柳 念，陳 佩，高 冰，汪 超，徐 寧，胡 勇，史文博，李冬生，周夢(mèng)舟,*

（1.湖北工業(yè)大學(xué) 工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北省食品發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430068；2.陜西廣播電視大學(xué)科研處，陜西 西安 710061；3.湖北省阿克瑞德檢驗(yàn)檢測(cè)有限公司，湖北 武漢 430077）

乳酸菌降解亞硝酸鹽的研究進(jìn)展

柳 念1，陳 佩2，高 冰1，汪 超1，徐 寧1，胡 勇1，史文博3，李冬生1，周夢(mèng)舟1,*

（1.湖北工業(yè)大學(xué) 工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北省食品發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430068；2.陜西廣播電視大學(xué)科研處，陜西 西安 710061；3.湖北省阿克瑞德檢驗(yàn)檢測(cè)有限公司，湖北 武漢 430077）

亞硝酸鹽和硝酸鹽安全性問題是當(dāng)今食品安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，大多數(shù)發(fā)酵食品中都含有亞硝酸鹽，這些亞硝酸鹽主要由微生物生長(zhǎng)代謝產(chǎn)生。大量攝入亞硝酸鹽會(huì)引發(fā)機(jī)體一系列的不良反應(yīng)，增加人體癌變的機(jī)率。本文詳細(xì)綜述亞硝酸鹽和硝酸鹽的食物來源、對(duì)人體健康的影響，并且總結(jié)乳酸菌降解亞硝酸鹽的相關(guān)研究，為安全有效地降解亞硝酸鹽提供解決方案。

亞硝酸鹽；硝酸鹽；乳酸菌；降解

硝酸鹽和亞硝酸鹽在食品中廣泛存在，尤其是在蔬菜和香腸中[1]。過剩的蔬菜不易保藏，如白菜、黃瓜、芹菜和蘿卜通常被制作成泡菜或者其他的發(fā)酵制品，其良好風(fēng)味受到大眾的歡迎，常作為配菜或與主食搭配的開胃小菜食用。但是，此類發(fā)酵風(fēng)味蔬菜一般都是自然發(fā)酵，依賴于植物體上附著的微生物進(jìn)行，而在發(fā)酵過程中硝酸還原菌將植物體系中的硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，導(dǎo)致發(fā)酵前期亞硝酸鹽大量積累[2]。亞硝酸鹽有發(fā)色、保持風(fēng)味、抗氧化和抑制革蘭氏陽性菌生長(zhǎng)等特性，成為被廣泛使用的食品添加劑，而過量添加也有導(dǎo)致亞硝酸鹽超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)[3-6]。

食品中亞硝酸鹽含量關(guān)乎消費(fèi)者的健康，過量地食用會(huì)引發(fā)高鐵血紅蛋白癥，而且它是亞硝胺形成的重要前體物質(zhì)，體內(nèi)長(zhǎng)期積累會(huì)引發(fā)機(jī)體癌變[7]。乳酸菌是食品自然發(fā)酵中的常見菌種之一，通常被認(rèn)為是安全的益生菌，其代謝產(chǎn)物賦予食品芳香的風(fēng)味和良好的口感，并且可以降低發(fā)酵環(huán)境中pH值，從而抑制有害菌的生長(zhǎng)，是自然降解亞硝酸鹽的理想菌株[8]。許多研究表明，純種乳酸菌發(fā)酵比自然發(fā)酵生成的亞硝酸鹽含量低，由于乳酸菌代謝產(chǎn)生酶、酸和其他物質(zhì)[9-10]，改變發(fā)酵環(huán)境，從而能夠高效地降解亞硝酸鹽。而且乳酸菌還可以縮短發(fā)酵蔬菜的成熟期，抑制雜菌的生長(zhǎng)，改變發(fā)酵蔬菜的感官品質(zhì)，從而提高發(fā)酵蔬菜的整體質(zhì)量。

本文將通過詳述亞硝酸鹽的形成和安全閾值、乳酸菌降解亞硝酸機(jī)理以及乳酸菌降解亞硝酸鹽的影響因素，為安全有效地降解亞硝酸鹽提供解決方案。

1 亞硝酸鹽來源及危害

在食品安全角度上，亞硝酸鹽基本上被消費(fèi)者視為不健康的食品添加劑，因此控制其來源及添加量尤為重要。主要是因?yàn)閬喯跛猁}會(huì)引發(fā)高鐵血紅蛋白癥，而且硝酸鹽在體內(nèi)會(huì)轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，再經(jīng)過一系列的人體代謝形成致癌前體物質(zhì)亞硝胺[11-12]。世界健康組織統(tǒng)計(jì)日常飲食中硝酸鹽每日攝入量大約為43～141 mg，外源硝酸鹽主要來自于植物食品和飲用水中，飲用水中占14%，而87%的硝酸鹽攝入量與蔬菜食品有關(guān)[13-16]，尤其生菜和菠菜等多葉蔬菜比塊莖類蔬菜更容易積累大量的硝酸鹽[17-18]。氮元素的吸收、硝酸還原酶活力、增長(zhǎng)率、生長(zhǎng)條件（土壤溫度、光照強(qiáng)度、降雨量等）都會(huì)影響蔬菜中最終硝酸鹽的含量，而且在不適當(dāng)?shù)馁A藏條件下或者加工過程中硝酸鹽會(huì)大量轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，成為人體攝入亞硝酸鹽的途徑之一[19-21]。人通常每天攝入亞硝酸鹽的含量為1.2～3.0 mg[13]，蔬菜中的亞硝酸鹽含量?jī)H占總攝入量的2.2%，腌制肉類中的亞硝酸鹽含量卻占總攝入量的4.8%[14]，經(jīng)過口腔中部分共生菌代謝將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽總攝入量的93%，人體自身代謝過程也會(huì)增加體內(nèi)亞硝酸鹽含量。因此，控制蔬菜制品和肉制品中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量至關(guān)重要，尤其控制肉制品會(huì)顯著降低其對(duì)人體的危害。1920年美國畜牧農(nóng)業(yè)部進(jìn)行的研究暴露了肉制品在加工過程中的安全問題[22]。此后，美國農(nóng)業(yè)部首次規(guī)定硝酸鹽和亞硝酸鹽的用量不超過200 mg/kg。發(fā)現(xiàn)硝酸鹽和亞硝酸鹽的添加會(huì)產(chǎn)生亞硝胺后，1978年嚴(yán)格限制額外添加硝酸鹽等腌制劑于培根中，從而更有效地控制亞硝酸鹽的生成，同時(shí)，美國相關(guān)部門也制定了腌制添加劑最高允許添加量，如表1[23]所示。

表1 美國肉和家禽制品中添加劑的最高允許添加量Table 1 Maximum allowable dose levels for curing ingredients used in meat and poultry in the United States

2 乳酸菌降解亞硝酸鹽機(jī)理

硝酸鹽和亞硝酸鹽降解方法主要分為物理降解、化學(xué)降解、生物法降解[25]。物理降解法主要是高溫處理，高溫處理不僅可以抑制植物中硝酸還原酶的活力，同時(shí)可以殺死產(chǎn)亞硝酸鹽的硝酸還原菌，但高溫處理會(huì)影響蔬菜自身的營養(yǎng)價(jià)值，而且在除雜菌的同時(shí)也殺死有益微生物[26]?；瘜W(xué)降解主要是加入抗氧化劑，如抗壞血酸和異抗壞血酸，化學(xué)法降解亞硝酸鹽的能力強(qiáng)，但是這些抗氧化劑卻容易被氧化，不利于運(yùn)用到復(fù)雜食品體系當(dāng)中。因此，化學(xué)法降解亞硝酸鹽還有待深入探究。生物法降解亞硝酸鹽是一種高效健康的方法，其中最有效降解亞硝酸鹽的微生物是乳酸菌[27]，主要包括植物乳桿菌、短乳桿菌、腸膜明串球菌、啤酒片球菌、乳酸糞鏈球菌等[28]。乳酸菌降解亞硝酸鹽主要體現(xiàn)于其代謝過程中產(chǎn)乳酸和一系列酶，同時(shí)乳酸菌成為優(yōu)勢(shì)菌時(shí)，能抑制其他雜菌的生長(zhǎng)，從而抑制亞硝酸鹽再生。

2.1 酸降解

在蔬菜自然發(fā)酵過程中，亞硝酸鹽的含量隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)先增加后下降，乳酸菌在發(fā)酵體系中對(duì)亞硝酸鹽降解有明顯效果。Wu Chongde等[29]研究了植物乳桿菌滬釀1.08和魯氏酵母CGMCC3791聯(lián)合發(fā)酵泡菜，發(fā)酵泡菜中的亞硝酸鹽的含量明顯低于自然發(fā)酵體系中的亞硝酸鹽含量，而且聯(lián)合發(fā)酵泡菜中生物胺的形成也受到抑制。他們通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析自然發(fā)酵體系，一共有22 種酸被鑒別出來，在中國泡菜中主要的酸是丁酸、苯乙酸、正壬酸、肉豆蔻酸、9-十六碳烯酸、棕櫚酸，而在酸蘿卜中主要是壬酸、棕櫚酸、硬脂酸，中國泡菜和酸蘿卜中的酸含量分別占總酸含量的67.5%和88.72%。Yang Hongyan等[30]的研究也表明發(fā)酵蔬菜發(fā)酵12 d后pH值由7.3降至4.0，同時(shí)亞硝酸鹽的含量在第6天時(shí)顯著降低，其中乳酸和乙酸是最主要的揮發(fā)性酸。研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵香腸中接種清酒乳桿菌，其pH值由6.31降至4.52，相應(yīng)的亞硝酸鹽含量由100 mg/kg降到9.6 mg/kg；而自然發(fā)酵香腸pH值僅僅降至5.42，亞硝酸鹽的含量也只降至32.1 mg/kg[31]。以上研究表明發(fā)酵環(huán)境中pH值對(duì)亞硝酸鹽的降解有顯著的促進(jìn)作用，而pH值的顯著下降與乳酸菌產(chǎn)酸有著密切的關(guān)系，但具體是哪些酸促進(jìn)亞硝酸鹽降解還待進(jìn)一步研究。

林浩等[32]的研究表明，亞硝酸鹽降解率與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)、與總酸度呈顯著正相關(guān)，發(fā)酵體系中的酸是影響亞硝酸鹽降解的關(guān)鍵因素。因?yàn)椋谌ルx子水中直接添加不同濃度的乳酸后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)調(diào)節(jié)溶液初始pH值為3、總酸為1.04%時(shí)對(duì)亞硝酸鹽的清除作用效果顯著，證明了乳酸菌降解作用主要依靠酸降解。張慶芳等[33]研究也表明，乳酸降解亞硝酸鹽有兩個(gè)階段，分別為酸降解和酶降解，在pH值小于4.0時(shí)，亞硝酸鹽的降解主要是由于乳酸菌代謝產(chǎn)酸，而且隨pH值的降低，亞硝酸鹽降解能力增強(qiáng)，這是因?yàn)榘l(fā)酵環(huán)境中的pH值過低，而多數(shù)細(xì)菌生長(zhǎng)最適pH值為6.5～7.5，因此不耐酸的亞硝酸鹽生成菌的生長(zhǎng)都會(huì)被抑制，從而有效抑制亞硝酸鹽的生成，同時(shí)酸通過化學(xué)反應(yīng)將NO2-轉(zhuǎn)變?yōu)镹O3-，減少亞硝酸鹽的殘留[34]。唐愛明等[35]研究表明，pH值隨著乳酸含量的增加而降低，當(dāng)pH值小于7時(shí)，硝酸還原酶的活力會(huì)受到抑制，從而在一定程度上抑制亞硝酸鹽的生成。Tiso等[36]研究表明，乳酸菌的生長(zhǎng)導(dǎo)致發(fā)酵環(huán)境的酸化。NO2-通過非酶歧化反應(yīng)生成NO，在一定程度上降解亞硝酸鹽。因此，低pH值有利于亞硝酸鹽的降解，通過抑制發(fā)酵環(huán)境中的不利微生物的生長(zhǎng)，例如酵母、霉菌和大腸等；還可以通過調(diào)控酶活力促進(jìn)亞硝酸鹽的降解；其次通過低酸環(huán)境，使得NO2-發(fā)生非酶歧化化學(xué)反應(yīng)，有效地降低亞硝酸鹽含量。

2.2 抑制亞硝酸鹽還原菌生長(zhǎng)

乳酸菌代謝產(chǎn)有機(jī)酸抑制有害微生物生長(zhǎng)的研究已相當(dāng)成熟，而乳酸菌的抑菌作用不僅僅因?yàn)榇x產(chǎn)乳酸，乳酸菌代謝生成的細(xì)菌素也有強(qiáng)的抑菌作用[37]，尤其是乳酸桿菌屬代謝生成的細(xì)菌素，與抑制革蘭氏陽性菌的生長(zhǎng)有著密切的關(guān)系，主要抑制菌包括大腸桿菌、肺炎克雷伯氏桿菌、熒光假單胞菌、產(chǎn)堿假單胞菌等，而部分抑制菌具有強(qiáng)的硝酸還原能力，所以乳酸菌通過抑制硝酸還原菌的代謝減少亞硝酸鹽的生成[34]。周光燕[38]對(duì)116 株乳酸菌進(jìn)行產(chǎn)細(xì)菌素乳酸菌初步篩選，發(fā)現(xiàn)其中5 株乳酸菌代謝產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)，分別為A-13干酪乳桿菌干酪亞種、J-5棒狀乳桿菌棒狀亞種、6-7鼠乳桿菌、7-4干酪乳桿菌假植物亞種、A-7彎曲乳桿菌。將這5 株產(chǎn)細(xì)菌素的乳酸菌接種到發(fā)酵泡菜中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽含量明顯低于未接種的自然發(fā)酵泡菜，說明產(chǎn)細(xì)菌素的5 株乳酸菌能有效地降解亞硝酸鹽。在黃微微[39]的研究中也提到將產(chǎn)細(xì)菌素的乳酸菌與其他乳酸菌混合發(fā)酵，結(jié)果也發(fā)現(xiàn)其亞硝酸鹽降解率、抑菌圈大小和總酸含量都高于未接種產(chǎn)細(xì)菌素的乳酸菌。Liu Wenli等[40]從傳統(tǒng)的發(fā)酵食品中分離出的屎腸球菌Y31產(chǎn)細(xì)菌素Y31，在接種菌株Y31的發(fā)酵泡菜中細(xì)菌素Y31快速生成，而未接種菌株Y31的發(fā)酵泡菜在發(fā)酵2 d時(shí)就達(dá)到亞硝酸鹽最大生成量，約為37 mg/kg，接種菌株Y31的發(fā)酵體系中亞硝酸鹽生成量一直保持在9.9 mg/kg以下，表明細(xì)菌素Y31可有效抑制亞硝酸鹽生成菌的生長(zhǎng)。Fang Fang等[41]從自然發(fā)酵泡菜和傳統(tǒng)奶酪產(chǎn)品中分離出4 株乳酸菌，研究其對(duì)食品腐敗微生物或病原菌的抗菌活性，包括革蘭氏陽性菌和陰性菌。其中棒狀乳酸桿菌屬BBE-H3，展現(xiàn)出高水平降解亞硝酸鹽能力，而且棒狀乳酸桿菌BBE-H3代謝產(chǎn)生抗菌物質(zhì)，抗菌物質(zhì)在pH 4.0～4.5有強(qiáng)的活力，在不同蛋白水解酶（胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和蛋白酶）條件下活力相應(yīng)下降，這意味著該抗菌物質(zhì)是一種蛋白質(zhì)或者多肽，可能是乳酸菌代謝產(chǎn)生的乳酸菌素。在研究中，乳酸菌素不僅對(duì)一些革蘭氏陰性菌有抑制作用，而且對(duì)部分乳酸菌屬也有抑制作用，例如產(chǎn)生精胺的乳桿菌DSM20100。乳酸菌素主要是通過抑制硝酸還原菌的生長(zhǎng)減少亞硝酸鹽的含量，但具體的抑菌作用機(jī)理還需進(jìn)一步研究。

2.3 酶降解

乳酸菌的代謝產(chǎn)物十分豐富，研究表明一些乳酸菌代謝產(chǎn)亞硝酸鹽還原酶，可以高效地降解亞硝酸鹽。在蔬菜發(fā)酵中，當(dāng)pH值大于4.5時(shí)，亞硝酸鹽的降解主要是酶降解[42]，研究表明pH 5.0是硝酸還原酶活力啟動(dòng)點(diǎn)。Wolf等[43]研究植物乳桿菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生亞硝酸還原酶，將發(fā)酵體系中的亞硝酸鹽降解為無毒的NH4+，這與張慶芳等[33]的研究推論相一致，其推論表明乳酸菌生長(zhǎng)過程中不斷代謝產(chǎn)酸，但發(fā)酵體系中pH值卻一直處于較高的水平，這可能是亞硝酸鹽還原酶將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為NH4+，但NH4+與酸中和未導(dǎo)致發(fā)酵液pH值下降。但隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，pH值會(huì)不斷降低，這可能是因?yàn)榈退岬沫h(huán)境下，亞硝酸鹽還原酶的活力下降，亞硝酸鹽的降解由酶降解轉(zhuǎn)為酸降解。龔剛明等[44]研究的乳酸菌亞硝酸鹽酶學(xué)性質(zhì)表明，亞硝酸鹽還原酶的最適pH值為5.5，在酸性條件下酶還保留部分酶活力，在堿性條件下酶的活力全部消失。研究還指出亞硝酸還原酶的最適溫度為30 ℃，當(dāng)溫度低于15 ℃時(shí)，亞硝酸鹽還原酶的活力不到原來的10%，所以溫度也是乳酸菌降解亞硝酸鹽的一個(gè)重要影響因素。一般乳酸菌的生長(zhǎng)溫度均在37 ℃左右，但大多數(shù)傳統(tǒng)的自然發(fā)酵都是在秋冬季，發(fā)酵制品也不易腐敗變質(zhì)，所以篩選耐寒又能產(chǎn)亞硝酸鹽還原酶的乳酸菌十分重要。盧海強(qiáng)等[45]從發(fā)酵酸菜中分離出5 株具有較強(qiáng)降解亞硝酸鹽能力的低溫乳酸菌，其中一株冷明串球菌高產(chǎn)亞硝酸還原酶，其酶活力達(dá)到68.4 U/mL，此菌株在自然發(fā)酵降解亞硝酸鹽中將有巨大的潛在用途。乳酸菌代謝產(chǎn)亞硝酸還原酶的相關(guān)研究較多，但關(guān)鍵酶的細(xì)胞定位、降解途徑和降解機(jī)理還需進(jìn)一步研究。Liu Dongmei等[46]研究鼠李糖乳桿菌LCR6013具有降解亞硝酸鹽特性，而菌株LCR6013所產(chǎn)的亞硝酸還原酶有助于亞硝酸鹽的降解，降解的途徑是通過硝酸呼吸途徑（NO2-＞NO-＞N2O-＞N2），而不是氨化作用，因?yàn)榇x產(chǎn)物是N2O而不是NH4+。進(jìn)一步研究表明，壁膜間隙中亞硝酸還原酶活力是細(xì)胞漿中亞硝酸還原酶活力的2.5 倍，因此亞硝酸鹽還原酶主要在鼠李糖乳桿菌LCR6013壁膜間隙中，是胞內(nèi)酶，但其具體位置還有待進(jìn)一步研究。而王盼等[47]對(duì)植物乳桿菌DMDL9010中亞硝酸鹽還原酶基因進(jìn)行克隆、表達(dá)和純化，通過聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chain reaction，PCR）擴(kuò)增后進(jìn)行編碼序列到載體上，再制作感受態(tài)細(xì)胞后構(gòu)建重組質(zhì)粒，后將其轉(zhuǎn)化到大腸桿菌上，經(jīng)誘導(dǎo)后的工程菌可將50 μg/mL的亞硝酸鹽降解90%以上。

3 影響乳酸菌降解亞硝酸鹽的因素

3.1 食品基質(zhì)對(duì)乳酸菌降解亞硝酸鹽的影響

在乳酸菌降解亞硝酸鹽的代謝過程中，糖類除了發(fā)揮提高肉制品的風(fēng)味和色澤的作用外，還是乳酸菌代謝過程中所需的碳源，因此它直接影響著乳酸菌對(duì)亞硝酸鹽的降解。馬漢軍等[48]研究了葡萄糖、蔗糖、乳糖和麥芽糖對(duì)植物乳桿菌生長(zhǎng)代謝的影響，結(jié)果表明在香腸發(fā)酵前期添加糖和未添加糖的對(duì)照組相比有明顯的差異，在加糖的各組間，葡萄糖和蔗糖對(duì)乳酸菌生長(zhǎng)代謝的促進(jìn)作用最明顯。主要體現(xiàn)在添加1%的蔗糖和葡萄糖增加乳酸菌的生物量，同時(shí)促進(jìn)乳酸菌代謝產(chǎn)酸和快速降低發(fā)酵環(huán)境中的pH值，這主要是因?yàn)槿樗峋^容易吸收利用蔗糖和葡萄糖。而糖添加到香腸發(fā)酵中，促進(jìn)乳酸菌的同時(shí)也促進(jìn)乳酸菌降解亞硝酸鹽，實(shí)驗(yàn)表明相比于空白對(duì)照，添加1%的葡萄糖和添加1%的蔗糖的發(fā)酵體系中亞硝酸鹽的含量迅速下降，而且發(fā)酵終期亞硝酸鹽幾乎沒有殘留。值得關(guān)注的是乳酸菌產(chǎn)生的一些胞外多糖也具有降解亞硝酸鹽的能力。Seo等[49]研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌YML009在生長(zhǎng)過程中會(huì)產(chǎn)生胞外多糖，其中含有68.1%的糖通過進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)純化出來的多糖有強(qiáng)的降解亞硝酸鹽的能力，對(duì)亞硝酸鹽的清除率達(dá)到43.93%。

在自然發(fā)酵體系中，無機(jī)鹽的添加可以降低蔬菜和肉制品中的水分含量，抑制微生物的生長(zhǎng)，是延長(zhǎng)食物貯藏期的一種有效的方式。在自然發(fā)酵體系中，乳酸菌在發(fā)酵中后期生長(zhǎng)代謝旺盛，如若加入過量的氯化鈉腌制，乳酸菌會(huì)脫水死亡，導(dǎo)致乳酸菌降解亞硝酸鹽的效果也會(huì)明顯的下降。董碩等[50]對(duì)氯化鈉添加量對(duì)乳酸菌降解亞硝酸鹽的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明當(dāng)氯化鈉的含量大于3%時(shí)有很明顯的抑制作用，當(dāng)氯化鈉的含量大于5%時(shí)，乳酸菌的生長(zhǎng)幾乎停滯。通過實(shí)驗(yàn)得知，乳酸菌的生長(zhǎng)與氯化鈉的含量呈負(fù)相關(guān)，但發(fā)酵液中的乳酸菌數(shù)與亞硝酸鹽的含量呈現(xiàn)正相關(guān)，說明適量添加食鹽有利于發(fā)酵體系中亞硝酸鹽降解。而在研究中還發(fā)現(xiàn)，在不同的氯化鈉含量下，乳酸菌菌體數(shù)大約相同時(shí)，氯化鈉還是會(huì)抑制亞硝酸鹽的降解。這個(gè)結(jié)果表明氯化鈉可能不僅抑制乳酸菌的生長(zhǎng)代謝，還可能抑制了酶降解，抑制亞硝酸鹽還原酶的產(chǎn)生或者抑制其降解亞硝酸鹽的酶活力。因此，在發(fā)酵體系中，食品基質(zhì)直接影響著乳酸菌降解亞硝酸鹽的效率。

3.2 發(fā)酵條件對(duì)乳酸菌降解亞硝酸鹽的影響

食品在自然發(fā)酵過程中容易生成大量亞硝酸鹽，控制發(fā)酵條件可以明顯緩解亞硝酸鹽生成，例如發(fā)酵溫度、pH值、時(shí)間等。黃丹等[51]的研究表明，發(fā)酵溫度和初始pH值對(duì)戊糖片球菌的生長(zhǎng)代謝有明顯的影響，當(dāng)環(huán)境溫度和初始pH值分別為30 ℃和5.5時(shí)，乳酸菌生長(zhǎng)量和產(chǎn)酸量最多，當(dāng)發(fā)酵溫度和初始pH值過高過低時(shí)，其生長(zhǎng)代謝都會(huì)受到不同程度的影響。在周強(qiáng)等[52]的研究中也提到，當(dāng)溫度低于20 ℃，蔬菜中亞硝酸鹽含量在第3天出現(xiàn)峰值，而當(dāng)溫度為30 ℃時(shí)，亞硝酸鹽含量峰值在第1天出現(xiàn)，之后迅速下降，雖然低溫條件下抑制亞硝酸鹽的生成，但發(fā)酵溫度為30 ℃時(shí)，發(fā)酵前期體系中亞硝酸鹽生成快，但是發(fā)酵后期亞硝酸鹽含量明顯低于低溫發(fā)酵中的亞硝酸鹽，說明發(fā)酵體系中乳酸菌受溫度的影響，導(dǎo)致最終亞硝酸鹽含量受到影響。Kim等[53]將不同乳酸菌分別添加在發(fā)酵體系中，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵溫度為15 ℃乳酸菌在第7天亞硝酸鹽降解率接近100%，在-1 ℃時(shí)短桿乳酸菌降解率僅57.1%，而且在溫度為-1 ℃發(fā)酵20 d后亞硝酸鹽的含量還有明顯的增加，這與Kang等[54]的研究相一致。而在Lee等[55]研究中也表明，泡菜在5 ℃貯藏3～5 周內(nèi)發(fā)酵體系中亞硝酸鹽含量沒有明顯的增加，這說明在整個(gè)發(fā)酵過程中，發(fā)酵溫度對(duì)乳酸菌降解亞硝酸鹽有顯著影響。劉廣福等[56]對(duì)乳酸菌接種發(fā)酵和自然發(fā)酵酸菜樣品采集進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)接種乳酸菌發(fā)酵酸菜在發(fā)酵過程中亞硝酸鹽含量一直處于較低水平，在第5天出現(xiàn)峰值，發(fā)酵至15 d亞硝酸鹽幾乎消失；自然發(fā)酵前期酸菜中亞硝酸鹽含量不斷升高，在第7天時(shí)亞硝酸鹽含量達(dá)到峰值，含量為20.84 mg/kg，在30 d后才接近消失。這些研究表明，發(fā)酵前期的pH值和發(fā)酵溫度要適宜乳酸菌的生長(zhǎng)，發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)大約30 d后再食用，調(diào)控好發(fā)酵條件可以抑制整個(gè)發(fā)酵過程中亞硝酸鹽生成。

3.3 抗氧化物質(zhì)對(duì)乳酸菌降解亞硝酸鹽的影響

抗氧化物質(zhì)可以有效地清除亞硝酸鹽，例如黃酮類、抗壞血酸和異抗壞血酸都有強(qiáng)的清除亞硝酸鹽的能力，一些研究表明抗氧化物質(zhì)還對(duì)乳酸菌的生長(zhǎng)代謝有影響，這些都直接影響著最終乳酸菌對(duì)亞硝酸鹽的降解。張海均等[57]研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)奶砑邮衿ざ喾犹崛∥锟梢源龠M(jìn)乳酸菌的生長(zhǎng)代謝，在提取多酚質(zhì)量濃度為0.13～0.44 mg/mL時(shí)對(duì)乳酸菌的生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用，若提取多酚質(zhì)量濃度增加，乳酸菌數(shù)不會(huì)再隨之增加，反而會(huì)受到一定的抑制。石榴皮多酚的添加促進(jìn)乳酸菌的生長(zhǎng)，石榴皮多酚提取物對(duì)大腸桿菌有強(qiáng)的抑制作用，同時(shí)還會(huì)抑制硝酸還原酶的酶活力[58]，進(jìn)一步抑制亞硝酸鹽產(chǎn)生，同時(shí)發(fā)酵液中亞硝酸鹽降解量也相應(yīng)提高，但是當(dāng)提取多酚質(zhì)量濃度高于0.44 mg/mL時(shí)，亞硝酸鹽降解也會(huì)受到抑制。所以在發(fā)酵過程中，適當(dāng)添加一些石榴皮多酚提取物，可以促進(jìn)乳酸菌生長(zhǎng)和亞硝酸鹽降解。劉瑾等[59]將大蒜添加到發(fā)酵白菜體系中，發(fā)現(xiàn)添加5%大蒜發(fā)酵體系中，亞硝酸鹽含量峰值明顯比空白組的亞硝酸鹽含量峰值低，而且發(fā)酵10 d，添加5%大蒜體系中亞硝酸鹽含量明顯低于未添加大蒜空白對(duì)照。而在發(fā)酵體系中，大蒜對(duì)乳酸菌代謝有明顯影響，其中添加5%大蒜體系中pH值降到了3.96，而在未加大蒜體系中pH值大約為5.0。而且，在添加5%大蒜體系中，可滴定酸含量也是最高，但是添加15%、20%大蒜發(fā)酵體系中產(chǎn)酸量與未加大蒜發(fā)酵體系中產(chǎn)酸量均無明顯變化，即過量添加大蒜并不能更明顯促進(jìn)乳酸菌產(chǎn)酸，所以適當(dāng)在發(fā)酵體系中添加大蒜有促進(jìn)產(chǎn)酸效果。在發(fā)酵體系中加入大蒜，在發(fā)酵第6天乳酸菌含量卻顯著的上升，而且后期添加大蒜的發(fā)酵體系中乳酸菌量明顯高于未加大蒜發(fā)酵體系，表明大蒜的添加促進(jìn)乳酸菌的生長(zhǎng)。其次，大蒜還有強(qiáng)的抗菌作用，在促進(jìn)乳酸菌生長(zhǎng)代謝情況下，還可以抑制金黃色葡萄球菌等有害微生物的生長(zhǎng)[60]。這些研究表明，一些抗氧化物質(zhì)的添加對(duì)整個(gè)發(fā)酵體系都有影響，包括對(duì)亞硝酸鹽、乳酸菌，但是其作用機(jī)理還有待闡明，并且抗氧化物質(zhì)的種類和抗氧化能力對(duì)乳酸菌降解亞硝酸鹽的影響也值得進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 語

亞硝酸鹽和硝酸鹽在食物中廣泛存在，對(duì)人體健康有很大的威脅，所以對(duì)食品中硝酸鹽和亞硝酸鹽的控制刻不容緩。乳酸菌作為食品自然發(fā)酵的原始有益菌，對(duì)高效安全降解亞硝酸鹽、不破壞食品基質(zhì)和風(fēng)味有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。目前，對(duì)于乳酸菌降解亞硝酸鹽的研究還不成熟，主要集中于產(chǎn)酸和產(chǎn)亞硝酸鹽還原酶，對(duì)于其作用的分子機(jī)制知之甚少。而且在發(fā)酵食品這個(gè)復(fù)雜的環(huán)境中，對(duì)乳酸菌降解亞硝酸鹽的影響因素也有很多，尤其是一些特殊添加物如大蒜、石榴皮多酚提取物等作用機(jī)理及還有待闡明，這些因素使得乳酸菌降解亞硝酸鹽的研究?jī)H限于實(shí)驗(yàn)室，離工業(yè)化生產(chǎn)還有一定距離。所以，將來還需要對(duì)乳酸菌菌株的篩選、乳酸菌降解亞硝酸鹽的分子機(jī)制、基因組學(xué)以及乳酸菌與發(fā)酵食品體系的相互作用機(jī)制進(jìn)一步深入研究，為未來工業(yè)化生產(chǎn)中安全有效地降解亞硝酸鹽提供解決方案。

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LIU Nian1, CHEN Pei2, GAO Bing1, WANG Chao1, XU Ning1, HU Yong1, SHI Wenbo3, LI Dongsheng1, ZHOU Mengzhou1,*
(1. Hubei Cooperative Innovation Center for Industrial Fermentation, Research Center of Food Fermentation Engineering and Technology of Hubei, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China; 2. Research Department, Shaanxi Radios & Television University, Xi’an 710061, China; 3. Hubei Accurate Inspection Testing Co. Ltd., Wuhan 430077, China)

The safety of nitrite and nitrate is currently a research hotspot in the fi eld of food safety. Most fermented foods contain nitrites that results from microbial growth and metabolism. Intake of large doses of nitrite can initiate a series of adverse reactions in the body, increasing the risk of cancerogenesis. In this paper, the dietary sources of nitrite and nitrate and their impacts on human health are reviewed in detail along with a summary of studies on nitrite degradation by lactic acid bacteria, with the aim of providing a solution for safe and effective degradation of nitrite.

nitrite; nitrate; lactic acid bacteria; degradation

10.7506/spkx1002-6630-201707046

TS201.4

A

1002-6630（2017）07-0290-06

柳念, 陳佩, 高冰, 等. 乳酸菌降解亞硝酸鹽的研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(7): 290-295. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201707046. http://www.spkx.net.cn

LIU Nian, CHEN Pei, GAO Bing, et al. Progress in understanding degradation of nitrite by lactic acid bacteria[J]. Food Science, 2017, 38(7): 290-295. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201707046. http://www.spkx.net.cn

2016-12-04

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（31601455）；湖北省自然科學(xué)基金計(jì)劃青年杰出人才項(xiàng)目（2015CFB679）；湖北工業(yè)大學(xué)博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目（BSQD14021）；國家大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目（201610500024）

柳念（1992—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称肺⑸锖桶l(fā)酵工程。E-mail：1361804685@qq.com

*通信作者：周夢(mèng)舟（1986—），男，講師，博士，研究方向?yàn)槭称肺⑸?。E-mail：zmzkelvin@163.com