个重要指标，其中乳酸菌中的植物乳杆菌、清酒乳杆菌等，大部分葡萄球菌和微球菌都具有还原硝酸盐的能力。 菌株是否具有H2O2还原酶是发酵剂筛选的另一个重要指标，因为有些发酵剂，如乳酸菌会产生H2O2，H2O2是一种强氧化剂，在肉中可能导致高铁肌红蛋白（绿色）和胆绿素（黄色）的存在，二者和肉中的红色结合会形成灰色色调，严重影响产品的外观，H2O2分解成水和氧气，就可以阻断过氧化物的形成。 (2)对风味的影响 产品的风味主要是来源于酶和化学反应，如美拉德反应、脂肪氧化等，蛋白质和脂肪的降解对风味和风味前提物质的形成非常重要。另外葡萄球菌和微球菌具有的硝酸盐还原酶活性，可以抑制不良风味的形成。 总之，乳酸菌和片球菌在香肠发酵和成熟的最初阶段起了重要的作用，然而，葡萄球菌和微球菌关系到最终产品的风味、香气和颜色的稳定性。 (3)对食品安全性和保质期的影响 原料肉在接种乳酸菌后，乳酸菌利用碳水化合物如葡萄糖发酵产生乳酸，从而使肉品pH值降至4.8～5.2。由于pH值接近于肌肉蛋白等电点（pH=5.2），肌肉蛋白保水力减弱，可加快香肠干燥速度、降低水分活度，而且在酸性条件下病原菌及腐败菌的生长得以抑制。 Nyoman Semadi Antara等将一株植物乳杆菌和一株乳酸片球菌接种于香肠中，这两株菌接种香肠后，形成的成品是黄褐色，两株菌在24h发酵时间内产生