乳酸菌在发酵鱼制品加工中的应用研究概述

胡锦鹏，吴曼铃，时瑞，陈丽娇，梁鹏，程文健

(福建农林大学 食品科学学院，福建 福州，350002)

乳酸菌(lactic acid bacteria, LAB)是可以发酵乳糖或葡萄糖产生乳酸的一类革兰氏阳性球菌或杆菌，厌氧或兼性厌氧并且无芽孢[1]。代谢产物乳酸是世界上公认的三大有机酸之一，在食品、医药等工业有广泛的应用[2]。乳酸菌具有重要生理功能，是人体内不可或缺的微生物。乳酸菌可以存在于人和各种动物的消化道及其他器官内，大部分乳酸菌对人体无毒、无害，且其代谢活动可以改良食品风味，提高食品的贮藏性及调节机体胃肠道正常菌群。

自然发酵鱼制品的历史十分悠久，新鲜鱼通过微生物或酶的作用经历了令人满意的生化变化,其中乳酸菌发挥了重要作用，包括碳水化合物分解代谢引起的酸化、肌原纤维和肌浆蛋白的凝胶化以及蛋白质和脂质的降解。酸化会产生一些抗菌物质，从而降低污染风险，延长保质期。肌肉蛋白质的凝胶化会改变最终产品的风味、弹性和硬度[3]。自然发酵存在发酵周期长、安全性低、产品质量差以及包装等商业化程度不高等问题，不利于发酵鱼制品的产业化[4]。因此, 深入系统地研究发酵鱼制品, 可实现发酵技术在鱼制品行业中的产业化、规模化[5]。接种发酵是一种新型的鱼类食品加工方法，不同于自然发酵，它主要通过改变食盐用量和温度从而改变制品中微生物的组成，接种发酵选用优良发酵剂对鱼肉进行接种, 可延长室温下的保藏时间并产生良好的风味[6]。随着消费者对于品类、营养及口味等的要求不断提高，研究乳酸菌在鱼发酵制品加工中的应用，如何利用乳酸菌发酵改善鱼制品风味及口感，可以更好地顺应市场需求。本文介绍了乳酸菌的分类及生物学功能，乳酸菌发酵对发酵鱼制品的保藏与品质的影响，对比传统发酵与人工接种发酵鱼制品并对此提出展望。

1 乳酸菌的分类及生物学功能

1.1 乳酸菌的分类

乳酸菌广泛存在于自然界中，具有丰富的物种多样性。目前已知的乳酸菌有43个属，包括373个种和亚种[7]。

从细菌分类学上，可将自然界中已知的乳酸菌区分为：乳杆菌属、双歧杆菌属、链球菌属、明串珠球菌、片球菌属等[8]。根据乳酸发酵的生化机制，可分为2大类型：同型乳酸发酵和异型乳酸发酵[9]。同型乳酸发酵的产物中，只有乳酸或乳酸占比80%以上；异型乳酸发酵除了产生乳酸之外，还有乙酸、乙醇以及二氧化碳等代谢产物。

1.2 乳酸菌的生物学功能

乳酸菌形态具有多样化性，可为短杆状、长杆状或者圆形。乳酸菌没有芽孢，大多不会运动。乳酸菌属于厌氧菌，但能够在空气或氧气下生长，具有耐氧性[10]。

乳酸菌的生长离不开辅助因子，大多数情况下需要某些维生素(硫胺素、核黄素、烟酸、叶酸、泛酸、生物素)、嘧啶、嘌呤和氨基酸，且乳酸菌能够利用大多数微生物所不能利用的乳糖[11]。乳酸菌自身具有强抗酸能力，其发酵过程中会大量产生乳酸，导致pH迅速降低，从而抑制甚至杀死多种不耐酸细菌的生长。乳酸菌对肠道菌群的平衡起着重要作用，可以对其他微生物产生拮抗作用，通过产生的有机酸、挥发性脂肪酸、乳酸等降低pH值，抑制外来菌种的生长。乳酸菌可以通过在肠道内的繁殖促进肠道蠕动，加速致癌物质排除体内，其代谢产物具有抗菌性。

2 乳酸菌发酵鱼制品的保藏机理

使用乳酸菌发酵鱼制品，可以很好的延长其贮藏时间。在发酵前加入食盐等辅料，利用盐、糖这些亲水化合物与水分子的结合减少有效水分，以抑制微生物的生长繁殖。乳酸菌在合适条件下迅速繁殖成为优势菌，消耗碳源，对其他微生物形成竞争抑制作用，同时，由于乳酸菌在发酵过程中会产生大量乳酸，导致pH迅速降低，抑制其他微生物生长。

某些乳酸菌在发酵过程中可以产生H2O2、乳链球菌素(Nisin)等抗性物质。Nisin是一种天然的阳离子和疏水肽，由特定的乳酸乳球菌菌株产生[12]。作为应用最广泛的细菌素，已被食品药品监督管理局认定为安全添加剂。它对多种革兰氏阳性菌具有显著的抗菌活性，对革兰氏阴性菌的作用有限[13]。它的有效性、溶解性和稳定性往往受到环境因素的影响，如pH值、温度、组成、结构和食物的天然微生物群[14]。利用上述各因素与Nisin 处理，对部分革兰氏阴性菌有抗菌作用。

当今水产需求量大，养殖鱼类占比越来越高，饲养过程中大量喂养饲料，使鱼体生长迅速，且活动空间小，导致脂肪含量高，脂肪的酸败氧化可能会影响鱼制品的贮藏性。相关研究发现，乳酸菌具有良好的抗脂质氧化活性，可以有效抑制脂质酸败。王悦齐等[15]研究了混合3种发酵剂发酵带鱼的脂质抗氧化活性，发现乳酸菌可以明显抑制不饱和脂肪酸的氧化。目前，对于发酵体系中乳酸菌对脂肪酸的抗氧化机制尚不明确，需进一步探究。

3 乳酸菌发酵对发酵鱼制品品质的影响

3.1 气味

乳酸菌发酵对于鱼制品的气味影响分为两个方面，减少或消除鱼制品本身的腥味和增添乳酸菌发酵产生酵香气味。

鱼肉中腥味物质的成分比较复杂，主要是挥发性物质, 如醇、酮、烃、醛、萘、呋喃、硫醚、萜烯衍生物等。从形成机理分析[16]：萜烯衍生物会导致鱼肉以及水体产生不良气味，具有较强的土腥味，主要由某些种类的蓝藻和放线菌代谢产生；鱼死后，在内源性酶或厌氧微生物的作用下，鱼肉中的氧化三甲胺分解并形成脂肪族胺的衍生物，如三甲胺和二甲胺，这类物质也是鱼肉腥味的来源之一；各种蛋白质被分解成氨基酸和含有硫、氮的肽，在酶的催化作用下产生δ-氨基戊醛、δ-氨基戊酸和六羟基吡啶等腥味化合物；此外，脂肪酸的氧化也会产生腥味。鱼肉中高含量的不饱和脂肪酸容易引起自动氧化或酶促反应，产生的氢过氧化物分解成醛、酮、酸等小分子挥发性物质，这些物质也具有腥味。微生物脱腥是通过小分子腥味物质参与微生物的新陈代谢过程，转化为无腥味的物质，或是通过微生物酶作用修饰其分子结构，使其转变成无腥味的成分，从而达到脱腥的目的[17]。

乳酸菌发酵产生酵香气味主要是3个途径：碳水化合物分解、脂肪氧化以及蛋白质降解。乳酸菌可以利用碳水化合物产生乳酸、柠檬酸、苹果酸等, 通过参与氨基酸代谢产生醋酸、丙酸、丁酸、戊酸等有机酸, 这些有机酸不仅本身呈味, 还可以与醇类反应生成酯类, 构成食品中的芳香成分[18]；在蛋白质代谢中, 乳酸菌通过与蛋白酶和肽酶作用, 产生大量的多肽和氨基酸；在脂肪代谢中, 乳酸菌通过代谢降解脂肪酸, 同时产生酪酸、乙酸、丁酸、辛酸等短链脂肪酸[19]。裘迪红等[20]利用电子鼻、顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用技术研究了植物乳杆菌发酵草鱼过程中的挥发性成分变化规律，在发酵过程中，腥味不断减弱，部分风味物质被检测出。

3.2 组织结构

乳酸菌发酵鱼制品，赋予食品良好的质构及感官特性，可以很好改善鱼肉紧实度。发酵鱼肉形成凝胶的关键机理是，随着发酵时间增加，pH值不断下降，蛋白质发生变性聚集，使水溶性蛋白和盐溶性蛋白含量不断下降，不溶性蛋白逐渐增加，凝胶强度和弹性率增强[21]。

目前在鱼制品中关于乳酸菌发酵的凝胶强度的研究，主要集应用于鱼糜制品。陈晓倩等[22]研究表明, 乳酸菌发酵秘鲁鱿鱼糜的过程中, 离子键逐渐减少, 氢键作用在30h达到最大值，疏水相互作用则在36 h达到最大值, 在发酵24～36 h的时间段, 鱼糜凝胶特性最好。许艳顺[23]以戊糖片球菌为发酵剂,采用23 ℃发酵鱼糜48 h后，形成了致密均匀的三维凝胶网络结构,凝胶强度高达1 242.4 g·cm。朱雯娟[24]研究对比得出，混合菌株发酵的鱼制品的感官得分最高,有效改善了鱼肉的质构和口感，明显增加了改善鱼肉的弹性、咀嚼性。WANG等[25]研究发现在一定范围内，随着盐浓度的增加和浸泡时间的延长，产品的硬度、黏性和咀嚼性逐渐提高，从而增加产品口感。在发酵鱼制品的过程中，肌肉蛋白质的凝胶化改变了成品的弹性、凝胶强度和硬度。发酵过程中的鱼肉凝胶变化，也伴随着极其复杂的生化变化和微生物学变化，该过程中鱼肉蛋白的结构变化以及作用力分析，还需进一步的系统研究。

3.3 味道

发酵鱼制品中的味道主要来源于加入的食盐等辅料和乳酸菌发酵过程中产生的乳酸。林城杏[26]研究发现，发酵酸鱼有着独特的咸香酸味，pH值4.5左右时，酸鱼的味道最适口，在制作时添加甜酒酿，可以赋予其香甜和丰富独特的风味，使其更易于被大众所接受。发酵鱼制品鱼露保留了水产品特有的味道，主要通过氨基酸和多肽呈味，具有鲜味和咸味。长时间发酵后会出现酸度，难以被消费者接受。为防止咸味酸味过重，控制盐浓度、腌制时间和温度等因素，可以使产品的组织质量更好，形成更好的味道口感。

3.4 颜色

于美娟等[27]在经过传统计数培养后进行高通量测序，得出4种发酵鱼制品中，乳酸菌类、葡萄球菌是主要优势有益菌。乳酸菌通过发酵作用产生乳酸，葡萄球菌在酸性条件下分泌的硝酸盐还原酶还原硝酸盐形成亚硝酸盐，乳酸和亚硝酸盐反应产生NO,再与肌红蛋白反应生成亚硝基肌红蛋白，使得鱼肉制品表面色泽明亮。此外，鱼制品中乳酸菌产生H2O2，葡萄球菌通过产生氢氧化酶去除H2O2，防止氧化作用下产生的高铁肌红蛋白和胆绿素使发酵肉制品呈灰褐色，以保持产品颜色的稳定性。保证发酵鱼肉制品色泽鲜亮，颜色均匀，有利于发酵鱼制品在消费者群体中有更好的接受度。

4 自然发酵与人工接种发酵鱼制品

4.1 传统自然发酵鱼制品

表1列举了国内外学者研究的部分常见的自然发酵鱼制品，其优势菌各不相同。因存在地域差异，其具体工艺各不相同。在云南、贵州及四川等地，以米饭等作为辅料，发酵1～2个月，未经脱水而制成酸鱼。江浙区域，糟鱼以酒糟为辅料，赋予其酒香味，在腌鱼后进行密封发酵约1个月，其优势菌主要是植物乳杆菌、发酵乳杆菌、戊糖乳杆菌。安徽徽州地区的臭鳜鱼，以新鲜鳜鱼为原料，添加香辛料及少量盐，低温短期腌制发酵而成，鱼肉鲜嫩，散发出淡臭味。潮汕地区的鱼露，则是在高盐体系中，利用微生物发酵结合内源酶，酿造成清澈透明的调味品。东南亚地区也有类似的发酵鱼制品被认可与食用。泰国、印度尼西亚等东南亚地区国家的鱼露、鱼酱等鱼制品调味料是由新鲜鱼肉经过高盐度的腌制发酵至鱼肉液化的发酵产品。在日本，用米糠腌制鱼和鱼苗，深受消费者欢迎。冰岛对绿鳍鲨进行发酵和干燥两个过程，发酵可能需要3～6周，干燥可能需要几周或数月不等。

表1 常见自然发酵鱼制品Table 1 Common productions of naturally fermented fish

这些自然鱼制品具有很强的地方特色，深受当地消费者的喜爱，但仍存在很多问题需要改善。传统的发酵鱼制品生产周期较长，大多限制在秋冬季节，产品难以商业化，阻碍了发酵鱼制品的产业化，且传统自然发酵鱼制品主要采用手工操作、高盐度自然发酵加工而成、发酵条件难以控制，因此存在质量稳定性差、安全性低等问题[36]。

4.2 人工接种发酵鱼制品

随着现代发酵技术的深入研究，现代发酵技术在鱼肉类中的应用已得到广泛关注。目前国内外有不少学者从传统发酵鱼制品中分离鉴定出优势发酵菌种，进一步探究其发酵特性。选取优良发酵特性的乳酸菌种接种到鱼制品中，提高了食品安全性，明显缩短了加工时间，并改善了产品的感官性能[55]。RIEBROY等[37]发现将乳酸菌接种于Som-fug后，不仅缩短了发酵时间，而且增加了产品硬度、胶粘性。张潇等[38]对比自然和接种发酵件对鲊鱼生物安全性的影响，发现接种发酵对鲊鱼中有害菌的抑菌效果明显好于自然发酵(P<0.01)，并能更有效控制生物胺的积累，差异极显著(P<0.01)。周长艳等[39]从传统腊鱼中分离优势菌并接种于腌制鱼中，结果表明腊鱼的香腊味得以保留，同时降低了咸度、挥发性盐基氮以及过氧化值。

因此，从传统自然发酵鱼制品中分离鉴定优势发酵乳酸菌种，研究其生物学功能及发酵特性，选育合适的乳酸菌单独或组合接种到鱼制品中，有利于缩短发酵周期、改善鱼制品的安全理化指标和风味品质，促进发酵鱼制品的商业化生产。同时，在发酵过程中，严控卫生条件和规范操作[40]，更易控制杂菌污染并降低生物胺的含量，以此保证发酵鱼制品本身及生产过程的安全性。

5 展望

中国是发酵制品的生产和消费大国，水产消费量也在逐年增加，因此发酵鱼制品具有庞大的消费需求和良好的市场前景。目前研究大多集中于乳酸菌种分离鉴定以及乳酸菌简单组合的接种应用，乳酸菌及其代谢产物对发酵鱼的质量影响的具体机制，以及如何提升发酵鱼产品的营养价值和安全性有待进一步的研究。传统发酵鱼制品，发酵周期较长、含盐量不均、产品质量不稳定、发酵条件难控制，因而制约了发酵鱼制品的规模化、工业化生产。利用人工接种乳酸菌的方式具有周期短，高效安全、易操作性等优点。自然发酵鱼制品的生产工艺具有多样性，目前只有少数发酵鱼制品被商业化。随着消费者的需求多样化、消费水平的提高，发酵鱼制品的深加工开发，具有良好前景。