微生物发酵技术对食品品质的影响研究

尤婷婷 张文婧*

（1、哈尔滨商业大学，黑龙江 哈尔滨150028 2、尚家中学，黑龙江 肇东151100）

早在一万年前，“蜂蜜酒”的偶然诞生，人类品尝到了发酵饮品的味道。据记载，该种“发酵饮料”流行了几千年之久[1]。随着科技的发展，发酵工程现已作为产业化过程中的技术手段之一，通过利用生物和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程，以满足各类需求。同时，结合基因工程[2]、细胞工程[3]、组学技术[4]等，从选育种株、培养细胞到产品包装进行系统性研究，广泛应用于医药、能源、化工等各领域。本文着重介绍其在食品加工生产中的应用，利用微生物在适宜条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物。在此过程中，产生了一系列复杂的变化，从而达到改善产品感官性状、营养价值及生物学活性等目的。

1 影响微生物发酵作用的因素

1.1 菌种选择对微生物发酵作用的影响

不同的培养基（或底物），菌种的生长繁殖状态不同。发酵选用的微生物菌种在食品生产中具有重要作用。目前，酵母菌、乳酸菌及其混合发酵应用较多。白昆立[5]综述了不同菌种条件下发酵对茶饮料风味及成分的影响，如采用酵母菌发酵而成的茶饮含有一定量的乙醇、有机酸及风味成分（酯类等），茶汤清澈透明，茶味清香，具有较低的酒精度；而乳酸杆菌则对茶叶中的单宁成分较敏感，茶味醇香，呈酸味，如日本的酸茶。

1.2 发酵温度对微生物发酵作用的影响

环境温度对微生物的生长繁殖至关重要。在适宜的温度条件下，有利于微生物的发酵作用，反之，可能产生抑制作用或致死。同时，在产业化生产过程中，还要考虑物料传热速度、反应产热、生产成本等因素。大量研究探讨了不同情况下温度对最佳制备工艺的影响。何香凝等人[6]采用微生物发酵技术提取玉米芯中木聚糖时，由于枯草芽孢杆菌的最适生长温度为36℃，且反应产热，确定了制备木聚糖的最佳温度条件为33℃。

1.3 pH 值对微生物发酵作用的影响

酸碱度对微生物的生长繁殖作用主要体现在以下两方面，一是微生物自身需要的最佳pH 条件及维持微生物生长繁殖的培养基受酸碱度的影响程度；二是发酵作用调节食品加工过程中的酸碱度。不同pH 值条件下，微生物的代谢产物可能不同，进而对其营养成分与生物学活性均产生影响。微生物调控pH值的方法主要集中在上游工程，例如Xu 等[7]为了使谷氨酸棒杆菌在发酵过程中适应酸性条件，通过一定策略获得了一株能够耐受pH5.6 的谷氨酸棒杆菌，该菌株相对于原始菌株有更高的细胞活力。田甜等人[8]研究了复合发酵剂对广味香肠的安全性，结果证明由戊糖片球菌、肉葡萄球菌、木糖葡萄球菌、汉逊德巴利酵母、清酒乳杆菌5 种微生物制备而成的复合发酵剂对比自然发酵，香肠的pH 值降低了15.53%，同时水分活度降低，这一研究也为提高食品加工安全性提供参考。

1.4 其他因素对微生物发酵作用的影响

除了菌种的选择、发酵温度、pH 值外，接种量、发酵时间、金属离子等也对发酵过程具有一定影响。已有学者研究了铁、锌、锰、铜等金属离子条件下的发酵过程，结果表明一定的金属离子浓度对发酵具有促进作用；而能够对人体造成伤害的重金属离子在微生物发酵过程中却可以得到有效控制，镉是重金属离子之一，一般来源于空气、土壤、或水污染，长期食用，在体内堆积，易导致高血压，引发心脑血管疾病，同时，影响机体对钙的消化吸收，造成骨钙流失等，严重危害身体健康，微生物发酵作用能够大幅削减镉含量，对污染程度不同的大米镉去除率分别达到80.02±1.10%和77.25±4.47%，使其达到国家标准限量[9]，且相较于传统机械加工、酸浸提技术等具有显著优势。

2 微生物发酵技术对食品品质的影响

2.1 感官品质

植物或动物食品因其挥发性成分的差别，会产生其特有的风味或味道，如茴香的香辛气味、紫苏的辛辣味、羊肉的膻味、鱼腥味等，这些因素可能对食品的生产、加工与销售等产生一定影响。通过微生物发酵技术，可将这些不良影响在一定程度上得到改善，如乳酸菌、酵母菌二次发酵后可去除甘草的腥味，使甘草提取液口感酸爽，有酒香；从天然发酵的大豆乳清中分离的一株酵母菌实现了消除豆腥味及产生酯类香气成分的作用[10]。此外，还能增加特殊的发酵香气，使其口感甜润、柔和等。

2.2 理化特性

微生物发酵技术对食品的物理性质影响主要体现在水分活度（Aw）、硬度、膨胀力、咀嚼性、持水性、吸附性等；在化学成分上，主要包括对淀粉、膳食纤维、茶叶中的茶多酚、儿茶素、单宁等的影响。

2.3 营养成分

2.3.1 多糖

多糖，是一类具有多羟基结构的聚合糖大分子碳水化合物，不同种类的多糖在机体生物学活性方面侧重表现突出。真菌多糖类在抗肿瘤、抗癌等方面具有显著功效，典型的如灵芝多糖等，目前已有较为成熟的市场；微生物多糖可以有效调节肠道菌群，促进肠胃功能发挥有益作用；动物多糖，如硫酸软骨素等，在延缓机体衰老，防治心脑血管疾病等方面具有很好的效果；植物多糖则在降血糖、抗炎症（如类风湿性关节炎等）等方面具有突出作用。黄纯莹等人[11]研究了三七药渣在不同菌种发酵后的多糖含量，结果显示多糖含量提高了7.47%，对多糖成分的进一步改性研究具有指导意义。

2.3.2 蛋白质

微生物发酵对不同产品所含蛋白质的影响较大。不同处理方式下（干热、湿热、热化学和微生物发酵），微生物发酵能够显著提高蛋白质溶解度及粗蛋白质体外消化率，同时，粗蛋白、总磷含量升高且氨基酸分布均衡；不同菌种（植物乳杆菌、黑曲霉、枯草芽孢杆菌）的发酵作用下，食品中的粗蛋白、酸溶蛋白及氨基酸含量明显增加且多肽得率增幅显著；多菌种发酵时，发酵产物粗蛋白质含量及氨基酸总量较单菌作用下均有较大提高。此外，一种新型的蛋白质来源- 单细胞蛋白[12]也可通过微生物发酵获得，应用于食品加工领域，能够提高奶制品、饮料等的营养价值，改善食品质构，增强食品风味等。

2.3.3 其他成分

微生物发酵技术能够不同程度地影响食品中的多糖、蛋白质、脂肪等营养成分的含量、组成及存在形式，同时，氨基酸、总黄酮、酯类等通过一定的生物转化，使其化学组成更均衡，提高产品的营养价值。除此之外，食品中还含有单宁、植酸、胰蛋白酶抑制剂等抗营养因子，JAIN 等[13]运用枯草芽孢杆菌JJBS250处理小麦粉24h 后，植酸含量降低了55%，使其更易消化吸收。

2.4 生物学活性

基于微生物发酵的工艺特点，发酵过程中各种成分、组成的变化，赋予了食品以不同的生物学活性。酵素是一类典型的发酵产品，以动物、植物、菌类等为原料，经益生菌自身代谢，制得的含有特定生物活性成分的产品。根据培养基质特点，生物活性有所侧重，如树莓- 石榴果汁酵素，抗氧化活性较强；糙米酵素起到调节血压的作用并改善记忆力；白首乌酵素具有解酒护肝、补肾益精的功效。此外，发酵食品还具有一定的抑菌（如大肠杆菌、沙门氏菌、蜡状芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等）作用；发酵制品中富含的活性成分，协同控制机体内毒素的作用；通过调节机体糖代谢降低餐后血糖；加速TCA 循环，促进乙醛分解，以提高肝功能；预防心脑血管疾病；调节胃肠道菌群，有助于增强机体免疫力；还能够改善淀粉结构和消化性等。

3 结论

微生物发酵技术不仅能提升食品的风味、口感，改善食品的营养价值，同时，制得的发酵食品还具有一定的生物学活性。随着消费者对食品功能需求的不断提高，微生物发酵技术结合高新技术，更有针对性地管控食品品质，如基因工程下的优良菌株驯化选育以适应特定发酵环境，混菌发酵满足多种需求，双螺杆挤压膨化预处理改善食品质构等，发展前景广阔，市场潜力大。