西式發酵香腸中乳酸菌菌相構成及其作用與功能研究進展

杜靜芳，繆璐歡，白鳳翎，勵建榮

(渤海大學 食品科學與工程學院，遼寧省食品安全重點實驗室，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 錦州，121013)

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西式發酵香腸中乳酸菌菌相構成及其作用與功能研究進展

杜靜芳，繆璐歡，白鳳翎*，勵建榮

(渤海大學 食品科學與工程學院，遼寧省食品安全重點實驗室，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 錦州，121013)

摘要乳酸菌作為西式發酵香腸生產過程中不可或缺的主體微生物類群，其種類和數量直接關系著產品的品質和安全。同時，西式發酵香腸還存在著豐富的乳酸菌資源。該文以乳酸菌為主線揭示西式香腸發酵過程中乳酸菌的菌相構成，重點分析乳酸菌對發酵香腸品質和安全的保障作用與功能，關注從發酵香腸生境發掘優良發酵劑和益生性乳酸菌資源，以期為提升我國傳統發酵香腸的品質，保障安全性提供參考。

關鍵詞發酵香腸；乳酸菌；菌相構成；品質和安全

發酵香腸亦稱生香腸，一般是將絞碎的豬肉、牛肉和羊肉及動物脂肪和糖、鹽、香辛料等輔料與發酵劑等混合后灌入腸衣，經多種微生物發酵形成的具有典型香味和特性的發酵肉制品，其產品營養價值高、貨架期長、食用方便、易消化，具有獨特的風味和一定的嗜好性，深受消費者青睞[1]。

微生物對傳統香腸的品質形成和安全保障具有十分重要的作用，參與發酵過程中主要微生物類群包括乳酸菌、微球菌、葡萄球菌及酵母和霉菌等。其中，微球菌和葡萄球菌具有很強的分解脂肪作用，對發酵香腸形成獨特的風味發揮主體作用，被稱為香腸的“風味”菌[2]，酵母與產品的感官品質和香味的形成密切相關[3]。乳酸菌是發酵香腸中主體微生物類群，在香腸發酵過程中起到了至關重要的作用。一方面，乳酸菌具有促進發色和促進風味形成的作用，從而提高產品的感官品質和營養價值；另一方面，乳酸菌能夠有效地控制香腸中致腐和致病微生物的生長[4]。同時，乳酸菌對香腸發酵過程中可能形成的亞硝酸鹽和生物胺也具有降解和清除作用，有效地保證產品的安全性。本文以發酵香腸中乳酸菌為主線進行分析，闡述了乳酸菌在西式發酵香腸中的作用和功能，為利用乳酸菌提升傳統發酵香腸產品品質和保證食用安全性以及發掘優良乳酸菌資源提供借鑒與參考。

1西式發酵香腸中乳酸菌菌相構成

乳酸菌是西式發酵香腸的優勢菌群，一般而言，在新鮮的原料肉中，乳酸菌數量在3.5～4.0 lg CFU/g之間，處于劣勢地位，發酵結束能達到8.5～9.0 lg CFU/g，菌群稱為優勢菌群[5]。表1是西方各國不同類型香腸發酵過程中優勢乳酸菌菌相構成及其作用和功能，從中可以看出地區不同、發酵香腸中的乳酸菌區系構成不同，其作用與功能也有所差異[6-12]。意大利南部和西班牙發酵香腸中優勢乳酸菌多為清酒乳桿菌(Lb.sakei)和彎曲乳桿菌(Lb.curvatus)，主要作為產品發酵劑，以縮短生產周期并保障產品安全性。希臘、瑞士、意大利和葡萄牙發酵香腸中的優勢乳酸菌主要為清酒乳桿菌、彎曲乳桿菌和糞腸球菌(Enterococcusfaecalis)，主要作用是提高產品品質。FRANCESCA等[6]研究意大利的兩種傳統發酵香腸Salsiccia和Salame中微生物區系結構時發現，乳桿菌屬(Lactobacillus)、乳球菌屬(Lactococcus)和腸球菌屬(Enterococcus)是其發酵過程中的優勢菌群，發酵前7天檢測出的優勢乳酸菌為清酒乳桿菌，而在原料肉和發酵劑中未檢測出該菌，說明是加工過程污染該菌。Sidira[7]等用PCR-DGGE技術分析發現希臘香腸中主要的乳酸菌種類為明串珠菌屬(Leuconostoc)、乳球菌屬(Lactococcus)和肉食桿菌屬(Carnobacterium)，乳桿菌屬的數量超過7.0 lg CFU/g。

表1　香腸發酵過程中的優勢乳酸菌及其作用

相比而言，能產生細菌素的清酒乳桿菌和彎曲乳桿菌具有很高的竟爭性和適應環境的能力[13]。發酵初期低氧環境和豐富營養底物使分解糖類較強的微好氧型明串珠菌屬迅速生長繁殖，成為發酵前期的優勢菌群；隨著香腸成熟，耐酸性的乳球菌屬成為優勢菌群，產生大量的酸性物質抑制它種微生物生長，同時使自身數量不再增加而進入穩定期；在成熟后期，糖類物質被大量消耗，干燥作用引起水分降低和高濃度NaCl等條件不利于乳酸菌生長，使乳酸菌總量在成熟后期呈稍下降的趨勢，乳酸菌的動態變化與產品的品質和貯藏期息息相關。

2發酵香腸中乳酸菌的作用與功能

乳酸菌作為西式發酵香腸中的主體微生物類群，對產品的貢獻主要通過發酵糖類產生乳酸和乙酸等酸性物質，間接促使原料肉中蛋白質降解形成風味物質，形成良好的質構、獨特的風味。同時，乳酸菌發酵產生的有機酸、乳酸菌素、羅伊菌素等拮抗性代謝產物控制產品中腐敗和致病微生物的生長繁殖，進而通過代謝酶的作用有效降解產品中有毒代謝產物亞硝酸鹽和生物胺的殘留量[4]，保障產品的安全性。

2.1乳酸菌對發酵香腸品質的影響

發酵香腸中的乳酸菌可分解糖類物質生成乳酸等有機酸，使產品的pH降至4.5～5.5[14]。pH變化與原料肉、發酵劑和發酵條件密切相關，對抑制微生物生長、保證產品品質及安全性控制非常重要[15]。

pH變化可間接影響發酵香腸成品中的水分含量。CIUCIU等[19]對羅馬尼亞自然發酵香腸的水分含量進行分析，結果表明，發酵28 d到達終點時Aw值由最初的0.96降為0.83，水分含量為由62.0%降至30.0%。隨著發酵作用的進行，酸性物質的積累改變周圍基質條件，蛋白質、脂肪等大分子物質降解使它們自身結合的水減少，這部分水分逐層向外擴散，使產品的水分不斷丟失，Aw值不斷下降直到發酵結束。

在香腸成熟過程中，乳酸菌與肌肉組織酶對糖類、蛋白質和脂類的降解作用對揮發性風味物質和產品獨特風味的形成有非常重要的影響[20]。ESSID等[21]用色譜法研究接種木糖葡萄球菌(Staphylococcusxylosus)和植物乳桿菌(Lb.plantarum)的突尼斯發酵香腸時發現，總游離氨基酸含量從開始的320.0 mg/100g增至691.0 mg/100g，相比于對照組的440.0 mg/100 g增加了251.0 mg/100g；16種氨基酸中酪氨酸含量最高為157.14 mg/100g，主要貢獻甜味和苦味；其次為谷氨酸和天冬氨酸含量分別為122.46 mg/100g和93.51 mg/100g，是鮮味的主要成分；第三丙氨酸含量為78.76 mg/100g，貢獻甜味。

2.2乳酸菌對西式發酵香腸安全性的影響

發酵香腸是經過微生物發酵的未經高溫處理的即食食品，其安全性問題主要是發酵過程產生的有毒化學物質亞硝酸鹽和生物胺及致病性微生物。乳酸菌在發酵過程中通過自身一系列的優勢條件有效地降低亞硝酸鹽和生物胺的含量，拮抗其他微生物的生長，保障產品安全性[22]。

2.2.1香腸發酵過程中產生的有毒代謝物質

香腸發酵過程中產生的有毒代謝物主要是亞硝酸鹽和亞硝胺類的前體物質。在酸性條件下( pH 1.0～4.0)，亞硝酸鹽可與人體組織中的仲胺轉化成有強烈致癌性的亞硝胺化合物[23]，生物胺是致癌物亞硝胺類的前體，歐盟對于發酵香腸中的硝酸鹽和亞硝酸鹽有嚴格的限量，二者的最大添加量均為150 mg/mL，只添加硝酸鹽時的最大添加量為250 mg/mL，丹麥政府允許的添加量為100 mg/mL[21]，而我國允許肉制品中的添加量僅為30 mg/mL。

乳酸菌通過酶降解和酸降解顯著降低發酵香腸中亞硝酸鹽含量，某些乳酸菌具有硝酸鹽還原酶和血紅素-依賴性亞硝酸鹽還原酶，可將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成NO，結合發酵產生的酸性環境來降低亞硝酸鹽含量[22]。PAIK等[24]模擬發酵香腸的生產過程來研究4株乳酸菌降解亞硝酸鹽效果，24 h后出現明顯變化，最明顯的是清酒乳桿菌(Lb.sakei)，降解了31.71%，相當于31.72 mg/L的NO2-，其他降解率在3.91%～12.90%；120 h后，降解量分別達到63.83、75.81、58.46和60.54 mg/L，為其作為優良發酵劑生產發酵香腸提供依據。WANG等[22]發現，自然發酵香腸成熟30d后亞硝酸鹽含量由最初的100 mg/kg緩慢降32.1 mg/kg，而接入清酒乳桿菌(Lb.sakei)作為發酵劑的其含量僅為9.6 mg/kg。香腸成熟過程中，乳酸菌能夠迅速降低基質的pH來降解亞硝酸鹽，pH降低0.2能夠成倍減少香腸制品中亞硝酸鹽含量，pH和亞硝酸鹽含量之間相關系數達0.91[25]。香腸發酵時高食鹽濃度、氨基酸和肌紅蛋白、多菌種發酵等因素影響發酵香腸中亞硝酸鹽的降解。

生物胺是香腸在成熟過程中由微生物產生的氨基酸脫羧酶作用于游離氨基酸而產生的一類小分子含氮化合物，是致癌物亞硝胺類物質的前體。PAPAVERGOU等[26]用HPLC法對希臘40種干發酵香腸中生物胺含量進行測定，酪胺和腐胺含量分別達到175.2mg/kg和176.6 mg/kg，有37.0%的樣品超過了國際法規對魚類中組胺的規定限量標準。TASIC等[27]用HPLC-DAD分析了傳統發酵香腸中9種生物胺，結果表明成熟后期樣品中的生物胺總含量變化范圍為77.8 ～174.0 mg/kg，其中酪胺為14.7～75.1 mg/kg，色胺為5.54 ～75.1 mg/kg，各樣品之間差異顯著。

KOESSLER等[28]研究表明pH是影響生物胺形成的關鍵因素，生物胺的形成是細菌抵抗酸性環境的代償反應。發酵香腸中生物胺的積累取決于香腸中脫羧酶陽性的細菌的生長而不是基質環境。ANSORENA等[29]研究發現，發酵香腸中腸桿菌與腐胺、組胺和尸胺的形成有關，而假單胞菌與腐胺的形成有關。據SUZZIA等[30]的研究，由于假單胞菌的作用，在灌腸之前處于4 ℃貯藏期間的原料肉形成腐胺，但發酵香腸于4 ℃貯藏時檢測到的生物胺含量比在15 ℃時貯藏少。乳酸菌活動使基質的pH迅速降低，不僅抑制腸桿菌屬、假單胞菌屬等細菌的生長，而且能夠有效抑制脫羧酶陽性細菌的生長，降低生物胺在發酵香腸生產、貯藏過程中的積累。BAKA等[31]研究發酵劑對香腸發酵中生物胺的影響，相比于對照組，添加清酒乳桿菌4413(Lb.sakei)可使腐胺和酪胺分別降低72.0%和13.0%，添加清酒乳桿菌8426(Lb.sakei8426)可使色胺和尸胺分別降低15.0%和25.0%，添加植物乳桿菌7423(Lb.plantarum7423)可使尸胺降低26.0%，可以看出利用乳酸菌發酵劑能夠降低產品中生物胺的含量。

篩選胺氧化酶陽性和氨基酸脫梭酶陰性的乳酸菌菌株作為香腸發酵劑，使乳酸菌迅速成為發酵過程中的優勢菌群，是有效控制發酵香腸中生物胺的重要手段[32]。

2.2.2發酵香腸中的致病菌

發酵香腸中的致病菌主要有金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、單增李斯特菌(Listeriamonocytogenes)和沙門氏菌(Salmonellaspp.)等，腐敗變質主要是霉菌和酵母過度生長引起香腸表面的白斑和內部的白色細絲，同時還會有輕微的異味[33]，而發酵香腸中乳酸菌的存在一定程度上可抑制此類微生物的生長，保障產品的安全性。

PRAGALAKI等[34]將分離于發酵香腸中的清酒乳桿菌4413(Lb.sakei)用于抑制香腸中的單增李斯特菌(L.monocytogenes)和大腸桿菌O157∶H7(EscherichiacoliO157∶H7)，與對照組相比，應用發酵劑產品中大腸桿菌O157:H7減少2.2數量級，單增李斯特菌減少1.65數量級。Casaburi等[35]證實從意大利傳統發酵香腸中分離的彎曲乳桿菌54M16(Lb.curvatus)可產生多種細菌素類抑菌物質。將該菌株用于發酵香腸生產中，可使對照組中葡萄球菌(Staphylococcus)數量最終達到108CFU/g，而接種Lb.curvatus54M16組中葡萄球菌的數量降為102CFU/g；腸桿菌屬(Enterobacteriaceae)的數量分別為3.4 lg CFU/g和2.3 lg CFU/g，酵母和霉菌的數量都持續在1.5～1.7 lg CFU/g，兩組均無明顯變化。ZHANG等[36]發現從發酵肉中分離的植物乳桿菌BM-1(Lb.plantarum)具有廣譜抑菌性，能夠很好地抑制糞腸球菌AS 1.2984 (EnterococcusfacealisAS 1.2984)和單增李斯特菌(ATCC 54003)的生長，并確定其抑菌物質為15個氨基酸組成的細菌素類，分子質量為4 638.142 ku。

很多研究結果證實，發酵香腸中的乳酸菌可以抑制金黃色葡萄球菌[37]、無害李斯特氏菌[38]、沙門氏菌[39]等多種致病菌，為合理利用乳酸菌發酵劑控制香腸中食源性致病菌奠定了基礎。

3西式發酵香腸中乳酸菌資源

3.1優良發酵劑乳酸菌

發酵劑在香腸生產中起著至關重要的作用，使乳酸菌成為發酵過程中的優勢菌群是生產高質量產品的前提。我國傳統的發酵香腸是依靠原輔料中天然微生物之間相互競爭來生產的，產品的安全性和品質均一性都難以保證。

RUBIO等[40]接種鼠李糖乳桿菌(L.rhamnosusGG)數量級為105CFU/g時，香腸在發酵和成熟的過程中保持較高數量的乳酸菌，發酵結束時達到108CFU/g，占內源性微生物數量的60.0%，產品具有較好的感官品質。腸桿菌科(Enterobacteriaceae)比對照組減少了78.9%，說明乳酸菌在迅速成為優勢菌群的同時顯著抑制了其他微生物區系的生長，有效地保障了產品的安全性。

發酵香腸源的乳酸菌適應了自身的發酵環境，比其他分離源中的乳酸菌更具有競爭性。JADRANKA等[41]將從傳統發酵干香腸中分離的植物乳桿菌(Lb.plantarum1K)和木糖葡萄球菌(Staphylococcusxylosus4K1)作為發酵劑用于5種工業化生產發酵香腸中，結果顯示，相比于對照組的1.7×106～107CFU/g，成熟15 d后本源發酵劑組中乳酸菌數量達到3.83×107～5.24×108CFU/g，具有更好的感官品質和安全性，且使貨架期延長了3個月。

3.2益生性乳酸菌

乳酸菌具有抗過敏、降低膽固醇、保護神經系統和提高免疫力等多種益生功效[42]。人體腸道內的益生菌活菌數達到106～107時才能對健康起到作用[43]。

KANOKPORN等[44]從發酵香腸的乳酸菌中分離出分子質量約為56 ku細菌素，有效地抑制牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonasgingivalis)的生長，可以使細胞腫脹并在2 h內致細胞死亡，利用該株乳酸菌有望制作發酵肉制品等具有預防口腔疾病的保健食品。VICHITPHAN[45]等研究發現，分離自發酵香腸中的植物乳桿菌(Lb.plantarum)可產生γ-氨基丁酸，能夠抑制哺乳動物神經遞質的傳遞，用于一種泰國發酵香腸中生產出富含γ-氨基丁酸的香腸。JAHREIS等[46]通過人體實驗證實，食用含有副干酪乳桿菌(Lb.paracasei)的發酵香腸2周后，人體中的Lb.paracasei數量顯著增加，進一步監測人體免疫系統發現CD4細胞的數量在前2周逐漸增加，后降低到最初水平，而CD54分子的數量變化則與之相反，表明某些乳酸菌確實能夠調節人體免疫力。

4結論

本文通過分析西式發酵香腸中的乳酸菌菌相構成及其作用與功能，發現不同地區發酵香腸中呈現類似的菌相構成，主要是乳桿菌屬中的Lb.sakei、Lb.plantarum和Lb.curvatus，明串珠菌屬中的Leu.mesenteroides。

乳酸菌可賦予發酵香腸各種品質，控制亞硝酸鹽和生物胺形成。首先，乳酸菌利用基質的糖類物質發酵形成酸性環境，增強內源蛋白酶的活性，間接促進蛋白質分解，形成良好的質構特征和風味；其次，乳酸菌通過酶降解和酸降解顯著降低發酵香腸中亞硝酸鹽含量，二者存在高度相關性；最后，控制發酵香腸中生物胺含量的重要方法是篩選胺氧化酶陽性和氨基酸脫梭酶陰性的乳酸菌菌株作為香腸發酵劑，使乳酸菌迅速成為發酵過程中的優勢菌群。此外，發酵香腸中存在豐富乳酸菌資源，從中篩選性能優良的發酵劑乳酸菌和益生性乳酸菌，為乳酸菌在食品工業中的開發利用提供菌種資源。

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Advanced on the composition and function of lactic acid bacteria in western fermented sausage

DU Jing-fang, MIAO Lu-huan,BAI Feng-ling*, LI Jian-rong

(College of Food Science and Technology, BohaiUniversity;Food Safety Key Lab of Liaoning Province;National & Local Joint Engineering Research Center ofStorage, Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products, Jinzhou 121013, China)

ABSTRACTLactic acid bacteria (LAB) are the dominant microflora used in the process of Western fermented sausage. The species and amount of LAB directly relate to quality and safety of the products. Thus, Western fermented sausage is a resource enriched with LAB. In this paper, the composition of LAB in the fermented process were elaborated, especially the internal relationship between LAB and the quality and safety of the products. And at the end, exploration of the better starter cultures or resources of probiotic LAB isolated from fermented sausage were also reviewed. This paper could provide reference for the study on quality and safety of traditional fermented sausage in our country.

Key wordsfermented sausage; lactic acid bacteria; microfloracomposition; quality and safety

收稿日期：2015-06-22，改回日期：2015-09-04

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃課題(No.2012BAD29B06)；遼寧省高校重大科技平臺開放課題(No.LNSAKF2011011)

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201602047

第一作者：碩士研究生(白鳳翎教授為通訊作者)。