微生物發(fā)酵技術(shù)對(duì)食品品質(zhì)的影響研究

尤婷婷 張文婧*

（1、哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱150028 2、尚家中學(xué)，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(fā)酵飲品的味道。據(jù)記載，該種“發(fā)酵飲料”流行了幾千年之久[1]。隨著科技的發(fā)展，發(fā)酵工程現(xiàn)已作為產(chǎn)業(yè)化過程中的技術(shù)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(chǎn)有用的生物產(chǎn)品，或直接用微生物參與控制某些工業(yè)生產(chǎn)過程，以滿足各類需求。同時(shí)，結(jié)合基因工程[2]、細(xì)胞工程[3]、組學(xué)技術(shù)[4]等，從選育種株、培養(yǎng)細(xì)胞到產(chǎn)品包裝進(jìn)行系統(tǒng)性研究，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、能源、化工等各領(lǐng)域。本文著重介紹其在食品加工生產(chǎn)中的應(yīng)用，利用微生物在適宜條件下，將原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物。在此過程中，產(chǎn)生了一系列復(fù)雜的變化，從而達(dá)到改善產(chǎn)品感官性狀、營養(yǎng)價(jià)值及生物學(xué)活性等目的。

1 影響微生物發(fā)酵作用的因素

1.1 菌種選擇對(duì)微生物發(fā)酵作用的影響

不同的培養(yǎng)基（或底物），菌種的生長繁殖狀態(tài)不同。發(fā)酵選用的微生物菌種在食品生產(chǎn)中具有重要作用。目前，酵母菌、乳酸菌及其混合發(fā)酵應(yīng)用較多。白昆立[5]綜述了不同菌種條件下發(fā)酵對(duì)茶飲料風(fēng)味及成分的影響，如采用酵母菌發(fā)酵而成的茶飲含有一定量的乙醇、有機(jī)酸及風(fēng)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(duì)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(fā)酵溫度對(duì)微生物發(fā)酵作用的影響

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

1.3 pH 值對(duì)微生物發(fā)酵作用的影響

酸堿度對(duì)微生物的生長繁殖作用主要體現(xiàn)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(yǎng)基受酸堿度的影響程度；二是發(fā)酵作用調(diào)節(jié)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(chǎn)物可能不同，進(jìn)而對(duì)其營養(yǎng)成分與生物學(xué)活性均產(chǎn)生影響。微生物調(diào)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(fā)酵過程中適應(yīng)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(duì)于原始菌株有更高的細(xì)胞活力。田甜等人[8]研究了復(fù)合發(fā)酵劑對(duì)廣味香腸的安全性，結(jié)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(fù)合發(fā)酵劑對(duì)比自然發(fā)酵，香腸的pH 值降低了15.53%，同時(shí)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(duì)微生物發(fā)酵作用的影響

除了菌種的選擇、發(fā)酵溫度、pH 值外，接種量、發(fā)酵時(shí)間、金屬離子等也對(duì)發(fā)酵過程具有一定影響。已有學(xué)者研究了鐵、鋅、錳、銅等金屬離子條件下的發(fā)酵過程，結(jié)果表明一定的金屬離子濃度對(duì)發(fā)酵具有促進(jìn)作用；而能夠?qū)θ梭w造成傷害的重金屬離子在微生物發(fā)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(nèi)堆積，易導(dǎo)致高血壓，引發(fā)心腦血管疾病，同時(shí)，影響機(jī)體對(duì)鈣的消化吸收，造成骨鈣流失等，嚴(yán)重危害身體健康，微生物發(fā)酵作用能夠大幅削減鎘含量，對(duì)污染程度不同的大米鎘去除率分別達(dá)到80.02±1.10%和77.25±4.47%，使其達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)限量[9]，且相較于傳統(tǒng)機(jī)械加工、酸浸提技術(shù)等具有顯著優(yōu)勢。

2 微生物發(fā)酵技術(shù)對(duì)食品品質(zhì)的影響

2.1 感官品質(zhì)

植物或動(dòng)物食品因其揮發(fā)性成分的差別，會(huì)產(chǎn)生其特有的風(fēng)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(duì)食品的生產(chǎn)、加工與銷售等產(chǎn)生一定影響。通過微生物發(fā)酵技術(shù)，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(fā)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(fā)酵的大豆乳清中分離的一株酵母菌實(shí)現(xiàn)了消除豆腥味及產(chǎn)生酯類香氣成分的作用[10]。此外，還能增加特殊的發(fā)酵香氣，使其口感甜潤、柔和等。

2.2 理化特性

微生物發(fā)酵技術(shù)對(duì)食品的物理性質(zhì)影響主要體現(xiàn)在水分活度（Aw）、硬度、膨脹力、咀嚼性、持水性、吸附性等；在化學(xué)成分上，主要包括對(duì)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(yǎng)成分

2.3.1 多糖

多糖，是一類具有多羥基結(jié)構(gòu)的聚合糖大分子碳水化合物，不同種類的多糖在機(jī)體生物學(xué)活性方面?zhèn)戎乇憩F(xiàn)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(diào)節(jié)腸道菌群，促進(jìn)腸胃功能發(fā)揮有益作用；動(dòng)物多糖，如硫酸軟骨素等，在延緩機(jī)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(fēng)濕性關(guān)節(jié)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(fā)酵后的多糖含量，結(jié)果顯示多糖含量提高了7.47%，對(duì)多糖成分的進(jìn)一步改性研究具有指導(dǎo)意義。

2.3.2 蛋白質(zhì)

微生物發(fā)酵對(duì)不同產(chǎn)品所含蛋白質(zhì)的影響較大。不同處理方式下（干熱、濕熱、熱化學(xué)和微生物發(fā)酵），微生物發(fā)酵能夠顯著提高蛋白質(zhì)溶解度及粗蛋白質(zhì)體外消化率，同時(shí)，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(fā)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(fā)酵時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白質(zhì)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(zhì)來源- 單細(xì)胞蛋白[12]也可通過微生物發(fā)酵獲得，應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域，能夠提高奶制品、飲料等的營養(yǎng)價(jià)值，改善食品質(zhì)構(gòu)，增強(qiáng)食品風(fēng)味等。

2.3.3 其他成分

微生物發(fā)酵技術(shù)能夠不同程度地影響食品中的多糖、蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)成分的含量、組成及存在形式，同時(shí)，氨基酸、總黃酮、酯類等通過一定的生物轉(zhuǎn)化，使其化學(xué)組成更均衡，提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值。除此之外，食品中還含有單寧、植酸、胰蛋白酶抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子，JAIN 等[13]運(yùn)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(xué)活性

基于微生物發(fā)酵的工藝特點(diǎn)，發(fā)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(xué)活性。酵素是一類典型的發(fā)酵產(chǎn)品，以動(dòng)物、植物、菌類等為原料，經(jīng)益生菌自身代謝，制得的含有特定生物活性成分的產(chǎn)品。根據(jù)培養(yǎng)基質(zhì)特點(diǎn)，生物活性有所側(cè)重，如樹莓- 石榴果汁酵素，抗氧化活性較強(qiáng)；糙米酵素起到調(diào)節(jié)血壓的作用并改善記憶力；白首烏酵素具有解酒護(hù)肝、補(bǔ)腎益精的功效。此外，發(fā)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(fā)酵制品中富含的活性成分，協(xié)同控制機(jī)體內(nèi)毒素的作用；通過調(diào)節(jié)機(jī)體糖代謝降低餐后血糖；加速TCA 循環(huán)，促進(jìn)乙醛分解，以提高肝功能；預(yù)防心腦血管疾病；調(diào)節(jié)胃腸道菌群，有助于增強(qiáng)機(jī)體免疫力；還能夠改善淀粉結(jié)構(gòu)和消化性等。

3 結(jié)論

微生物發(fā)酵技術(shù)不僅能提升食品的風(fēng)味、口感，改善食品的營養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)，制得的發(fā)酵食品還具有一定的生物學(xué)活性。隨著消費(fèi)者對(duì)食品功能需求的不斷提高，微生物發(fā)酵技術(shù)結(jié)合高新技術(shù)，更有針對(duì)性地管控食品品質(zhì)，如基因工程下的優(yōu)良菌株馴化選育以適應(yīng)特定發(fā)酵環(huán)境，混菌發(fā)酵滿足多種需求，雙螺桿擠壓膨化預(yù)處理改善食品質(zhì)構(gòu)等，發(fā)展前景廣闊，市場潛力大。