《肉类研究》：山东农业大学张一敏教授等：细菌主导的红肉腐败机制
《肉类研究》：山东农业大学张一敏教授等：细菌主导的红肉腐败机制
肉类在生产、运输、贮藏、分销等任一阶段处理不当均易引起腐败变质，食用腐败肉类是人类感染食源性致病菌的重要途径。近年来，食品企业及相关研究领域已经采取多种措施减少或灭活肉类产品中的微生物，如建立卫生管理制度、添加防腐剂和采用减菌技术等，但由于微生物污染范围广且极易交叉污染，肉类腐败始终不可避免。
山东农业大学食品科学与工程学院的孙歌、武桐煊、张一敏*等以红肉中消费量最高的牛肉、猪肉和羊肉为代表，在已有文献基础上对肉类细菌污染来源和腐败机制进行综述，为采取靶向措施延长肉类货架期、控制肉类腐败提供理论支持。
红肉中腐败微生物的污染来源和干预措施
在屠宰和加工环节，由于胴体会接触到毛发、兽皮、粪便和加工环境（传送带、生产工具、机器设备、水、操作人员和其他接触材料）等，所以肉类会不可避免地受到微生物污染。在实际生产过程中，胴体间有限的距离和空间还会造成微生物在胴体间的转移。肉牛屠宰过程中，胴体上的菌落总数甚至可达2.7～4.0（lg（CFU/cm
2
）），分割后生鲜肉的菌落总数也在4.5（lg（CFU/cm
2
））以上，而生猪屠宰线上菌落总数普遍为3.0～5.3（lg（CFU/cm
2
）），分割肉的菌落总数甚至超过4.0（lg（CFU/cm
2
）），绵羊胴体表面的菌落总数则通常为3.1～4.0（lg（CFU/cm
2
））。
屠宰过程中活体动物的皮毛和粪便、泥土及运输、待宰等过程中可转移到皮毛上的污染物是胴体主要的微生物污染源。动物皮毛上通常具有较高的微生物数量和多样性。在肉牛屠宰前，Kang等从皮毛上检出梭菌、拟杆菌、假单胞菌、乳酸菌等对肉腐败有促进作用的微生物。
在分割环节中，一些研究从刀具、案板、传送带和工人佩戴的手套等物体上均检出较高的菌落总数，且其菌相与生鲜肉初始微生物组成具有较高的相似度，这表明分割过程中大多数细菌通过先污染操作环境再以此为载体接触胴体表面进行传播。Wang Hui等指出，假单胞菌是牛肉分割间传送带上的优势微生物群落，其会对冰鲜肉尤其是有氧条件下贮藏产品的货架期产生极大影响。微生物污染还可以通过错误的着装、不良的生产规范和卫生规范、不清洁的设备和工作区域引入。
为减少胴体表面的微生物量，国内一些屠宰企业在胴体冷却前普遍采用清水冲洗，或采用高压、热水和蒸汽等物理干预措施。Han Jina等详细报道了这些物理技术的减菌效果，物理干预措施局限性非常显著，例如，清水或高压清水冲洗可将微生物污染扩散到胴体相邻部位，还会促进空气和水中微生物的再污染；热水和蒸汽处理需要精准把控处理时间，防止对胴体质量产生不利影响。为此，研究人员开发了应用于胴体表面的化学干预措施。例如，在有机酸喷淋中，乳酸喷淋对胴体表面细菌数量的降低效果最好，其次是醋酸和柠檬酸。上述几种物理和化学减菌技术均可以减少胴体表面的微生物污染，但仅靠任何单一技术来控制或消除腐败微生物的效果有限，可有效利用干预措施之间的协同作用，在屠宰、分割的各个环节针对性地采取2 种或多种减菌措施能更好地降低胴体的初始微生物污染水平，更有效控制生鲜肉类的腐败。
红肉中常见优势腐败菌
虽然细菌可以通过多种途径污染胴体，但并不是所有细菌都会引发肉类腐败，环境适应能力强的细菌在肉类中能够占据生长优势，成为优势菌并主导腐败进程。腐败微生物的存活和生长受到肉类包装方式的极大影响。例如，有氧贮藏会促进假单胞菌生长，从而加速肉类腐败进程，而真空包装和气调包装可以促进兼性厌氧细菌（乳酸菌、热杀索丝菌等）占主导地位。表1总结了牛肉、猪肉和羊肉在不同包装方式下冷藏期间的优势腐败菌。即使在低温下贮藏，托盘包装的腐败肉中也经常分离出假单胞菌。研究发现，莓实假单胞菌是腐败肉中最普遍的细菌种类，其次是隆德假单胞菌和荧光假单胞菌。除假单胞菌外，托盘包装红肉的优势菌中还包括一些常见的革兰氏阴性杆菌，包括不动杆菌和气单胞菌。Zhou Cong等还从托盘包装猪肉中发现了库特氏菌。除此之外，在3 种红肉的真空包装和牛肉、羊肉的托盘包装中还发现了肉食杆菌，但有学者认为它们对肉类腐败感官品质的影响可以忽略不计。由表1可知，在气调包装肉类冷藏期间，假单胞菌仍然是主要细菌，但包装中高浓度CO2（40%）对假单胞菌有显著抑制作用。
红肉中微生物的腐败作用机制
肉类腐败通常与细菌的代谢活动和酶活性有关，细菌可以利用底物通过丙酮酸代谢生成与腐败相关的化合物，这些化合物往往会导致肉类产生不正常或难闻的气味。同时细菌在信号分子的刺激和相关基因的调控下向胞外分泌酶，一方面造成细胞外物质积累，另一方面参与蛋白降解、脂肪分解等，进而影响肉的结构和品质。因此，一些学者从细菌代谢、信号分子产生、细菌胞外酶分泌（脂肪酶、蛋白酶等）和蛋白降解几个方面对肉类腐败的内在机制进行分析。图1从细菌代谢、胞外酶分泌和蛋白降解3 个方面对红肉中微生物的腐败作用机制进行总结。
细菌代谢在红肉腐败中的作用防
细菌代谢活动影响腐败类型、速率，而代谢途径丰富程度决定食品腐败状态。在鲜肉中，细菌群落主要通过磷酸戊糖途径获取能量，丙酮酸代谢是第二大碳水化合物代谢途径，排名第三的是糖酵解途径，糖酵解相关基因在整个肉类贮藏期间均呈现高表达。肉中的葡萄糖是多数微生物参与代谢活动首先利用的物质，有氧包装条件下的优势腐败菌假单胞菌可以充分利用肉中的碳源和能源，优先分解葡萄糖尤其是D-葡萄糖，但也有例外，如莓实假单胞菌NMC25，其在肉中主要以氨基酸和短肽作为碳源和氮源。Kolbeck等推测无氧条件下的假单胞菌可能通过Entner-Doudoroff途径进行葡萄糖代谢，通过形成乙醇进行烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD
＋
）回收，从而实现长期存活。一旦肉中葡萄糖耗尽，细菌会继续代谢次级产物，如游离氨基酸和乳酸。碳水化合物被消耗殆尽后，肉中参与氨基酸代谢的途径丰度显著增加。例如，有氧条件下莓实假单胞菌和热杀索丝菌的协同作用由组氨酸和核苷酸代谢途径支持，可促进冷藏猪肉发生腐败。含硫氨基酸的分解导致硫化氢、二甲基硫化物和二甲基二硫化物等恶臭味含硫挥发性化合物形成，释放难闻气味。
细菌分泌信号分子在红肉腐败中的作用
细菌分泌的信号分子中，AHLs可通过刺激细菌的群体感应（QS）系统调控蛋白酶和脂肪酶相关基因表达。AHLs由luxI蛋白负责产生，当AHLs浓度达到一定阈值时，受体luxR与内源性AHLs及相邻细胞产生的外源性AHLs相结合，形成受体-AHL复合物，触发细菌特定基因flgA、aprX、lipA的表达，发挥调节胞外蛋白酶和脂肪酶分泌、生物膜形成等生理功能，从而促进肉贮藏期间蛋白、脂肪、糖的分解，导致总挥发性盐基氮含量增加，提高细菌腐败活性。与肉类腐败密切相关的荧光假单胞菌主要采用luxI/R型QS系统，AHL依赖性QS由luxI同源物合成，并通过luxR型转录调控因子检测。信号通过细胞膜自由扩散，当细胞密度较高时，luxR结合其同源自诱导剂，luxR自诱导剂复合物结合目标基因启动子并激活生物膜形成、运动和酶的产生等途径，导致肉类腐败。莓实假单胞菌经常被报道为腐败肉中的优势菌，但Ferrocino等研究发现，从新鲜和腐败肉中分离的72 株莓实假单胞菌均不能产生AHLs，由此猜测莓实假单胞菌缺少与AHLs合成相关的基因。常见的腐败菌哈夫尼菌和沙雷氏菌均具有较强的AHLs生成能力，AHLs介导的QS系统在细菌在不同表面的运动和生物膜形成中起关键作用。抑制细菌的QS系统已经成为一种新型防腐策略。目前，已有多种天然和合成化合物被证实具有群体感应抑制剂（QSI）活性。
胞外酶分泌及肌肉蛋白降解在红肉腐败中的作用
肉类富含蛋白质，这对维持肌肉骨架至关重要。腐败微生物通过分泌胞外蛋白酶，水解肌肉中的蛋白质（如肌原纤维蛋白、胶原蛋白等），产生微生物生长所必需的氨基酸，从而诱导和加速肉类腐败。目前已经鉴定和表征了多种细菌胞外蛋白酶，包括金属蛋白酶、丝氨酸蛋白酶和胶原蛋白酶。例如，Wang Guangyu等发现，金属蛋白酶AprA是莓实假单胞菌产生的唯一胞外蛋白酶，在8 ℃下可以降解肉肌原纤维蛋白。Jia Shiliang等研究证明，嗜冷假单胞菌和腐败希瓦氏菌分泌的丝氨酸蛋白酶是肉类腐败过程中参与蛋白质降解的主要蛋白酶。有报道称在4～15 ℃下蜂房哈夫尼菌中编码丝氨酸蛋白酶的serp基因具有高表达。假单胞菌、沙雷氏菌和气单胞菌的一些菌株还表现出强胶原蛋白酶活性，可促进带皮肉类产品腐败。根据肽链中蛋白酶活性位点的位置，细菌分泌的蛋白酶可初步分为内肽酶和外肽酶。
结 语
细菌主导的红肉腐败非常复杂，不仅受到多种外界因素的影响，还受到内在多个生化系统的调控。目前，肉类的保鲜多涉及温度、包装方面，通过调节贮藏环境条件抑制微生物的生长繁殖。未来，通过影响细菌腐败机制来抑制腐败现象的产生可能成为新的研究热点。因此，为控制肉类腐败、延长货架期，必须全面深入了解细菌的腐败机制。虽然本文已经揭示了细菌引起的肉类腐败的基本原理，但不同肉类腐败过程中优势菌作用机制的差异还所知甚少。肉类腐败过程中各种主要细菌作用机制之间的特定相互作用（如促进、抑制和干预）还有待进一步研究，各种代谢产物对菌群的反馈效应还有待进一步探索。
孙歌, 武桐煊, 毛衍伟, 等. 细菌主导的红肉腐败机制研究进展[J]. 肉类研究, 2024, 38(8): 63-71. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240603-134. http://www.rlyj.net.cn
SUN Ge, WU Tongxuan, MAO Yanwei, et al. Advances in understanding the mechanism of red meat spoilage caused by bacteria[J]. Meat Research, 2024, 38(8): 63-71. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240603-134. http://www.rlyj.net.cn