大连工业大学食品学院林心萍副教授等:产脂肪酶菌株的筛选、酶学特性及其接种对酸肉风味物质的影响

2023-08-04作者:来源:责任编辑:食品界 字体A+AA-

发酵肉制品的独特风味主要是由于原料中微生物群的作用,主要包括乳酸菌、葡萄球菌和酵母菌等,这些菌株可被开发成发酵剂,从而在促进发酵肉制品的风味、营养、理化品质形成方面发挥重要作用。中国传统酸肉是一种流行与西南地区的发酵肉制品,它是由猪肉、米粉、调料混合后经密封发酵而成。关于酸肉的研究报道,主要集中在分离和应用细菌素菌株、微生物群落结构分析、发酵工艺对酸肉品质的考察、风味物质分析等方面。

因此,为了开发适用于酸肉发酵的发酵剂,促进酸肉中风味物质的形成,大连工业大学食品学院蒋翠翠、尚昊、林心萍*等以产脂肪酶菌株为研究出发点,筛选获得高产脂肪酶的菌株,结合菌株脂肪酶学性质和生长特性表征,探索发酵剂在酸肉发酵的应用。通过该研究,希望能够为今后发酵肉制品风味的改良提供菌株和理论,为中华传统发酵肉的工业化提供潜在发酵剂。

结果与分析

1、产脂肪酶菌株的初筛
采用4 种不同检测底物的琼脂平板测定菌株胞外脂肪酶活性:三丁酸甘油酯、吐温-80、罗丹明B-橄榄油和溴甲酚紫-橄榄油。在平板中菌落周围出现水解圈,荧光圈和白色沉淀圈(图1)表明具有胞外脂肪酶活性,脂肪酶分解三丁酸甘油酯产生透明水解圈,分解吐温-80,其产物能与Ca2+结合,在菌落周围形成白色沉淀圈。脂肪酶能水解橄榄油产生脂肪酸,而脂肪酸与Rhodamine-B的阳离子发生反应,在平板上产生橙色荧光物质,与溴甲酚紫反应在菌落周围产生黄色水解圈。


共筛选到6 株产脂肪酶菌株,具体结果见表3。S. epidermidis N30、Y. lipolytica C11、Y. lipolytica C12、C. utilis G48、P. farinosa G92和C. tropicalis A2在三丁酸甘油酯平板中检测到胞外脂肪酶活性,其中S. epidermidis N30、Y. lipolytica C11、Y. lipolytica C12在4 种检测平板中均检测到脂肪酶活性。因此S. epidermidis N30、Y. lipolytica C11、Y. lipolytica C12、C. utilis G48、P. farinosa G92和C. tropicalis A2被用来进行酶活力定量分析。

2、菌株脂肪酶活性分析


如图2所示,酶活力大小分别为S. epidermidis N30>Y. lipolytica C11>Y. lipolytica C12>C. utilis G48>P. farinosa G92>C. tropicalis A2(P<0.05),酶活力在0.56~1.07 U/mL。其中酶活力相对较高的2 株菌为S. epidermidis N30(1.07 U/mL)和Y. lipolytica C11(0.84 U/mL)。从冷冻海鱼样品中分离出S. epidermidis脂肪酶活力为1.00 U/mL,而本实验S. epidermidis N30酶活力是其1.1 倍。此外,报道Y. lipolytica NRRL Y-323脂肪酶活力为0.12 U/mL,而本实验Y. lipolytica C11酶活力是其7.0 倍。因此菌株S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11可作为后续研究的优势产酶菌。

3、脂肪酶酶学性质

由图3A可知,S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11所产胞外酶的最适反应温度为50 ℃。随着温度的升高,两菌酶活力均逐渐下降。

如图3C所示,实验结果表明,S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11所产脂肪酶在体积分数2%、4%、6%和8%的乙醇溶液中仍具有一定酶活力,其相对酶活力均大于40%。在12%乙醇溶液中,S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11基本没有酶活力,其相对酶活力分别为15.88%和1.49%。S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11胞外酶的最适pH值为8(图3B),随着pH值升高,酶活力逐渐降低,当pH 9时,S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11相对酶活力为36.33%和25.81%,说明S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11所产脂肪酶属于弱碱性脂肪酶。

S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11所产脂肪酶对C4~C16 p-NP酯的特异性如图3D所示,S. epidermidis N30所产胞外酶对短链酯(C4)的水解活性最高(100%),其次是棕榈酸酯(C16,25.50%)。说明菌株S. epidermidis N30所产胞外酶的最适底物是C4酯。Y. lipolytica C11所产脂肪酶对中短链酯水解性较好,特异性最高的是辛酸酯(C8,100%),其次是C4酯(53.83%)。因此Y. lipolytica C11所产脂肪酶的最适底物是C8酯。

4、产脂肪酶菌株的生长特性


如图4A所示,S. epidermidis N30在0~4 h内,处于延滞期,其OD600 nm值变化不大。培养5~15 h时,进入对数期,OD600 nm值显著上升。培养16 h时,进入稳定期。而Y. lipolytica C11在0~14 h迟缓期,16~22 h为指数期,培养24 h后,进入稳定期。说明S. epidermidis N30生长较Y. lipolytica C11迅速。
如图4B所示,培养24 h后,S. epidermidis N30的pH值由7.0下降到6.48,pH值略微下降,说明S. epidermidis N30产酸的能力较弱。Y. lipolytica C11的pH值由6.5下降到5.31。说明Y. lipolytica C11的产酸能力比S. epidermidis N30强,可以更快降低肉制品的pH值。
图4C中,S. epidermidis N30在pH 4.0的环境下几乎不生长,pH值为5.0~8.0时,生长能力迅速增强,OD600 nm值均达到1.0左右,说明S. epidermidis N30的最适生长pH值为5.0~8.0。而Y. lipolytica C11在pH 4.0的环境下,其OD600 nm值在1.0左右。pH 5.0~7.0时,其OD600 nm值均达到1.2以上,当pH 8.0时,生长能力下降。因此两菌在肉制品发酵过程中,pH值下降到5时,均能正常生长。
如图4D所示,S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11在NaCl质量浓度为0~6 g/100 mL时,其生长能力较强,随着NaCl质量浓度的升高,其生长能力受到了一定程度的抑制。S. epidermidis N30在NaCl质量浓度为9 g/100 mL和12 g/100 mL时,其OD600 nm值达到0.8以上。Y. lipolytica C11在NaCl质量浓度9 g/100 mL时,其OD600 nm值为0.4,在NaCl质量浓度12 g/100 mL时,几乎不生长。说明S. epidermidis N30的耐盐能力大于Y. lipolytica C11。

5、酸肉感官评价


如图5所示,3 组样品在组织形态方面不存在显著差异,但是接菌组的色泽、气味、滋味和总体可接受度均显著高于对照组。因此S. epidermidi N30和Y. lipolytica C11的添加有助于酸肉良好发酵香味的形成。

6、酸肉中挥发性风味物质分析


由表4可知,发酵28 d,3 组样品共检测出50 种挥发性化合物,包括酯类23 种、醛类15 种、醇类2 种和其他物质10 种。C组样品中检测到20 种挥发性化合物,而N30和C11样品组中分别检测到41 种和33 种。说明接菌发酵可以促进酸肉挥发性化合物种类增多,从而使其发酵风味更加丰富。此外,C样品中的挥发性风味物质总量为1 267.22 µg/100 g,N30和C11组的挥发性风味物质总量分别为3 340.68 µg/100 g和2 433.51 µg/100 g,显著高于对照组,说明添加N30和C11菌株进行发酵会促进酸肉中挥发性物质的总含量。N30和C11中酯类和醛类物质含量分别为1 581.97 μg/100 g和1 478.44 μg/100 g,1 263.97 μg/100 g和615.90 μg/100 g,显著高于C组中酯类和醛类物质的含量(分别为720.31 μg/100 g和329.88 μg/100 g),说明接菌发酵可以促进酸肉中酯类和醛类物质的生成。N30和C11样品中的挥发性醇类物质总含量为156.63 μg/100 g和88.16 μg/100 g,是C组(19.55 μg/100 g)的8.0 倍和4.5 倍,说明添加产脂肪酶高活性的N30和C11菌株进行酸肉发酵对其醇类物质的积累有显著影响。发酵结束后,N30组中丁酸乙酯(30.24 µg/100 g)含量显著高于对照组(0 µg/100 g)和C11组(8.79 µg/100 g),这与N30最适反应底物是碳链长度为4的对硝基苯酚丁酸酯的酶学性质一致(图3D)。同理,C11组中辛酸乙酯含量为435.29 µg/100 g,为N30(354.88 µg/100 g)的1.2 倍、C组(246.99 µg/100 g)的1.8 倍。这也表明,添加C11后,显著提升了酯含量,且C11菌株最适底物是碳链长度为8的对硝基苯酚辛酸酯的偏好性与酶学测定结果一致(图3D)。

7、酸肉中关键气味活性物质分析



由表5可知,样品中OAV>1的物质共有15 种。与对照组相比,N30组和C11组中己酸乙酯(3 902.63,1 977.10)、辛酸乙酯(709.76,870.58)和癸酸乙酯(9 46.34,1 112.57)的OAV分别提高了3.4 倍和1.7 倍、1.4 倍和1.8 倍及2.7 倍和3.1 倍。此外,N30和C11组中还增加了丁酸乙酯(336.00,97.67)和庚酸乙酯(98.47,195.95)。说明添加S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11发酵酸肉,可以增加酸肉中果香、花香和酒香的香气。
在酸肉的其他气味活性物质中,3 组样品均以壬醛为主要气味活性物质,其次是1-辛烯-3-醇,且N30组(127 946.77,67 186.93)和C11(69 021.34,32 651.39)中壬醛和1-辛烯-3-醇的OAV均显著大于C组(45 528.02,7 240.42)(P<0.05)。1-辛烯-3-醇常见于水产品中,是亚油酸的氧化产物之一,会赋予食物类似于蘑菇和果香的气味,其阈值较低,对于风味的贡献较大。此外,油酸衍生的壬醛具有令人愉悦的脂香。以上结果说明,添加S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11进行发酵可能会促进酸肉关键气味活性物质的产生,提升酸肉中果香、花香、酒香、蘑菇和脂香等香气。

结 论

采用4 种筛选平板从食品源菌株中筛选出6 株产脂肪酶菌株,通过p-NP法测定脂肪酶活力,其中2 株菌的酶活力较高,分别为S. epidermidis N30(1.07 U/mL)和Y. lipolytica C11(0.84 U/mL)。S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11产生的胞外酶最适反应温度为50 ℃,最适pH值为8,最适底物分别为C4酯和C8酯。分别添加S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11对酸肉进行发酵,酸肉中挥发性风味物质的含量显著高于对照组,尤其是酯类物质中的己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、壬醛以及1-辛烯-3-醇。这些物质赋予了酸肉果香、花香、酒香、蘑菇和脂香等香气。总之,产脂肪酶菌株N30和C11的添加,显著改善了产品的色泽、风味、滋味和总体可接受度,使酸肉具有良好的发酵风味。因此S. epidermidis N30和Y. lipolytica C11可以作为生产酸肉的发酵剂。

本文《产脂肪酶菌株的筛选、酶学特性及其接种对酸肉风味物质的影响》来源于《食品科学》2023年44卷10期106-113页.作者:蒋翠翠,尚昊,张素芳,梁会朋,纪超凡,陈映羲,林心萍. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220427-360.