基于蛋白组学研究微生物发酵对肉制品蛋白质降解及风味形成机理

The hydrolysis of meat proteins is one of the main biochemical reactions involved in flavor development in fermented meat products. Currently, many studies have been paid more attention on flavor formation by microorganisms in fermented meat products. However, few mechanism investigations of flavor formation have been carried out. The objective of this study is to investigate the role of microbial fermentation on the proteolysis in meat products, and to discuss the flavor formation mechanism. Firstly, the main proteins involved in flavor formation are identified by proteomics, peptides related to taste are selected, and free amino acids catabolism and flavor formation pathway are analyzed. And also, enzyme activities of microorganisms are determined and bacterial proteome expression modes are illustrated for revealing the molecular mechanism of protein hydrolysis and flavor formation. The screened strains are applied in Harbin dry sausage, and the proteolysis, lipolysis and oxidation levels after fermentation are evaluated. Meanwhile, the relationship between these chemical changes and flavor formation is established. The study will provide the functional meat starter culture with flavor enhancing role, and also provide the theory basis and technological strategies for improving flavor characteristics of fermented meat products.

微生物对肌肉蛋白的降解作用是形成发酵肉制品风味的一个重要途径,目前国内外研究大多集中在发酵肉制品体系中微生物对风味形成的影响，关于蛋白质降解对风味形成影响的机理研究不够深入。本项目基于蛋白组学技术研究微生物对发酵肉制品中蛋白质的降解作用，并阐述其促进风味形成的机理。首先，通过蛋白组学寻找对风味形成起主要作用的蛋白，筛选对发酵滋味有促进作用的多肽，并研究游离氨基酸的代谢和风味形成途径，筛选出对风味形成有贡献作用的菌株；第二，从基因转录水平分析蛋白质代谢过程中微生物的相关酶活性，并从蛋白质组学水平分析菌体蛋白表达模式，揭示肌肉蛋白降解的分子机制和风味形成机理；进一步将"增香"菌株接种到风干肠中，分析发酵后的风干肠蛋白质、脂质降解水平及氧化程度，并建立与风味形成之间的关系。该研究可提供对风味形成有促进作用的肉品发酵剂，丰富功能性发酵剂菌库，为发酵肉制品风味改善提供理论依据和技术指导。

微生物对肌肉蛋白的降解作用是形成发酵肉制品风味的一个重要途径，目前国内外研究大多集中在发酵肉制品体系中微生物对风味形成的影响，关于蛋白质降解对风味形成影响的机理研究不够深入。本项目基于蛋白组学技术研究微生物对发酵肉制品中蛋白质的降解作用，阐述其促进风味形成的机理。通过聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）、蛋白质组学、游离氨基酸和风味化合物的分析得出了4株具有较强的蛋白降解能力并且可促进风味形成的乳酸菌——P. pentosaceus R1、L. curvatus、L. sakei和S. xylosus；建立体外抗氧化模型评价了筛选的乳酸菌体外抗氧化能力，通过考察自由基清除能力，金属离子螯合能力，还原能力、抑制脂质过氧化能力以及抗氧化酶活力获得2株具有较强抗氧化活性的乳酸菌——P. pentosaceus R1和S. xylosus；然后将P. pentosaceus R1、L. curvatus、L. sakei和S. xylosus接种于哈尔滨风干肠中，考察单一菌株和复配菌株在发酵产品体系中对肌肉蛋白和脂质水解的效果。SDS-PAGE和游离氨基酸分析表明，微生物菌株对蛋白质水解起到了促进作用，特别是复合菌株。同时跟踪了微生物菌株对不同部分（肌肉和肥丁）的脂质水解情况，通过游离脂肪酸的含量及组成分析表明，微生物亦可促进各部分脂质的水解。蛋白质和脂质水解作用产生的大量游离氨基酸和游离脂肪酸，为后续风味物质的形成提供了基础；随后，在风干肠体系中研究了接种发酵对肌肉蛋白结构的影响及对脂质氧化的抑制作用。通过考察肌肉蛋白的羰基含量、巯基含量、表面疏水性以及风干肠过氧化物值、硫代巴比妥酸值的变化情况可知，微生物发酵对蛋白质和脂质的氧化有一定的抑制作用。最后，研究了风干肠在发酵过程中挥发性化合物的变化情况，共鉴定出了58种与风味相关的化合物，包括11种醛类、4种酮类、8种醇类、6种酸类、7种酯类、4种烷烃类和18种萜类化合物等，它们主要源于碳水化合物、蛋白、脂质的水解和氧化作用。综上，P. pentosaceus与L. curvatus和S. xylosus复配后应用于哈尔滨风干肠，其可促进蛋白和脂质的水解，抑制蛋白和脂质的氧化，促进风味化合物的形成，改善发酵风味。