超声处理副干酪乳杆菌B1和植物乳杆菌O24无细胞上清液对熟制猪肉香肠品质特性的影响研究

本研究针对肉制品易腐败和氧化劣变问题，评估了副干酪乳杆菌B1和植物乳杆菌O24的冻干无细胞上清液（CFS）对熟制猪肉香肠在4°C贮藏21天期间品质特性的影响。研究发现，CFS添加显著改善了产品的抗氧化活性、质构特性和脂肪酸组成，同时保持了良好的微生物安全性。该研究为开发天然、清洁标签的肉制品保鲜剂提供了新策略，对延长产品货架期和提升营养价值具有重要意义。

　　

肉制品作为人类饮食的重要组成部分，因其富含蛋白质、微量元素等营养物质而备受消费者青睐。然而，这类产品也面临着巨大的挑战：其固有的化学组成（如高蛋白含量、适宜的水分活度）和理化特性（如较高的pH值）为微生物的生长繁殖提供了理想条件，极易导致腐败变质。尽管热处理（如烹饪、烘烤）能够有效杀灭微生物，但无法避免后续的二次污染。冷藏虽然可以抑制微生物生长，却不能完全阻止品质劣化。更令人担忧的是，肉制品在加工和贮藏过程中还会发生化学降解，尤其是脂质和蛋白质的氧化反应，这不仅会导致感官品质下降，还可能产生有害的次级化合物，既增加食品浪费，也带来食品安全风险。

随着"清洁标签"趋势的兴起和消费者对天然添加剂需求的增长，研究人员开始将目光转向具有抗菌和抗氧化特性的天然物质。乳酸菌（LAB）作为食品工业中广泛使用的天然生物防腐剂，在发酵过程中能够产生多种代谢产物，包括有机酸、细菌素和过氧化氢等，这些物质都表现出良好的抗菌和抗氧化活性。然而，乳酸菌在食品中的有效性受到多种因素影响，包括pH值、温度、盐含量等，且肉原料的变异性也给应用带来挑战。

作为一种有前景的替代策略，细胞游离上清液（CFS）的应用近年来受到关注。CFS是去除菌体后的培养液，含有发酵过程中产生的可溶性代谢产物和副产物，可以直接添加到各种产品中，无需活菌参与。研究表明，CFS具有抗菌、抗氧化、抗癌、抗病毒和抗过敏等多种生物活性。为了进一步提高代谢产物的产量，各种辅助技术被采用，其中超声处理是一种有效手段。超声波处理能够在细菌细胞膜上形成临时孔隙，增加膜通透性，促进细胞内外的物质交换，从而增强代谢产物的释放。

在此背景下，波兰卢布林生命科学大学的研究团队开展了一项创新性研究，评估了来自副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）B1和植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）O24的冻干CFS对熟制猪肉香肠特性的影响。研究人员假设超声处理能够提高CFS中抗菌和抗氧化化合物的浓度，从而延长香肠的货架期并改善整体品质。这两种乳酸菌菌株均分离自波兰传统发酵食品，近期才被保藏在公共菌种库中，科学文献中的表征较为有限，代表了具有独特生物活性的新候选菌株。

该研究采用了几项关键技术方法：首先通过不同处理方式（超声联合热处理、单独热处理、不处理）制备CFS并冻干；随后通过琼脂扩散法评估CFS的抗菌活性，使用Rancimat仪器测定氧化稳定性，并采用ABTS自由基清除、铁离子螯合和还原力测定等多种方法评价抗氧化潜力；在熟制猪肉香肠模型中，系统监测了贮藏期间pH值、水分活度、脂质氧化（TBARS法）、脂肪酸组成、色泽、质构特性和微生物状况的变化；脂肪酸分析采用气相色谱法，统计学处理使用STATISTICA软件进行多因素方差分析。

3.1. 冻干CFS的抗氧化和抗菌特性

研究发现，冻干过程并未消除上清液的抗菌活性，两种乳酸菌菌株的CFS对所有测试病原体均表现出抑制效果。未经热处理的B1_C和O24_C变体对单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）、鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）和大肠杆菌（Escherichia coli）的抗菌活性显著更强，表明热处理可能降解某些热敏感性抗菌化合物。超声处理则表现出双重效应——降低了CFS对鼠伤寒沙门氏菌的抑制活性，但同时增强了对单核细胞增生李斯特菌的抑制效果。

抗氧化特性评估显示，所有CFS变体都表现出较高的ABTS自由基清除活性（88.02-90.47%），且菌株类型和CFS制备方法对此参数无显著影响。还原力测定中，B1_S变体表现出最高的值（0.729），显著高于其他组合。铁离子螯合能力方面，植物乳杆菌O24的CFS表现更优，特别是S和NS变体（分别为35.92%和32.27%）。Rancimat测试表明，CFS在 rapeseed oil 中展现出抗氧化效果，且这种效果在21天的孵育后仍然保持，特别是超声处理的变体。

3.2. pH值和水分活度变化

研究表明，菌株类型和CFS生产方法对香肠的pH值有显著影响。添加植物乳杆菌O24 CFS的香肠在所有提取方法中均显示出较高的pH值，其中O24_NS和O24_S变体的pH最高。超声处理有助于提高肉制品的pH值，这与超声可能促进碱性代谢产物释放有关。CFS生产方法和贮藏时间之间的交互作用也对pH值变化有显著影响，第14天时，经超声和热处理（S变体）的样品pH值最高。

水分活度（a_w）方面，CFS生产方法显示出显著影响。生产后立即（第1天），C变体（未经任何处理）的水分活度值显著低于其他香肠。这些变体（C）在整个贮藏期间保持a_w稳定，而其他香肠变体随着分析时间的延长，a_w显著降低。特别是在S变体（CFS生产过程中经过超声处理）中，贮藏第1天和第7天之间观察到a_w的最大降低。到分析的第21天，各变体间无显著差异。

3.3. 脂质氧化状态（TBARS和FAA）

硫代巴比妥酸反应物（TBARS）含量作为熟制猪肉香肠脂质过氧化的指标。菌株、CFS生产方法和贮藏时间对TBARS值均有显著影响。第1天，添加植物乳杆菌O24 CFS的香肠——无论生产方式如何——都显示出比含副干酪乳杆菌B1 CFS的香肠显著更高的TBARS值。然而，这种趋势在冷藏第7天发生逆转，此时副干酪乳杆菌B1变体，特别是未处理组（B1_C），记录到最高的TBARS值，表明这些样品在此期间脂质过氧化过程加剧。第7天后，大多数变体的TBARS值普遍下降，这可能归因于CFS中某些代谢物的延迟抗氧化活性。

脂肪酸组成分析显示，使用冻干CFS显著影响了熟制猪肉香肠中脂肪酸的水平。菌株、CFS生产方法和香肠贮藏时间之间的交互作用对饱和脂肪酸（SFA）、单不饱和脂肪酸（MUFA）、多不饱和脂肪酸（PUFA）以及OMEGA-3、OMEGA-6和OMEGA-9的含量均有显著影响。对于SFA，在几个实验变体中观察到第1天和第21天之间的显著增加，但这种趋势并非在所有菌株和CFS处理组合中一致。

不饱和脂肪酸方面，MUFA含量在大多数CFS变体中普遍增加，其中S和NS方法的效果最强。MUFA变化的方向取决于菌株：在含副干酪乳杆菌B1的样品中，初始值较低，但其含量随时间显著增加，在S变体中达到最高水平。相比之下，在植物乳杆菌O24变体中，MUFA含量一开始就较高，仅适度增加，方法间无显著差异。PUFA含量在大多数处理中随时间推移总体增加，但变化程度受到菌株、CFS方法和时间交互作用的强烈影响。

OMEGA-3脂肪酸含量受到菌株、方法和贮藏时间三者交互作用的显著影响。这种交互作用揭示了贮藏期间对CFS生产方法反应的菌株依赖性差异：在含植物乳杆菌O24 CFS的变体中，OMEGA-3水平在冷藏期间显著增加，而含副干酪乳杆菌B1的样品则下降。OMEGA-6含量在所有变体中贮藏期间普遍增加，但这种变化的幅度和方向取决于细菌菌株和CFS生产方法。OMEGA-9脂肪酸含量同样受到菌株×方法×时间交互作用的显著影响。

3.4. 熟制猪肉香肠的抗氧化潜力

熟制猪肉香肠提取物对ABTS^•+自由基的抗自由基活性得到证实。研究表明菌株×方法之间存在显著的交互作用：超声处理提高了富含冻干CFS香肠的抗自由基活性，但这种效应仅在含植物乳杆菌O24获得的CFS变体中显著。相反，来自添加仅通过离心或热处理制备的CFS（C和NS变体）的香肠提取物表现出较低的抗自由基活性。使用副干酪乳杆菌B1获得CFS的方法对香肠抗自由基特性无显著影响。

还原力（RP）和铁离子螯合活性方面，观察到菌株、CFS生产方法和贮藏时间之间的显著交互作用。就RP而言，含副干酪乳杆菌B1菌株生产的CFS的熟制香肠随时间推移抗氧化活性显著增加。这一趋势在B1_NS变体（未经超声但经热处理生产）中特别明显，RP值在贮藏21天后达到最高水平。方法S（超声结合热处理）也增强了B1_S变体的RP，在第1天和第21天之间观察到显著增加。

铁离子螯合能力方面也观察到类似的三向交互作用。最高的螯合活性记录在含植物乳杆菌O24衍生的CFS的香肠变体中，特别是在贮藏第1天的热处理（NS）样品中。然而，该变体的螯合能力随时间显著下降，第21天记录到最低值。相反，副干酪乳杆菌B1的S和C方法在整个贮藏期间产生更高且更稳定的螯合活性。

3.5. 仪器色泽和TPA分析

菌株、CFS生产方法和贮藏时间对所有调查色泽参数的交互作用和主效应明确列于表中。这些因素对添加CFS的熟制猪肉香肠色泽无统计学显著性影响。

质地参数方面，菌株×方法×时间之间存在统计学上显著的交互作用。肉制品的硬度在冷藏第1天至第14天之间各变体无显著差异。例外的是O24_NS样品，其硬度显著更高（第7天）。添加植物乳杆菌O24冻干CFS的产品硬度也低于含副干酪乳杆菌B1 CFS的类似变体，但变体间的差异仅在第21天冷藏时具有统计学意义。

弹性、胶黏性和咀嚼性方面，建立了显著的菌株×方法交互作用：植物乳杆菌O24菌株衍生的上清液超声处理提高了胶黏性和咀嚼性，且这种效应随着贮藏时间延长至第21天而增强。同时，注意到通过C和NS方法制备的变体在第1天和第14天之间胶黏性显著增加。

3.6. 熟制猪肉香肠的微生物状况

每个熟制猪肉香肠样品中肠杆菌科（Enterobacteriaceae）、大肠杆菌（E. coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、酵母和霉菌的含量均<10 CFU g^-1。统计分析显示熟制猪肉香肠样品间好氧菌（AC）数量的差异。时间对AC水平的显著影响得到确认。样品的AC平均水平在贮藏第1天和第21天分别为3.37和3.16。菌株类型和CFS生产方法之间的交互作用对猪肉香肠贮藏期间AC水平的重要性如表所示。O24_NS的AC含量在贮藏后显著下降，而B1_S和O24_C变体在第21天分析时AC水平升高。

研究结论表明，副干酪乳杆菌B1和植物乳杆菌O24的无细胞上清液对熟制猪肉香肠在4°C贮藏期间的品质特性具有显著影响。CFS展现出抗氧化活性并能抑制不利菌群的发育，且对产品的色泽或质地无负面影响。贮藏21天后，使用非超声（NS）和超声（S）方法从副干酪乳杆菌B1获得的CFS的香肠样品表现出最高的氧化稳定性（通过TBARS指数测定）。此外，对植物乳杆菌O24和副干酪乳杆菌B1菌株衍生的CFS进行超声处理显著改善了脂肪酸谱，特别是增加了单不饱和脂肪酸（MUFA）含量。

讨论部分强调，CFS作为一种有前景的功能性添加剂在肉制品中的应用潜力。研究结果揭示了菌株特异性、处理方法和贮藏时间之间复杂的交互作用，表明在实际应用中需要根据目标食品基质和期望的货架期精心选择LAB菌株和CFS制备方法。超声处理作为一种物理辅助手段，能够有效增强CFS中生物活性化合物的释放和活性，但效果取决于具体的菌株和目标微生物。未来的研究应包括对最终产品的体内研究，以确认其健康促进效果，并评估CFS作为后生元（postbiotics）分类的潜力。同时，需要进一步研究CFS活性的分子机制，并通过临床研究评估其对消费者健康的影响。

这项研究为开发天然、清洁标签的肉制品保鲜策略提供了重要科学依据，不仅有助于延长产品货架期，还能提升营养价值，满足消费者对健康、安全食品的需求。研究成果发表在《Meat Science》期刊，为食品科学领域，特别是肉制品加工与保鲜技术方向提供了有价值的参考。