发酵技术在水产养殖中的应用

发酵技术在水产养殖中的应用摘要：我国是世界水产养殖大国,水产资源丰富。水产品由于水分、营养含量高,所以极易腐败,而目前国内非生鲜水产的保藏方式主要为低温冷链保藏。这种方式消耗资源大,对鱼体的品质也有一定的影响。乳酸菌是一类革兰氏阳性杆菌或球菌,能将碳水化合物发酵,以获得能量,产生以乳酸为主要产物的菌种。乳酸菌可以通过抑制生长和产生抑菌代谢产物的方式来阻遏腐败菌的生长。这类代谢产物包括有机酸,细菌素。通过与腐败菌竞争生长环境和营养物质、代谢抑菌素等方式,乳酸菌促进了食品的安全性。关键词:生物防腐;鱼类;乳酸菌我国是世界水产养殖大国，拥有非常丰富的水产资源。从1990年起我国水产品产量连年位居世界首位，是目前世界上唯一养殖产量超过捕捞产量的渔业国家。而目前，随着陆地资源日渐匾乏，人们更加着眼于关注海洋、江河、湖泊中水产资源的开发与利用。渔业是我国现代农业领域的重要组成部分，其中水产品是优质动物蛋白质的主要来源。在“以养为主”的渔业发展方针的指导下，我国水产养殖产业取得了辉煌的成绩，和世界其他国家相比，水产品生产总量己连续20年位居世界首位。2010年，我国水产品总产量约5350万t，淡水养殖总产量约260。万t，大宗淡水鱼产量约1820万t，占全国淡水养殖总产量70%的份额【1】。但是在淡水鱼发展中存在有如下的问题:(1)资源散乱，我国大宗淡水鱼主要是千家万户散乱式经济模式;(2)技术和专业人才医乏，我国渔业资源十分丰富，智力成本也具有比较优势，但目前我国渔业经济在渔业资源利用、渔业市场管理、产业规模化发展等都与发达国家存在较大差距;(3)产业综合利用率低，产业的相关服务体系尚不健全，有关信息与技术服务等不能满足产业的生产需求，产品保鲜、储藏运输等技术落后。海水养殖业也在蓬勃地发展中，海水养殖发展历史尚短，产业模式不多，固定的主产业不够突出。整体而言，海水养殖业与可持续性发展尚存较大差距，是养殖大国但尚不是养殖强国。1鱼类腐败原因水产资源的丰富也伴随着一些问题，水产特别是鱼类，由于水分高，营养物质丰富，则极易腐败，并且伴随着不同程度恶臭。水产品经捕获死亡后，在其内源酶的作用下会发生一系列生物化学变化，出现僵直、解僵和自溶现象，在这个过程中，从自溶开始时微生物大量繁殖，导致水产品鲜度迅速下降，甚至腐败变质。水产品储藏保鲜的目的就是通过抑制内源酶的作用和微生物的生长繁殖，延长僵直期，抑制自溶作用，推迟腐败变质进程【2】。.微生物是引起鱼类腐败的主要原因。鲜鱼中含有较多的假单胞菌属、无色杆菌属、黄杆菌属、小球菌属、芽抱杆菌属、弧菌属等微生物【3】。当鱼体死亡后，鱼体蛋白质在自身酶作用下分解生成大量低分子营养物质和游离氨基酸，鱼体内的微生物就利用这些物质进行大量繁殖，分解代谢鱼体内的营养物质，最终导致鱼体的腐败变质。2.鱼类的防腐机理及方法水产品极易腐败变质，而且一旦鲜度变差其价值就下降很多，甚至可能完全丧失其食用价值并造成重大的经济损失。人们普遍采用适当的储藏运输方式，减少储运过程中因腐败变质而造成的资源浪费.水产品的保鲜方法很多，按保鲜机理来分类，有低温保鲜、化学保鲜、气调保鲜、辐照保鲜等。从食品安全与卫生和加工便利性的角度出发，最常用的是低温保鲜。而根据温度的不同，又可分为冷却保鲜、冰藏保鲜、冻结保鲜。如前所述，微生物的生长繁殖和肉品内固有酶的活动是导致肉类腐败变质的主要原因。低温保鲜肉类的原理及特点在于降低温度抑制微生物的生长繁殖和酶的活性3.乳酸菌及其防腐机制乳酸菌是一类革兰氏阳性杆菌或球菌，能将碳水化合物发酵，以获得能量，产生以乳酸为主要产物，不形成芽抱，不运动，微需氧或厌氧，不还原硝酸盐的一群细菌的总称。乳酸菌在微好氧环境下代谢糖类产生乙酸、乙醇及二氧化碳为主的发酵产物，也可产生乙醛及双乙酞等芳香代谢物质，促进良好风味生成。部分乳酸菌可分泌蛋白质分解酶致使蛋白质分解而不产生腐败物质的特性。乳酸菌可以通过抑制生长和产生抑菌代谢产物方式来阻遏腐败菌的生长。这类代谢产物包括有机酸，细菌素等。通过与腐败菌竞争生长环境和营养物质、代谢抑菌素等方式，乳酸菌促进了食品的安全性。一些学者研究了水产品中的微菌群，主要是集中在乳酸菌菌群的研究中。乳酸菌可以在水产品中生长繁殖，并且成为优势菌群，而在生鲜水产中，主要的菌群是肠道菌【4】。乳酸菌产生的酸性物质对食品中微生物具有抑制作用，主要是乳酸菌的代谢终产物及中间产物，包括乳酸、乙酸、乙醇等。一般细菌生长的最适pH值为6-7，若低于该值，细菌的生长速率将大大降低或不生长甚至死亡，这在腐败性微生物上尤为可见。美国食品药品安全局认为大部分乳酸菌为DRAS菌种，乳酸菌对许多相关及非相关菌种有抑制作用，包括食品中常见的腐败菌，李斯特菌，梭状菌，葡萄球菌等。乳酸菌的抑菌作用主要原因在于:降低了环境的pH，参与营养物质竞争和产生抑菌代谢物【5】。乳酸菌产生的酸性物质对食品中微生物的抑制作用已在许多实验中得到证实。乳酸菌素是在乳酸菌代谢过程中合成并分泌到环境中的一类对革兰氏阳性菌(尤其是亲缘性较近的细菌)具有抑制作用的杀菌蛋白或多肤，大多对热稳定【6】。近几年，乳酸菌对其他细菌拮抗作用的机理被研究最多的是乳酸菌素，这是由于乳酸菌产生的乳酸菌素被认为是一种“天然”的食品添加剂而容易为人们接受。异型发酵的乳酸菌可发酵己糖产生乳酸菌素以抑制霉菌和一些革兰氏阴性菌，但对一些酵母菌和乳酸杆菌则无效。乳酸菌素的抑菌作用机制现在还不甚清楚，但普遍认为是通过两种途径而实现的:一是吸附在食物成分上，造成厌氧环境以抑制需氧微生物如一些酵母菌的生长;另一是环境中浓度的增加引起细胞内pH值和酶活性的下降以及细胞膜传递功能的减弱。乳酸菌具有黄索蛋白氧化酶活性，在有氧条件下可产生过氧化氢。由于乳酸菌不含过氧化氢酶，产生的过氧化氢可以在食物环境中不断的积蓄，而对其他微生物(如假单胞菌和金色葡萄球菌等)产生抑制作用。但是这种过氧化氢的产生和积蓄有赖于食物介质中氧的浓度、食物的形态和温度等，一般以在较低温度、具有较高氧浓度的液态或半液态的食物环境为佳。乳酸菌可以通过其代谢产物，主要是酸性物质和乳酸菌素，有效的抑制食物中大部分致病菌和腐败菌的生长【7】.近年来，部分学者采用乳酸菌发酵鱼肉以提高鱼肉的品质和安全性，如澳洲的Aryallta等曾以乌鱼(mullet)作为原料，利用乳酸戊糖片球菌作为发酵菌种进行发酵【8】，发现乳酸戊糖片球菌的大量生长抑制了腊状芽抱杆菌，产气荚膜梭状芽抱杆菌和副溶血性弧菌的生长。Kim应用Pediococcucidilactici发酵液处理鳃鱼片后，在冷藏过程中可以有效地抑制革兰氏阴性菌的生长，不但可延长其保藏期，且解冻后制成炸鱼排的风味和香气均比对照佳【9】。Daly等人使用植物乳杆菌、戊聚糖、微球菌等混合发酵猪肉，试验结果pH降低至5.4，乳酸菌含量从107增加到了109CFU/g，并且得出结论，乳酸菌可以抑制革兰阴性尤其是大肠杆菌【10】。Yin等利用乳酸菌PediococcuspentosaceusL和S为发酵剂，蜻鱼肉浆为发酵基质，于37℃发酵72小时后，州值快速下降且可有效抑制Pseudomonas(假单胞菌属)、Staphylococcus(葡萄球属)和Enterobacter-iaceae(肠内菌科)等菌相的生长(P0.05)【11】。亚硝酸盐是水产品在发酵过程中常会产生的物质。亚硝酸盐是N一亚硝基化合物的前体物，可以经过化学或生物学的途径合成多种多样的N一亚硝基化合物，N一亚硝基化合物具有强烈的致癌作用。因此，严格控制腌制咸鱼中亚硝酸盐含量是保证其食用安全的重要措施之一。水产品由于其原料的特殊性，从渔船上运到下厂加工时，处理所用盐类为粗盐，由于粗盐中含有硝酸盐、亚硝酸盐，其中硝酸盐在微生物的作用下可以被还原成亚硝酸盐，是水产腌制品中亚硝酸盐形成的主要原因。在自然界中大约有100多种菌株具有硝酸还原能力，如大肠杆菌、白喉棒状杆菌、金黄色葡萄球菌、芽抱杆菌、变形菌、放线状菌、酵母和霉菌等，其中大肠杆菌、白喉棒状杆菌、金黄色葡萄球菌等是在腌制过程中易污染到的微生物的还原能力最强的菌株，能使硝酸盐还原到亚硝酸盐的阶段而终止，从而使亚硝酸盐蓄积起来【12】。乳酸菌发酵降解亚硝酸盐，乳酸菌对亚硝酸盐的降解分为酶降解和酸降解两个阶段。在发酵前期，培养液pH大于4.5时，乳酸菌对亚硝酸盐的降解以酶降解为主;发酵后期，由于乳酸菌发酵使得发酵液酸化后，pH小于4.0后，亚硝酸盐降解主要以酸降解为主，而且这种降解能力随着pH的降低而增强。张庆芳等人实验研究中得出，发酵后期(48h)，乳酸杆菌的产酸能力明显大于乳酸球菌，实验观察到乳酸发酵初期(发酵液pH为4.5-6.5)，发酵液中有气泡生成，进一步对生成物定性，证明有氨生成【13】.Yan等人也从泡菜中分离出6株乳酸菌，它们在MRS肉汤培养基中降解亚硝酸盐的能力均较好[14]。李春利用植物乳杆菌、肠膜明串珠菌、乳酸片球菌和短乳杆菌冻干菌粉，制成一种直投发酵剂，对酸菜中亚硝酸盐的降解率达98%，该技术可用于工业化生产[15]。马兰等在研究酸菜鲜(主要成分是脱氢乙酸钠)对酸菜腌制过程微生物菌系及酸菜品质的影响时看到酸菜鲜对非产酸菌如大肠杆菌等的抑制作用，使发酵过程中亚硝酸盐生成减少[16]。因此，经多菌种发酵，有利于降低亚硝酸盐的残留，提高了产品质量和安全性。杨性民等用混合接种(肠膜明串珠菌、短乳杆菌、植物乳杆菌)并添加5%蔗搪，在20℃温度、4%盐浓度条件下发酵甘蓝发现亚硝酸盐含量低、且无亚硝酸盐高峰[17]。参考文献[1]杨品红，李梦军.我国大宗淡水鱼可持续发展的战略构想闭.安徽农业科学，2011,39(35):21809-21812.[2]李晶.鲜鱼肉贮藏品质与保鲜方法的研究进展团.肉类业,2008,(11):50-54.[3]GramL}DalgaardPFishSpoilageBacteria-problemsandSolutions[J].CurrentOpinioninBiotechnology,2002,13(3):262-266.[4]PilarCalo-Mata,SamuelArlindo,KarolaBoehme,etal.CurrentApplicationsandFutureTrendsofLacticAcidBacteriaandtheirBacteriocinsfortheBiopreservationofAquaticFoodProduct.FoodBioprocessTechnol(2008)1:43-63.[5]李铁军，李爱云，张晓峰。乳酸菌抗菌机理研究进展[J].微生物学通报，2002,29(5):82-85.[6][JenniferCleveland,ThomasJ.Montville,IngolfF.Nes,etal.Bacteriocins:safe,naturalantimicrobialsforfoodpreservation[J].InternationalJournalofFoodMicrobiology,2001,71:1-6.[7]刘长建，姜波，崔玉波.生物防腐剂乳酸菌素的研究进展[J].微生物学杂志，2010,30(3):87-90.[8]Aryanm,R.w.,FleetG.H·,andBuckle,K·A..TheoccurrenceandgrowthofmicroorganismsDuringthefermentationoffishsausage[J].InternationalJournalofFoodMicrobiology,1991,13(2):143一155.[9]Lee,K.,Lee,J.,Kim,Y.H.,Moon,S.H.,&Pa水Y.H.(2001).Uniquepropertiesoffourlactobacilliinaminoacidproductionandsymbioticmixedcultureforlacticacidbiosynthesis.CurrentMic}