發酵技術在食品和農業方面的應用

藺雯雯，楊帆，李亦非，李沅依，田裕加

（中國農業大學煙臺研究院，山東煙臺 264670）

發酵是指借助微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來制備微生物菌體或者直接產物以及次級代謝產物的過程。我國在殷商時期開始釀酒，周朝開始釀造醬油，漢代開始制曲，北魏開始利用醋酸菌酶液釀醋。隨著科技的發展，發酵的“潛在應用范圍”逐漸被開發出來，并不再局限于簡單的釀造，如今的發酵技術在食品、農業等多個領域中均有廣泛應用。

1 發酵技術在食品方面的應用

1.1 發酵釀酒

北魏賈思勰所著的《齊民要術》中總結了我國古代勞動人民的釀酒發酵經驗，表明我國在大約1 500年前就已經形成了較為完備的制曲釀酒體系。該體系從制曲季節、制曲原料的處理到控制制曲水分的標準和方法等多個方面均有一定的要求，以確保釀出優質的酒。我國從曲蘗釀酒發展而成的制曲釀酒法，既不同于地中海歐洲葡萄酒釀造技術，又區別于起源于古埃及的麥芽啤酒生產方法，所釀得的酒別有一番風味[1]。時至今日，我國的制曲釀酒方法仍在世界釀酒技術上占有一席之地。

但是，啤酒、白酒等酒精度較高的酒精飲品并不適合多數人，為擴大受眾人群，低度數酒精飲料應運而生。以面包渣浸泡提取的面包液為原料，加入保加利亞乳酸菌、酵母菌等菌種混合發酵，發酵過程中控制發酵產生的酒精在千分之五左右，可以實現酒精含量只有1%左右，通過這種工藝制得的軟飲料適合兒童等高度數酒精不耐受人群飲用。

1.2 新型發酵飲品

1.2.1 奶啤

發酵技術在飲品方面的應用發展迅猛，新型產品大量涌現。奶啤是二次發酵技術釀制的一種含適度二氧化碳、低酒精度、酸甜可口、營養豐富的新型健康乳制飲品，創新性地將啤酒和酸奶的香氣有機地結合在一起，形成了“奶香檳”獨特的香氣和口感[2]，因其能夠保持人體腸道內益生菌群的多樣性，從而促進腸道蠕動，改善便秘癥狀。

1.2.2 無糖蘇打水

“無糖專家”元氣森林主打的0糖、0脂肪、0卡路里蘇打氣泡水，其碳水化合物主要來自赤蘚糖醇，是通過微生物發酵法生產的糖醇，能量系數為0，深受減肥人士喜愛。

1.3 復合發酵果酒

果酒發酵不再選用單一原料，為追求更豐富的口感和營養價值，復合果酒逐漸發展起來。劉飛等[3]以紅棗和新疆甘草為原料通過發酵工藝制得低酒精度的健康飲品，宋照軍等[4]將高糖無花果和高酸山楂復配釀得果香馥郁、酸甜協調的果酒，申國霞等[5]將沙棘和冰白葡萄按照一定的比例搭配構成發酵基質釀造復合果酒。

1.4 新型發酵添加劑

肉制品加工中普遍使用的一種食品添加劑——亞硝酸鹽可以抑制微生物尤其是肉毒梭狀芽孢桿菌的生長，同時起著抑制氧化[6]、成色、呈味的作用，能夠提高肉制品的感官品質。但是，亞硝酸鹽會與食物中的氨基酸反應生成具有強致癌性的亞硝酸胺，過量食用亞硝酸鹽會對人體產生危害，甚至引起急性中毒。隨著生活水平的提高，人們對食品品質的要求也越來越高，綠色食品更受消費者青睞。發酵技術的產物作為新型添加劑替代化學合成型亞硝酸鹽生產綠色腌肉制品已成為研究熱點。王吉等[7]將發酵芹菜汁添加到調理豬肉餅中，測定貯藏過程中肉餅的亞硝酸鹽殘留量、生物胺、感官品質等多項指標，發現發酵芹菜汁在一定程度上可替代化學合成型亞硝酸鹽并且能夠使調理肉餅表現出較低的亞硝酸鹽殘留和較好的感官品質。

1.5 發酵醬、發酵醋

醬和醋是人們日常生活中不可或缺的調味品。傳統的發酵醬多指以谷類、豆類為原材料，在適當的溫度下經微生物發酵作用而成的半固態發酵食品。按照原料將發酵醬分為動物性原料醬（包括肉醬、魚醬、蝦膏等）和植物性原料醬（包括豆豉、豆醬、甜面醬、蔬菜醬、果醬等）[8]。醋作為中國各大菜系中最為傳統的調味品之一，已有3 000年以上的歷史。我國古代勞動人民以酒作為發酵劑來發酵釀制食醋。隨著社會的進步和發展，制醋的原料也逐漸多樣化。熊亞等[9]建立了桑葚-草莓復合果醋發酵動力學模型，李巧鳳等[10]優化了甜柿果醋發酵工藝。

2 發酵技術在農業方面的應用

目前，“禁抗”“減抗”已成為養殖業發展的大勢所趨，尋找可替代抗生素的新型添加劑或新型飼料已成為當前研究的主要課題。

2.1 發酵飼料

發酵飼料被認為是飼料“禁抗”后的最佳替代物，是利用微生物、復合酶為生物飼料發酵劑菌種，能夠降低或消除飼料原料中的抗營養因子并產生一些酶類活性物質[11]，活菌含量較高，可以維持動物腸道內的微生態平衡，提高飼料轉化率，增強免疫力的同時將大分子蛋白質分解為小分子肽類，是一種有利于動物吸收和利用的新型環保飼料[12]。王勝等[13]將生物發酵飼料添加到白羽肉雞基礎日糧中，發現生物發酵飼料可以明顯改善白羽肉雞的生長性能，提升其平均日增重，從而提升養殖的經濟效益。

2.2 發酵技術在秸稈中的應用

我國是農業生產大國，農作物光合作用的產物有50%以上存在于秸稈中，但秸稈中粗纖維含量較高、粗蛋白含量較低且質地較粗硬，難以被動物吸收利用。大部分秸稈采用焚燒處理，不僅造成了生物資源的浪費，還會導致污染環境。發酵技術能夠降低秸稈中的纖維含量，提高蛋白含量，從而提升其營養價值和飼用價值。桂蘊等[14]經試驗分析得出發酵玉米秸稈可以提升肉牛的生長性能及肝、腎的代謝水平，從而提高養分消化率。

2.3 發酵技術將畜禽糞便“變廢為寶”

隨著我國農業的快速發展，養殖業規模化程度逐漸提高，統計數據顯示，目前中國的畜禽糞年排放量達到近40億噸，已成為生態環境的重要污染源之一。相關研究表明，發酵技術可以對畜禽糞便進行加工再利用，提升其利用率，從而提高經濟效益、社會效益和生態效益。崔文正[15]設計了一種秸稈和糞便發酵及制作有機肥的一體化裝置發酵技術，將多種功能集為一體，提高了制作效率。李奕等[16]發明了一種畜糞秸稈混合發酵沼氣發電系統，實現了對畜禽糞便的環保利用。

3 結語

發酵技術能夠更環保、更充分地利用一些資源，在國民經濟中起著重要作用。隨著科技的發展，發酵技術的潛在應用范圍將逐漸被開發出來，并更廣泛地應用于食品、農業等多個領域。