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Introduction
发酵香肠因其独特的口感和风味深受广大消费者的喜爱。发酵香肠的传统生产方式依赖于原料中原始微生物的发酵，但这可能会造成产品品质和风味不一致。而接种发酵剂是改善香肠品质并保持风味一致的一种可行方式，其中，乳酸菌和凝血酶阴性葡萄球菌被广泛用作发酵剂，因为它们有助于提升香肠的安全性和食用品质。发酵香肠的风味是影响消费者接受程度的关键因素，其形成主要与复杂的代谢反应有关，如碳水化合物代谢、蛋白水解和氧化以及脂肪水解和氧化等。值得注意的是，发酵香肠中微生物的存在对风味形成至关重要，因为微生物产生的酶可以改变这些代谢反应的速率，如蛋白酶和脂肪酶等。
此外，发酵香肠中含有大量蛋白质，其在内源性蛋白酶和微生物蛋白酶的作用会生成各种游离氨基酸，从而促进风味形成。然而，游离氨基酸在脱羧酶存在的情况下，可能会转化为生物胺，这引发了人们对发酵香肠安全性的担忧。生物胺是一类含有氮元素的低分子量化合物，过量食用对人体有害，如高血压、恶心和头痛等。发酵香肠中的生物胺主要包括尸胺、腐胺、酪胺和组胺。研究表明，发酵剂可以降低发酵香肠中生物胺的含量。然而，细菌对生物胺的形成或降解能力存在菌株特异性。此外，发酵剂对发酵香肠中游离氨基酸、挥发性化合物和生物胺形成的综合影响尚不明确。
因此，本研究的目的是评估在磷酸盐缓冲溶液中具有良好生物胺降解能力的Lactiplantibacillus plantarum HN108或Staphylococcus simulans NJ209作为香肠发酵剂的应用潜力。全面研究了香肠生产过程中游离氨基酸、生物胺和挥发性化合物的变化，以评估发酵剂对发酵香肠风味和安全性的影响。
Results and discussion
本研究以L. plantarum HN108或S. simulans NJ209作为发酵剂，以阐明并比较它们对发酵香肠风味和安全性的影响。这2 种菌株在发酵香肠中均表现出良好的生长状况，并逐渐成为各自组别中的优势菌株。如表1所示，在香肠成熟末期，S. simulans组的总游离氨基酸含量显著高于L. plantarum组和对照组（P < 0.05），这表明S. simulans可能具有更强的氨基酸形成能力，尤其是天门冬氨酸、半胱氨酸、赖氨酸、缬氨酸和甲硫氨酸。然而，S. simulans也显著促进了苦味氨基酸的产生，这与电子舌结果一致。而L. plantarum组中的游离氨基酸总量显著低于对照组和S. simulans组，可能是因为较低的pH值抑制了氨肽酶的活性，导致氨基酸产量减少。
表1 不同发酵剂对发酵香肠生产过程中游离氨基酸含量的影响（mg/100 g）
生物胺是发酵香肠中常见的有害化合物，主要由游离氨基酸的脱羧作用形成。在3 个批次的发酵香肠中检测到了2 种生物胺，分别是腐胺和酪胺，它们的前体物质分别是精氨酸和酪氨酸。成熟末期，L. plantarum对腐胺和酪胺的抑制率分别为44.13%和72.42%。有趣的是，L. plantarum组香肠成熟末期的精氨酸和酪氨酸的含量最高，这表明L. plantarum可能抑制了脱羧酶阳性菌的生长，从而抑制氨基酸向生物胺转化的过程。此外，L. plantarum可能还具有生物胺氧化酶或多铜氧化酶，这也有助于减少生物胺的积累。而S. simulans在香肠成熟末期促进了腐胺的形成。
本研究通过GC-IMS在所有发酵香肠中共鉴定到37 种化合物。在发酵初期，三组发酵香肠中挥发性化合物相似，主要由醇、醛和酮组成。成熟末期，挥发性化合物的含量显著增加，主要来源于氨基酸降解、脂质氧化和分解、美拉德反应和碳水化合物分解过程中的降解。有趣的是，S. simulans显著促进了发酵香肠中异丙醇、丙酸乙酯和苯甲醛的生成，这可能归因于其较强的酯酶活性和蛋白酶活性。L. plantarum组中也鉴定到几种独特的风味化合物，如2-辛酮、芳樟醇、柠檬烯（D）、柠檬烯（M）和1-辛烯-3-醇等，这些化合物主要来源于脂肪酸β氧化和脂肪氧化。1-辛烯-3-醇芳樟醇分别具有鲜花和蘑菇气味，被认为是发酵香肠中重要的风味贡献者。
表2 不同发酵剂对发酵香肠生产过程中生物胺含量的影响（mg/kg）
图1接种或未接种发酵香肠中挥发性化合物的GC-IMS分析。(A）挥发性化合物的三维图；（B）挥发性化合物图谱
图2 香肠发酵初期和成熟末期的氨基酸、生物胺和风味化合物的PCA（A）加载图和（B）得分图
Conclusion
L. plantarum和S. simulans在发酵香肠中均表现出良好的生长状态。其中，L. plantarum显著降低了发酵香肠中游离氨基酸、羰基含量、腐胺和组胺的含量。此外，L. plantarum促进了香肠中酮类、醇类和烯烃类挥发性化合物的形成，这些化合物有助于增强发酵香肠的风味。值得注意的是，S. simulans具有很强的蛋白质水解能力，可以产生更多的游离氨基酸和相关风味化合物（如苯甲醛等）。但是，S. simulans也显著增加了苦味氨基酸的形成，这不利于香肠形成良好的滋味。此外，S. simulans在发酵香肠成熟末期甚至促进了腐胺的形成。总体而言，L. plantarum HN108表现出较强的生物胺减少和挥发性化合物形成能力，有望成为一种能够提高香肠安全性和风味的肉用发酵剂。进一步的研究应重点关注使用分子生物学方法阐明L. plantarum降低生物胺的机制，并增强其蛋白质水解和生物胺抑制能力。
第一作者
邵雪飞，南京农业大学食品科技学院2021级博士，主要研究方向为肉品加工与质量安全控制，目前以第一作者发表SCI论文4 篇。
通信作者
徐幸莲，南京农业大学教授，博士生导师，国家肉品质量安全控制工程技术研究中心副主任。长期从事肉品加工与质量控制领域的教学、科研及服务社会工作。先后主持国家自然科学基金、国家十三五重点研发计划课题、十四五揭榜挂帅课题、“863”高技术重点项目、国家现代农业产业技术体系专项、江苏省重大科技成果转化项目等各级课题30多项，获国家、省部级及行业科技成果奖14 项，其中“肉品风味与凝胶品质控制关键技术研发及产业化应用”“冷却肉品质控制关键技术及装备创新与应用”获得国家科技进步二等奖（排名第2、3），获国家发明专利12 件，发表论文260余篇，其中SCI 收录180余篇，主编或副主编《食品原料学》《肉品学》《冷却禽肉加工技术》《畜产品加工学》等教材与专著6 部。2009年入选国家肉鸡产业技术体系岗位科学家并担任加工研究室主任，2011年获江苏省“333”工程中青年科技领军人才，2016获江苏省有突出贡献的中青年专家等荣誉称号。兼任中国畜产品加工研究会常务副会长，中国食品科学技术学会休闲食品分会副理事长等职务。
Evolution of free amino acids, biogenic amines and volatile compounds in fermented sausages inoculated with Lactiplantibacillus plantarum and Staphylococcus simulans
Xuefei Shao, Huhu Wang, Xiangyu Song, Mingyuan Huang, Jian Sun, Xinglian Xu*
Key Laboratory of Meat Processing and Quality Control, Ministry of Education; National Center of Meat Quality and Safety Control; Jiangsu Collaborative Innovation Center of Meat Production and Processing, Quality and Safety Control; College of Food Science and technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
*Corresponding author.
Abstract
Lactic acid bacteria and coagulase-negative staphylococci play an important role in the production of fermented sausages, such as inhibiting the growth of undesirable bacteria and antioxidant. In this study, the effects of inoculation with different starter cultures (Lactiplantibacillus plantarum HN108 and Staphylococcus simulans NJ209) on the free amino acids (FAAs), biogenic amines (BAs) and volatile compounds of fermented sausages were investigated using an amino acid analyzer, ultra performance liquid chromatography and gas chromatography-ion mobility spectrometry, respectively. The pH and carbonyl content of the inoculated group was significantly lower than those in the control group (P < 0.05). L. plantarum HN108 significantly reduced the content of FAAs and BAs in fermented sausage production (P < 0.05), while S. simulans NJ209 promoted the formation of FAAs (especially bitter amino acids) and exhibited slight BAs-reducing activity. In addition, L. plantarum HN108 promoted the formation of volatile compounds such as ketones, alcohols and alkenes in sausages. In conclusion, L. plantarum HN108 could contribute to reducing the content of putrescine and tyramine and forming the desirable flavor compounds in fermented sausages. Thus, L. plantarum HN108 is expected to be a starter culture that can improve the safety and flavor of fermented sausages.
Reference:
SHAO X F, WANG H H, SONG X Y, et al.Evolution of free amino acids, biogenic amines and volatile compounds in fermented sausages inoculated with Lactiplantibacillus plantarum and Staphylococcus simulans[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(6): 3642-3651. DOI:10.26599/FSHW.2023.9250046.
文章翻译由作者提供
编辑：王佳红 ；责任编辑：孙勇
封面图片：图虫创意
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