傳統發酵食品不良風味調控研究進展

辛易燃，武俊瑞，安飛宇，薛瑞霞，曹愷欣，烏日娜*

（1.沈陽農業大學 食品學院，遼寧 沈陽 110866；2.遼寧省食品發酵技術工程研究中心，遼寧 沈陽 110866；3.沈陽市微生物發酵技術創新重點實驗室，遼寧 沈陽 110866）

傳統發酵食品是指以動植物為原料，通過天然微生物或人工添加微生物的一系列反應生產出的能滿足公眾需求的美味、營養的產品[1]。中國傳統的發酵食品歷史悠久，如酸菜，可以追溯到幾千年前的西周時期。《釋名》中就有腌制的白菜“菹”的方法，其中的“生釀之”指用的原料是最新鮮的白菜，直接腌制的方式制作加工而成的酸菜。而“遂使阻于寒溫之閑，不得爛也”的意思應該是說人們平常在腌制時候，一定要記得事先要將酸菜其放在隔寒、隔熱和隔雨之地，這樣腌制出來的酸菜才不會有腐爛，而且酸菜從味道口感方面來講不僅特別的酸爽而且清脆[2]。

大部分發酵食品都有良好的味道和口感，發酵食品生產成本低，操作簡單，原料適應性大，可以抑制大部分病原菌的生長和繁殖，在中國膳食飲食結構中占有重要的位置，在高度現代化的今天，依舊深受大家喜愛，有廣泛的市場和消費人群。但其存在安全性問題如保質期及長霉等，大多數伴隨著異味的產生，而異味物質產生的主要原因就是腐敗變質及微生物污染。常見傳統發酵食品的大致分布地區及主要不良風味物質的種類見表1。東北地區分布的傳統發酵食品最多，而傳統發酵食品的不良風味物質主要以酸類、醇類及醛類居多。

表1 常見傳統發酵食品的大致分布地區及主要不良風味物質種類Table 1 General distribution of traditional fermented food and the main types of undesirable flavor substances

續表

1 傳統發酵食品的風味物質與微生物

風味物質一般是指自然界一切能較迅速地刺激人感官活動的物質，包括了香氣物質類和滋味物質類。在食品發酵加工處理過程中得到的風味又可以被分為揮發性物質類和非揮發性物質類。揮發性風味物質一般來說是發酵過程中食品風味的主要香味來源，以醇、醛、酮、脂、烴類化合物及揮發性酸類為主。而各種非揮發性風味物質則是可以完全決定一種食品的口感，以天然氨基酸成分及其衍生物、有機酸、脂肪酸類成分等化合物為主[21]。

在通過發酵制作各類食品的過程中，微生物就會吸收利用各種原料如淀粉、蛋白質類等，發酵結束后便產生了某些獨特食品風味，此外發酵食品具有的某些獨特的風味成分還需要依賴于其他的微生物菌群發酵產生各種的揮發性風味物質分子及其他特定風味物質組分之間的相互作用，我國傳統發酵食品中與風味相關的微生物及相關風味物質見表2。發酵過程中主要由細菌和真菌共同作用，芽孢桿菌屬（Bacillus）、乳桿菌屬（Lactobacillus）為主要的風味微生物，真菌在傳統糧食制品如醬油、白酒中屬于優勢菌屬，而構成辣味、酸味、臭味等主要風味的風味物質是多種多樣的。

表2 傳統發酵食品中與風味相關的微生物Table 2 Microorganisms associated with flavor in traditional fermented food

2 傳統發酵食品的不良風味

食品風味物質通常可包括芳香物質和味感物質，其中味感物質中有的各種非揮發性化合物氨基酸、核甙酸、短鏈肽鍵類和以及一些芳香生物堿類等，可通過人類口腔味覺中樞產生出的包括酸、甜、苦、鮮、咸、辛、澀等基本味覺；芳香物質如酸類、酯類、酮類、醛類、吡嗪類和內酯等可通過嗅覺刺激而引起鼻腔知覺[32]。大多數食物的味道是無法完全準確描述的，更復雜的是，由于人們的文化、習慣和生理差異，不同的人對同一種食物有不同的接受和偏好，在評估某種口味時，很多主觀和客觀因素混雜在一起就會對品質評價出現不同說法。

具有不良風味的風味物質不可或免的會在發酵的過程中產生，少量食用的話也不會造成任何影響，但當其數量超過一定閾值后可能就會開始產生異味，甚至有害健康。傳統發酵食品中主要異味及異味物質見表3，臭味為不同發酵食品的主要異味，造成臭味的主要異味物質是硫化物，而硫化物攝入過多會造成呼吸系統和大腦的直接損害。

表3 傳統發酵食品中主要異味及異味物質Table 3 Main odors and odorous substances in traditional fermented food

2.1 酸類

發酵過程中主要起作用的是微生物，一般食物都含有一定量的單糖類成分（如葡萄糖）和淀粉。在微生物發揮其作用進行發酵后，糖類會轉成酸性物質，微生物在代謝過程中會產生酸，部分食物的發酵產物里也有酸，這也就是不良酸味產生的主要原因。食品發酸產生異味是因為其中的微生物發酵產酸，主要是乳酸、乙酸、丙酸、丙酮酸等，其他還有一些高級酸，如圖1所示。

圖1 酸類產生機制Fig.1 Mechanism of acids production

用于加工制作某些肉制品、奶制品的原料中脂肪腐敗變質會產生一股酸腐味，例如酸敗就是在某些肉及奶制品加工中經常出現的最大風味缺陷之一，酸敗通常是指一定條件下的牛奶中的脂肪分子在儲藏時由于與空氣等作用發生氧化，并進一步降解成揮發性醛、酮、酸等復雜化合物的現象[41]。

2.2 硫化物

硫化物在食品中種類繁多，對構成某種食品特有的芳香風味品質或特殊的異味有重要影響。在傳統糧食制品酒類發酵過程中酵母的硫代謝反應會產生硫化氫，同時酵母還原二甲基亞砜可以產生二甲基硫。食品中酵母對氨基酸分解會產生硫化物，如圖2所示。

圖2 食品中硫化物的產生機制Fig.2 Mechanism of sulfide production in food

食品中最常見的硫化物有二甲基二硫、二甲基三硫[42]、二甲基硫醚[43]、苯并噻唑[44]、硫化氫[45]、噻唑[46]等。食物中不相同的氣味特征可能是由于不同種類和含量的硫化物導致的，硫化物在伴隨產生如香草味、水果味等其他一些令人喜愛的獨特味道的同時還會產生出很多特殊的異味，如含有硫化氫氣體的臭雞蛋味，硫醇氣體的臭鼬味[47]等。

2.3 醇類

醇類主要是被一些真菌、酵母、細菌體等微生物以各種天然氨基酸、糖等多種化學成分為原料發揮作用后形成風味物質。在原料自然或人工發酵過程中，其本身含有的一定濃度的游離氨基酸分解脫氨而呈現出具有強烈苦味性質的醇類物質如仲丁醇等雜醇油，這部分雜醇油還會產生具有刺激性的辣味。在黃酒制作過程中，醇類的口感效應非常重要，酪氨酸由酵母催化反應會產生酪醇，其香氣雖然柔和但苦味卻重，含量過少會使口感單薄，過高則易引起頭痛，對人體健康產生不良影響，也就是說在其閾值較低時會產生令人愉悅的香氣，但超過其閾值會帶來苦味[48]。

2.4 醛類

醛類是發酵食品中主要的物質，當其含量超過一定范圍時，會產生異味。氨基酸、丙酮酸代謝產生乙醛，同時乙醛也是酵母參與的糖酵解過程中產生的中間產物，具有一定的辛辣味[49]。丙烯醛是一種不飽和醛，會通過甘油脫水、多不飽和脂肪酸的脂質氧化等過程產生，具有沖鼻的臭味，且有損于人體健康[50]。

2.5 多肽

蛋白質作為發酵食品所用的關鍵原料，在其發酵水解過程中便不可避免的會伴隨著多肽衍生物的產生，例如奶酪在蛋白質發酵分解過程中往往就會伴隨產生著一些其他不良的風味物質，主要就是因為某些蛋白質在水解過程中產生了一系列不良反應，肽鏈分子中含有的一些苦味蛋白質氨基酸或蛋白短鍵肽便會隨之暴露出來，奶酪自然就會產生苦味。對多種奶酪[51]苦味的形成起主要作用的就是酪蛋白的降解產物苦味肽，而奶酪特有的苦味還會影響廣大消費者今后對奶酪食品的認知接受程度和潛在市場前景[52]。在大規模的豆制品生產過程中大豆多肽在風味上還存在很多問題，很難達到無臭無味。

2.6 其他物質

乳酸菌、酵母菌、醋酸菌、霉菌等其他雜菌的生理代謝作用也會產生不良風味物質。有研究表明，乳酸菌能夠產生抵抗腐敗霉菌或和細菌的代謝產物，如細菌素，利用這類乳酸菌對酸面團進行發酵，可以延長酸面包保質期，從而實現生物防腐的目的[53]。組胺、酪胺、色胺和苯乙胺之類特殊的生物胺主要是在脫羧酶類的催化下乳酸菌作用于氨基酸的脫羧反應產生的，從而可以產生出一種很特殊的“臭味”。此外當芽孢桿菌在食物發酵系統中占優勢時，這種微生物會在發酵初期快速生長繁殖，在發酵中后期，發酵環境的pH抑制芽孢桿菌的繁殖從而部分芽孢桿菌走向凋亡，但是許多其他微生物又會進一步利用這些芽孢桿菌死亡分解后所留下來的微生物菌體及其各種代謝活性產物繼續進行正常繁殖從而也會導致發酵食品變質[54]。醋酸菌是導致葡萄酒腐敗最主要的微生物之一，它能促使乙醇氧化為醋酸從而發出令人不適的酸味[55]。發酵食品發霉的主要原因之一是霉菌對其生長環境的強適應能力。

3 傳統發酵食品異味的控制

異味是一種與固有印象和感官的香氣和味道不協調的味道，如果說香味是一種流行的味道，那么異味就是不流行的味道。為了盡量滿足當今人們的對天然食物風味的理想感官需求，有必要通過找到一套合適科學的調控方法來控制異味的產生。

目前為止，調控食品安全和風味品質的最有效且應用最多的管理體系是危害分析與關鍵控制點（hazard analysis criticalcontrolpoint，HACCP）體系。在我國食品工業中HACCP主要應用于食品添加劑、乳制品、烘焙食品、油炸食品、冷凍食品、罐頭等深加工食品。HACCP體系主要用于預防和控制物理因素、化學因素、生物因素的危害以及判斷哪種方式和哪道工序影響了食品的安全性以及其預防措施[56]。李東等[57]對自然發酵黃豆醬工業生產建立了HACCP體系，監控生產過程的每個環節，最終產品的微生物學指標和理化指標檢驗結果全部達到現行相關國家標準，產品抽檢合格率達到100%。為了降低生產成本、提高傳統發酵食品的安全性，提出了以下幾個貫穿HACCP體系的控制措施。

3.1 物理因素的控制

首先是原料環節的控制，原料在使用前要清洗徹底，除去灰土等雜質。添加可以抑制有害菌、病原微生物和部分雜菌生長的天然物質或其提取物，如丁香、大蒜等。嚴格審核所用原料的來源及儲存環境，儲存條件大部分需要避光通風同時低溫儲存來抑制有害菌的繁殖，加強環境的衛生管理和清潔消毒。酸奶、奶酪等原料來自奶牛的產品還要注意原料飼養壞境的控制，包括對牛舍以及奶牛本身的清潔衛生、飼料的選擇等。

其次是加工環節的控制，加工環節最主要的就是發酵工藝。工藝不同產生的風味也大不相同，溫度能促進美拉德反應并改變酶活性，時間會促進脂質氧化和水解，但二者都需要在可控的范圍內。章建浩等[58]通過對干腌火腿的風味研究得出，當火腿腌制7個月時，會生成3-甲基丁醛、1-辛烯等揮發性化合物。超過12個月，則生成2-丙醇和己烷等物質。短期加工火腿比長期加工火腿有較高濃度的風味物質存在。因此找到適合的發酵工藝也是保持食品風味的主要措施之一。加工環境主要包括工廠人員和設備。人員制作前的加工培訓、身體健康檢查、進入工廠前的消毒都是必不可少的；裝原料的容器、操作臺、傳送帶等設備應先用清水洗凈后消毒。加工環境中產生的垃圾要進行管理，及時清除消毒。有害菌的繁殖需要一定的溫度、pH值、糖源和氮源等條件，通過對工廠車間加工環境的控制及工藝的改進來抑制有害微生物。例如啤酒釀造過程中防止啤酒原料發霉結塊的方法是通過加強室外原料輸送設備的防護措施，在輸送設備表面覆蓋帆布或鐵皮，防止因密封不嚴導致的漏雨或微生物入侵。啤酒設備在停產后會用熱水和熱堿沖洗以殺死微生物，清洗完畢后使設備處于通風狀態并制定相關的跟蹤記錄表[59]。

最后是包裝環節的控制，不同產品所適用的包裝不同。產品包裝應該考慮到經濟和適用兩個因素，優化滅菌包裝技術，例如射線滅菌和真空包裝技術，良好的包裝對抑制不良風味的產生以及延長產品的保質期、刺激消費者的購買欲望均有好處。

3.2 化學因素的控制

在工業化生產發酵食品的過程中，常常添加復配劑來保證生產的效率和安全。其次添加香味劑可以有效掩蓋食品中的不良風味，原料奶中容易有飼料味、雜草味、牛棚味、酸敗味等異味，在奶牛飼料中添加香味劑可以有效改善這一問題還可以提高奶牛的產奶量。在一定范圍內食品添加劑和防腐劑的使用也是可以用作不良風味的調控，例如添加劑甘草甜素的添加就可以減少或消除苦澀味，掩飾和覆蓋不良余味[60]。

3.3 生物因素的控制

有害生物因素的控制在傳統發酵食品的發酵過程中是關鍵。對產品與食品原料直接接觸的生產人員、車間設備、原輔料、包裝材料與貯藏運輸條件等各項生產過程要素進行全方位嚴格檢測控制、建立完整高效統一的全過程檢測流程和全程監控評價系統的同時，對食品原料進行的滅菌工作也是極其重要的。如目前國內外較為廣泛普及的乳制品生產制作過程中的滅菌方法是巴氏殺菌法。肉類產品生產可以選用培育優良的動物品種，調整飼料的成分，改善動物的生存環境和肉類的儲存條件，有效地減少或控制畜禽肉類中典型的氣味物質的產生[55]。植物發酵食品中，一些有害微生物的繁殖可以通過選擇合適的微生物來抑制，同時注意加強優勢菌株對植物發酵食品的作用，抑制不良風味的產生[61]。

傳統發酵食品中的異味可能來自原料、發酵過程和環境、微生物代謝活動和各種風味物質之間的復雜反應。可以通過控制物理、化學和生物因素來對原料的質量、發酵菌種的類型、質量和數量、發酵方法以及發酵條件等進行約束和管理，采用新技術對產品進行防腐、殺菌處理，從而滿足消費者對良好風味的向往，避免不良風味的產生。發酵食品中的菌種并不是單一的，其往往具有混菌體系，在發酵食品中形成了復雜多樣的微生物群落，這就導致了在發酵過程中更容易產生諸多問題，因此應深入研究發酵食品中微生物菌群之間相互促進或抑制的作用及其規律，最終通過人工干預和先進技術進行調控來實現傳統發酵食品品質的提升。

4 總結與展望

多種風味物質的共同作用造就了發酵食品獨有的風味。事實上，每種發酵食品的基本風味物質類型大致相同，但不同的發酵食品含有不同種類和比例的風味物質，這主要是由于特征風味物質的含量不同。傳統發酵食品的發酵過程往往伴隨著復雜的微生物系統的反應與活動，這些反應和活動會產生許多有益活性物質和風味物質，滿足消費者喜好，但由于微生物及各種條件的不可控性，發酵過程中往往會伴隨著有害物質的出現，從而產生異味和危害。

我國對于發酵食品的需求量巨大，但傳統的發酵食品加工方法大多是原始的或產業化水平較低，因此有必要提高傳統發酵食品的產業化水平，還要在食品安全方面建立完善的管理和監管控制體系，控制食品生產。此外，人們對發酵食品生產過程的了解不夠，這也是導致發酵食品不良風味產生的主要原因。隨著科技進步、人們認識的提高和知識的普及，傳統發酵食品市場必將更廣闊。其實傳統發酵食品的不良風味往往會伴隨著安全性問題，二者相輔相成，解決好不良風味問題，安全性問題也會在一定程度上迎刃而解。

今后對發酵食品應從如下幾個方面著手研究：①對特征風味物質及其產生機制進行研究，生產出專門適用的純種發酵劑，發酵劑在縮短生產期、發揮有益風味物質作用的同時，可以避免異味物質的產生，提高發酵食品的風味質量和安全性；②關于發酵食品的異味和安全隱患與微生物的多樣性及其生理反應的相關關系、微生物菌群之間的作用規律研究和資料較少，應加強此方面的研究，為更好地調控風味、減少安全隱患、生產出優質發酵食品提供一定參考；③研究如何在應用新技術，提高生產效率，滿足人們的要求，進行工業化生產的同時而又不喪失傳統發酵食品該有的風味，推動我國發酵食品的創新型發展。