微生物发酵技术在食品领域的应用研究

通过在豆制品、面制品、茶叶以及乳制品的制作过程中引入微生物发酵技术，可以极大提升食品的风味和营养价值；且微生物发酵的反应条件和反应环境符合绿色生产及可持续发展的内在要求，能够实现资源的最大化运用。本文先是分析了微生物发酵技术在食品领域的应用范围，然后提出了优化及实施微生物发酵的关键策略。

一、微生物发酵技术概述

发酵工程被称作微生物工程，其实际生产过程中的相关技术手段被称作微生物发酵技术。微生物发酵技术是细胞融合技术、DNA重组技术、现代分子改造修饰技术以及传统发酵技术相互融合后产生的一种生物技术类型，具体包括微生物菌种选育培养技术、微生物资源开发利用技术以及固定化细胞技术等。这类发酵技术的发展与成熟为有效改善食品生产提供了有力的技术支撑。

微生物发酵技术可以按照微生物来源和基质中水分含量的不同进行划分。其中，按照微生物来源的不同可以分为自然发酵和接种发酵。前者是利用自然环境中的微生物进行发酵的过程；后者需要提前选出纯种的菌种进行发酵，发酵周期较短、产品质量较高。按照基质中水分含量的不同可以分为液态发酵和固态发酵。前者是通过菌体在培养液中的代谢反应，收获相应的代谢产物及菌丝体的方式；后者是以固体有机废物为基质进行反应，具有产酶量高、能耗低等优势。

二、微生物发酵技术的优势

（一）可以提高食品品质

1.提升食品感官品质。动物、植物类食品中的某些挥发性成分会产生特有的味道，如羊肉的膻味、茴香的香辛气味、鱼的鱼腥味以及紫苏的辛辣味等，这些味道可能会影响食品的生产和加工。通过引入微生物发酵技术，可以在一定程度上降低和改善这些不良影响，从而起到提升食品感官品质的作用。例如，将酵母菌及乳酸菌进行二次发酵后可以有效去除甘草本身的腥味，使其口感变得更为酸爽。

2.消除食品对人体的不良影响。微生物发酵可以消除食物本身对人体的一些不良作用。比如，花生作为食物中的八大主要过敏原之一，可能会使人体产生过敏性休克或死亡等反应，而采用纳豆芽孢杆菌与高压灭菌相结合的技术可以有效降低花生的致敏性，提高花生制品的营养价值。

3.增强食品的营养价值。首先，微生物发酵技术可以提升食物中多糖的含量。不同的多糖对人体生物学活性的功效及作用不同，其中的真菌类多糖，如灵芝多糖可以有效抗癌和抗肿瘤，拥有较为成熟的应用市场；动物多糖在防治心脑血管疾病和降低机体衰老速度等方面表现较好；微生物多糖则有助于调节人体肠道菌群，增强人体肠胃功能。其次，微生物发酵技术会影响产品中蛋白质的含量。相较于热化学、干热和湿热等处理方式，微生物发酵可以提升粗蛋白质的体外消化率和蛋白质溶解度，如在枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌等菌种的作用下，食物中的氨基酸、酸溶蛋白和粗蛋白的含量显著增长，且经过微生物发酵技术得到的单细胞蛋白这一新型蛋白质能够提高饮料和奶制品的营养价值，增强相关食品的风味和口感。最后，微生物发酵技术会对食品中的一些植酸、单宁、胰蛋白酶抑制剂等因子产生一定的影响。例如，JAIN以小麦粉为反应原料，在与枯草芽孢杆菌JJBS250反应24h后，小麦粉中的植酸含量有所下降，这有助于人们更好地消化及吸收食物。

4.提升食品的安全性。无论是传统的微生物发酵还是现代的微生物发酵技术，其原材料都以微生物为主，与较为激烈的化学反应和化学合成相比，其结构分解与重组更为温和，不易产生毒性，可以避免化学合成物质对人体的负面影响，安全性更强。

（二）可以实现绿色生产

从微生物发酵的条件和环境来看，其通常是在常温、常压下产生生化反应，可以降低高温、高压反应对环境和设备的损坏，从而进一步提升生产设备的稳定性，降低能源消耗，促进食品工业的绿色可持续发展。从发酵过程来看，参与发酵的原料类型丰富多样，可以对废弃生物进行回收再利用，从而使资源价值得到最大化的开发与运用，有助于减少对有限自然资源的开采。另外，微生物发酵这一催化反应的反应速率较快、生产效率较高，有助于实现低碳生产，促进循环经济的发展，从而有效推动工业生产质量水平的提升。

三、微生物发酵技术在食品领域的应用

（一）面制品

面制品生产是食品领域较为常见的微生物发酵应用场景，通常会运用酵母菌等微生物对面制品进行发酵，从而使面团产生较多蓬松的气孔，达到更好的口感和风味，如面包、披萨以及馒头等面食产品皆使用了微生物发酵技术。此外，这一技术还可以在一定程度上降低面制品中糖分及碳水化合物的含量，从而使其更健康。

（二）调味品

微生物发酵技术在调味品领域的运用也十分常见，如酱、醋和酱油等都是发酵而来的。通常情况下，会以高粱、大豆和米为原料进行发酵，它们在一个特定的复杂环境下发生发酵反应，从而得到调味品。

（三）茶叶

我国是各类茶叶的原产地，且在很早之前便开始通过微生物发酵技术生产多种类型的茶制品。其中，全发酵茶和半发酵茶是较为常见的两种产品，且经过微生物发酵技术的茶叶，如白茶、红茶及乌龙茶等，与不发酵的绿茶在风味上具有明显的差别。此外，微生物发酵技术还可以使茶叶中的茶多酚结构发生变化，产生新的化合物，巩固茶叶中的有效成分，进一步提高茶叶的保健价值和营养价值。

（四）豆制品

微生物发酵技术参与豆制品的生产与制作也十分常见。以普通大豆为原材料，引入微生物发酵技术，可以降低大豆的硬度，并通过蛋白酶对大豆中蛋白质的水解，发酵形成豆干和豆腐等产品。此外，豆制品的衍生产品，如毛豆腐和腐乳等的制作也用到了微生物发酵技术，在此过程中，曲霉菌、青霉菌、毛霉菌和酵母菌等发挥了相应的作用。

（五）乳制品

发酵乳制品是以牛奶为基础原料生成的产品，酸奶、发酵黄油是其中比较常见的类型。乳汁与发酵菌发生反应会产生酮、酸、醛、酯等产物，促使乳基质发生变化，生成丙酮酸、乳酸以及酪酸等有机酸，从而使乳汁转化为凝乳、酸奶、酸牛奶等奶制品。相较于未发酵的黄油，发酵后的黄油在口感上更加柔软、细腻，风味也得到了明显改善，可以更好地应用于食品生产与加工中。

（六）现代酿酒

微生物发酵技术是现代酿酒工艺中最为核心的一项技术内容。酵母菌是一种单细胞真菌，在糖类物质的帮助下可以完成自身代谢，产生相应的生长物质及能量。在具体的酿酒过程中，酵母菌等微生物在一定的环境和反应条件下可以将糖类物质转变为二氧化碳和酒精，从而满足酿酒要求。近年来，酿酒蒸馏技术和发酵温度控制技术发展迅速，人们可以精准掌握酒醅成分的变化，使得酒品的产量与质量得到不断的提升与完善。

（七）防腐保鲜

微生物发酵技术还经常被应用于食品的防腐和保鲜领域。例如，苹果酸和葡萄糖酸等酸味增强剂在经过发酵后酸味较重，对于保持食品的口感和质量有着积极的影响及作用。此外，将乳酸菌用于乳制品和肉制品发酵，可以提高食品的整体酸性，抑制其它微生物的生长，确保食品安全及品质。

四、提高微生物发酵技术优势的策略

（一）筛选和研发高产菌株

近年来，合成生物学、基因编辑等技术为改造和优化微生物菌株提供了新的思路和技术支撑，使得菌株的设计更为科学、精准。优化及完善微生物发酵过程的首要步骤是筛选和构建高产菌株，在转录组学技术和基因组学技术的支撑下，深入了解优良菌株的基因表达调控机制，并对氨基酸、葡萄糖等代谢通路相关基因进行定向改造，从而研发出高产能的工业菌株。

（二）融合合成生物学

合成生物学可以进一步扩大微生物发酵产品的种类。在食品生产过程中，要积极探索合成生物学与微生物发酵技术的结合路径，重新设计和适当调控微生物遗传的内容，完成对代谢网络的重构。例如，使用基因编辑技术敲除微生物基因组中负反馈调控因子的表达，能够提高目标产物产量；在大肠杆菌中重构异戊二烯，能够极大地提高其生产效率。

（三）优化发酵工艺条件

在完成筛选及构建高效微生物菌株的工作后，需要通过调整和控制基质配比、pH、温度和溶氧水平等因素为微生物的生长和代谢营造科学、适宜的条件，以确保微生物处于最佳状态。

（四）积极推广新的技术

首先，引导、组织科研机构和食品企业成立联合实验室与研究中心，为微生物发酵技术的研发提供共享实验设施与技术平台，进而推动微生物发酵技术更快地应用于实践生产。其次，设立专项资金支持研发项目，用于培育新型发酵菌株、优化微生物发酵过程、基因编辑改造等创新性研究工作。最后，积极寻求微生物发酵技术在食品领域的多种运用路径。例如，运用微生物发酵技术开发功能性食品；通过筛选并培养不同类型的微生物获得具有特定功效的菌群、菌株，开发多种类型的功能性食品。

综上，微生物发酵技术在食品领域有着广泛的应用，未来可以通过筛选高产菌株、融合合成生物学、优化发酵条件、积极推广新技术等方式，进一步推动微生物发酵技术在食品产业中的广泛应用。

基金项目：2023年度山西省高校科技创新项目“不同陈酿时长山西老陈醋品质解析及关键风味物质确证”（2023L307）。

作者简介：戴铭成（1987-），男，汉族，山西太谷人，讲师，硕士研究生，研究方向为食品微生物及发酵食品。

樊迎（1987-），女，汉族，山西运城人，讲师，博士，研究方向为发酵食品、食品风味及品质调控。

连文绮（1986-），女，汉族，山西长治人，讲师，硕士研究生，研究方向为食品营养与功能食品加工。