生物保护菌及其在肉制品中的应用

刘鹏雪++韩齐++郑冬梅++孔保华

摘 要：肉制品因具有营养丰富、口感良好等特点而深受消费者喜爱，但其在加工和贮藏过程中极易被腐败菌或致病菌污染而影响肉制品的品质和货架期，严重时甚至会危害人类健康。而化学防腐剂或人工合成抗氧化剂等的使用虽可以有效地延长肉及肉制品的货架期，但其成本较高且对人类的健康具有一定的安全隐患。生物保护菌作为一种天然、安全、无害、高效的防腐剂可以有效抑制有害微生物的生长，因此，将其以防腐剂应用到肉制品中的研究也越来越多。本文主要综述了近年来生物保护菌在肉制品保鲜、延长货架期方面的研究成果，期望可以为安全、高效的肉制品天然保鲜剂的研究提供思路。

关键词：生物保护菌；肉制品；货架期

随着生活水平的提高，人们对肉制品的安全问题也更加关注[1]。肉制品水分活度较高、营养物质丰富，十分适合微生物的生长繁殖，而使用化学防腐剂成本较高，且对人类的健康具有一定的安全隐患，使得人们顾虑重重[2]。近年来，主要致病菌包括单增李斯特菌、大肠杆菌、弯曲杆菌、耶尔森菌属及副溶血性孤菌等作为食源性微生物在肉及肉制品中出现的程度已经远超于其他食品[3]。此外能够导致肉制品腐败变质的细菌主要有乳酸杆菌属、杆菌属、链球菌属、假单胞菌属等，它们大都属于耐热性病原菌，普通的加热方法并不能将它们完全杀死，因此一旦其受到这些微生物的污染，肉制品就极易发生腐败变质，影响货架期[4]。此外，随着肉制品的产量逐年上升，由于其腐败变质等现象而导致对人类健康的危害和经济损失也不容小觑，据报道全世界每年因各类肉制品腐败变质而产生的经济损失高达数十亿美元[5]。肉及肉制品的腐败变质也会对消费者的健康产生极大的影响，一些致病菌，如沙门氏菌、大肠杆菌和单增李斯特菌等可以沿食物链传播，成为人类疾病的来源[6]。美国的“单增李斯特菌食物中毒”，欧洲的“口蹄疫”、“疯牛病”等均是由病原微生物而引起的食源性疾病，从而导致食物中毒，威胁人们的生命安全[7]。除此之外，存在使用化学添加剂和农用化学品以及兽药残留等问题的肉类产品也被认为是消费者的健康风险[8]。

基于上述问题，有关于食品安全卫生的法规越来越严格，消费者们希望获得加工工艺简单、食品添加剂和防腐剂少且可以保留肉制品原有风味的肉类加工制品。目前食品的防腐保鲜技术主要分为传统保鲜技术和现代保鲜技术。传统保鲜技术是利用腌制、干燥、发酵、烟熏、冷藏、加热处理等方法达到延长货架期的目的，现代保鲜技术是通过防腐剂（化学防腐剂、天然防腐剂）和高新保鲜技术（包装技术，如气调包装、可食性膜和抗菌包装等；以及低温杀菌技术，如辐照、微波等）来达到防腐保鲜的目的。我国目前针对肉制品腐败变质的解决办法主要是添加抗氧化剂以及防腐剂，但大多数添加的都是化学防腐剂，且这些化学合成物质可以转化成亚硝酸钠和硝酸钠、亚硫酸钠、苯甲酸钠等物质[9]，长期食用会对人体产生毒害作用。因此寻找安全的天然防腐剂成为近来研究的热点。天然防腐剂可以分为植物源物质（包括植物多酚类物质、香辛料及其提取物、抗氧化肽、脂肪酸及其他农副产品提取物等）、动物源物质（包括壳聚糖及其衍生物、溶菌酶等）以及微生物及其代谢产物三大类[10]。本文主要对微生物以及代谢产物（生物保护菌）在肉制品中的应用进行综述。

1 生物保护菌简介

1.1 生物保护菌概念

Stiles[11]在1996年将生物保鲜定义为：使用天然的微生物和（或者）它们产生的抗菌物质来延长货架期以及提高食品的安全性，并以此区分于人工添加化学物质的保存方法；Jay[12]在1996年将生物保护的概念定义为一种微生物对另外一种微生物所产生的拮抗作用；胡萍[13]定义生物保护菌为：对产品感官品质的影响尽可能小的具有拮抗作用，可以延长货架期的菌种。经过多年的研究与归纳总结，人们将其更加准确的定义为：可以添加到食品中的具有延长食品货架期和（或者）抑制致病菌生长的活的微生物[14]。

1.2 生物保护菌的作用途径

生物保护菌的作用途径可以分为以下2 种[15-16]：一种是在食品体系中直接接种生物保护菌，它们可以产生抑菌物质从而抑制食品致病菌及腐败菌的生长或者和有害微生物进行竞争生长；另外一种是直接添加生物保护菌的代谢产物，即细菌素。2 种方法均可以有效地延长食品的货架期，达到防腐保鲜的作用。但是，直接使用生物保护菌的代谢产物有很多缺陷，其中最主要的就是细菌素可能会与目标食品中的一些成分或添加剂发生反应，从而使得其生物活性有所降低[17]。相反，直接接种生物保护菌则具有很多优势。生物保护菌之所以可以起到食品保鲜的作用，主要是因为其可以延缓腐败细菌的生长，以及抑制和减少病原体的生长，其机理主要是生物保护菌可以在该食品的贮藏条件下更好地生长；产生抗菌肽以及有抑菌活性的物质如有机酸、二氧化碳、乙醇及过氧化氢；消除氧气；利用易发酵的营养物质等[13]。此外，生物保护菌还可能具有某些功能特性，如赋予产品特有的风味、质地和营养价值等[18]。

任何生物保护菌被应用到食品中时，都应该考虑以下条件[19]：1）必须是无毒的；2）必须被权威部门所采纳；3）对于要应用生物保护菌的食品工业来说应该是经济的，不可成本过高；4）不应给目标食品带去不利影响，包括食品感官品质以及理化性质；5）使用较少的量便可以起作用；6）在贮存时，可以稳定地保持其原有的形状；7）不应该有任何药用。

2 生物保护菌代谢产物细菌素的定义及分类

随着研究的不断深入，人们将生物保护菌所产生的具有生物保护作用的物质定义为细菌素。Cebrán等[20]将细菌素定义为一类可以对同源或者亲缘关系较近的微生物具有潜在抑制作用的蛋白质或者多肽。根据细菌素自身特点，可将其分成4 类：第1类为羊毛硫抗生素，又可再细分为由阳离子及疏水性多肽组成的a类和其多肽含有比较刚性的结构的b类；第2类为热稳定、无修饰的小分子肽；第3类为热不稳定的大分子肽；第4类为蛋白质复合物[9]。研究表明，已经有许多属于前2类的细菌素可以有效地抑制食品中有害微生物的生长，但是只有乳酸链球菌素（Nisin）已经被工业化生产并在部分地区获得了可以作为食品防腐剂的证书[21]。同时由于乳酸菌从古至今一直被安全使用于发酵食品中，所以乳酸菌也是应用最多的生物保护菌[22]。

3 生物保护菌在肉制品中的应用

自从乳酸菌在肉制品中被发现后，乳酸菌所产生的细菌素也逐渐被发现并分离出来。尽管大部分细菌素都是从与食物相关的乳酸菌中分离出来的，但它们并不一定可以对所有的食品都产生作用。目前被确定的确实可以对食品产生防腐保鲜作用的一些生物保护菌所产生的细菌素中，应用最多且效果最好的就是Nisin。生物保护菌作为一种天然的新型防腐剂，在国际上已经得到认可，一些研究人员成功地将生物保护菌应用于各类肉制品中，并取得良好效果。

3.1 在肉灌制品中的应用

人们通常选用硝酸盐来抑制肉灌制品中肉毒梭状芽胞杆菌的生长，但考虑到食品安全性的问题，人们希望可以找到其他的办法来抑制其生长[23]。孔保华等[24]研究表明，添加不同浓度的Nisin，在培养数天后，红肠中的菌落总数明显低于对照组，当Nisin的添加量为400 IU/g

时，抑菌效果最好，在贮藏17 d后红肠样品中的菌落总数为1.2×106 CFU/g，而对照组为5.8×103 CFU/g，表明Nisin可以在一定程度上起到延长货架期的作用。但单独使用时的效果没有与其他方法联用时的效果好；李琛等[25]

用Nisin、山梨酸钾、双乙酸钠、EDTA-2Na 4 个因素进行分组保鲜实验，结果表明，不同组分的复合防腐剂均起到了抑菌作用，其中最佳的防腐剂添加量为Nisin 0.025%、山梨酸钾0.025%、双乙酸钠0.15%、EDTA-2Na

0.01%，该复合防腐剂可使红肠样品的菌落总数降低10 倍以上。徐胜等[26]通过对压力、保压时间和Nisin浓度3 个因素的正交试验发现，通过Nisin和超高压的复合作用处理低温火腿肠的抑菌效果比两者中单一处理的抑菌效果更优；且较佳的处理条件为：Nisin添加量0.02%、处理压力400 MPa、保压时间10 min。Ellahe等[27]研究发现Nisin可以减少低温贮藏时气调包装中乳化肠的需氧菌落总数以及乳酸杆菌含量，延长货架期。

3.2 在冷鲜肉中的应用

冷鲜肉是指牲畜宰后胴体温度在24 h内迅速降低至0～4 ℃，并且在后续的加工、流通和销售过程中始终保持该温度的生鲜肉，也称冷却肉、排酸肉[28]。

在4 ℃条件下贮藏时，一些嗜冷菌如单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）和假单胞菌属（Pseudomonas）等会引起冷鲜肉发生腐败，从而降低货架期。因此如何延长冷鲜肉货架期是近年来亟待解决的问题。Kouakou等[29]将弯曲乳杆菌产生的细菌素米酒乳杆菌素P（sakacin P）和乳酸片球菌产生的细菌素片球菌素AcH（pediocin AcH）作为发酵剂添加到接种了李斯特菌的生猪肉中，在4 ℃条件下保存6 周。当只添加一种细菌素时，贮藏1 周或者2 周，单增李斯特菌的数量从开始的102 CFU/g降低到几乎没有，然后再在之后的1周回升，当2 种细菌素一起加入到生猪肉中时，单增李斯特菌细菌数量回升的日期延后。王吰等[30]研究发现，将Nisin用于冷却猪肉的冷藏保鲜时，可以有效地延长肉样冷藏保鲜的货架期，且当猪肉浸泡在添加量为0.05 g/L的Nisin保鲜液中120 s时，保鲜效果最佳，货架期可延长6 d。

3.3 在火腿中应用

防腐保鲜是限制火腿发展的一个重要因素，而使用一些化学防腐剂或者添加高糖高盐物质又会带来食品安全问题，因此研究人员希望找到一种新的方法来延长火腿的货架期。曾友明等[31]研究发现，不添加任何保鲜剂的盐水方腿在4 ℃条件下贮藏10 d，产品中的细菌总数便超过了国家零售标准（30 000 CFU/g），而添加了150 mg/kg的Nisin的盐水方腿在贮藏第20天时，菌落总数才超出国家标准，这表明不添加保鲜剂的产品很容易腐败变质，保质期短，而Nisin可以有效地抑制低温肉制品中微生物的生长；他们还发现单独用Nisin作为保鲜剂的保鲜效果不如复合型保鲜剂的效果好。胡萍等[13]研究发现，在真空包装的烟熏火腿切片中添加（5.91±0.04） CFU/g的清酒乳杆菌B-2，在4 ℃贮藏时，可以使货架期延长到35 d，而对照货样的保存期为15 d。刘国荣等[32]研究表明，在不添加任何化学防腐剂的情况下，乳酸菌细菌素enterocin LM-2（320 AU/g）和超高压技术（600 MPa）联合处理5 min，可以有效地延长低温切片火腿的货架期，将原本2～3 个月的货架期延长到100 d。Vermeiren等[33]在肉制品中筛选出91 株菌株，鉴定它们作为生物保护菌对蒸煮腌肉制品的保鲜作用，结果表明，38%的菌株可以同时抑制多种腐败菌及致病菌的生长；此外还选取了12 株活性最强的菌株应用到模拟的煮制火腿中，发现接种了清酒乳杆菌样品在7 ℃的温度下贮藏34 d时仍然具有较高的感官特性，表明清酒乳杆菌可以作为煮制肉制品的生物保护菌而不影响产品的原有品质。

3.4 在牛羊肉制品中的应用

Castellano等[34]将弯曲乳杆菌（Lactobacillus curvatus）CRL705接种到真空包装的牛肉表面，在2 ℃条件下贮藏60 d后发现，该菌株成为了优势菌株并抑制了热杀索丝菌和腐败乳酸菌的生长，且不影响产品本身的感官结构，延长产品的货架期。张德权等[35]将含有Nisin、溶菌酶和乳酸钠的复合保鲜剂对冷却羊肉进行交互作用，当单独处理时，发现Nisin的抑菌效果最好，溶菌酶次之，乳酸钠抑菌效果为最低；最佳的复合配比为：Nisin 0.34%、溶菌酶0.24%、乳酸钠2.27%。

3.5 在禽肉制品中的应用

禽肉制品因其肉质细嫩、口味鲜美等特点而一直深受消费者的喜爱，而货架期短这一因素影响了禽肉制品的发展。由于消费者对食品安全的意识逐渐增强，使得天然防腐剂的应用越来越受到青睐。Maragkoudakis等[36]评估了从食品体系的乳酸菌中筛选出来的635 株对于食品具有潜在保护作用的菌株，并最终筛选出2 株菌株，屎肠球菌PCD71（E. faecium PCD71）和发酵乳杆菌ACA-DCA179（L. fermentum ACA-DC179），将其作为生物保护菌用于生鲜鸡肉中，结果表明，其抑制了单增李斯特菌和沙门氏菌的生长，并且没有使产品的感官品质下降或者营养价值降低。李清秀等[37]研究发现不同浓度的Nisin和纳他霉素对鸡肉有良好的保鲜作用，且当其质量浓度为40 mg/L的Nisin和500 mg/L的纳他霉素时，保鲜效果最好。徐幸莲等[38]发现将盐水鸭腿经400 mg/kg的Nisin和3.5%的乳酸钠浸泡处理并将其真空包装后，用915 MHz、400 W的微波间歇照射2 次，在22～28 ℃的室温下，其货架期可以达到20 d以上。

4 结 语

生物保护菌作为一种新型的天然食品防腐剂具有无毒、无害、高效、天然等特点；并且可以有效地抑制肉及肉制品中腐败菌及致病菌的生长繁殖从而延长货架期，这使得生物保护菌的应用前景十分广阔。目前为止，已经有研究表明将生物保护菌与其他物质配合使用或与其他包装、贮藏方式联用时的抑菌效果会比单独使用生物保护菌时的抑菌效果更好，但是目前发现的可用于肉及肉制品中充当保鲜剂的生物保护菌种类很少，还需人们进一步的研究发现，扩大其种类。但是否可以将生物保护菌作为发酵肉制品的防腐剂的同时，又作为其发酵菌株的研究十分有限，具有发酵和防腐功能的生物保护菌的发现与应用可以推动肉及肉制品的发展，对人类的健康产生有益的影响。

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