微生物發酵技術對食品品質的影響研究

尤婷婷 張文婧*

（1、哈爾濱商業大學，黑龍江 哈爾濱150028 2、尚家中學，黑龍江 肇東151100）

早在一萬年前，“蜂蜜酒”的偶然誕生，人類品嘗到了發酵飲品的味道。據記載，該種“發酵飲料”流行了幾千年之久[1]。隨著科技的發展，發酵工程現已作為產業化過程中的技術手段之一，通過利用生物和有活性的離體酶的某些功能，為人類生產有用的生物產品，或直接用微生物參與控制某些工業生產過程，以滿足各類需求。同時，結合基因工程[2]、細胞工程[3]、組學技術[4]等，從選育種株、培養細胞到產品包裝進行系統性研究，廣泛應用于醫藥、能源、化工等各領域。本文著重介紹其在食品加工生產中的應用，利用微生物在適宜條件下，將原料經過特定的代謝途徑轉化為人類所需要的產物。在此過程中，產生了一系列復雜的變化，從而達到改善產品感官性狀、營養價值及生物學活性等目的。

1 影響微生物發酵作用的因素

1.1 菌種選擇對微生物發酵作用的影響

不同的培養基（或底物），菌種的生長繁殖狀態不同。發酵選用的微生物菌種在食品生產中具有重要作用。目前，酵母菌、乳酸菌及其混合發酵應用較多。白昆立[5]綜述了不同菌種條件下發酵對茶飲料風味及成分的影響，如采用酵母菌發酵而成的茶飲含有一定量的乙醇、有機酸及風味成分（酯類等），茶湯清澈透明，茶味清香，具有較低的酒精度；而乳酸桿菌則對茶葉中的單寧成分較敏感，茶味醇香，呈酸味，如日本的酸茶。

1.2 發酵溫度對微生物發酵作用的影響

環境溫度對微生物的生長繁殖至關重要。在適宜的溫度條件下，有利于微生物的發酵作用，反之，可能產生抑制作用或致死。同時，在產業化生產過程中，還要考慮物料傳熱速度、反應產熱、生產成本等因素。大量研究探討了不同情況下溫度對最佳制備工藝的影響。何香凝等人[6]采用微生物發酵技術提取玉米芯中木聚糖時，由于枯草芽孢桿菌的最適生長溫度為36℃，且反應產熱，確定了制備木聚糖的最佳溫度條件為33℃。

1.3 pH 值對微生物發酵作用的影響

酸堿度對微生物的生長繁殖作用主要體現在以下兩方面，一是微生物自身需要的最佳pH 條件及維持微生物生長繁殖的培養基受酸堿度的影響程度；二是發酵作用調節食品加工過程中的酸堿度。不同pH 值條件下，微生物的代謝產物可能不同，進而對其營養成分與生物學活性均產生影響。微生物調控pH值的方法主要集中在上游工程，例如Xu 等[7]為了使谷氨酸棒桿菌在發酵過程中適應酸性條件，通過一定策略獲得了一株能夠耐受pH5.6 的谷氨酸棒桿菌，該菌株相對于原始菌株有更高的細胞活力。田甜等人[8]研究了復合發酵劑對廣味香腸的安全性，結果證明由戊糖片球菌、肉葡萄球菌、木糖葡萄球菌、漢遜德巴利酵母、清酒乳桿菌5 種微生物制備而成的復合發酵劑對比自然發酵，香腸的pH 值降低了15.53%，同時水分活度降低，這一研究也為提高食品加工安全性提供參考。

1.4 其他因素對微生物發酵作用的影響

除了菌種的選擇、發酵溫度、pH 值外，接種量、發酵時間、金屬離子等也對發酵過程具有一定影響。已有學者研究了鐵、鋅、錳、銅等金屬離子條件下的發酵過程，結果表明一定的金屬離子濃度對發酵具有促進作用；而能夠對人體造成傷害的重金屬離子在微生物發酵過程中卻可以得到有效控制，鎘是重金屬離子之一，一般來源于空氣、土壤、或水污染，長期食用，在體內堆積，易導致高血壓，引發心腦血管疾病，同時，影響機體對鈣的消化吸收，造成骨鈣流失等，嚴重危害身體健康，微生物發酵作用能夠大幅削減鎘含量，對污染程度不同的大米鎘去除率分別達到80.02±1.10%和77.25±4.47%，使其達到國家標準限量[9]，且相較于傳統機械加工、酸浸提技術等具有顯著優勢。

2 微生物發酵技術對食品品質的影響

2.1 感官品質

植物或動物食品因其揮發性成分的差別，會產生其特有的風味或味道，如茴香的香辛氣味、紫蘇的辛辣味、羊肉的膻味、魚腥味等，這些因素可能對食品的生產、加工與銷售等產生一定影響。通過微生物發酵技術，可將這些不良影響在一定程度上得到改善，如乳酸菌、酵母菌二次發酵后可去除甘草的腥味，使甘草提取液口感酸爽，有酒香；從天然發酵的大豆乳清中分離的一株酵母菌實現了消除豆腥味及產生酯類香氣成分的作用[10]。此外，還能增加特殊的發酵香氣，使其口感甜潤、柔和等。

2.2 理化特性

微生物發酵技術對食品的物理性質影響主要體現在水分活度（Aw）、硬度、膨脹力、咀嚼性、持水性、吸附性等；在化學成分上，主要包括對淀粉、膳食纖維、茶葉中的茶多酚、兒茶素、單寧等的影響。

2.3 營養成分

2.3.1 多糖

多糖，是一類具有多羥基結構的聚合糖大分子碳水化合物，不同種類的多糖在機體生物學活性方面側重表現突出。真菌多糖類在抗腫瘤、抗癌等方面具有顯著功效，典型的如靈芝多糖等，目前已有較為成熟的市場；微生物多糖可以有效調節腸道菌群，促進腸胃功能發揮有益作用；動物多糖，如硫酸軟骨素等，在延緩機體衰老，防治心腦血管疾病等方面具有很好的效果；植物多糖則在降血糖、抗炎癥（如類風濕性關節炎等）等方面具有突出作用。黃純瑩等人[11]研究了三七藥渣在不同菌種發酵后的多糖含量，結果顯示多糖含量提高了7.47%，對多糖成分的進一步改性研究具有指導意義。

2.3.2 蛋白質

微生物發酵對不同產品所含蛋白質的影響較大。不同處理方式下（干熱、濕熱、熱化學和微生物發酵），微生物發酵能夠顯著提高蛋白質溶解度及粗蛋白質體外消化率，同時，粗蛋白、總磷含量升高且氨基酸分布均衡；不同菌種（植物乳桿菌、黑曲霉、枯草芽孢桿菌）的發酵作用下，食品中的粗蛋白、酸溶蛋白及氨基酸含量明顯增加且多肽得率增幅顯著；多菌種發酵時，發酵產物粗蛋白質含量及氨基酸總量較單菌作用下均有較大提高。此外，一種新型的蛋白質來源- 單細胞蛋白[12]也可通過微生物發酵獲得，應用于食品加工領域，能夠提高奶制品、飲料等的營養價值，改善食品質構，增強食品風味等。

2.3.3 其他成分

微生物發酵技術能夠不同程度地影響食品中的多糖、蛋白質、脂肪等營養成分的含量、組成及存在形式，同時，氨基酸、總黃酮、酯類等通過一定的生物轉化，使其化學組成更均衡，提高產品的營養價值。除此之外，食品中還含有單寧、植酸、胰蛋白酶抑制劑等抗營養因子，JAIN 等[13]運用枯草芽孢桿菌JJBS250處理小麥粉24h 后，植酸含量降低了55%，使其更易消化吸收。

2.4 生物學活性

基于微生物發酵的工藝特點，發酵過程中各種成分、組成的變化，賦予了食品以不同的生物學活性。酵素是一類典型的發酵產品，以動物、植物、菌類等為原料，經益生菌自身代謝，制得的含有特定生物活性成分的產品。根據培養基質特點，生物活性有所側重，如樹莓- 石榴果汁酵素，抗氧化活性較強；糙米酵素起到調節血壓的作用并改善記憶力；白首烏酵素具有解酒護肝、補腎益精的功效。此外，發酵食品還具有一定的抑菌（如大腸桿菌、沙門氏菌、蠟狀芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等）作用；發酵制品中富含的活性成分，協同控制機體內毒素的作用；通過調節機體糖代謝降低餐后血糖；加速TCA 循環，促進乙醛分解，以提高肝功能；預防心腦血管疾病；調節胃腸道菌群，有助于增強機體免疫力；還能夠改善淀粉結構和消化性等。

3 結論

微生物發酵技術不僅能提升食品的風味、口感，改善食品的營養價值，同時，制得的發酵食品還具有一定的生物學活性。隨著消費者對食品功能需求的不斷提高，微生物發酵技術結合高新技術，更有針對性地管控食品品質，如基因工程下的優良菌株馴化選育以適應特定發酵環境，混菌發酵滿足多種需求，雙螺桿擠壓膨化預處理改善食品質構等，發展前景廣闊，市場潛力大。