FSHW | 对常见兼性厌氧菌的原位腐败能力的评估以及对真空包装羊肉中挥发性腐败标志物的确认

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Introduction

羊肉营养丰富、风味独特，在人类饮食中占据重要地位。然而，在屠宰、运输、贮藏等过程中，羊肉易受外界微生物的污染，发生腐败变质。在腐败过程中，羊肉中蛋白质和脂肪在降解过程中会产生多种挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOCs），其中，某些VOCs具备作为腐败标志物的潜力。

微生物的活动与代谢是导致生鲜肉腐败变质的主要原因。真空包装生鲜肉中的一些优势腐败菌通常为兼性厌氧菌，包括常见的乳酸菌（如乳杆菌属、乳球菌属、肉食杆菌属和明串珠菌属）、肠杆菌科细菌（如沙雷氏菌属和哈夫尼菌属）以及其他细菌（如梭菌属）等。本团队前期研究从真空包装冷藏羊肉的腐败期分离出了大量的清酒乳杆菌、变形斑沙雷氏菌和变形哈夫尼菌。有研究将清酒乳杆菌用作生物保护剂，以抑制生鲜肉中其他腐败菌的生长。这种清酒乳杆菌作为腐败菌与生物保护剂之间的矛盾，可能是由特定菌株的特性不同所致。因此，有必要探究清酒乳杆菌在生鲜肉中的腐败能力。有研究表明，液化沙雷氏菌、变形斑沙雷氏菌和蜂房哈夫尼菌等菌种具有较高的致腐能力，如能产生腐胺和异味、消耗氨基酸等，但针对变形斑沙雷氏菌和变形哈夫尼菌在真空包装冷藏羊肉中的蛋白质和脂质降解能力，尤其是所产生的挥发性代谢产物方面，目前仍不清楚。综上所述，清酒乳杆菌、变形斑沙雷氏菌和变形哈夫尼菌在腐败过程中起着关键作用，因此有必要探究它们在真空包装冷藏羊肉中的原位腐败能力。

中国农业科学院农产品加工研究所文向圆博士、侯成立研究员等以真空包装冷藏羊肉为研究对象，探究了清酒乳杆菌、变形斑沙雷氏菌和变形哈夫尼菌的生长能力及蛋白质和脂质降解能力，并筛选出了每种菌株产生的关键挥发性代谢物。最后，通过与本团队前期研究对比，确定了真空包装冷藏羊肉的挥发性腐败标志物，以期为真空包装冷藏羊肉的质量控制和腐败程度的快速检测提供有用的信息。

Results and Discussion

总活菌数（TVC）和pH值变化

作为真空包装冷藏肉中的常见腐败菌，清酒乳杆菌、变形斑沙雷氏菌和变形哈夫尼菌的接种组TVC均从6 （lg（CFU/g））左右显著增至8 （lg（CFU/g））左右，组间无显著差异，表明三者生长能力相近，均能适应4 °C真空包装环境（图1A）。图1B显示，L组和VM组pH值显著下降，这与乳酸菌产乳酸导致肉pH值下降有关。综上，三种菌在4 °C真空包装冷藏羊肉中生长良好，清酒乳杆菌可显著降低羊肉的pH值，而共培养对三株菌的生长无促进或抑制作用。

图1不同处理组在贮藏过程中TVC（A）和pH值（B）的变化

蛋白质降解

研究显示，三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）可溶性肽和挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）可反映蛋白质降解情况。随贮藏时间延长，各组相关指标略增，最后一天L组和VM组的TVB-N略高，表明清酒乳杆菌对TVB-N增加的促进作用强于变形斑沙雷氏菌和变形哈夫尼菌。

电泳结果表明，清酒乳杆菌对真空包装冷藏羊肉的肌浆蛋白和肌原纤维蛋白降解作用显著，而另两种菌作用极小。游离氨基酸方面，4个接种组总含量显著低于无菌组，且单接种与混合接种组无差异，说明三种菌的蛋白质降解能力相当，共培养无促进或抑制作用。

总体而言，共培养对三种菌的蛋白质降解能力无显著影响，清酒乳杆菌对真空包装冷藏羊肉蛋白质的降解作用强于另外两株菌。

图2不同处理组在贮藏期间的蛋白质降解情况

脂质降解

游离脂肪酸的动态变化可作为评估脂质降解的重要指标。结果显示，L组（清酒乳杆菌接种组）和SE组（变形斑沙雷氏菌接种组）总游离脂肪酸含量显著更高，表明二者能显著降解脂质生成游离脂肪酸。变形斑沙雷氏菌在促进棕榈酸（C16:0）和顺式-10-十七碳烯酸（C17:1）等游离脂肪酸生成上表现突出，优于变形哈夫尼菌；清酒乳杆菌除己酸外，能促进大多数游离脂肪酸生成，脂解能力更优。共培养对三种菌的脂解能力无促进或抑制作用。

综上，在真空包装羊肉脂质降解中，清酒乳杆菌脂解活性最强，其次是变形斑沙雷氏菌，变形哈夫尼菌作用较小。

图3不同处理组的游离脂肪酸含量变化

关键挥发性代谢物和腐败标志物

本研究对比了清酒乳杆菌、变形斑沙雷氏菌和变形哈夫尼亚菌对真空包装冷藏羊肉VOCs的影响。通过建立正交偏最小二乘判别分析模型以及接种组与无菌组之间的VOCs差异分析（图4），在排除肉源背景干扰下，筛选了三株菌产生的关键挥发性代谢物，其中清酒乳杆菌产生的关键挥发性物质为1-己醇、乙酸和己酸；变形斑沙雷氏菌的关键挥发性物质为1-己醇和乙偶姻；变形哈夫尼亚菌的关键挥发性物质为1-己醇、乙酸和乙偶姻。此外，通过与前期研究中的自然腐败真空包装羊肉相互比对（图5），确证1-己醇、己酸和乙偶姻可作为真空包装冷藏羊肉的挥发性腐败标志物，其通用性在多种肉类及包装类型中得到验证。

图4不同处理组在贮藏过程中VOCs的变化

图5挥发性腐败标志物的确证和相关性分析

Conclusion

清酒乳杆菌、变形斑沙雷氏菌和变形哈夫尼亚菌在4 °C真空包装羊肉中均表现出优异的生长能力。TVB-N和电泳结果表明，清酒乳杆菌的蛋白质降解能力优于变形斑沙雷氏菌和变形哈夫尼亚菌。从游离脂肪酸的结果来看，这三种菌的脂质降解能力由强到弱依次为清酒乳杆菌、变形斑沙雷氏菌、变形哈夫尼亚菌。清酒乳杆菌产生的关键挥发性物质为1-己醇、乙酸和己酸；变形斑沙雷氏菌的关键挥发性物质为1-己醇和乙偶姻；变形哈夫尼亚菌的关键挥发性物质为1-己醇、乙酸和乙偶姻。其中，1-己醇、己酸和乙酰乙酸可作为真空包装冷藏羊肉的腐败标志物。

第一作者

文向圆，女，农学博士，现为石河子大学食品学院讲师，主要研究方向为生鲜肉冷链物流防腐保鲜；食品营养与健康。目前主持校级科研项目1项，参与国家自然科学基金重点项目、山东省重点研发专项等多项科研项目，在国内外期刊公开发表学术论文10余篇，其中SCI收录11篇，第一或共一作者论文7篇。

通信作者

侯成立，男，中国农业科学院农产品加工研究所研究员，博士生导师，从事生鲜肉智能仓储物流保鲜研究。主要研究方向：（1）生鲜肉专用包装材料和新型包装技术。研究生鲜肉-活性物质-腐败菌互作的多因子耦合保质保鲜机制，研发高阻隔纳米保鲜、抗菌/抗氧化、新鲜度指示包装材料，研创精准控释活性包装和智能包装技术，构建满足不同应用场景的生鲜肉包装保鲜技术方案。（2）新型冷却与物理场辅助保鲜技术。研究低温、物理场等对生鲜肉品质、微生物群落结构、优势腐败菌代谢活动的影响，揭示生鲜肉精准减损保鲜机理，研发超快速冷却、电/磁场辅助保鲜技术装备，开发高品质冷鲜肉、冰鲜肉等新产品。（3）数字冷链物流。利用大数据、物联网、云计算等先进技术，研发生鲜肉冷链物流全程精准控制、品质智能化监测等技术，实现物流保鲜数字化。主持国家自然科学基金项目2项、国家重点研发计划青年科学家项目1项、课题1项，以第一或通讯作者在Food Hydrocolloids、Food Chemistry、Meat Science等期刊发表学术论文50篇，参编中英文专著2部，授权发明专利26件，制定国家和行业标准10项；研究成果在10余家企业转化应用。获中国农学会青年科技奖、中华农业科技奖优秀创新团队奖（排名第三）、中国商业联合会科学技术奖特等奖（排名第四）等省部级以上奖励4项；入选农业农村部、中国农业科学院有关人才计划，获首届全国乡村振兴青年先锋、中国农业科学院建院65周年“卓越奉献奖”称号。

Evaluation of in situ spoilage ability of common facultative anaerobic bacteria and confirmation of volatile spoilage markers in vacuum-packaged lamb

Xiangyuan Wena, Dequan Zhanga, Su Wanga, Zhiyuan Xiaoa, Xin Lia, Debao Wanga,b, Wei Yangc, Chengjun Mind, Chengli Houa,b,*

a Key Laboratory of Agro-products Quality and Safety Control in Storage and Transport Process, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China

b Institute of Agricultural Product Processing and Nutritional Health, Chinese Academy of Agricultural Sciences (Cangzhou), Cangzhou 061019, China

c Sunrise Material Co., Ltd., Jiangyin 214411, China

d Beijing Ershang Meat Food Group Co., Ltd., Beijing 101117, China

*Corresponding author.

Abstract

Microbial growth causes lamb spoilage. This study explored the spoilage ability of Latilactobacillus sakei, Serratia proteamaculans and Hafnia proteus in vacuum-packed raw lamb, including growth ability, degradation of protein and lipid, and change of volatile organic compounds (VOCs) profile, meanwhile screened the key VOCs produced by the targeted strains with meat background excluding, finally confirmed the volatile spoilage marker of vacuum-packaged lamb by comparing with our previous work. The results showed that L. sakei, S. proteamaculans and H. proteus had excellent growth ability. L. sakei inoculated group significantly reduced the pH value, showed higher trichloroacetic acid-soluble peptides content, and excellently degraded sarcoplasmic and myofibrillar proteins. About free amino acids, L. sakei significantly degraded serine, arginine and aspartic acid, while S. proteamaculans and H. proteus significantly degraded serine and lysine. In addition, L. sakei had the strongest effect on promoting free fatty acid production, followed by S. proteamaculans and finally H. proteus. Evaluating from various indicators, the co-culture of the three strains did not have any effect. The key volatiles produced by L. sakei were 1-hexanol, acetic acid and hexanoic acid, S. proteamaculans produced 1-hexanol and acetoin, and H. proteus produced 1-hexanol, acetic acid and acetoin. In the end, 1-hexanol, hexanoic acid and acetoin were proven to be spoilage markers for vacuum-packaged and chilled lamb. This study can provide fundamental information for inhibiting and rapid identification of spoilage in vacuum-packaged lamb.

Reference:

WEN X Y, ZHANG D Q, WANG S, et al. Evaluation of in situ spoilage ability of common facultative anaerobic bacteria and confirmation of volatile spoilage markers in vacuum-packaged lamb[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(8): 9250199. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250199.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片：摄图网

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