微生物發酵技術在食品工業中的應用與展望

Application and Prospect of Microbial Fermentation Technology in Food Industry

YU Xinling

（Fengcheng City Market Supervision Administration， Liaoning Province，Dandong 1181o0， China）

Abstract： This article deeply analyzes the various applications of microbial fermentation technology in the food industry， elaborates on its technical principles，fermentation types，and microbial species，and explores indetail its application in fieldssuchas grain，meat products，soyproducts，brewing，dairyproducts，etc.Itanalyzes the impacton food quality and looks forward to future trends in new technology applications，new strain development， sustainable development， etc.，aiming to provide theoretical basis for promoting the innovative development of microbial fermentation technology in the food industry.

Keywords： microbial fermentation technology; food industry; food quality; development prospects

微生物發酵技術作為食品工業的重要組成部分，擁有悠久的歷史。從古代釀造酒類、制作發酵豆制品，到如今廣泛應用于各類食品生產，該技術不斷發展演變。它不僅豐富了食品的種類，還在提升食品品質、保障食品安全方面發揮著關鍵作用。在現代食品工業中，微生物發酵技術的深人研究和創新應用，對于滿足消費者日益多樣化的需求、推動食品行業的可持續發展具有重要意義。本文系統梳理微生物發酵技術在食品工業中的應用體系，通過技術原理、代謝路徑與典型案例的有機結合，重點闡述該技術在糧食加工、肉制品、豆制品、釀酒及乳制品領域的產業化應用模式；分析其對食品品質提升的作用機制，并結合代謝工程、合成生物學等前沿技術，提出未來發展的三大創新方向，為產業升級提供理論支撐。

1微生物發酵技術在食品工業中的應用

1.1在糧食加工食品中的應用

在糧食加工食品領域，微生物發酵技術應用廣泛且至關重要。以饅頭、面包制作過程為例，酵母菌是關鍵角色。在發酵時，酵母菌分解面團中的糖類，產生二氧化碳氣體。這些氣體在面團內形成細密氣孔，讓饅頭、面包變得柔軟蓬松，極大地改善了口感與質地。同時，發酵過程中酵母菌還會生成多種風味物質，賦予面食獨特的麥香和發酵香氣。

微生物發酵技術在糧食加工中形成了成熟的產業化模式。以安琪酵母股份有限公司的工業化生產為例，其開發的復合發酵劑可使面團醒發時間縮短 30% ，成品中還原糖含量提升 18.7%^[1] 。通過高通量測序技術發現，發酵過程中乳酸菌與酵母菌的

食品科技

協同作用可降解 75% 以上的植酸，使鈣、鐵等礦物質的生物利用率提高 22%～28%^[2] 。在食醋生產領域，江蘇恒順集團采用的固態分層發酵工藝，使醋酸轉化率穩定在 98.5% 以上，產品中總酸含量達6.5 g/100mL，風味物質種類較傳統工藝增加42%[3]

1.2 在肉制品加工中的應用

現代發酵肉制品生產已形成完整的微生物調控體系。從風味和質地改善角度來看，乳酸菌在發酵過程中產生乳酸，乳酸會降低肉制品的pH值，使得肌肉蛋白質發生變性。中國農業科學院的最新研究顯示，添加 0.05% 的戊糖片球菌發酵劑，可使火腿中亞硝酸鹽殘留量降低 62% ，同時產生的細菌素具有廣譜抑菌活性[4]。在質構改良方面，微生物產生的轉谷氨酰胺酶可使肉蛋白交聯度提高 35% ，顯著改善產品彈性[5。這一變化讓肉質變得更加鮮嫩多汁，口感得到極大提升。與此同時，微生物在代謝過程中會產生各種物質，這些物質賦予了肉制品獨特的風味，如發酵香腸的濃郁香味便是微生物發酵的結果。在延長保質期方面，發酵創造的厭氧環境有效減少了需氧微生物的污染，從而大大延長了肉制品的保質期，讓消費者能更安心地享用美味的肉制品。

1.3在豆制品發酵中的應用

豆制品發酵過程中微生物的代謝網絡呈現顯著特異性。腐乳發酵體系中毛霉與曲霉的協同作用可產生12種新型抗氧化肽，DPPH自由基清除率達 89.3%^[6] 某公司的專利技術顯示，采用米曲霉3.042菌株發酵的醬油，其氨基態氮含量可達 1.8g/100mL ，揮發性風味物質種類超過300種[2]。在功能性成分開發方面，發酵豆豉中的 γ- 氨基丁酸含量可達 3.2mg?g^-1 ，具有顯著的降血壓功效[1]。不難發現，發酵產生了大量的益生菌，顯著提高了豆制品的營養價值，促使豆制品形成了獨特風味。

1.4在釀酒中的應用

釀酒是微生物發酵的經典應用，現代釀酒技術已建立完整的微生物圖譜庫。中國白酒發酵中，已分離鑒定出56種關鍵功能微生物，其中地衣芽孢桿菌可產生特征性的己酸乙酯，形成獨特香氣和風味。在啤酒釀造領域，酵母種類及發酵條件會影響啤酒風味和品質，形成多種類型啤酒。青島啤酒股份有限公司開發的基因工程酵母，可使雙乙酰含量控制在0.05 mg·L-1以下，發酵周期縮短15%[3]。

1.5 在奶制品中的應用

在乳制品加工領域，微生物發酵技術已形成標準化的微生物制劑應用體系。以酸奶生產為例，保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌的共生發酵體系通過乳糖代謝生成乳酸，使酪蛋白發生酸凝固形成凝膠結構，同時將牛奶中的色氨酸轉化為煙酸（維生素 ΔB₃ ），其含量可提升1.8倍[1。值得注意的是，現代奶酪生產通過精準調控嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌的1：3 黃金配比，可使原料乳中蛋白質利用率提升至92% ，并促使游離氨基酸總量增加2.3倍，形成獨特的奶酪風味前體物質[1]。特別值得關注的是內蒙古農業大學的最新研究成果，他們從傳統酸馬奶中分離出具有特殊代謝功能的乳桿菌群落，其分泌的13種新型胞外多糖經動物實驗證實可顯著增強巨噬細胞吞噬活性，這為功能性乳制品開發提供了新的菌種資源[7]。

2微生物發酵技術對食品品質的提升

2.1感官品質的多維調控

微生物發酵可通過代謝調控與物質轉化顯著改善食品感官品質，具體體現在色澤、風味和質地上的多維提升。在色澤形成方面，發酵過程中產生的天然色素賦予食品獨特外觀，如紅曲霉分泌的MonascinA色素可使產品色價達 2000U?g^-1 ，其熱穩定性較合成色素提高 37%^[4] ，這種特性在醬油、腐乳等傳統發酵食品中尤為顯著，形成了標志性的紅棕色外觀。

在風味調控方面，微生物代謝網絡生成的復雜化合物構建了獨特的風味矩陣。電子鼻檢測顯示，醬油發酵體系中4-乙基愈創木酚等酚類物質含量達0.35mg^.kg^-1 ，形成了特征性醬香風味[2]。白酒發酵過程中，不同菌種組合可產生超過200種揮發性化合物，其中己酸乙酯含量差異達 400% ，直接決定酒品香型風格。

在質構優化方面，微生物分泌的胞外多糖與酶可對食品物理特性產生顯著影響。質構儀分析顯示，面包發酵產生的葡聚糖可使產品硬度降低28% ，彈性模量提升 35%^[5] 。在腐乳生產中，毛霉分泌的蛋白酶使大豆蛋白水解度達 35% ，形成細膩柔軟的凝膠結構，同時產生的氨基態氮含量達1.2g/100mL ，賦予產品醇厚口感[。

這種感官品質的提升本質上是微生物代謝產物與食品基質相互作用的結果。通過精準調控發酵參數可實現對色澤強度、風味層次和質構特性的定向控制，為開發具有差異化感官體驗的發酵食品提供了技術路徑。

2.2 營養品質的生物強化

微生物發酵主要通過生物轉化機制提升食品營養品質，主要體現在多糖、蛋白質及其他營養素的生物強化效應。在多糖合成方面，微生物代謝產生的功能性多糖展現出雙重價值：香菇發酵產生的香菇多糖（Lentinan，LNT）經臨床驗證可使小鼠巨噬細胞吞噬活性提升 230% ，而乳酸菌分泌的胞外多糖（ExopolySaccharides，EPS）在酸奶中形成的三維網絡結構可使產品持水率提高 40% ，同時作為益生元促進雙歧桿菌增殖達12倍[2]。

在蛋白質轉化方面，微生物發酵可呈現多級提升效應?？莶菅挎邨U菌分泌的堿性蛋白酶可將大豆蛋白水解為平均分子量為 1200Da 的小肽，其血管緊張素轉換酶（Angiotensin ConvertingEnzyme，ACE）抑制率達 78.6% ；發酵豆豉的蛋白質消化率較原料提升 52% ，游離氨基酸總量增加3.8倍。特別值得關注的是微生物菌體蛋白的貢獻，釀酒酵母在發酵過程中可使面包蛋白質含量增加 15% ，其中必需氨基酸占比達42%[4-6]

其他營養素的生物強化表現為乳酸菌發酵使乳制品中維生素 B₁₂ 含量提升8.5倍，而谷物發酵產生的植酸酶可降解 83% 的植酸，使鈣、鐵生物利用率分別提高 41% 和 58% 。最新研究發現，某些工程菌株可將亞麻酸轉化為共軛亞油酸（ConjugatedLinoleicAcid，CLA），其抗癌活性較天然產物提高2.7倍。這些營養提升機制通過協同作用，使發酵食品的營養密度較原料平均提高 2.3～4.6 倍，構建起具有功能導向的營養強化體系[5]。

2.3 安全品質的生物防控

微生物發酵對食品安全的影響呈現雙向調節特征，其作用機制可歸納為生物防控與風險轉化的動態平衡。在生物防控方面，微生物群落構建的天然抑菌屏障展現出顯著效果：高通量測序顯示泡菜發酵體系中乳酸菌占比達 92% ，其分泌的苯乳酸對沙門氏菌的抑制率達 98.7%^[5] ，這種生物拮抗作用使泡菜無須添加防腐劑即可實現6個月貨架期。更值得關注的是，某些工程菌株展現出靶向解毒能力，黑曲霉分泌的漆酶可特異性識別黃曲霉毒素 ΔB₁ 的二呋喃環結構，使其降解率達 91.2%^[3] ；而植物乳桿菌PS128對鉛離子的吸附容量可達 35.6mg?g^-1 菌體[]，這種生物吸附機制為重金屬污染食品提供了新型解決方案。

在風險轉化方面，微生物代謝網絡可實現有害物質的定向轉化。最新研究發現，枯草芽孢桿菌BF-

7658分泌的腈水解酶可將殘留的有機磷農藥樂果降解為無毒產物。然而值得警惕的是，發酵過程若控制不當（如溫度偏差 gt;2^°C 或 pH 值波動 gt;0.5 個單位），會導致菌群失衡，使蠟樣芽孢桿菌等條件致病菌的檢出率上升至 15% 。因此，現代發酵工業通過構建“三維防控體系”（原料預處理－過程實時監測－成品快速檢測），將雜菌污染風險控制在 0.3% 以下，確保發酵食品安全可控[4]。這種生物防控與風險轉化的協同作用，使發酵食品的安全品質較傳統工藝提升，為食品工業提供了兼具安全性與可持續性的技術路徑。

3微生物發酵技術在食品工業中的發展展望

3.1智能生物制造體系構建

基于代謝工程與合成生物學的深度融合，現代微生物發酵已形成“設計-構建-驗證-優化”的閉環技術體系。代謝工程通過基因編輯技術，可實現關鍵酶活的精準調控。合成生物學則通過模塊化設計構建人工細胞工廠，為復雜天然產物的綠色高效合成提供了新的思路。例如，中國科學院設計的大腸桿菌工程菌株實現葡萄糖到丁二酸的 85% 轉化率[4]

3.2 微生物資源開發創新

新菌種開發呈現“挖掘-改造－應用”的立體化發展格局。從深海熱液口分離的極端嗜熱菌，其分泌的木聚糖酶在 90^qC 仍保持 85% 活性，可用于高溫發酵生產燃料乙醇?；蚬こ碳夹g創造的功能菌株展現獨特優勢，如內蒙古農業大學開發的重組乳酸菌，通過表達人乳鐵蛋白使酸奶抗菌活性提升3倍[。

3.3可持續生產模式轉型

循環經濟理念推動發酵產業生態重構。某國外公司的酶解技術將秸稈纖維素轉化為可發酵糖，使原料利用率得到明顯提升；開發的固態發酵技術，將食品加工副產物轉化為 β- 葡聚糖含量達 78% 的功能性膳食纖維，附加值提升5倍[2。未來需重點突破極端環境微生物資源挖掘、人工光合固碳技術研發和碳足跡追蹤體系建設難點，構建具有碳中和特征的新型發酵產業生態。

4結語

微生物發酵技術在食品工業中具有廣泛應用和重要價值。它通過不同發酵類型和微生物種類，在糧食、肉制品、豆制品、釀酒、奶制品等食品生產領域發揮關鍵作用，顯著改善食品的感官品質、營養成分，保障食品安全。隨著代謝工程、合成生物學、智能化控制等新技術的應用，新菌種的不斷開發，以及可持續發展理念的深人貫徹，微生物發酵技術將在食品工業中迎來更廣闊的發展前景，為滿足消費者對健康、美味、可持續食品的需求提供有力支持，推動食品工業向更高水平邁進。

參考文獻

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