Lactiplantibacillus plantarum和Staphylococcus simulans的发酵作用对肌原纤维蛋白-葡萄糖反应体系中梅拉德反应及风味特性的影响

《Food Chemistry》：Effects of Lactiplantibacillus plantarum and Staphylococcus simulans fermentation on Maillard reaction and flavor characteristics in a myofibrillar protein-glucose reaction system

发酵香肠热加工中植物乳杆菌与凝固芽孢杆菌对美拉德反应及风味特性的影响。通过肌原纤维蛋白-葡萄糖模型系统，研究发现LP和LS组游离氨基酸及肉香关键物质（如2-甲基-3-呋喃硫醇）含量显著高于SS组，且LS组鲜味强度最佳，表明植物乳杆菌在优化美拉德反应和风味形成中起关键作用。

　　

邵学飞|王胡胡|宋向宇|龚雪|蔡琳琳|徐兴莲

国家肉类质量控制与培养肉开发重点实验室；江苏省肉类生产加工、质量与安全控制协同创新中心；食品科学与技术学院；南京农业大学，南京210095，中国

摘要

美拉德反应是发酵香肠热加工过程中风味形成的关键途径之一。本研究使用了一种模拟发酵香肠的肌纤维蛋白-葡萄糖模型系统，来探究Lactiplantibacillus plantarum（LP）、Staphylococcus simulans（SS）及其共培养物（LS）对美拉德反应和风味特性的影响。由于L. plantarum具有更强的蛋白分解和碳水化合物代谢能力，LP和LS组的游离氨基酸水平较高（LP：107.61?mg/L；LS：120.69?mg/L），尤其是风味活性氨基酸如谷氨酸（LP：24.86?mg/L；LS：28.31?mg/L）和丙氨酸（LP：12.52?mg/L；LS：16.10?mg/L），而葡萄糖含量较低（LP：25.44?mg/mL；LS：23.83?mg/mL），相比SS组更为显著。加热后，LP组的褐变强度增加了54.58%，LP组（19.98%）和LS组（17.31%）的葡萄糖消耗率也高于未接种组（5.35%）和SS组（9.22%）。挥发性化合物分析显示，LP组和LS组中含有更多的吡嗪和噻唑类化合物，其中LP组的2-甲基-3-呋喃硫醇（一种肉香标志物）含量更高。电子舌检测表明，加热后LS组的鲜味强度最高。结果表明，L. plantarum是优化发酵香肠热加工过程中美拉德反应和风味质量的关键菌株。

引言

发酵香肠作为一种典型的传统发酵肉制品，因其独特的风味和质地特征而受到消费者的广泛欢迎。中国消费者与西欧消费者在发酵香肠的消费习惯上存在显著差异。与通常直接食用发酵香肠的西欧消费者不同，中国消费者更喜欢加热后的产品，而蒸制是因其能够最佳地保持产品质量和风味稳定性而首选的热处理方法（Yang, Zhang, Jiang, Lu, & Lin, 2023）。

从成分角度来看，发酵香肠配方通常含有超过70%的瘦猪肉（Hu et al., 2019; Xiao, Li, Zhou, Ma, & Chen, 2018），这不仅提供了高蛋白质的营养价值，还通过蛋白质降解产生了丰富的肽和游离氨基酸（FAAs）（Chen, Liu, Wu, Ge, & Yu, 2024; Xiao, Liu, Chen, Xie, & Li, 2020）。同时，在加工过程中添加还原糖（如葡萄糖）为美拉德反应提供了足够的羰基底物（Hu et al., 2022）。在热刺激下，氨基酸化合物与还原糖之间的羰基-胺反应生成了包括吡嗪和呋喃在内的关键风味化合物（Chen et al., 2023; Xiao, Woo, Hu, Xiong, & Zhao, 2021）。因此，美拉德反应可能是发酵香肠蒸制过程中风味化合物形成的关键途径。

值得注意的是，美拉德反应对温度、前体浓度、pH值、水分活度和金属离子含量等多种因素敏感（Lee, Kim, Kim, Park, & Jo, 2024; Sun et al., 2022; Zhang et al., 2018）。目前，接种发酵剂是确保发酵香肠质量和安全性的有效策略。特别是在香肠的发酵和成熟过程中，发酵菌株可以通过代谢活动调节关键的美拉德反应前体化合物（如氨基酸和葡萄糖）的含量，同时改变香肠的pH值和水分活性等关键指标（Hu et al., 2022; Xiao et al., 2020）。这可能会影响后续蒸制过程中美拉德反应途径的进展，最终影响产品的最终感官特性。以往关于美拉德反应的研究主要集中在改变物理条件、添加外源物质或丰富反应前体方面（de Sousa Fontes, de Sousa Galv?o, Moreira de Carvalho, et al., 2024; Du et al., 2024; Sun et al., 2023; Zhang et al., 2024）。相比之下，探索微生物对肉制品中美拉德反应动态调节的研究仍然有限，这凸显了该领域的一个重要知识空白。

我们之前的研究发现，接种二元发酵剂（Lactiplantibacillus plantarum CQ 01107和Staphylococcus simulans CD 207）显著增加了蒸制香肠中特征性美拉德反应产物的含量，如2,5-二甲基吡嗪和呋喃酮（Shao et al., 2025）。然而，这两种菌株在二元发酵剂中的具体作用及其背后的机制尚不清楚。值得注意的是，尽管发酵香肠含有脂肪、香料和多样的微生物群落，但美拉德反应驱动的风味形成的核心化学过程在于蛋白质（提供氨基）与添加的还原糖（提供羰基）之间的相互作用。此外，蛋白质和还原糖分别是微生物活动所需的氮源和碳源，因此在支持细菌生长中起着重要作用。

在本研究中，建立了一个肌纤维蛋白-葡萄糖反应系统来模拟发酵香肠的基质，从而最小化了其他发酵香肠固有成分的干扰。L. plantarum和S. simulans》被单独或混合接种到该系统中。本研究重点探讨不同菌株对美拉德反应前体及反应产物风味特性的影响，旨在为发酵香肠热处理过程中风味形成的定向调控提供理论基础。

研究部分

发酵菌株的制备

L. plantarum CQ 01107和S. simulans CD 207菌株是从中国传统发酵香肠中分离得到的（Cao, Feng, Sun, Xu, & Zhou, 2019; Sun, Cao, Feng, Xu, & Zhou, 2019），保存在南京农业大学食品科学与技术学院。L. plantarum在DeMan-Rogosa-Sharp（MRS）培养基（青岛海博生物技术有限公司，中国）中繁殖，而S. simulans则在7.5% NaCl培养基（青岛海博生物技术有限公司，中国）中生长。

细菌计数

菌株的代谢活性与其生长状态密切相关。模拟系统中乳酸菌计数、葡萄球菌计数和总细菌计数的结果分别显示在图1A、B和C中。经过24小时的培养后，SS组、LP组和LS组的总细菌计数分别为8.77 log CFU/mL、9.26 log CFU/mL和9.31 log CFU/mL，显著高于CON组（4.72 log CFU/mL）（P?

讨论

发酵香肠中丰富的游离氨基酸和葡萄糖为美拉德反应提供了充足的底物，使其成为加热过程中风味形成的关键化学过程。发酵过程中微生物对关键化合物（如作为氮源的氨基酸和作为碳源的葡萄糖）的代谢可能影响美拉德反应的进展（Lassak, Aveta, Vougioukas, & Hellwig, 2023; Yu, Feng, Sun, Xu, & Zhou, 2020）。此外，发酵菌株还可能间接地

结论

本研究探讨了L. plantarum和S. simulans单独或混合发酵对肌纤维蛋白-葡萄糖模拟反应系统中美拉德反应产物和风味特性的影响。这些菌株在模拟系统中表现出强劲的生长能力，并伴随pH值的显著下降。LP组显著促进了黑色素的形成和荧光中间体的生成。前体分析显示其游离氨基酸水平较高，而葡萄糖含量较低

作者贡献声明

邵学飞：撰写——原始草稿、方法学、数据分析。王胡胡：资源获取、资金筹措。宋向宇：撰写——审稿与编辑、方法学。龚雪：撰写——审稿与编辑、资源管理。蔡琳琳：方法学。徐兴莲：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、资金筹措。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了江苏省高等教育机构重点学术计划发展（PAPD）的支持。