李秋桐,蘇偉,母應(yīng)春
(貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院,貴州 貴陽 550025)
膻味是羊肉具有的一種不良風(fēng)味,人們對(duì)羊肉的膻味進(jìn)行了大量研究,發(fā)現(xiàn)這種特征風(fēng)味物質(zhì)主要來源于羊肉的脂肪組織[1]。8 個(gè)~10 個(gè)碳原子的不飽和脂肪酸對(duì)羊肉的風(fēng)味影響很大,尤其是4-甲基辛酸和4-乙基辛酸是形成羊肉膻味的主要脂肪酸[2]。微生物除膻是一種較好的除膻方法,通過將菌株接種到羊肉中,微生物產(chǎn)生的脂肪酶與羊肉中的脂肪酸產(chǎn)生作用,對(duì)羊肉的風(fēng)味起到改善作用,一定程度上降低了羊肉的膻味[3]。傳統(tǒng)的方法中,采用添加橄欖油和指示劑的平板對(duì)脂肪酶產(chǎn)生菌進(jìn)行分離篩選。通過對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行改良,將橄欖油替換成羊油,將乳化后的羊油和熒光指示劑加入到篩選平板中,篩選出4 株能酶解羊油的霉菌,經(jīng)鑒定分別為微孢根霉(Rhizopus microsporus),米根霉(Rhizopus oryzae),米曲霉(Aspergillus oryzae)和多枝橫梗霉(Lichtheimia ramosa)。并通過液態(tài)發(fā)酵試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)這4 株霉菌對(duì)4-甲基辛酸和4-乙基辛酸均具有降解作用,可以用于羊肉除膻。
在菌種發(fā)酵的過程中,一些微生物會(huì)產(chǎn)生H2S、生物胺,賦予產(chǎn)品不好的感官品質(zhì)[4-5]。H2S 是一種急性劇毒,吸入少量高濃度的H2S 即可使人于短時(shí)間內(nèi)致命,即使是低濃度的H2S 也會(huì)對(duì)眼睛、呼吸系統(tǒng)及中樞神經(jīng)造成影響[6]。人體攝入過量的生物胺會(huì)引起中毒,表現(xiàn)出頭疼、心悸、嘔吐、血壓變化和呼吸紊亂等嚴(yán)重反應(yīng),除此之外尸胺、腐胺、精胺和亞精胺等與亞硝酸鹽反應(yīng)能產(chǎn)生致癌物質(zhì)亞硝基胺[7]。發(fā)酵肉制品在制作過程中,大都會(huì)添加一定量的食鹽和亞硝酸鹽,起到調(diào)味和防腐的雙重功效。當(dāng)食鹽及亞硝酸鹽達(dá)到一定濃度時(shí),會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生透脅迫及毒性作用,使微生物受到抑制甚至死亡[8]。因此篩選出的菌株應(yīng)對(duì)鹽類具有一定的耐受能力。
本試驗(yàn)對(duì)分離篩選出的4 株霉菌進(jìn)行功能性分析,包括脂肪酶活性的測(cè)定、產(chǎn)H2S 測(cè)定試驗(yàn)、產(chǎn)生物胺測(cè)定試驗(yàn)和抑菌試驗(yàn),并對(duì)其耐鹽性、耐硝酸鹽性及生長(zhǎng)曲線進(jìn)行測(cè)定,進(jìn)一步篩選出合適的菌株進(jìn)行拮抗試驗(yàn)和復(fù)配試驗(yàn),為后續(xù)菌株應(yīng)用于羊肉發(fā)酵提供理論基礎(chǔ)。
微孢根霉(Rhizopus microsporus)TZH1、米根霉(Rhizopus oryzae)TZH3、米曲霉 (Aspergillus oryzae)TZH4、多枝橫梗霉(Lichtheimia ramosa)4QT3、大腸桿菌(Escherichia coli)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus):貴州大學(xué)畜產(chǎn)品加工實(shí)驗(yàn)室。
NaOH、酚酞(分析純):成都金山化學(xué)試劑有限公司;橄欖油(分析純):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;Na2HPO4·12H2O、FeCl2(分析純):天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;KH2PO4、溴甲酚紫(分析純):天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心;95%酒精(分析純):天津市富宇精細(xì)化有限公司;NaCl(分析純):天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;NaNO2(分析純):天津市永大化學(xué)試劑有限公司;磷酸吡哆醛、硫胺素、賴氨酸、酪氨酸、精氨酸(分析純):北京索萊寶科技有限公司;用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction,PCR)擴(kuò)增的全套試劑和擴(kuò)增引物:生工生物工程(上海)股份有限公司。
液體發(fā)酵培養(yǎng)基[9-10]:蛋白胨20.0 g、蔗糖5.0 g、(NH4)2SO41.0 g、MgSO40.5 g、K2HPO41.0 g、羊油 10.0 g(用2%聚乙烯醇乳化,羊油與聚乙烯醇按質(zhì)量比1 ∶4、蒸餾水 1 000 mL,pH7.0,121 ℃滅菌 20 min。
馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(potato dextrose agar,PDA)培養(yǎng)基:馬鈴薯浸粉5.0 g、葡萄糖20.0 g、瓊脂15.0 g、氯霉素 0.1 g、蒸餾水 1 000 mL,pH7.0,121 ℃滅菌20 min。
馬鈴薯葡萄糖肉湯(potato dextrose both,PDB)培養(yǎng)基:馬鈴薯浸粉5.0 g、葡萄糖20.0 g、氯霉素0.1 g、蒸餾水 1 000 mL,pH7.0,121 ℃滅菌 20 min。
H2S 測(cè)定培養(yǎng)基:蛋白胨 10.0 g、牛肉膏 5.0 g、瓊脂 20.0 g、NaCl 5.0 g、蒸餾水 1 000 mL,pH7.0,121 ℃滅菌20 min;FeCl2溶液:將FeCl2晶體先溶解在較濃鹽酸中,然后再用蒸餾水稀釋,再加入少量鐵粉;在瓊脂凝固前,將等量的FeCl2溶液在無菌條件下注入試管中,待其冷卻凝固即可接種菌株。
生物胺測(cè)定培養(yǎng)基[11]:蛋白胨10.0 g、牛肉膏5.0 g、K2HPO42.0 g、CaCO30.1 g,蒸餾水 1 000 mL,pH7.0,121 ℃滅菌20 min;無菌條件下加入硫胺素0.01 g、磷酸吡哆醛0.05 mg、溴甲酚紫0.05 g。
耐鹽測(cè)試培養(yǎng)基:蛋白胨10.0 g、牛肉膏5.0 g、NaCl 80.0 g、蒸餾水 1 000 mL,pH7.0,121 ℃滅菌 20 min。
耐亞硝酸鹽測(cè)試培養(yǎng)基:蛋白胨10.0 g、牛肉膏5.0 g、NaNO2150.0 mg、蒸餾水 1 000 mL,pH7.0,121 ℃滅菌20 min。
YXQ-LS-100SII 立式壓力蒸汽滅菌器:上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;電熱恒溫培養(yǎng)箱(DPH-420):天津天泰儀器有限公司;電子天平(FA2004N):上海青海儀器有限公司;全溫?fù)u瓶柜(HYG-A):蘇州培英實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)(BILON88-II):上海比郎儀器制造有限公司;離心機(jī)(TGL20M):長(zhǎng)沙邊佳森儀器設(shè)備有限公司;恒溫水浴箱(DK-98-II):天津泰斯特儀器有限公司;紫外可見光光度計(jì)(756S):上海棱光技術(shù)有限公司。
1.3.1 種子液的制備
無菌條件下,分別將TZH1、TZH3、TZH4 和4QT3這4 株霉菌接種于配制好的PDB 培養(yǎng)基中,30 ℃下培養(yǎng)72 h,制成4 株霉菌的種子菌液。
1.3.2 脂肪酶活力的測(cè)定
將菌株的種子菌液接種到液體發(fā)酵培養(yǎng)基中,接種量為5%,30 ℃下180 r/min 培養(yǎng)72 h。培養(yǎng)完畢后,取發(fā)酵液于4 ℃,8 000 r/min 離心15 min,上清液即為粗酶液,用于測(cè)定脂肪酶活力[12]。
取兩個(gè)150 mL 的三角瓶,記為為空白組和樣品組。分別向兩組三角瓶中加入4.0 mL 乳化橄欖油底物溶液和5.0 mL 緩沖液,再于空白組中加入95%的酒精15.00 mL,于40 ℃下水浴中預(yù)熱5 min,然后各自加入1.0 mL 酶液充分混勻,反應(yīng)15 min 后立即向樣品組中加入95%的酒精15.00 mL 使反應(yīng)終止,取出[13]。
向兩組三角瓶中分別滴入兩滴酚酞指示劑,用0.05 mol/L 的NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定,至微紅色并在30 s 后不褪色為滴定終點(diǎn),記錄NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗體積并計(jì)算。脂肪酶活力的計(jì)算公式如下:
式中:X 為樣品的酶活力,U/g;V1為滴定樣品組時(shí)消耗NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積數(shù),mL;V2為滴定空白組時(shí)消耗 NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積數(shù),mL;c 為 NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度,mol/L;n1為樣品的稀釋倍數(shù)。
1.3.3 生長(zhǎng)曲線的測(cè)定
分別將菌株以2%的接種量接種于PDB 培養(yǎng)基中,30 ℃下培養(yǎng),每隔2 h 取菌液測(cè)定600 nm 下的OD值,取至36 h,繪制菌株的生長(zhǎng)曲線圖。
1.3.4 產(chǎn)H2S 及產(chǎn)生物胺測(cè)定試驗(yàn)
將FeCl2溶液注入到試管中,待瓊脂冷卻凝固后,用移液槍分別吸取4 種菌液各50 μL,插入到瓊脂中進(jìn)行接種,30 ℃下培育7 d,觀察瓊脂是否變成黑色,若變?yōu)楹谏珓t說明該菌株產(chǎn)H2S 記為陽性,不變黑色記為陰性,每株菌做2 個(gè)平行試驗(yàn)[14]。
無菌條件下,稱取1%的賴氨酸、酪氨酸和精氨酸混合氨基酸,添加到生物胺測(cè)定培養(yǎng)基中,混勻,對(duì)照組培養(yǎng)基中不添加氨基酸。分別將菌株接種到生物胺培養(yǎng)基中,30 ℃下培養(yǎng)3 d,觀察顏色變化,若由黃色變?yōu)樽仙珓t說明該菌株產(chǎn)氨基酸脫羧酶記為陽性,反之記為陰性[15]。
1.3.5 抑菌試驗(yàn)
以大腸桿菌和葡萄球菌作為指示菌。各挑取一環(huán)保藏在甘油中的大腸桿菌和葡萄球菌,在平板上劃線活化2 代后,用無菌生理鹽水制成濃度為107cfu/mL的菌懸液。用移液槍分別吸取200 μL 的指示菌菌懸液于PDA 培養(yǎng)基中,用涂布棒涂布均勻,靜置5 min。隨后用6 mm 的無菌打孔器在培養(yǎng)基上打孔。分別取4株菌株的菌液各 50 μL,4 ℃下 8 000 r/min 冷凍離心15 min,加入到培養(yǎng)基孔中,30 ℃下培養(yǎng)48 h。觀察孔周圍是否出現(xiàn)抑菌圈,并記錄出現(xiàn)的抑菌圈直徑,每株菌做2 個(gè)平行試驗(yàn)[14]。
1.3.6 耐鹽性及耐亞硝酸鹽性試驗(yàn)
將菌株分別接種于含8%NaCl 的耐鹽測(cè)試培養(yǎng)基中,對(duì)照組不接種菌液,30 ℃下培養(yǎng)72 h,測(cè)定600 nm處的OD 值,每組樣品測(cè)定3個(gè)平行,并計(jì)算“對(duì)照組OD 值/樣品組 OD 值”的比值[16]。
將菌株分別接種于含0.015%NaNO2的耐亞硝酸鹽培養(yǎng)基中,對(duì)照組不接種菌液,30 ℃下培養(yǎng)72 h,測(cè)定600 nm 處的OD 值,每組樣品測(cè)定3 個(gè)平行,并計(jì)算“對(duì)照組 OD 值/樣品組 OD 值”的比值。
1.3.7 菌株的拮抗試驗(yàn)與復(fù)配試驗(yàn)
通過上述試驗(yàn)篩選出2 株合適的菌株,將菌株在PDA 培養(yǎng)基上交叉劃Z 線,30 ℃下培養(yǎng)72 h 后,觀察是否均有菌落生長(zhǎng),劃線的交叉處是否出現(xiàn)相互抑制生長(zhǎng)的現(xiàn)象,若無該現(xiàn)象則說明這2 株菌不具有措抗作用[17]。
將 2 株菌的種子液按 1 ∶1、1 ∶2、2 ∶1 的體積比分別接種于新的PDB 培養(yǎng)基中,30 ℃下培養(yǎng),在培養(yǎng)12、24、36、48、60、72 h 時(shí)取菌液測(cè)定 600 nm 處的 OD值,同時(shí)測(cè)定pH 值。
在相同條件下對(duì)菌株進(jìn)行培養(yǎng),脂肪酶活力測(cè)定結(jié)果如圖1所示。
圖1 菌株產(chǎn)脂肪酶活力Fig.1 Strains producing lipase activity
如圖1所示,THZ1 的酶活力最高為(4.35±0.02)U/mL,其次 TZH4 的酶活力為(3.62±0.05)U/mL,4QT3 的酶活力為(2.63±0.04)U/mL,TZH3 的酶活力為(2.34±0.02)U/mL。菌株TZH1 的酶活力顯著高于其他3 株菌(P<0.05)。
發(fā)酵肉制品在風(fēng)味形成的過程中,脂類物質(zhì)起著重要的作用,而脂肪酶能催化脂類物質(zhì)的反應(yīng),有利于風(fēng)味物質(zhì)的形成。于華等[18]從四川臘肉中分離獲得一株產(chǎn)脂肪酶能力較強(qiáng)的霉菌,在其最適產(chǎn)酶條件下脂肪酶活力可達(dá)384.05 U/100 mL。姚曉蕾[19]采用脂肪酶對(duì)豬肉進(jìn)行酶解,發(fā)現(xiàn)其揮發(fā)性分為物質(zhì)有明顯的增加,包括硫化物、有機(jī)硫化物、芳香類化合物及含乙醇類物質(zhì)等。因此菌株的脂肪酶活力越高,越能形成發(fā)酵肉制品中的優(yōu)良風(fēng)味。
4 株菌的生長(zhǎng)活性曲線如圖2所示。
圖2 株菌株的生長(zhǎng)曲線Fig.2 Growth curves of 4 strains
4 株菌的生長(zhǎng)趨勢(shì)相似,其中0 h~8 h 為遲緩期,8 h~18 h 為對(duì)數(shù)期,18 h~26 h 為穩(wěn)定期,26 h~36 h 為衰亡期??梢钥闯鼍闠ZH4 的生長(zhǎng)活性較強(qiáng),其余3株的生長(zhǎng)活性相似。
4 株菌株進(jìn)行產(chǎn)H2S 和產(chǎn)生物胺測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
表1 菌株產(chǎn)H2S 產(chǎn)生物胺測(cè)定結(jié)果Table 1 Results of determination of amines produced by strains producing H2S
產(chǎn) H2S 測(cè)定試驗(yàn)中,TZH1、TZH3、TZH4 和 4QT3的瓊脂均無變黑現(xiàn)象,因此這4 株菌均不產(chǎn)生H2S。產(chǎn)H2S 測(cè)定試驗(yàn)中,4QT3 的培養(yǎng)基由黃色變?yōu)樽仙?,其余不變色,因此菌?QT3 產(chǎn)生物胺,其余3 株菌不產(chǎn)生生物胺。
H2S 是一種有毒物質(zhì),不僅影響食品的口味,而且還對(duì)人體有害,它被稱為是人體神經(jīng)的毒劑,是窒息和刺激性較強(qiáng)的危害性氣體[20]。H2S 能與肉品中的還原性血紅蛋白作用生成紫紅色硫化血紅色蛋白,進(jìn)一步氧化形成綠色[21]。生物胺普遍存在于各種發(fā)酵食品,在生物細(xì)胞中具有重要的生理功能,但當(dāng)人體吸收過量的生物胺時(shí),可能會(huì)引起頭痛、心悸、血壓變化等過敏性反應(yīng)[22]。某些微生物則會(huì)在充足的生物胺前體物(氨基酸)、具有氨基酸脫羧酶活性以及適合的生長(zhǎng)繁殖等條件下產(chǎn)生生物胺[23]。因此篩選用于發(fā)酵肉制品的菌株,不得產(chǎn)生H2S 和生物胺。
4 株菌株進(jìn)行抑菌試驗(yàn)的結(jié)果見表2所示。
表2 菌株的抑菌能力Table 2 Antibacterial ability of the strain
如表2所示,TZH1、TZH3、TZH4 和 4QT3 對(duì)大腸桿菌的抑菌圈分別為 11.5、18.0、22.5、11.0 mm,TZH1、TZH3、TZH4 和4QT3 對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圈分別為 11.0、21.5、19.5、14.5 mm。抑菌圈越大,說明抑菌能力越強(qiáng)。
由金黃色葡萄球菌和大腸桿菌O157:H7 等細(xì)菌性食物中毒引起的疾病在我國約占食品安全事件的30%~90%,也是世界范圍內(nèi)的主要公共衛(wèi)生問題[24]。致病性大腸桿菌和金黃色葡萄球菌通常引起腹部痙攣、水性或血性腹瀉、發(fā)燒、惡心和嘔吐等中毒癥狀,常出現(xiàn)在畜禽肉、水產(chǎn)品、奶、蛋等食品中??梢钥闯觯闠ZH3 和TZH4 的抑菌能力較強(qiáng),能更好地抑制有害微生物的生長(zhǎng)。
4 株菌株進(jìn)行耐鹽性驗(yàn)和耐亞硝酸鹽性試驗(yàn)的結(jié)果如圖3所示。
如圖3所示,耐鹽性試驗(yàn)中,TZH1、TZH3、TZH4和 4QT3 的“對(duì)照組 OD 值/樣品組 OD 值”比值分別為1.55、8.57、9.75、2.27。菌株 TZH3 的比值顯著高于其他3 株菌(P<0.05),比值越大,說明耐鹽性越強(qiáng)。耐亞硝酸鹽性試驗(yàn)中,TZH1、TZH3、TZH4 和 4QT3 的“對(duì)照組OD 值/樣品組 OD 值”比值分別為 1.26、2.61、3.58、1.17。菌株TZH3 的比值顯著高于其他 3 株菌(P<0.05),比值越大,說明耐亞硝酸鹽性越強(qiáng)。
圖3 菌株的耐鹽性及耐亞硝酸鹽性Fig.3 Salt tolerance and nitrite resistance of the strain
一般微生物細(xì)胞液的滲透壓為0.85%NaCl 的等滲狀態(tài),微生物在等滲壓的食鹽溶液中代謝活動(dòng)仍可正常進(jìn)行,但當(dāng)增加食鹽時(shí),食鹽溶液的滲透壓大于微生物細(xì)胞液的滲透壓,當(dāng)食鹽的濃度達(dá)到13%以上時(shí),可以完全抑制微生物的生長(zhǎng),包括乳酸菌以及大腸桿菌等[25]。當(dāng)食鹽及亞硝酸鹽達(dá)到一定濃度時(shí),會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生滲透脅迫及毒性作用,使微生物受到抑制甚至死亡[14]。而在發(fā)酵肉制品時(shí),難免會(huì)用到NaCl 和NaNO2等腌制劑,因此所篩選出的菌株應(yīng)當(dāng)具有良好的耐鹽性和耐亞硝酸鹽性??梢钥闯?,4 株菌中TZH3和TZH4 的耐鹽性和耐亞硝酸鹽性較好。
綜合以上分析,最終選擇TZH3 和TZH4 進(jìn)行拮抗試驗(yàn)及復(fù)配試驗(yàn)。將菌株TZH3 和TZH4 在PDA 培養(yǎng)基上交叉劃線培養(yǎng)后,發(fā)現(xiàn)均有菌落生長(zhǎng),并且在兩株菌的交叉劃線處均沒有發(fā)現(xiàn)相互抑制的現(xiàn)象,說明菌株TZH3 和THZ4 不具有拮抗作用。
菌株THZ3 和 TZH4 復(fù)配試驗(yàn)的 OD 值和 pH 值如圖4和圖5所示。
圖4 復(fù)配生長(zhǎng)情況比較Fig.4 Comparison of compound growth
由圖4、圖5可以看出當(dāng)TZH3 和TZH4 的復(fù)配體積比為 1 ∶1 時(shí),生長(zhǎng)情況較優(yōu),且在 48 h 時(shí) OD 值達(dá)到最大值。而pH 值變化不大,說明3 種復(fù)配比的產(chǎn)酸能力相似。因此可選擇TZH3 和TZH4 的復(fù)配體積比為1 ∶1 來對(duì)羊肉制品進(jìn)行發(fā)酵。
圖5 復(fù)配pH 值比較Fig.5 Comparison of compound pH values
本試驗(yàn)將4 株具有除膻效果的霉菌進(jìn)行了功能性分析,包括微孢根霉(Rhizopus microsporus)TZH1、米根霉(Rhizopus oryzae)TZH3、米曲霉(Aspergillus oryzae)TZH4、多枝橫梗霉4QT3。通過脂肪酶活力測(cè)定試驗(yàn)、生長(zhǎng)曲線的測(cè)定、產(chǎn)H2S 和產(chǎn)生物胺測(cè)定試驗(yàn)、抑菌試驗(yàn)、耐鹽性和耐亞硝酸鹽性試驗(yàn)、拮抗試驗(yàn)與復(fù)配試驗(yàn),驗(yàn)證菌株安全性。結(jié)果表明,菌株TZH3 和TZH4安全性較好,適用于羊肉制品發(fā)酵。
近年來,國內(nèi)許多學(xué)者將細(xì)菌或霉菌制成混合發(fā)酵制劑,接種到羊肉制品中。在發(fā)酵過程中,微生物產(chǎn)生的脂肪酶與羊肉中的脂肪酸產(chǎn)生作用,蛋白酶與蛋白質(zhì)產(chǎn)生作用,對(duì)羊肉的風(fēng)味及質(zhì)構(gòu)起到改善作用,一定程度上降低了羊肉的膻味[3],為發(fā)酵制品提供特殊風(fēng)味和色澤的同時(shí)又不會(huì)破壞羊肉的品質(zhì)。現(xiàn)研究多采用直接購買的純種菌株進(jìn)行肉制品發(fā)酵,很少會(huì)篩選出具有特定功能性的菌株。菌株TZH3 和TZH4除了能夠產(chǎn)生脂肪酶外,經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證還具有降解4-甲基辛酸和4-乙基辛酸的功能,可以制成發(fā)酵劑應(yīng)用于養(yǎng)肉制品發(fā)酵,開發(fā)新型羊肉制品并改善羊肉風(fēng)味,對(duì)擴(kuò)大羊肉消費(fèi)市場(chǎng)具有重要的實(shí)現(xiàn)意義。