FSHW | 多元统计分析对气调包装烟熏鸡腿中特定腐败菌的预测

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Introduction

熏鸡腿是一种典型的烟熏禽肉制品，因其糖熏味和诱人的色泽而备受推崇。熏鸡腿营养和水分含量很高，一般保质期很短。目前为止，真空包装依然被认为是一种有效的方法，以防止腐败，保持品质，延长肉类产品的货架期。但真空条件会使高水分含量的肉制品的汁液外溢，这些汁液会在表面凝结，使皮肤起皱，变成胶状。从这个角度来看，一种有效的包装方法对于延长熏鸡腿和其他烟熏/烤制肉制品的保质期和提高贮藏质量是必要的。

作者之前的研究已经证实含有60%二氧化碳和40%氮气的气调包装处理能有效抑制细菌生长，保持外观，提高品质，与托盘相比能将熏鸡腿的保质期从10天延长至20天。为进一步研究气调包装熏鸡腿的主要致腐微生物，有必要研究气调包装熏鸡腿在贮藏过程中的品质劣变和细菌演替，以及它们之间的相关性。这将为后续有针对性地抑制引起腐败的微生物、延长保质期和提高质量奠定基础。

本文研究了气调包装（60% CO2 + 40% N2）熏鸡腿在4 ℃条件下的细菌演替及其与挥发性有机化合物和理化性质的关系。在相关分析的基础上，对特定腐败菌（SSOs）进行了预测。本研究将有助于预测熏肉制品的新鲜度和腐败率，为抑制腐败细菌提供有针对性的建议，并为肉制品的质量和安全提供有用的知识。

Results and Discussion

微生物分析

熏鸡腿在贮藏期间的TVC和LAB计数如图1A和B所示。熏鸡腿初始TVC为2.46 (lg (CFU/g))，随后显著（P < 0.05）升高，分别达到第20天的5.38 lg（CFU/g）和第25天的6.72 lg（CFU/g）。熏鸡腿的LAB计数在贮藏期间显著（P < 0.05）升高。初始LAB计数为2.13 lg（CFU/g），贮藏结束时达到5.54 lg （CFU/g）。在第0、5、10、15、20和25天的样本中，共有10 个OTUs是共有的，特有的OTUs的数量分别为15、40、43、28、11和10，在贮藏过程中整体呈现先增加后减少的趋势（图1C）。在不同贮藏时间的烟熏鸡腿中共鉴定出76 个种，前30种的相对丰度如图1D所示。第0到15天的优势菌种为Lactobacillus sakei，Staphylococcus equorum，Weissella ceti，和Lactobacillus plantarum。其中，L. sakei和S. equorum为绝对优势种，相对丰度居前2位，远高于其他种。第20天后，熏鸡腿中的优势菌种变成了Serratia proteamaculans，P. fragi，和Lactococcus raffinolactis。S. proteamaculans在15天（0.49%）后相对丰度急剧上升，第25天时达到最大值（50.94%）。图1E中可以发现，第五天时菌种数量最高（48），第25天时最少（11）。如图1D所示，细菌群落在这一阶段发生了重大变化，这也标志着剧烈腐败的开始。样本间交集的细节揭示了5种细菌在整个贮藏过程中均存在（S. equorum，P. fragi，W. ceti，Leuconostoc citreum和Aeromonas veronii）。此外，6 种细菌（L. sakei，L. plantarum，Macrococcus caseolyticus，Psychrobacter sp，Pseudomonas poae和Pseudomonas putida）在前20天出现，在第25天消失。从图1F中也可以发现，前15天的细菌群落较为相似，20天和25天的细菌群落

图1气调包装熏鸡腿的菌落计数及细菌多样性分析

理化性质分析

表1显示了熏鸡腿在储存过程中pH值的变化。pH值从第0天（6.53）开始逐渐升高，在第15天达到最大pH值6.83（P < 0.05），然后逐渐下降，在第25天降至6.50。一般认为，二氧化碳的抗菌作用主要取决于其在水中溶解形成H2CO3，H2CO3会解离成H+和HCO3-离子，从而降 pH值。然而，pH值在第一个储存期并没有降低。这可能是由于在高浓度CO2的厌氧环境中，一些微生物（如Carnobacterium）在精氨酸脱氨酶、丙氨酸脱氢酶和酪氨酸脱氢酶的作用下，不断形成和积累氨和生物胺，从而维持pH值的稳定，削弱了CO2的抗菌作用。在贮藏后期，pH值的下降可能与LAB数量的增加有关。此外，熏鸡腿的水分含量变化不大（P > 0.05）。这可能与MAP的密闭环境有关。TBARS值在整个贮藏过程中显著增加。它从第0天的0.36 mg/kg逐渐增加到第20天的0.75 mg/kg，并在第25天迅速增加到1.04 mg/kg（P < 0.05）。贮藏末期TBARS值的迅速增加可能是由于产生相关酶的细菌大量增殖所致。细菌大量繁殖产生的相关酶可加速脂质降解为易自氧化的游离脂肪酸。贮藏结束时，熏鸡腿的硬度明显下降（P < 0.05）。肉质取决于肌肉纤维的完整性，而特定蛋白质（肌纤维、胶原蛋白和弹性蛋白）的降解是导致肉质软化的主要原因。熏鸡腿的L*值和a*值在整个贮藏过程中没有明显变化。熏鸡腿的b*值在20天后逐渐增加（P < 0.05）。

表1气调包装熏鸡腿的理化性质分析

图2A对理化特性进行了PCA分析。2 个主成分解释了总方差的86.74%。PCA图显示了3 个明显的聚类，包括0~10天（红色）、15~20天（绿色）和25天（蓝色）；因此，整个贮藏期被分为三个阶段，这与基于OTU的PCoA结果基本一致。图2B进一步显示了熏鸡腿贮藏期间细菌群落与理化性质之间的相关性（|r| > 0.80，P < 0.05）。pH值与3 种假单胞菌（P. putida、P. fragi和P. poae）呈正相关，这可能与假单胞菌的增长有关。假单胞菌会分解蛋白产生碱性物质。S. proteamaculans与TBARS值和b*值呈正相关，说明S. proteamaculans可能促进脂质氧化。

图2基于理化特性的主成分分析及细菌多样性与理化特性的相关性分析

挥发性有机化合物分析

熏鸡腿共检测出65 种挥发性有机化合物（VOCs），包括16 种醇、3 种酸、6 种酯、12 种醛、10 种酮、6 种呋喃、2 种酚、8 种烷烃和2 种其他化合物。在16 种醇中，1-辛烯-3-醇含量最高，并在贮藏过程中逐渐增加，在第25天达到最大值（231.14 μg/kg）。此外，1-戊醇、乙醇、3-甲基-1-丁醇、2,3-丁二醇、3-呋喃乙醇和1-己醇均成增长趋势。它们大多与腐败气味有关，经常在变质的肉制品中被发现。它们一般由碳水化合物代谢、脂质氧化和氨基酸脱羧脱氢形成。熏鸡腿中共检出3 种酸，分别为4-羟基苯膦酸、丁酸和乙酸。醛类化合物是烟熏肉制品中主要的挥发性有机化合物，具有一定的防腐和抗氧化作用。熏鸡腿中的己醛、壬醛、庚醛、癸醛和辛醛主要来源于烟熏过程中的美拉德反应，部分来源于不饱和脂肪酸的氧化裂解。它们可以赋予产品一种独特的烟熏味，在熏鸡腿的整体气味中起着重要的作用。此外，还检测到5-甲基糠醛，主要来源于烟熏过程中蔗糖的热解。值得注意的是，3-呋喃醛是熏鸡腿中含量最高的醛类，在贮藏结束时含量显著下降。此外，3-呋喃醛是美拉德反应早期的风味活性中间体，也是其他杂环化合物的前体，在第25天的减少可能是用来合成了其他物质。丙酮（32.21 μg/kg）、苯乙酮（25.83 μg/kg）、伞柳酮（31.05 μg/kg）和2-甲基-3-呋喃丙酮（52.89 μg/kg）在第20天含量较高，这可能与假单胞菌、肉杆菌和肠杆菌科的生长繁殖有关。除上述化合物外，在熏鸡腿中还鉴定出二硫化碳、顺式茴香醇和8 种烷烃。带有腐臭萝卜味的二硫化碳通常与假单胞菌的代谢有关。

VOCs与细菌群落的相关性分析

将65 种VOCs与相对丰度排名前30位的菌株进行Spearman相关性分析。如图3所示，26 个核心优势菌与VOCs呈强相关性（|r| > 0.80，P < 0.05）。结果显示，26 个核心优势菌与VOCs之间存在185 个强相关，其中78 个正相关，107 个负相关。腐败相关的标志性VOCs与SSOs的代谢有关，如碳水化合物代谢、脂质氧化和氨基酸的氧化分解。因此，这些腐败相关的VOCs是预测SSOs的基础。在所有核心优势菌中，有11 种VOCs与P. alimentarius呈极显著正相关，其中包括7 种与腐败相关的VOCs。S. proteamaculans与9 种VOCs呈极显著正相关，其中包括8 种腐败相关的VOCs。P. putide与8 种VOCs呈显著正相关，其中4 种与腐坏相关的VOCs。P. poae与6 种VOCs呈极显著正相关，其中包括3 种腐败相关的VOCs。其他菌种最多与2 种腐败相关的VOCs成正相关。

图3细菌多样性与挥发性有机化合物的相关性分析

根据相关结果和SSOs的定义，对MAP熏鸡腿SSOs的预测依据如下标准：(i)与理化性质的恶化有较强的相关性（|r| > 0.80，P < 0.05）；（ii）与2 种以上腐败相关的VOCs有很强的正相关关系（|r| > 0.80，P < 0.05）。因此，S. proteamaculans，P. alimentarius，P. putide和P. poae被预测为在4 ℃下贮藏的MAP熏鸡腿中的SSOs。

Conclusion

在4 ℃条件下，MAP熏鸡腿的细菌多样性呈现先上升后下降的趋势，在第20天和第25天以S. proteamaculans和P. fragi为优势菌。与此同时，熏鸡腿的品质出现恶化，硬度降低，b*值和TBARS值升高。熏鸡腿的pH值在贮藏过程中缓慢上升，在贮藏结束时急剧下降。基于熏鸡腿细菌群落和品质特性（理化特性和VOCs）的相关性，S. proteamaculans，P. alimentarius，P. putide和P. poae被预测为MAP熏鸡腿中的SSOs。本研究将为腐败菌的靶向抑制，熏烤肉制品的质量和安全提升提供具体建议，并为肉制品中SSOs的预测提供参考。

通信作者简介

孔保华，二级教授, 国务院特殊津贴获得者。获黑龙江省"龙江学者"和"龙江科技英才"称号，为省级教学名师，省杰出青年基金获得者。任中国畜产品加工学会常务理事，中国农业机械学会农副产品分会副理事长，主要研究方向为肉品加工和蛋白质的功能特性。主持和参加的科研项目60余项，包括国家十二五科技支撑，国家836课题，国家自然科学基金，国家“十三五”和“十四五”重点研发，省重大项目，省重点基金等。获国家科技进步二等奖1项，黑龙江省科学技术一等奖3项、二等奖3项、三等奖3项，国家教育部高校科技进步二等奖1项，中国轻工业联合会科技进步一等奖，中国商业总会科技进步一等奖1项。为爱思唯尔高被引学者，科睿唯安“全球高被引科学家，2025.1入选食品科学与技术领域ScholarGPS全球前0.05%顶尖科学家榜单，斯坦福大学发布的全球前2%科学家，H-index为71。获中国肉品加工业“十大杰出科技人物”，获为中国食品产业产学研创新发展中做出突出贡献的“杰出科研人才奖”，获“中国肉类科技30年功勋奖-科技工作者奖”荣誉称号，获“中国肉类产业科技领军人物”称号。发表学术论文620余篇，其中发表SCI论文376 篇，EI论文105 篇, 28 篇SCI为ESI高引论文 (top 1%)。编写教材和专著25 部。获得授权专利60余项。指导博士研究生50人，硕士研究生148人。

Prediction of specific spoilage organisms in smoked chicken legs with modified atmosphere packaging at 4℃ using multivariate statistical analysis

Qiang Wanga, Yubo Zhaoa, Yumeng Suia, Qian Chena, Zhiming Donga, Qian Liua, Baohua Konga,*, Ligang Qinb,*

a College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China

b College of Animal Science and Technology, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China

*Corresponding authors.

Abstract

The present study monitored bacterial succession, physicochemical properties, and volatile organic compounds (VOCs) changes in smoked chicken legs with modified atmosphere packaging (MAP, 60% CO2 and 40% N2) during a 25-day storage period at 4 ℃. After 15 days of storage, Serratia proteamaculans and Pseudomonas fragi became the predominant bacteria. Furthermore, physicochemical properties changed significantly, as evidenced by an increase in thiobarbituric acid reactive substances and b* (yellowness) value, and a decrease in hardness. A total of 65 VOCs were identified during storage. Correlation between bacterial succession and quality indicators (including VOCs and physicochemical properties) allowed the identification of 26 core dominant bacteria, including S. proteamaculans, Psychrobacter alimentarius, Pseudomonas putida, and Pseudomonas poae, which were positively related to spoilage VOCs (e.g., 1-octen-3-ol, 1-pentanol, and 3-methyl-1-butanol) and could be defined as specific spoilage organisms (SSOs). The results of this study provide a systematic approach to predict SSOs in smoked chicken legs during storage, which can also provide a basis for product safety.

Reference:

WANG Q, ZHAO Y B, SUI Y M, et al. Prediction of specific spoilage organisms in smoked chicken legs with modified atmosphere packaging at 4℃ using multivariate statistical analysis[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(1): 9250020. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250020.

文章翻译由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意

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