肉制品发酵技术对肉品品质的调控及应用研究进展

龙正玉，邹金浩，杨怀谷，任国谱，曹清明，唐道邦,

（1.中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南长沙 410004；2.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，农业部功能食品重点实验室，广东省农产品加工重点实验室，广东广州 510610）

发酵技术指的是人们通过微生物的发酵作用，采用不同的工艺和技术手段控制发酵的过程，从而大规模生产不同发酵产品的技术[1]。它是一种常见的食品加工方式，通过微生物的发酵作用，可以将粮食、果蔬和肉类原料生产成各种营养丰富、风味独特的发酵产品，丰富了人们的饮食生活。发酵技术应用在肉制品加工中的历史悠久，早在2000 多年前，人们为了更好地贮藏肉类原料，通过自然发酵生产了发酵香肠[2]。目前，除了发酵灌肠制品外，应用发酵技术生产的肉制品还包括火腿[3-4]、腊肉[5]、酸肉[6]等，发酵肉制品也已经成为国内外重要的食品支撑产业。不同于粮食、果蔬等原料，肉类原料含有丰富的蛋白质和脂肪，发酵过程中受其蛋白质和脂肪氧化的影响，更容易使产品产生生物胺、吲哚、硫化物等对人体不利的有害物质，丧失应有的质构和色泽，同时还伴随着营养物质的流失与风味的变化[7-8]。目前，人们围绕发酵技术在发酵肉制品中的应用做了许多研究，如使用人工接种发酵的方式生产发酵肉制品[9]、发酵工艺的优化[10]和开发低盐发酵肉制品[11]等，提高了传统发酵肉制品的综合品质和安全性。然而，这些新思路、新工艺尚未广泛用于发酵肉制品的生产。全面了解发酵技术在肉制品加工中的应用与研究进展对指导发酵肉制品生产加工、促进我国发酵肉制品产业迅速发展具有重要意义。因此，本文从发酵技术对肉制品品质的调控、肉制品发酵剂和发酵工艺的研究与应用两方面进行综述，在此基础上分析发酵技术在我国肉制品产业应用中的发展趋势，旨在为发酵技术在肉制品产业中的进一步研究与应用提供理论参考，推动发酵肉制品产业的发展。

1 发酵技术对肉制品品质的调控

1.1 发酵技术对肉制品营养与功能成分的调控作用

发酵肉制品被认为具有多种健康特性，其主要归因于肉制品发酵过程中蛋白质、脂质等大分子物质经过酶解和微生物代谢产生的一些有益人体健康的营养与功能成分[12-13]。发酵技术对肉制品中营养成分的调控均与微生物产生的酶的种类和活性有关。蛋白质在内源肽酶和外源肽酶的作用下被分解，产生更多易于人体吸收的小分子肽和氨基酸[14]。如清酒乳杆菌可以产生活性较强的二肽酶、三肽酶和氨基肽酶等外肽酶，作用蛋白质可以产生大量的游离氨基酸，从而提高发酵肉制品中的总游离氨基酸含量[15]。脂质在微生物或外源酶的作用下被降解，其中饱和脂肪酸转变为不饱和脂肪酸及其他挥发性成分，以此降低肉制品中脂肪和胆固醇的含量[12]。如植物乳杆菌产生的脂肪酶可以在72 h 内降解肉类中的脂肪，并能够进行酯化反应以产生短链脂肪酸，从而降低发酵肉制品的脂肪含量[16]。因此，通过使用不同的微生物发酵剂可以达到调控肉制品营养成分，提高肉制品营养价值的目的。

发酵技术对发酵肉制品中生物活性肽[14]、共轭亚油酸[17]等功能成分也具有调控作用。改变加工条件或调整发酵剂使用策略有望实现对发酵肉制品中功能成分的调控。如接种植物乳杆菌CD101 和模仿葡萄球菌NJ201 组成的混合发酵剂可以加速发酵香肠中的蛋白质水解，促进高抗氧化能力的肽的合成[18]。将木糖葡萄球菌和植物乳杆菌作为发酵剂，可以提高发酵香肠中抗高血压肽的含量[19]。通过优化pH、时间、温度等工艺参数可以提高植物乳杆菌发酵牛肉中的共轭亚油酸含量[20]。发酵技术对发酵肉制品中营养和功能成分的调控表现为微生物对蛋白质、脂质等组分的水解和代谢作用，这为开发营养健康，且具有不同功能特性的发酵肉制品提供了理论基础。

1.2 发酵技术对肉制品感官品质的调控作用

发酵肉制品独特的“色、香、味”是其受广大消费者喜爱的重要原因。发酵技术对肉制品色泽的调控主要表现为发酵剂代谢产生不同的酶对肌红蛋白的降解和形成以及对肌纤维蛋白结构和脂质氧化的影响。如木糖葡萄球菌会产生具有较强活性的硝酸盐还原酶、过氧化氢酶和蛋白酶，其中硝酸盐还原酶和过氧化氢酶可以促进亚硝基肌红蛋白的形成，使肉制品的红度值（a*）增大，更容易发色[21]；蛋白酶则会导致肉制品的肌纤维松散，改变光的散射和穿透作用，使得肉制品色泽变亮[22]。目前已知与微生物发色形成肌红蛋白色素有关的关键酶还包括亚硝酸盐还原酶、一氧化氮合酶、钼酶、铁螯合酶等[23]。同时，脂质氧化产生的自由基也会引起肌红蛋白的氧化使得肉色变暗[24]。此外，发酵剂的种类以及不同的酶、发酵时长等，通过影响其对蛋白质的分解和凝胶化，还会影响到发酵肉制品的质地和口感。如蛋白酶会促进肌肉蛋白分解，从而使肌肉蛋白结构的完整性被破坏，肌肉间相互作用力减小，使得肉制品咀嚼性和硬度下降，质地变得柔嫩[25]；随着发酵时间的延长，盐和产酸发酵剂的共同作用会促进蛋白质变性和凝胶化，使发酵肉制品的蛋白质分子间作用力增大，导致其粘性和硬度升高[24]。因此，在选择不同发酵剂的同时，调整发酵工艺，改变肉制品发酵过程中蛋白质和脂质的结构和化学状态，可以实现对肉制品色泽和质构的调控。

风味是评价发酵肉制品品质最关键的指标之一，食品感知学认为食品的风味由其口感、滋味、气味等构成，其中感知到的滋味和气味取决于食品的物质基础[26]。目前普遍认为发酵肉制品的滋味主要来源于其呈味氨基酸、呈味肽、葡萄糖等呈味物质，同时一些氨基酸还与糖类、游离脂肪酸作为肉制品挥发性风味物质（气味）形成的重要前体物质[2]。如图1所示，绘制了肉制品发酵过程中主要风味物质的形成示意图。研究表明，发酵肉制品的风味变化与发酵过程中的微生物群落结构和发酵剂种类有着必然联系[6,27]。如Zhong 等[6]在对自然发酵酸肉的研究中发现，酯和乳酸杆菌之间存在显著的正相关，醇、酸和大多数乙酯化合物的动态变化与葡萄球菌、肠球菌显著正相关，酵母菌是丁酸、己酸、1-己醇和乙酯形成的关键因素。柴利等[28]发现接种乳酸片球菌和肉葡萄球菌混合发酵剂能更好地促进兔肉脯风味物质的富集，尤其增加了氢化物、短链烷烃芳香成分和烷类的电子鼻响应值。Xiao 等[29]研究表明，接种植物乳杆菌和木葡萄球菌可以有效促进发酵香肠的游离脂肪酸和游离氨基酸的释放，防止异味和酸败味的形成。为此，深入研究发酵过程中微生物的动态变化，选育和开发不同的发酵剂，有望对发酵肉制品的风味进行一定程度的改善。

图1 发酵过程中肉制品风味形成示意图Fig.1 Flavor formation of meat products during fermentation

1.3 发酵技术对肉制品安全性的调控作用

发酵技术还可对肉制品的安全性起到调控作用。影响发酵肉制品安全的因素主要包括有害微生物、生物胺、硝酸盐和亚硝酸盐等[30]。为了提高发酵肉制品的安全性，许多研究者尝试接种具有不同发酵特性的发酵剂，以减少肉制品中的危害因素。研究表明，接种具有抑制产氨基酸脱羧酶微生物生长特性的发酵剂，可以减少生物胺在发酵肉制品中的积累[31]。如任丽娜[32]将三株具有降生物胺特性的乳酸菌（BL4-8、CL4-3、X3-2B）作为发酵剂用于发酵羊肉干，发现乳酸菌发酵剂可能通过自身产生的优势菌群、有机酸和细菌素类物质等途径，抑制氨基酸脱羧酶的活性和产胺微生物的生长，部分生物胺可能被胺氧化酶分解，从而使得发酵羊肉干的生物胺含量降低。而接种具有亚硝酸盐还原酶和过氧化氢酶活性的发酵剂，可以降解亚硝酸盐，替代亚硝酸盐的护色能力，以此减少发酵肉制品中亚硝胺化合物的产生[23,33]。如孙学颖等[34]将复合发酵剂（木糖葡萄球菌、肉葡萄球菌、戊糖片球菌和植物乳杆菌）结合香辛料制作发酵香肠，表明接种发酵剂起到关键作用，通过接种菌株所产生酶系的降解作用，从而降低了发酵香肠的亚硝酸盐和亚硝胺含量。此外，通过发酵剂的快速基质酸化降低pH，产生细菌素、酸性物质、过氧化氢等抗菌物质，或通过优势菌种与本地非发酵菌群的竞争，可以达到抑制大肠杆菌等有害微生物生长的目的[35-36]。如Siddi 等[37]将由乳酸菌和微球菌混合组成的不同商业发酵剂用于发酵香肠，发现商业发酵剂的使用可以控制单核细胞增生李斯特菌的生长，在发酵结束时可以降低肠杆菌科的平均水平，从而确保香肠的安全和质量。霉菌，如纳氏青霉菌，也被证明对竞争性排除不需要的丝状真菌具有一定的作用[38]。由此看来，通过接种一些具有益生菌特性的发酵剂能够实现对发酵肉制品中生物胺、亚硝酸盐以及有害微生物等产品安全性的把控。

2 肉制品发酵剂和发酵工艺的研究与应用

2.1 肉制品发酵剂的筛选与构建

发酵剂的种类和特性决定了发酵肉制品的品质。在选择发酵剂种类时，需从发酵剂的安全性、生产适应性和功能特性等多方面考虑[39]。参与肉制品发酵的微生物发酵剂分为细菌、酵母菌和霉菌三类[13]。为了获得高品质的发酵肉制品，人们对不同发酵剂在不同发酵肉制品中的适用性做了许多研究。目前，乳酸菌发酵剂的筛选和构建是一个比较热门的研究领域。在肉制品发酵过程中，乳酸菌的作用不仅体现在对肉制品风味、色泽、质地的改善[40]，而且能够通过产酸降低pH，从而抑制病原菌和腐败菌的生长[41]。此外，乳酸菌还具有抗氧化、维持肠道菌群平衡、降血压、降胆固醇等益生特性[39]。研究表明，自然发酵的火腿[4]、酸肉[41]、肉干[42]等肉制品是天然的菌种库，从中筛选的一些乳酸菌被证明是具有提高肉制品发酵品质的发酵剂。如Wen 等[43]通过表型鉴定和16S rDNA 基因序列分析，从传统自然发酵牛肉干中分离筛选出3 株乳酸菌菌株（清酒乳杆菌BL6、乳酸片球菌BP2 和发酵乳杆菌BL11），接种发酵后提高了牛肉干的酸度、抑制了牛肉干的脂质和蛋白质的氧化，并改善了牛肉干的风味，尤其接种乳酸片球菌BP2 的牛肉干可接受性得分最高。除乳酸菌外，葡萄球菌属和微球菌属等细菌类发酵剂也被筛选用于肉制品的发酵。如Hu 等[44]通过形态学和16S rDNA序列分析鉴定，从贵州腊肉中分离筛选出一株新型凝固酶阴性葡萄球菌菌株（木糖葡萄球菌P2），然后将其作为发酵剂用于牛肉干发酵中，发现该菌株能产生蛋白酶、脂肪酶和硝酸还原酶，能显著提高牛肉干的色泽、气味、质地等综合品质。

相比于细菌类发酵剂，酵母菌和霉菌类发酵剂很少单独用于肉制品发酵，通常会协同细菌类发酵剂用于肉类发酵，其原因为这两类发酵剂均属于好氧型微生物，一般仅在发酵肉制品表面生长，对发酵肉制品品质的改善效果有限[45]。其中酵母菌的作用在于分解原料肉中的蛋白质和脂肪，对肉制品风味的发展起到至关重要的作用[46-47]。而霉菌一般分布在发酵肉制品表面和侧面，起到了一层类似“保护膜”的作用，既能抑制需氧性腐败菌的新陈代谢，防止食品表面形成黏性物质，还能分解蛋白质和脂肪，促使特征风味物质的形成[45,48]。由于霉菌在肉类基质中生长会产生霉菌毒素，对人体健康有潜在威胁，应用霉菌发酵的肉制品必须经过严格的检验和筛选。目前主要利用霉菌发酵的肉制品为干腌火腿[49]。研究表明，干腌火腿表面的大多数霉菌都会产生毒素[50]，确定的不产毒素的菌株为产黄青霉[51]。虽然有研究利用产黄青霉和纳地青霉制备了适于食用的发酵熟鸡肉、鸭肉制品，但这两种霉菌尚未广泛用于发酵肉制品生产[52-53]。

筛选和构建具有特定功能的新型发酵剂是现代发酵技术发展的关键，由于肉制品发酵过程包含的生物信息十分复杂，基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等生物信息技术逐渐被应用于发酵肉制品中，以帮助更好地了解发酵过程中由微生物活动引起的肉制品品质的变化，从而实现新型发酵剂的构建和对发酵肉制品品质的控制[6,13]。如Zhao 等[54]通过代谢组学的方法分析了微生物代谢与香肠中风味形成的关系，发现乳球菌、葡萄球菌和肠球菌在香肠理化和风味特征的形成中发挥了重要作用，生物胺的积累则可能是由肠球菌、肠杆菌和柠檬酸杆菌代谢引起的。Xiao 等[29]采用高通量测序的方法分析了从哈尔滨干香肠中分离出来的植物乳杆菌R2 和木糖葡萄球菌A2 对干发酵香肠微生物群落和风味形成的影响，发现接种发酵处理增强了干发酵香肠中优势细菌的竞争力，并促进了风味的发展。Yang 等[55]利用基因组学研究了烟熏腊肉和风干腊肉的微生物多样性，发现葡萄球菌和盐水弧菌在调节和塑造腊肉的风味方面至关重要。通过这些不同的生物信息技术可以很好地获取肉制品发酵过程中微生物与肉制品品质的关系，为具备特定发酵功能的发酵剂的精准筛选和构建提供了可行的方法。

2.2 肉制品发酵剂的接种策略

相比于自然发酵，人工接种发酵可以让一些具有良好特性的菌株在发酵过程中成为优势菌株，从而提高发酵肉制品的品质[56]。由于不同类型发酵肉制品生产的工艺不同，在实际应用中，通常会根据发酵剂的特性选择不同的接种策略。目前接种发酵剂的方式分为单发酵剂接种和复合发酵剂接种两种类型。在单发酵剂接种中，植物乳杆菌[57]、戊糖片球菌[58]、木糖葡萄球菌[58]等细菌类发酵剂已被证实在肉制品发酵中具有优异的发酵特性，可以提高发酵肉制品的品质。尽管如此，由于单发酵剂接种发酵的肉制品存在风味单一的缺点，越来越多的研究者致力于使用复合发酵剂接种发酵[41]。在复合发酵剂接种中，为了充分发挥发酵剂的作用，通常会采用不同的发酵剂配比和复合方式。如王宁[59]将乳酸片球菌、肉葡萄球菌和酿酒酵母以不同的比例组合形成8 种复合发酵剂，分别接种于猪肉干，以探究不同菌种组合和菌种配比对猪肉干发酵特性的影响。但对于仅采用两种发酵剂接种时，会通过直接混合的方式进行接种发酵，且一般会采用“杆菌”配合“球菌”的接种策略，以增强肉制品发酵时体系中的微生物多样性[29,31]。而对于两种以上的发酵剂复合时，还可能采取分阶段、多次接种的方式混合发酵。如毛永强等[60]以木糖葡萄球菌为前发酵剂，以植物乳杆菌和肠膜明串珠菌复配剂为后发酵剂，分别在未发酵和发酵的前、中和后期接种于腊肉，模拟传统腊肉发酵工艺，改善腊肉风味。总之，寻找新的发酵剂接种策略，突破传统接种方式，是改善发酵肉制品品质的重要途径。常见的一些发酵肉制品中采用的发酵剂接种策略及接种效果如表1 所示。

表1 部分发酵肉制品中发酵剂的接种策略及应用效果Table 1 Inoculation strategies and application effects of starter cultures in partially fermented meat products

2.3 影响肉制品发酵的因素及发酵工艺优化

现代发酵技术针对产品和发酵剂的种类和特性，通过正交或响应面优化等方法对发酵工艺进行精准的设计与优化，从而达到提高发酵产品品质的目的。其中，发酵温度和盐含量是影响肉制品发酵最重要的两个因素。温度的变化不仅会影响到微生物的生长繁殖以及肉制品发酵过程中的微生物菌群结构，从而间接影响发酵肉制品的品质[46-65]，而且可能会通过影响肌肉中肌红蛋白的含量和化学状态以及肉制品的脂质氧化直接影响肉制品的发色[66]，通过影响肉制品中自由水的蒸发速度改变水分活度，通过改变微生物的种类及数量、蛋白水解酶和氨基酸脱羧酶的活性来改变组胺含量等[10]。因此，适当控制发酵温度才能获得良好的发酵效果。而对于盐含量，一方面，盐的高渗压可以使肉制品在发酵过程中快速脱水，促进蛋白质的聚集，从而影响肉制品的品质。另一方面，盐还具备抑制有害微生物生长的作用[67]。同时，适量的盐含量有助于形成酸性环境，提高发酵菌的繁殖能力和活性，进而加速亚硝酸盐的降解，以此保证发酵肉制品的安全性[68]。相比于普通肉制品，发酵肉制品的盐使用量一般都较高，由高盐饮食可能带来高血压、心血管疾病等的健康风险就越高，因此，人们越来越关注减少发酵肉制品中盐使用量的方法[40]。

除温度和盐含量外，不同发酵肉制品由于体系所处环境的不同，还可能受到pH、湿度、水分含量、氧气含量、风速等其它因素的影响。比如在酸肉发酵过程中，pH 和水分含量的降低，提高了酸肉的品质和安全性[41]。而对于发酵香肠[69]、火腿[3]、肉干[43]等发酵肉制品，控制环境中的湿度和风干速度是获得理想产品品质的关键。为此，根据产品的发酵特性，对影响发酵肉制品发酵的工艺参数进行优化，寻找最优发酵工艺生产高质量产品，这也是发酵肉制品领域中的一个重要研究方向。

3 发酵技术在我国肉制品产业应用中的发展趋势

我国有许多特色的发酵肉制品，承载着当地特有的饮食文化，如四川的丹巴香猪腿和丹巴猪膘，甘肃的舟曲腊肉，贵州、湖南地区侗族特有的酸鸡、酸鸭等[47]。然而，这些发酵肉制品的生产过程中可能受到不可控的环境因素和地理条件的制约，其要实现工业化大规模生产还缺乏相应的发酵设备和健全的工艺标准体系[9]。目前，人们针对不同发酵肉制品的特点，逐渐开发了一些不同的发酵装备，如高温热泵烘干机、低温冷风烘干机等，这有望提高发酵肉制品的生产效率，突破传统发酵肉制品生产受地域、气候和环境等条件的限制。而对于发酵工艺标准体系的建立，部分地方针对当地特色发酵肉制品和产业发展需求也出台了一些地方标准，如《DB 43/T1589.7-2019湘西酸鱼酸肉》、《DB 31/2004-2012 发酵肉制品》和《DB 31/ 2017-2013 发酵肉制品生产卫生规范》等，但与《GB 19302-2010 发酵乳》、《GB 2758-2012 发酵酒及其配制酒》等具有显著影响力的国家标准相比，还需对各种发酵肉制品的使用原料、发酵菌种、发酵工艺及品质要求进一步规范。

随着经济的发展，人们越来越注重饮食的营养健康与食品的安全性，为了能够工业化大规模生产符合人们需求的发酵肉制品，除了对发酵设备和工艺标准体系的更新外，研究者们还倾向于发酵原料的多元化利用。如在发酵香肠中加入茶多酚来提高香肠的安全性和抗氧化性[70]，加入燕麦膳食纤维使香肠更加营养均衡化[71]。利用植物油替代肉原料中的脂肪[12]及利用氯化钾、乳酸钾、氯化钙、抗坏血酸钙等部分替代食盐[67]，实现发酵肉制品的低脂化和低盐化。此外，发酵原料的多元化利用还体现在发酵技术被应用在一些畜禽屠宰分割产生的皮毛、骨血、内脏等副产物中，以此提高原料的综合利用率。比如以羊肝为主要原料开发发酵羊肝酱[72]；利用畜禽骨副产物发酵制备调味基料、生物活性肽等[73-74]。因此，通过人为的引入外源添加物或者部分替代发酵原料有望发展具有不同品质的发酵肉制品。

4 结语

我国不同的地域特色和人文风俗深刻影响着发酵肉制品的制作方式和口感体验，极大地丰富了餐桌和休闲食品的多样性。随着科技与社会的发展，如何将传统发酵手段迭代升级为新型的发酵工艺（着重体现绿色、营养健康和生产高效），是当下亟待解决的重要瓶颈问题。对此，一方面需要在科学问题上深刻解析不同发酵途径方式对肉制品的品质调控机制，另一方面则需要在实践中从原料多元化、智能发酵装备、新型发酵剂、发酵方式与接种策略、以及产品质量的标准化等多个领域展开技术攻关研究。这将为我国的肉制品发酵行业注入新的活力与科技理念，大力促进发酵肉制品产业的可持续发展，并提高市场核心竞争力。