食品用微生物發酵劑研究進展

劉小翠，石金波，趙思明

（1.大同大學農學與生命科學學院，山西大同 037009；2.山西省農業科學院高寒區作物研究所，山西大同 037008；3.華中農業大學食品科技學院，湖北武漢 430070）

微生物發酵劑是用于生產發酵制品的特定微生物培養物，其改變了傳統的發酵制品生產模式。開發發酵制品的專用微生物發酵劑是解決傳統發酵食品工業化生產的重要方法[1]。且食品原料經過發酵后營養成分更易吸收，具有一定保健作用[2-3]。目前，微生物發酵劑在乳制品、肉制品、魚制品及泡菜生產中的應用較多，乳制品發酵劑是目前應用最廣泛的發酵劑，選擇合適的發酵劑對于食品加工業意義重大。

1 微生物發酵劑的研制

1.1 發酵菌種的分離篩選及鑒定

分離篩選出性質優良的菌種對于發酵劑的制作至關重要，是制備高效發酵劑的基礎。發酵菌株應具有良好的發酵性能[4-5]，如生長特性、產酸特性、產香特性和產氣特性等，且不同的發酵菌種之間能進行較好的復合發酵[6-7]，使風味更加豐富。多菌種的復合發酵也是微生物發酵劑研究的熱點方向。

1.2 發酵菌種增殖培養基的選擇

直投式發酵劑是高度濃縮和標準化的冷凍干燥發酵劑菌種，使用的過程無需活化，操作非常簡便。制備直投式發酵劑的關鍵就是獲得乳酸菌大量生長的培養基，增殖培養基應具有的特點為[8]：適合菌體生長，繁殖速度快，在短時間內可得到大量高活力細胞；菌體與培養基易分離；成本低廉，能反復利用。增殖培養基大致可分為配制培養基、乳基質培養基和乳清基質培養基，后2個因其增殖慢，且不易分離菌體，一般配以其他的生長因子后使用[9-10]。目前，國外乳酸菌發酵劑的工業生產培養基主要有4種：（1）脫脂乳中加生長促進劑，同時進行pH值控制，但這種培養基很難收集到菌體；（2）水解乳中加生長促進劑，同時進行pH值控制，解決了收集菌體的問題但費用昂貴；（3）乳清基質加生長促進劑，同時進行pH值控制，熱處理引起蛋白質沉淀，需要澄清處理；（4）乳糖加生長促進劑，同時進行pH值控制，簡單易操作，熱滅菌比較容易。國內研究的主要有改良MRS培養基、葡萄糖酵母膏培養基、脫脂乳培養基等。

1.3 菌懸液的濃縮

菌體細胞的分離技術是制備濃縮型乳酸菌發酵劑重要的中間環節，分離方法有離心法和超濾法[11]。離心法簡便、快速，處理量大，但離心過程中的剪切作用容易使細胞膜的滲透性和機體抗凍能力減弱。該方法實際操作過程繁瑣，容易感染雜菌，從而造成細胞大量死亡，所以，在工業化生產中很少使用。超濾法對菌體影響小，獲得的菌體濃度高，培養液可重復利用。但此方法對發酵液澄清程度的要求很高，并且膜裝置的成本比較高，分離過程中很難做到無菌操作，濾膜的污染、清洗、殺菌、老化等一系列問題均使其商業化受到一定程度的限制。

1.4 菌懸液的冷凍干燥保護劑的選擇

利用真空冷凍干燥技術生產活菌制劑是多種貯藏方法中較為理想的一種[12]。但真空冷凍干燥過程中，冷凍和干燥這2個過程會造成部分微生物細胞的損傷、死亡及某些酶蛋白分子的鈍化[13]。如果在凍干工藝中保護劑選擇不當，則發酵劑的發酵活力隨之下降。常用的凍干保護劑主要有多元醇類、糖類和氨基酸類等，不同保護劑對不同菌種的保護效果是不同的，單一的保護劑并不能滿足冷凍干燥的要求[14]，所以，凍干保護劑一般都是按一定配方混合使用[15]。

2 微生物發酵劑在食品中的應用

2.1 在乳制品加工中的應用

酸奶是微生物發酵劑在食品中最為成功的應用。酸奶是新鮮牛奶滅菌后經發酵劑發酵而制成的乳制品，除了具有獨特的風味外，還具有豐富的營養價值和良好的保健功能。酸奶發酵劑對于酸奶的品質起決定性作用，由嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌組成，在發酵的過程中，菌種產酸、產香、產酶，使液態乳凝固。所以，良好的發酵菌株是生產優質酸奶的基礎。

2.2 在肉制品加工中的應用

目前，研究較多的是關于發酵劑在發酵香腸中的應用。肉制品的發酵劑多為復合菌種組成[16]，如乳酸菌、酵母菌、霉菌、微球菌等。與酸奶相比，肉制品在發酵之前未經過滅菌處理，嚴格意義上說應該是強化發酵。在發酵肉制品中的優勢菌株是乳酸菌[17]，乳酸菌耐酸性較強，同時分泌的乳酸可以抑制有害微生物的生長。霉菌在發酵肉制品中起著比較重要的作用，其可產生許多酶類物質，形成獨特的風味，同時其在肉制品表面生長，可起到保護膜的作用[18]。酵母菌主要在肉制品的表面生長，產酸能力較弱。微球菌的存在可將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，形成肉制品鮮亮的顏色。多菌種混合發酵形成了發酵肉制品獨特的風味，彌補了單菌種發酵的單調性[19]。

2.3 在蔬菜制品加工中的應用

微生物發酵劑在蔬菜制品中的應用也日漸成熟，以四川泡菜為代表。泡菜發酵中的優勢菌種為乳桿菌，如植物乳桿菌、短乳桿菌等，它們在發酵的過程中發生復雜的生物化學反應，形成了泡菜獨特的風味[20]。相對于自然發酵，使用發酵劑可縮短生產周期，同時產品質量也更為穩定。目前，乳酸菌發酵劑在白菜[21]和榨菜葉發酵中[22]的應用研究較多，為直投式微生物發酵劑應用于泡菜生產提供了理論依據。梁茂文等[23]對乳酸菌在脫腥紫菜飲料中的應用作了一些研究[19]。

2.4 在酒制品中的應用

酒釀造在我國有悠久的歷史，目前用于酒制品的發酵劑也比較成熟。如米酒酒藥中主要的菌種為根霉和酵母[24]，根霉能分泌大量的淀粉酶，對淀粉進行降解，供酵母發酵所需。張其圣等[25]從傳統的窖池糟醅中分離出菌種，進行擴大培養后按比例配成糖化發酵劑，其糖化力、液化力、發酵力均與傳統優質曲接近，且制作方法更為簡潔。

3 結語

微生物發酵劑的研究，為傳統發酵食品的工業化生產提供了理論與技術支持。目前，微生物發酵劑在酸奶與發酵香腸的應用中取得了巨大成功，但是很大一部分還停留在小范圍的試驗研究階段，怎樣把實驗室獲得的研究成果轉化為實際生產是微生物發酵劑應用急需解決的問題。

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