在发酵后阶段施加复合物理场刺激，以增强发酵肝酱的挥发性成分特征并抑制异味

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Combined physical fields stimuli applied during post-fermentation stage to enhance volatilome features and inhibit off-flavor of fermented liver paste

物理场辅助发酵改善羊肝风味的研究表明，超声-脉冲电场协同处理显著提升目标菌株的ALDH、ADH及蛋白酶活性，降低 Trimethylamine（73.10%）、Dimethylamine（42.66%）、Histamine（77.96%）等异味物质，同时促进2-甲基丙醛等醛类转化为甲基乙酸等芳香酯类，提升产品感官品质。

　　

徐静琳|李新泽|周长宇|王丽斌|Anderson S. Sant'Ana|潘道东|曹金轩|张浩|夏强

宁波大学食品科学与工程学院，中国宁波315211

摘要

尽管近年来物理场辅助发酵的优势已经得到揭示，但关于发酵后应用物理场处理对微生物代谢调节和发酵特性影响的信息仍然有限。本研究选用了经过筛选的Rhodotorula mucilaginosa和Lactobacillus plantarum菌株（这些菌株具有较高的脱氢酶和总蛋白酶活性），用于羊肉肝酱的发酵，并分别采用超声波（US）、脉冲电场（PEF）及其联合处理（US-PEF）进行发酵后处理。结果表明，US-PEF处理显著提高了醛脱氢酶（ALDH）、醇脱氢酶（ADH）以及细胞内和细胞外蛋白酶的活性，且菌株间的相互作用进一步增强了这种效果。异味化合物的降解率显著提高，其中三甲胺（TMA）、二甲胺（DMA）和组胺（HA）的降解率分别达到了73.10%、42.66%和77.96%。顶空挥发性成分分析显示，US-PEF辅助的发酵后处理显著降低了羊肉肝中2-甲基丙醛、2-甲基丁醛和3-甲基丁醛等异味的醛类物质含量，同时促进了乙酸甲酯和丁内酯等香气酯类的生成，从而显著改善了羊肉肝的风味特性。在发酵后处理过程中，物理场刺激产生了空化效应和机电耦合效应，激活了微生物的代谢活性，增强了酶的表达，促进了挥发性化合物的转化，并将异味醛类和酮类转化为酸类和酯类。本研究为提高发酵产品的风味特性提供了新的技术手段，尤其适用于含有异味的畜禽副产品。

引言

羊肉具有高蛋白、低脂肪和低胆固醇的特点，是中国最重要的畜产品之一，拥有庞大的消费群体（Ding等人，2024年）。随着羊肉消费量的增加，其副产品的产量也在不断增加。羊肉肝作为肉羊的主要副产品，富含蛋白质、维生素和矿物质，是优质动物蛋白的重要来源（Liu等人，2022年）。羊肉肝中的微量元素（如铁和铜）以及必需脂肪酸（如γ-亚麻酸）含量高于猪肝和鸡肝（Bah等人，2015年）。然而，羊肉肝具有强烈的异味，这严重影响了其加工性能，导致羊肉肝资源的开发和深度加工受到限制。大多数羊肉肝直接被丢弃或用于堆肥、沼气生产等低价值用途，造成了资源浪费（Martínez-Alvarez等人，2015年）。

羊肉肝的异味主要与多种挥发性化合物有关，包括三甲胺（TMA）、二甲胺（DMA）、组胺（HA）、醛类、烯醛类和其他有机挥发性化合物（Liu等人，2024年）。生物脱臭依赖于微生物的代谢活性，通过酶促反应降解异味化合物或将其转化为风味物质来掩盖不良气味（Sun等人，2024年）。醛脱氢酶（ALDH）和醇脱氢酶（ADH）因能够将肝脏产品中的醛类化合物转化为醇类和羧酸而受到特别关注（Fischer等人，2022年；Sun等人，2025年；Xu等人，2026年）。相比之下，传统的物理和化学脱臭方法往往会影响食品质量或留下化学残留物（Tan等人，2025年；Xiang等人，2023年）。例如，壳聚糖可以通过聚电解质效应与异味化合物结合形成絮状沉淀物，从而去除异味。然而，这种方法可能导致营养成分和某些特征风味的损失（Liang等人，2020年）。虽然生物发酵在脱臭方面具有高效、温和、安全且环保等优点，但在实际应用中仍存在局限性。在有效转化目标异味化合物方面，单一的生物脱臭方法往往缺乏特异性，难以选择性去除特定的异味物质（Wei等人，2024年）。此外，微生物代谢可能会产生副产物或新的风味化合物，改变产品的原始风味谱（Zhang等人，2023年）。因此，迫切需要一种高度特异性和高效的化合物生物脱臭方法，能够在最大程度上精确去除目标异味化合物，同时保留产品的风味和整体感官品质。

近年来，非热物理场技术因高效、安全和环保而在食品发酵领域受到广泛关注，具有巨大的应用和发展潜力（Cheng等人，2025年；Lou等人，2024年）。其中，超声波（US）通过空化和微流效应增强细胞膜通透性，加速底物运输和酶促反应，从而提高微生物代谢效率和酶活性，促进异味前体的降解和目标风味化合物的积累（Al Daccache等人，2020年；Yuan等人，2021年）。然而，单独使用US在发酵脱臭过程中仍面临挑战。一方面，US的作用受到介质密度、粘度和体积等因素的影响，导致样品内部能量分布不均（Noparast等人，2022年），这使得难以有效改变细胞膜结构或完全激活细胞内酶系统，限制了脱臭效率的进一步提高。Zhao等人（2024年）发现，250 W的US预处理40分钟后与酵母和乳酸菌共发酵，并未显著降低干腌鸭肉中的庚醛和癸醛等异味化合物。另一方面，长时间的US处理会产生强烈的机械剪切力，导致局部过热等负面效应，可能损害微生物代谢，使酶失活甚至导致细胞死亡，从而影响发酵过程和产品质量（Bolívar-Jacobo等人，2023年）。脉冲电场（PEF）处理可诱导细胞膜的可逆电穿孔，显著提高底物和代谢物的传输速率，加速质量交换（Demir等人，2023年）。PEF还具有良好的空间穿透性和可控性（Taha等人，2022年），有助于进一步均匀化US处理后的样品，并补偿深层组织或密集细胞系统中的能量分布不均问题。同时，优化不同物理场之间的协同作用可以有效缩短US处理时间，减少过热带来的不良影响，从而进一步改善发酵过程。在发酵后阶段应用联合物理场处理可以实现更精确和有针对性的脱臭控制，避免过度发酵导致的风味偏离和质量损失，从而提升最终产品的整体感官品质。

因此，本研究旨在探讨发酵后阶段联合物理场处理对羊肉肝中主要异味化合物（包括TMA、DMA、HA和醛类）生物降解的影响。通过测量ALDH、ADH、细胞内蛋白酶（INP）和细胞外蛋白酶（EXP）的活性，筛选出了具有强降解异味能力的酵母和乳酸菌菌株。在联合物理场处理前后，定量分析了羊肉肝中异味化合物的浓度。同时，利用GC–MS分析了联合物理场和生物发酵双重作用下羊肉肝风味成分的变化情况，研究了物理场应用方式与发酵后挥发性成分变化之间的关系，特别是它们与特征异味化合物的相关性，以制定减少异味和提升羊肉肝风味质量的策略。

材料与样品制备

羊肉肝样品购自中国宁波的一家当地商业屠宰场，并储存在-20°C下。YPD培养基、YPD琼脂、MRS培养基和MRS琼脂由海波生物科技有限公司（青岛，中国）提供。标准化合物TMA、DMA和HA由麦克莱恩生化有限公司（上海，中国）提供。本研究中使用的所有试剂和化学品均为分析级。使用的酵母菌株（Y1、Y2、Y3；Rhodotorula mucilaginosa）和乳酸菌株（L1；

发酵菌株的筛选与鉴定

通过测定ALDH和ADH的活性以及总蛋白酶活性（包括INP和EXP），筛选出具有降低异味和改善风味特性的酵母和乳酸菌菌株。最初选出了7株具有高酶活性的菌株，包括6株酵母菌株和1株乳酸菌株，这4种酶的活性如图1a–d所示。

结论

本研究探讨了在发酵后阶段引入联合物理场对羊肉肝中异味化合物代谢转化和挥发性风味组成的调控作用及机制。结果表明，基于目标酶活性筛选的R. mucilaginosa和L. plantarum共发酵系统显著降低了典型异味化合物（包括TMA、DMA和HA）的含量。

作者贡献声明

徐静琳：撰写——初稿，正式分析。李新泽：验证，软件操作，实验研究。周长宇：撰写——审稿与编辑，方法学设计，正式分析。王丽斌：验证，软件操作，资源准备。Anderson S. Sant'Ana：撰写——审稿与编辑，资金获取，概念构思。曹金轩：撰写——审稿与编辑，方法学设计，实验研究，正式分析。张浩：撰写——审稿与编辑，资金管理

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（32472362、32101862）、浙江省自然科学基金（LY24C200001）、宁波市公益研究计划项目（2023S075）、中国农业科学院和农业农村部农业研究系统（CARS-42-25）、CARS-38专项基金、浙江省属高校基本科研经费（SJLY2024001）以及食品风味与健康交叉创新开放项目的财政支持。