微生物在食品加工中的应用分析

◎ 匡凤军，郭 焘，刘 群，宋 佳，曹倩蕾

（1.湖南口味王集团有限责任公司，湖南 益阳 413001；2.湖南中益食品化工检测院，湖南 益阳 413001）

微生物是一类生物体的总称，个体微小、种类繁多，可将其划归为细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次体、支原体、衣原体和螺旋体8大类[1]。而微生物在食品加工中的应用并非与所有微生物相关，这类微生物可称为食品微生物，即与食品相关的微生物，一般分为生产型食品微生物（醋酸杆菌、酵母菌等）、使食物变质型微生物（霉菌、细菌等）、食源性病原微生物（大肠杆菌、肉毒杆菌等）3类。因此，对于微生物在食品加工中的应用不能仅注重其促进性功能，也应注意食品微生物在多样化复杂条件下的变异所引发的食物变质和人类食用诱发的生理疾病问题。微生物在食品加工应用中的分析不仅针对的是微生物本身，也包含微生物与食品结合后的变化，以及微生物的控制、培养、应用与防治。食物微生物在食品加工中的应用一般分为针对传统发酵食品和现代食品加工两种形式。传统发酵食品中微生物的应用历史悠久，以制酒工艺最为典型，同样在食醋、乳制品（豆制品）、面食、酱类制品和泡菜食品制作过程中，食物微生物也发挥着不可忽略的重要作用。在现代食品加工中的运用主要体现在微生态制剂、水果产品等方面。

1 食物微生物在传统发酵食品中的运用及作用

1.1 食物微生物在白酒酿造中的运用及作用

中国酒文化源远流长、博大精深，在制酒工艺长期的演进与发展过程中逐渐形成了酱香、清香、浓香、凤香4大香型。不同香型的形成与制酒工艺中微生物的控制与运用密切相关。白酒是一种风味发酵产品，它是通过曲与酪配合式发酵，在混合微生物种群构成微生物发酵系统，双边发酵，多种原料复合式配酪，固态发酵来进行酿酒生产，形成中国酒味以及酒体的风格。白酒发酵主要依靠微生物来完成，参与白酒发酵的微生物种类繁多，以霉菌、细菌、酵母菌为主，不同类型微生物因作用不同所形成的酒体也会有所差异。

在白酒酿制过程中的霉菌主要有曲霉、根霉、青霉、念珠霉和链孢霉，以曲霉最为常见，是酿酒行业所用的糖化菌种，其好坏程度直接关系到白酒的出酒率和质量[3]。白酒酿制过程中常见的曲霉又有黑霉菌、黄曲霉、米曲霉和红曲霉。细菌是白酒酿制过程中直接影响酒味风格的关键因子，是形成不同香型的直接因素。

白酒生产中常见的细菌菌种有乳酸菌、醋酸菌、丁酸菌和乙酸菌，大曲和酒醅中存在的乳酸菌经酯化反应形成的乳酸乙酯是赋予白酒独特香味的重要物质，但乳酸菌在白酒发酵中的介入应坚持适量原则，过量或不足量都会影响酒的出酒率和酒质。同样因白酒酿制工艺的特殊性，醋酸菌不可避免的介入白酒生产程序成为白酒酿制中构成白酒香味的一种成分。丁酸菌和乙酸菌是一种梭状芽孢杆菌，存在于浓香型大曲酿制的窖泥中，正是窖泥中功能性菌作用下丁酸和乙酸的生成才成就了香气浓郁的、回味绵长的曲酒。

酵母菌由于发酵后可形成多种代谢产物及自身内含丰富的蛋白质、维生素和酶，从而被广泛应用于医药、食品及化工行业，成为发酵工程中重要的应用物质。在白酒酿制过程中常见的应用于发酵的酵母菌菌种有酒精酵母、产酯酵母、假丝酵母和白地霉等。酒精酵母是指产酒精能力强的酵母，其新陈代谢物主要是酒精，还可以产生多种其他的化合物。产酯酵母具有较强的产脂能力，是使酒醅中含酯量增强的关键，并具有独特的香气特征，成为白酒香气的一种重要生成成分，也可称之为生香酵母。

1.2 食物微生物在食醋酿造中的运用及作用

食醋在我国作为调味品使用的历史悠久，可上溯至周朝时期，其可分为合成醋、酿制醋和再制醋3大类，且酿制醋与人们的生活关系最为紧密。不同品种的食醋具有各自独特的色、香、味，这是与酿制过程中不同微生物发挥特殊作用不可分割的。制醋可分为传统酿醋工艺和新法酿醋工艺，传统酿醋工艺多采用自然中的野生菌制曲、发酵，涉及的微生物种类繁多，而新法酿醋工艺采用人工选育的纯培养菌株进行制曲和发酵。参与酿醋淀粉糖化、酒精发酵和醋酸发酵的微生物主要有曲霉、酵母和醋杆菌。

曲霉的作用就在于生成淀粉酶和糖化酶来水解淀粉和蛋白质，其常见菌种有甘薯曲霉、宇佐美曲霉、黑曲霉和米曲霉等。不同曲霉菌种因物化属性的不同适用于不同的制醋工艺和环境条件。

酵母的主要作用在于借助其产生的酒化酶把糖类转化为酒精和二氧化碳等物质。食醋酿制一般选用子囊菌亚门酵母属中的酵母，在食醋酿制中常用的酵母有啤酒酵母及其变种、克氏酵母和南阳五号（1300）酵母等。但因不同酵母菌种的属性差异，所生成食醋的滋味和香气也会略有不同。

醋酸杆菌的主要作用是氧化酒精、醇类和糖类生成醋酸，同样，有些醋酸杆菌也可氧化糖类生成琥珀酸和乳酸等。在醋酸发酵的过程中会产生酯，从而增加食醋的香气。在食醋酿制过程中醋酸菌是醋酸发酵的主要菌种，且在当前食醋酿制中常用的醋酸菌有奥尔良醋杆菌、许氏醋杆菌、恶臭醋杆菌和沪酿1.01醋酸菌。

1.3 食物微生物在酱油酿造中的运用及作用

酱油同样是一种与人们生活紧密相关的日常食品调味料，其在我国使用的历史悠久，最早使用“酱油”一词可追溯至宋朝，大致可分为酿制酱油、配制酱油和化学酱油3种。酱油所具有的鲜味、甜味、酸味、酒香、酯香和咸味多种滋味混合的特点与微生物在酿造过程中的酶解和发酵作用的发挥直接相关。从酱油是以蛋白质原料和淀粉质原料为主经曲霉等多种微生物共同发酵酿制而成的定义中可看出参与酱油酿造的微生物种类具有多样性，包含曲霉、酵母菌和乳酸菌等多种微生物，且酱油的色、香、味以及原料利用率取决于微生物菌种的优劣程度。

酱油酿造过程中所使用的霉菌主要是米曲霉，黑曲霉、甘薯曲霉也是参与酱油发酵的重要霉菌菌种[2]。米曲霉作用的发挥主要体现在制曲工艺上，通过使米曲霉在曲料上充分生长发育，从而产生和积蓄发酵过程中味道形成所需要的酶，如蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、纤维素酶等，这些酶的生成促使了酱油味道的多样性和混合性。

酵母菌发酵生产出乙醇，成为酱油混合、复杂香气生成的重要部分，直接关系到酱油香气和气味的形成，酵母菌菌种有鲁氏酵母和易变球拟酵母。同样，乳酸菌发酵生产出乳酸，也成为生成酱油独特味道的重要微生物物质，乳酸菌菌种有酱油片球菌和酱油四联球菌。

1.4 食物微生物在发酵豆制品制作中的运用及作用

传统发酵豆制品是指大豆自然发酵下由原料向发酵产品转化形成具有不同风味特征和作用的发酵豆制品[4]，如腐乳、豆酱和豆豉，且受到人们的广泛欢迎。经研究分析，传统发酵豆制品不同风味的形成与微生物的生化作用直接相关，正是不同菌种微生物的发酵作用才使发酵豆制品各具特色。在发酵豆制品制作过程中参与并发挥作用的主要微生物有霉菌和酵母菌的真菌类、枯草芽孢杆菌和乳酸菌的细菌类。如在腐乳的制取过程中，霉菌是最为关键的菌种，且随之辅料和发酵条件的不同，微生物的菌群结构略有差异。在对不同地域、品味腐乳的微生物筛选分离实验中，发现曲霉、毛霉SH12、放射毛霉MGC317等不同霉菌菌株的存在[5]。酵母菌也是影响腐乳风味的关键微生物，在发酵毕赤酵母、鲁式酵母和奥默柯达酵母的作用下形成构成腐乳风味的风味物质乙酸、乙酯类、2-苯乙醇等。细菌在腐乳发酵过程中通过生成乳酸等滋味物质来发挥作用，主要细菌菌株有乳酸菌、芽孢杆菌和藤黄微球菌，且不同品味腐乳中细菌菌群结构存在差异。

2 食物微生物在现代加工食品中的运用及作用

基于现代科学技术发展和微生物学研究的深入，微生物运用于现代食品加工行业的深度和广度得以不断扩展，通过合理利用微生物的生化作用来提升食品产量和质量，食品行业得到了快速发展，人们的生活得到了有效保障。分析研究食物微生物在现代食品加工中的运用及作用对于更进一步优化食品加工工艺和提升食品产业制造能力具有重要意义。当前食物微生物在现代食品加工中的运用主要表现在微生态制剂、水果产品、蔬菜产品等多个方面。

2.1 食物微生物在微生态制剂制作中的应用及作用

从微生态制剂的定义来看，其对人体健康发展具有重要的促进作用。微生态制剂是制造功能型乳制品的重要元素和基体，富含微生态制剂的酸奶、奶酪、奶粉等乳制品能够增强人的抵抗力和免疫力，对人体健康具有重要作用。随着生物制剂技术的发展，微生态制剂被运用于多个行业或领域，尤其在食品加工中发挥着不可替代的作用。同样微生态制剂的制成与微生物具有紧密关联，从微生态制剂益生菌、益生元、合生元3大种态生成中不同微生物作用的发挥，可以看出微生物在微生态制剂制造中的重大作用。当前应用于益生菌生成的主要微生物有乳酸菌属、芽孢杆菌属和酵母菌属等，且投放于市场的主要益生菌食品有益生菌奶酪、益生菌奶粉和益生菌液态奶等。同样基于益生元、合生元制剂对人体的保健、抗病的作用，益生元奶制品和合生元乳制品在市场中也得到了广泛开发。

2.2 食物微生物在水果产品制造中的应用及作用

现代食品加工中的水果产品一般是指果酒、果汁、果醋、水果罐头和果酱，借以特定的生产加工工艺，使原先难以长期保鲜、保质或滞销的季节性水果通过转变形态、淬炼提取的方式变为可供长期存储的具有新增附加值的新形态加工食品。在原生水果向其他水果产品转化的过程中必然会涉及到发酵工艺，这就与微生物作用密不可分。一方面是借助微生物达到产出效果，另一方面是杀菌，避免微生物引发的食品变质。果酒与白酒具有类似的发酵工艺，只是果酒的原料是水果。水果原质经酿酒酵母发酵形成低酒精度数的水果味酒饮料。因果酒独特的品质，从而对人体具有重要的保健作用，且果酒风味多样化，受到了消费者的青睐。在果酒酿制过程中酿酒酵母发挥着关键性作用，直接关系到果酒口感和风味的形态。深入探究和研发适应性好的酿酒酵母是推进果酒加工产业发展的重要方向。在果汁制造中的微生物虽发挥了一定作用，但也存在极大的质量安全隐患，混杂在果汁中的微生物一经感染便会引发果汁变质。在对果汁微生物菌株的探究分析中发现，果汁中的细菌主要是乳酸菌类，可利用果汁中的有机物和碳水化合物产生乳酸和二氧化碳。果汁受到的外界污染主要有假丝酵母菌属、红酵母属和圆酵母属等。青霉菌和曲霉是果汁中最常见的霉菌，稍有生长便会产生不良气味。

3 食物微生物在食品加工中的正确运用

经对食物微生物在多种食品加工中运用及作用的分析，食物微生物在食品加工中的重要性不言而喻。当前，在食物微生物广泛运用的背景下，更应正确、合理、规范地使用的微生物，基于不同食品加工工艺的差异性和应用微生物菌株的不同性，科学培养微生物菌种，提升食品的产量和质量，防止微生物引发的变质问题，增强食品安全性和适用性。

3.1 定向培育菌株，提升食品加工效率

在不同食品加工中的微生物菌株具有不同的作用，一般都会存在促进食品加工的占有优势地位的菌株。菌株在不同的工艺条件或环境下的生存活性不同，在采用物理或化学方式作用下会诱导出更具优势性能的诱变菌株，这也是定向培育菌株的一种特有方式，能够产生出新的更适宜食品加工的优质菌株，对于食品加工效率的提升和保障食品质量具有重要作用。

3.2 混菌改良发酵工艺，提升食品品味

混菌改良发酵是食品加工中的现代微生物技术发展的一个重要方向。基于参与食品发酵过程的微生物种类繁多，且主要菌株间不存在拮抗特性，根据一定的比例混合改良发酵工艺能够获得更好的发酵成效，从而改善食品的品质和增强食品的风味，发挥出不同食品的独特滋味。

4 结语

当前微生物在食品加工中得到了广泛的应用，大体上表现为霉菌、酵母菌、细菌等几类，且因不同菌株在食品加工中的作用不同，造就了不同风味特征的食品。鉴于现代科技的发展和微生物技术的进步，微生物在食品加工中的运用仍有待进一步研究和挖掘，结合食品加工特点通过特定微生物菌株选育和混合改良发酵来提升食品的品质和产出率。