抗氧化乳酸菌对干腌发酵香肠加工过程中细菌群落动态、理化性质及氧化稳定性的影响

《Foods》：Effects of Antioxidative Lactic Acid Bacteria on Bacterial Community Dynamics, Physicochemical Properties, and Oxidative Stability During Dry-Cured Fermented Sausage Processing

　　

本研究旨在筛选具有增强抗氧化活性的乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB），并通过评估其在干腌发酵香肠加工过程中对氧化稳定性和理化品质的影响，探究其作为发酵剂的潜在应用价值。研究人员首先比较了5株LAB的不同细胞组分的抗氧化活性，结果表明抗氧化活性主要与胞外代谢产物相关。基于良好的体外抗氧化活性和氧化耐受性，随后选取了肉食明串珠菌（Leuconostoc carnosum）AMS1和植物乳植杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）P4作为香肠发酵的发酵剂。分别接种AMS1和P4可调节发酵过程中的细菌群落结构，并降低机会致病菌的丰度。与未接种对照相比，发酵剂接种加速了酸化，降低了水分活度，并正向调节了色泽和质构特性。此外，接种处理改善了氧化稳定性，表现为硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）水平和脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）活性降低，并缓解了蛋白质氧化变化，具体表现为羰基积累减少、巯基损失降低以及表面疏水性增幅下降。总之，AMS1和P4，尤其是AMS1，通过改善发酵和成熟期间的理化品质及氧化稳定性，显示出作为干腌发酵香肠抗氧化发酵剂的潜力。

# 干腌发酵香肠中抗氧化乳酸菌的作用：从菌株筛选到氧化稳定性调控的研究解读

## 一、研究背景与问题

干腌发酵香肠以其独特的风味品质和高营养价值而备受青睐。在加工和后续贮藏过程中，脂质、蛋白质和碳水化合物发生一系列复杂的生化反应，共同决定最终产品的品质属性。其中，脂质氧化是影响干腌发酵香肠风味、品质和货架期的关键因素：它促进不饱和脂肪酸的氧化降解，生成醛、酮等次级氧化产物，过量脂质氧化会导致异味并加速产品劣变。同样，过度蛋白质氧化会诱导氨基酸侧链修饰、蛋白质交联及结构改变，导致溶解度下降、乳化能力和持水力降低，进而对香肠的质构、风味释放和消化性产生不利影响。鉴于氧化产物潜在的健康风险以及消费者对合成抗氧化剂的接受度下降，开发天然安全的抗氧化替代方案已成为重要的研究方向。

发酵香肠的微生物群落高度多样，其组成动态显著影响氧化反应的程度。以往研究已将乳酸菌（LAB），如乳杆菌属、魏斯氏菌属和明串珠菌属，确定为与香肠品质密切相关的核心微生物群。近年来，利用具有明确抗氧化能力的LAB菌株作为发酵剂，已成为提升发酵肉制品品质和安全性的有前景策略。许多LAB具有清除活性氧（ROS）的内在机制，通过细胞表面特性、分泌活性代谢物（如胞外多糖和特定抗氧化酶）以及产生抗氧化肽来中和自由基或螯合促氧化金属离子，还可能通过竞争性抑制腐败微生物、调节pH或改变促氧化酶活性来间接缓解脂质和蛋白质氧化。其中，植物乳植杆菌是研究最广泛、应用最多的发酵肉制品LAB之一，其抗氧化特性已被充分表征。然而，仅依赖少数已充分表征的肉源菌种可能限制新型抗氧化发酵剂的发现。具体而言，明串珠菌属虽在多种食品体系中表现出较强抗氧化能力，但其在复杂肉基质中的具体保护作用仍相对未被充分探索。

## 二、研究内容与总体结论

研究人员首先比较了5株具有较强活性的代表性LAB（包括3株明串珠菌）不同细胞组分的体外抗氧化能力，发现抗氧化活性主要与胞外代谢产物相关。在此基础上，选取肉食明串珠菌AMS1和植物乳植杆菌P4作为香肠发酵的单一发酵剂，系统评估了它们在香肠发酵和成熟期间的抗氧化功效及其对微生物群落演替的影响。结果表明，接种AMS1和P4可调节发酵过程中的细菌群落结构并降低机会致病菌丰度；加速酸化、降低水分活度、正向调节色泽和质构特性；同时通过降低TBARS水平和LOX活性改善脂质氧化稳定性，并通过减少羰基积累、缓解巯基损失和降低表面疏水性增幅来减轻蛋白质氧化变化。该研究拓宽了功能性LAB的应用潜力，并为利用天然抗氧化发酵剂缓解发酵肉制品中脂质和蛋白质氧化提供了技术参考。

## 三、主要关键技术与方法

研究人员采用了多种关键技术方法：体外抗氧化评价体系（包括H2O2耐受实验、ABTS自由基清除活性、DPPH自由基清除活性和还原力测定），用于筛选具有优良抗氧化性能的菌株；通过PacBio测序平台对细菌16S rRNA基因进行全长高通量测序，结合QIIME2中的DADA2流程进行扩增子序列变异（ASV）分析，用于解析发酵过程中细菌群落动态；采用理化指标测定（pH、水分含量、水分活度、色泽和质构剖面分析）评估产品品质变化；通过硫代巴比妥酸反应物（TBARS）含量、脂氧合酶（LOX）活性、蛋白质羰基含量、总巯基含量和表面疏水性等指标综合评价脂质和蛋白质氧化程度。样本来源为云南本地24月龄猪的猪里脊肉和背部脂肪，菌株分离自传统发酵食品，保存于云南省农业科学院食品微生物菌种保藏中心。

## 四、研究结果

### 4.1 体外抗氧化特性评价

在H2O2耐受实验中，随着H2O2浓度增加，所有菌株均出现生长抑制，但AMS1、L12和P4在2 mmol/L浓度下仍维持较高OD₆₀₀值，表现出较强的氧化应激耐受性。对不同细菌制备物（CFS、IC、CFE）的抗氧化活性比较显示，所有菌株的抗氧化活性均呈现一致规律：细胞上清液（CFS）活性最高，完整细胞（IC）次之，胞内提取物（CFE）最低。其中AMS1的CFS表现出最强的ABTS和DPPH自由基清除率（分别为90.38%和95.27%）及最高还原力（0.73），P4次之。这表明LAB的抗氧化活性主要源于生长过程中产生的胞外代谢产物。

### 4.2 接种对细菌群落的影响

基于PacBio高通量测序，共获得549,236条16S rRNA基因读长，经质控后保留522,344条有效序列。稀释曲线达到平台期，测序深度充分。PCA分析显示不同处理组的细菌群落在7天发酵进程中呈现明显不同的演替轨迹。在门水平上，Firmicutes和Proteobacteria为优势菌门。在种水平上，CK组中马胃葡萄球菌（Macrococcus caseolyticus）在第0天占主导（59.67%），至第7天被格氏乳球菌（Lactococcus garvieae）取代（64.9%）；P4组中植物乳植杆菌的丰度从第0天的23.4%稳步上升至第7天的27.15%；AMS1组中肉食明串珠菌在发酵前期占比较高（第0天57.13%，第3天50.25%），第7天降至10.51%但仍可检出，且该组中马胃葡萄球菌和抗辐射不动杆菌（Acinetobacter radioresistens）等潜在腐败菌的相对丰度低于CK组。所有处理组在发酵后期均以腐生葡萄球菌（Staphylococcus saprophyticus）占据较大比例。

### 4.3 接种对理化性质的影响

pH方面，所有组在前3天快速下降，接种组在第3天降至4.72的最低值，且整个发酵期间接种组pH显著低于未接种对照组，AMS1组在第17天仍保持最低pH（约4.87）。水分含量和水分活度方面，所有组前7天水分含量大幅下降，接种组在后期保持相对稳定而CK组持续下降；接种组水分活度下降更为明显，但第27天各组无显著差异。色泽方面，接种组L\*值持续低于CK组，a\*值在后期显著升高，其中AMS1组a\*值最高；接种组b\*值始终低于对照组。质构方面，所有组硬度随成熟时间显著增加，接种组硬度高于CK组，AMS1组硬度最高；第3天时接种组的弹性高于CK组。

### 4.4 脂质氧化抑制效果

TBARS值在0–7天逐渐升高后下降，全程接种组显著低于CK组。LOX活性在接种组中显著低于对照组并随时间逐渐下降，AMS1组活性最低。至加工结束时，AMS1组的TBARS值和LOX活性比未接种组分别降低约35%和53%。这是首次评估肉食明串珠菌作为功能性发酵剂在香肠发酵中的原位抗氧化潜力。

### 4.5 蛋白质氧化抑制效果

所有组的羰基含量在第17天达到峰值后下降，接种组的羰基积累低于CK组。总巯基含量在全部组中持续下降，但接种组的下降幅度更小，AMS1组始终维持最高巯基含量。表面疏水性在所有组中均增加，尤其在成熟后期，但接种组始终低于CK组，表明发酵剂接种缓解了肌原纤维蛋白的氧化结构改变。

### 4.6 微生物群落与氧化指标的相关性分析

冗余分析（RDA）显示羰基含量和表面疏水性与巯基含量方向相反，表明发酵过程中蛋白质氧化与巯基损失同步增加。Spearman相关分析显示，抗辐射不动杆菌与TBARS、羰基含量和表面疏水性呈负相关（p < 0.05），与巯基含量和LOX活性呈正相关（p < 0.05）；马胃葡萄球菌与LOX活性呈正相关（p < 0.01）；接种的植物乳植杆菌和肉食明串珠菌与氧化指标呈弱相关。需要指出的是，这些相关性分析基于有限样本，主要反映随时间变化的共变模式，属于探索性和假设生成性质，不能作为直接因果证据。

## 五、总结与结论

讨论部分指出，pH介导的环境改变和菌株特异性抗氧化代谢产物可能共同抑制LOX活性和脂质氧化；蛋白质氧化的缓解有助于保持肌原纤维蛋白的结构完整性和功能特性。研究结论为：AMS1和P4，尤其是AMS1，通过调节发酵微环境并减弱发酵和成熟期间的脂质与蛋白质氧化，显示出改善干腌香肠氧化稳定性的潜力，支持其作为抗氧化发酵剂的应用。本研究的主要意义在于首次评价了肉食明串珠菌在香肠发酵中的原位抗氧化潜力，为开发天然抗氧化发酵剂提供了技术参考。但微生物组相关发现应视为探索性和假设生成性质，未来需纳入更多独立生物学重复批次（尤其是常规含亚硝酸盐条件下）并通过感官评价验证，同时深入表征菌株产生的抗氧化代谢物及其调控氧化反应的机制。