本文系Food Science and Human Wellness原創編譯，歡迎分享，轉載請授權。

Introduction

發酵香腸因其獨特的口感和風味深受廣大消費者的喜愛。發酵香腸的傳統生產方式依賴于原料中原始微生物的發酵，但這可能會造成產品品質和風味不一致。而接種發酵劑是改善香腸品質并保持風味一致的一種可行方式，其中，乳酸菌和凝血酶陰性葡萄球菌被廣泛用作發酵劑，因為它們有助于提升香腸的安全性和食用品質。發酵香腸的風味是影響消費者接受程度的關鍵因素，其形成主要與復雜的代謝反應有關，如碳水化合物代謝、蛋白水解和氧化以及脂肪水解和氧化等。值得注意的是，發酵香腸中微生物的存在對風味形成至關重要，因為微生物產生的酶可以改變這些代謝反應的速率，如蛋白酶和脂肪酶等。

此外，發酵香腸中含有大量蛋白質，其在內源性蛋白酶和微生物蛋白酶的作用會生成各種游離氨基酸，從而促進風味形成。然而，游離氨基酸在脫羧酶存在的情況下，可能會轉化為生物胺，這引發了人們對發酵香腸安全性的擔憂。生物胺是一類含有氮元素的低分子量化合物，過量食用對人體有害，如高血壓、惡心和頭痛等。發酵香腸中的生物胺主要包括尸胺、腐胺、酪胺和組胺。研究表明，發酵劑可以降低發酵香腸中生物胺的含量。然而，細菌對生物胺的形成或降解能力存在菌株特異性。此外，發酵劑對發酵香腸中游離氨基酸、揮發性化合物和生物胺形成的綜合影響尚不明確。

因此，本研究的目的是評估在磷酸鹽緩沖溶液中具有良好生物胺降解能力的Lactiplantibacillus plantarum HN108或Staphylococcus simulans NJ209作為香腸發酵劑的應用潛力。全面研究了香腸生產過程中游離氨基酸、生物胺和揮發性化合物的變化，以評估發酵劑對發酵香腸風味和安全性的影響。

Results and discussion

本研究以L. plantarum HN108或S. simulans NJ209作為發酵劑，以闡明并比較它們對發酵香腸風味和安全性的影響。這2 種菌株在發酵香腸中均表現出良好的生長狀況，并逐漸成為各自組別中的優勢菌株。如表1所示，在香腸成熟末期，S. simulans組的總游離氨基酸含量顯著高于L. plantarum組和對照組（P < 0.05），這表明S. simulans可能具有更強的氨基酸形成能力，尤其是天門冬氨酸、半胱氨酸、賴氨酸、纈氨酸和甲硫氨酸。然而，S. simulans也顯著促進了苦味氨基酸的產生，這與電子舌結果一致。而L. plantarum組中的游離氨基酸總量顯著低于對照組和S. simulans組，可能是因為較低的pH值抑制了氨肽酶的活性，導致氨基酸產量減少。

表1 不同發酵劑對發酵香腸生產過程中游離氨基酸含量的影響（mg/100 g）

生物胺是發酵香腸中常見的有害化合物，主要由游離氨基酸的脫羧作用形成。在3 個批次的發酵香腸中檢測到了2 種生物胺，分別是腐胺和酪胺，它們的前體物質分別是精氨酸和酪氨酸。成熟末期，L. plantarum對腐胺和酪胺的抑制率分別為44.13%和72.42%。有趣的是，L. plantarum組香腸成熟末期的精氨酸和酪氨酸的含量最高，這表明L. plantarum可能抑制了脫羧酶陽性菌的生長，從而抑制氨基酸向生物胺轉化的過程。此外，L. plantarum可能還具有生物胺氧化酶或多銅氧化酶，這也有助于減少生物胺的積累。而S. simulans在香腸成熟末期促進了腐胺的形成。

本研究通過GC-IMS在所有發酵香腸中共鑒定到37 種化合物。在發酵初期，三組發酵香腸中揮發性化合物相似，主要由醇、醛和酮組成。成熟末期，揮發性化合物的含量顯著增加，主要來源于氨基酸降解、脂質氧化和分解、美拉德反應和碳水化合物分解過程中的降解。有趣的是，S. simulans顯著促進了發酵香腸中異丙醇、丙酸乙酯和苯甲醛的生成，這可能歸因于其較強的酯酶活性和蛋白酶活性。L. plantarum組中也鑒定到幾種獨特的風味化合物，如2-辛酮、芳樟醇、檸檬烯（D）、檸檬烯（M）和1-辛烯-3-醇等，這些化合物主要來源于脂肪酸β氧化和脂肪氧化。1-辛烯-3-醇芳樟醇分別具有鮮花和蘑菇氣味，被認為是發酵香腸中重要的風味貢獻者。

表2 不同發酵劑對發酵香腸生產過程中生物胺含量的影響（mg/kg）

圖1接種或未接種發酵香腸中揮發性化合物的GC-IMS分析。(A）揮發性化合物的三維圖；（B）揮發性化合物圖譜

圖2 香腸發酵初期和成熟末期的氨基酸、生物胺和風味化合物的PCA（A）加載圖和（B）得分圖

Conclusion

L. plantarum和S. simulans在發酵香腸中均表現出良好的生長狀態。其中，L. plantarum顯著降低了發酵香腸中游離氨基酸、羰基含量、腐胺和組胺的含量。此外，L. plantarum促進了香腸中酮類、醇類和烯烴類揮發性化合物的形成，這些化合物有助于增強發酵香腸的風味。值得注意的是，S. simulans具有很強的蛋白質水解能力，可以產生更多的游離氨基酸和相關風味化合物（如苯甲醛等）。但是，S. simulans也顯著增加了苦味氨基酸的形成，這不利于香腸形成良好的滋味。此外，S. simulans在發酵香腸成熟末期甚至促進了腐胺的形成?？傮w而言，L. plantarum HN108表現出較強的生物胺減少和揮發性化合物形成能力，有望成為一種能夠提高香腸安全性和風味的肉用發酵劑。進一步的研究應重點關注使用分子生物學方法闡明L. plantarum降低生物胺的機制，并增強其蛋白質水解和生物胺抑制能力。

第一作者

邵雪飛，南京農業大學食品科技學院2021級博士，主要研究方向為肉品加工與質量安全控制，目前以第一作者發表SCI論文4 篇。

通信作者

徐幸蓮，南京農業大學教授，博士生導師，國家肉品質量安全控制工程技術研究中心副主任。長期從事肉品加工與質量控制領域的教學、科研及服務社會工作。先后主持國家自然科學基金、國家十三五重點研發計劃課題、十四五揭榜掛帥課題、“863”高技術重點項目、國家現代農業產業技術體系專項、江蘇省重大科技成果轉化項目等各級課題30多項，獲國家、省部級及行業科技成果獎14 項，其中“肉品風味與凝膠品質控制關鍵技術研發及產業化應用”“冷卻肉品質控制關鍵技術及裝備創新與應用”獲得國家科技進步二等獎（排名第2、3），獲國家發明專利12 件，發表論文260余篇，其中SCI 收錄180余篇，主編或副主編《食品原料學》《肉品學》《冷卻禽肉加工技術》《畜產品加工學》等教材與專著6 部。2009年入選國家肉雞產業技術體系崗位科學家并擔任加工研究室主任，2011年獲江蘇省“333”工程中青年科技領軍人才，2016獲江蘇省有突出貢獻的中青年專家等榮譽稱號。兼任中國畜產品加工研究會常務副會長，中國食品科學技術學會休閑食品分會副理事長等職務。

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.

文章翻譯由作者提供

編輯：王佳紅 ；責任編輯：孫勇

封面圖片：圖蟲創意

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