微生物在食品加工中的應(yīng)用分析

◎ 匡鳳軍，郭 燾，劉 群，宋 佳，曹倩蕾

（1.湖南口味王集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 益陽 413001；2.湖南中益食品化工檢測院，湖南 益陽 413001）

微生物是一類生物體的總稱，個(gè)體微小、種類繁多，可將其劃歸為細(xì)菌、病毒、真菌、放線菌、立克次體、支原體、衣原體和螺旋體8大類[1]。而微生物在食品加工中的應(yīng)用并非與所有微生物相關(guān)，這類微生物可稱為食品微生物，即與食品相關(guān)的微生物，一般分為生產(chǎn)型食品微生物（醋酸桿菌、酵母菌等）、使食物變質(zhì)型微生物（霉菌、細(xì)菌等）、食源性病原微生物（大腸桿菌、肉毒桿菌等）3類。因此，對于微生物在食品加工中的應(yīng)用不能僅注重其促進(jìn)性功能，也應(yīng)注意食品微生物在多樣化復(fù)雜條件下的變異所引發(fā)的食物變質(zhì)和人類食用誘發(fā)的生理疾病問題。微生物在食品加工應(yīng)用中的分析不僅針對的是微生物本身，也包含微生物與食品結(jié)合后的變化，以及微生物的控制、培養(yǎng)、應(yīng)用與防治。食物微生物在食品加工中的應(yīng)用一般分為針對傳統(tǒng)發(fā)酵食品和現(xiàn)代食品加工兩種形式。傳統(tǒng)發(fā)酵食品中微生物的應(yīng)用歷史悠久，以制酒工藝最為典型，同樣在食醋、乳制品（豆制品）、面食、醬類制品和泡菜食品制作過程中，食物微生物也發(fā)揮著不可忽略的重要作用。在現(xiàn)代食品加工中的運(yùn)用主要體現(xiàn)在微生態(tài)制劑、水果產(chǎn)品等方面。

1 食物微生物在傳統(tǒng)發(fā)酵食品中的運(yùn)用及作用

1.1 食物微生物在白酒釀造中的運(yùn)用及作用

中國酒文化源遠(yuǎn)流長、博大精深，在制酒工藝長期的演進(jìn)與發(fā)展過程中逐漸形成了醬香、清香、濃香、鳳香4大香型。不同香型的形成與制酒工藝中微生物的控制與運(yùn)用密切相關(guān)。白酒是一種風(fēng)味發(fā)酵產(chǎn)品，它是通過曲與酪配合式發(fā)酵，在混合微生物種群構(gòu)成微生物發(fā)酵系統(tǒng)，雙邊發(fā)酵，多種原料復(fù)合式配酪，固態(tài)發(fā)酵來進(jìn)行釀酒生產(chǎn)，形成中國酒味以及酒體的風(fēng)格。白酒發(fā)酵主要依靠微生物來完成，參與白酒發(fā)酵的微生物種類繁多，以霉菌、細(xì)菌、酵母菌為主，不同類型微生物因作用不同所形成的酒體也會有所差異。

在白酒釀制過程中的霉菌主要有曲霉、根霉、青霉、念珠霉和鏈孢霉，以曲霉最為常見，是釀酒行業(yè)所用的糖化菌種，其好壞程度直接關(guān)系到白酒的出酒率和質(zhì)量[3]。白酒釀制過程中常見的曲霉又有黑霉菌、黃曲霉、米曲霉和紅曲霉。細(xì)菌是白酒釀制過程中直接影響酒味風(fēng)格的關(guān)鍵因子，是形成不同香型的直接因素。

白酒生產(chǎn)中常見的細(xì)菌菌種有乳酸菌、醋酸菌、丁酸菌和乙酸菌，大曲和酒醅中存在的乳酸菌經(jīng)酯化反應(yīng)形成的乳酸乙酯是賦予白酒獨(dú)特香味的重要物質(zhì)，但乳酸菌在白酒發(fā)酵中的介入應(yīng)堅(jiān)持適量原則，過量或不足量都會影響酒的出酒率和酒質(zhì)。同樣因白酒釀制工藝的特殊性，醋酸菌不可避免的介入白酒生產(chǎn)程序成為白酒釀制中構(gòu)成白酒香味的一種成分。丁酸菌和乙酸菌是一種梭狀芽孢桿菌，存在于濃香型大曲釀制的窖泥中，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氣濃郁的、回味綿長的曲酒。

酵母菌由于發(fā)酵后可形成多種代謝產(chǎn)物及自身內(nèi)含豐富的蛋白質(zhì)、維生素和酶，從而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品及化工行業(yè)，成為發(fā)酵工程中重要的應(yīng)用物質(zhì)。在白酒釀制過程中常見的應(yīng)用于發(fā)酵的酵母菌菌種有酒精酵母、產(chǎn)酯酵母、假絲酵母和白地霉等。酒精酵母是指產(chǎn)酒精能力強(qiáng)的酵母，其新陳代謝物主要是酒精，還可以產(chǎn)生多種其他的化合物。產(chǎn)酯酵母具有較強(qiáng)的產(chǎn)脂能力，是使酒醅中含酯量增強(qiáng)的關(guān)鍵，并具有獨(dú)特的香氣特征，成為白酒香氣的一種重要生成成分，也可稱之為生香酵母。

1.2 食物微生物在食醋釀造中的運(yùn)用及作用

食醋在我國作為調(diào)味品使用的歷史悠久，可上溯至周朝時(shí)期，其可分為合成醋、釀制醋和再制醋3大類，且釀制醋與人們的生活關(guān)系最為緊密。不同品種的食醋具有各自獨(dú)特的色、香、味，這是與釀制過程中不同微生物發(fā)揮特殊作用不可分割的。制醋可分為傳統(tǒng)釀醋工藝和新法釀醋工藝，傳統(tǒng)釀醋工藝多采用自然中的野生菌制曲、發(fā)酵，涉及的微生物種類繁多，而新法釀醋工藝采用人工選育的純培養(yǎng)菌株進(jìn)行制曲和發(fā)酵。參與釀醋淀粉糖化、酒精發(fā)酵和醋酸發(fā)酵的微生物主要有曲霉、酵母和醋桿菌。

曲霉的作用就在于生成淀粉酶和糖化酶來水解淀粉和蛋白質(zhì)，其常見菌種有甘薯曲霉、宇佐美曲霉、黑曲霉和米曲霉等。不同曲霉菌種因物化屬性的不同適用于不同的制醋工藝和環(huán)境條件。

酵母的主要作用在于借助其產(chǎn)生的酒化酶把糖類轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳等物質(zhì)。食醋釀制一般選用子囊菌亞門酵母屬中的酵母，在食醋釀制中常用的酵母有啤酒酵母及其變種、克氏酵母和南陽五號（1300）酵母等。但因不同酵母菌種的屬性差異，所生成食醋的滋味和香氣也會略有不同。

醋酸桿菌的主要作用是氧化酒精、醇類和糖類生成醋酸，同樣，有些醋酸桿菌也可氧化糖類生成琥珀酸和乳酸等。在醋酸發(fā)酵的過程中會產(chǎn)生酯，從而增加食醋的香氣。在食醋釀制過程中醋酸菌是醋酸發(fā)酵的主要菌種，且在當(dāng)前食醋釀制中常用的醋酸菌有奧爾良醋桿菌、許氏醋桿菌、惡臭醋桿菌和滬釀1.01醋酸菌。

1.3 食物微生物在醬油釀造中的運(yùn)用及作用

醬油同樣是一種與人們生活緊密相關(guān)的日常食品調(diào)味料，其在我國使用的歷史悠久，最早使用“醬油”一詞可追溯至宋朝，大致可分為釀制醬油、配制醬油和化學(xué)醬油3種。醬油所具有的鮮味、甜味、酸味、酒香、酯香和咸味多種滋味混合的特點(diǎn)與微生物在釀造過程中的酶解和發(fā)酵作用的發(fā)揮直接相關(guān)。從醬油是以蛋白質(zhì)原料和淀粉質(zhì)原料為主經(jīng)曲霉等多種微生物共同發(fā)酵釀制而成的定義中可看出參與醬油釀造的微生物種類具有多樣性，包含曲霉、酵母菌和乳酸菌等多種微生物，且醬油的色、香、味以及原料利用率取決于微生物菌種的優(yōu)劣程度。

醬油釀造過程中所使用的霉菌主要是米曲霉，黑曲霉、甘薯曲霉也是參與醬油發(fā)酵的重要霉菌菌種[2]。米曲霉作用的發(fā)揮主要體現(xiàn)在制曲工藝上，通過使米曲霉在曲料上充分生長發(fā)育，從而產(chǎn)生和積蓄發(fā)酵過程中味道形成所需要的酶，如蛋白酶、淀粉酶、果膠酶、纖維素酶等，這些酶的生成促使了醬油味道的多樣性和混合性。

酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)出乙醇，成為醬油混合、復(fù)雜香氣生成的重要部分，直接關(guān)系到醬油香氣和氣味的形成，酵母菌菌種有魯氏酵母和易變球擬酵母。同樣，乳酸菌發(fā)酵生產(chǎn)出乳酸，也成為生成醬油獨(dú)特味道的重要微生物物質(zhì)，乳酸菌菌種有醬油片球菌和醬油四聯(lián)球菌。

1.4 食物微生物在發(fā)酵豆制品制作中的運(yùn)用及作用

傳統(tǒng)發(fā)酵豆制品是指大豆自然發(fā)酵下由原料向發(fā)酵產(chǎn)品轉(zhuǎn)化形成具有不同風(fēng)味特征和作用的發(fā)酵豆制品[4]，如腐乳、豆醬和豆豉，且受到人們的廣泛歡迎。經(jīng)研究分析，傳統(tǒng)發(fā)酵豆制品不同風(fēng)味的形成與微生物的生化作用直接相關(guān)，正是不同菌種微生物的發(fā)酵作用才使發(fā)酵豆制品各具特色。在發(fā)酵豆制品制作過程中參與并發(fā)揮作用的主要微生物有霉菌和酵母菌的真菌類、枯草芽孢桿菌和乳酸菌的細(xì)菌類。如在腐乳的制取過程中，霉菌是最為關(guān)鍵的菌種，且隨之輔料和發(fā)酵條件的不同，微生物的菌群結(jié)構(gòu)略有差異。在對不同地域、品味腐乳的微生物篩選分離實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)曲霉、毛霉SH12、放射毛霉MGC317等不同霉菌菌株的存在[5]。酵母菌也是影響腐乳風(fēng)味的關(guān)鍵微生物，在發(fā)酵畢赤酵母、魯式酵母和奧默柯達(dá)酵母的作用下形成構(gòu)成腐乳風(fēng)味的風(fēng)味物質(zhì)乙酸、乙酯類、2-苯乙醇等。細(xì)菌在腐乳發(fā)酵過程中通過生成乳酸等滋味物質(zhì)來發(fā)揮作用，主要細(xì)菌菌株有乳酸菌、芽孢桿菌和藤黃微球菌，且不同品味腐乳中細(xì)菌菌群結(jié)構(gòu)存在差異。

2 食物微生物在現(xiàn)代加工食品中的運(yùn)用及作用

基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展和微生物學(xué)研究的深入，微生物運(yùn)用于現(xiàn)代食品加工行業(yè)的深度和廣度得以不斷擴(kuò)展，通過合理利用微生物的生化作用來提升食品產(chǎn)量和質(zhì)量，食品行業(yè)得到了快速發(fā)展，人們的生活得到了有效保障。分析研究食物微生物在現(xiàn)代食品加工中的運(yùn)用及作用對于更進(jìn)一步優(yōu)化食品加工工藝和提升食品產(chǎn)業(yè)制造能力具有重要意義。當(dāng)前食物微生物在現(xiàn)代食品加工中的運(yùn)用主要表現(xiàn)在微生態(tài)制劑、水果產(chǎn)品、蔬菜產(chǎn)品等多個(gè)方面。

2.1 食物微生物在微生態(tài)制劑制作中的應(yīng)用及作用

從微生態(tài)制劑的定義來看，其對人體健康發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。微生態(tài)制劑是制造功能型乳制品的重要元素和基體，富含微生態(tài)制劑的酸奶、奶酪、奶粉等乳制品能夠增強(qiáng)人的抵抗力和免疫力，對人體健康具有重要作用。隨著生物制劑技術(shù)的發(fā)展，微生態(tài)制劑被運(yùn)用于多個(gè)行業(yè)或領(lǐng)域，尤其在食品加工中發(fā)揮著不可替代的作用。同樣微生態(tài)制劑的制成與微生物具有緊密關(guān)聯(lián)，從微生態(tài)制劑益生菌、益生元、合生元3大種態(tài)生成中不同微生物作用的發(fā)揮，可以看出微生物在微生態(tài)制劑制造中的重大作用。當(dāng)前應(yīng)用于益生菌生成的主要微生物有乳酸菌屬、芽孢桿菌屬和酵母菌屬等，且投放于市場的主要益生菌食品有益生菌奶酪、益生菌奶粉和益生菌液態(tài)奶等。同樣基于益生元、合生元制劑對人體的保健、抗病的作用，益生元奶制品和合生元乳制品在市場中也得到了廣泛開發(fā)。

2.2 食物微生物在水果產(chǎn)品制造中的應(yīng)用及作用

現(xiàn)代食品加工中的水果產(chǎn)品一般是指果酒、果汁、果醋、水果罐頭和果醬，借以特定的生產(chǎn)加工工藝，使原先難以長期保鮮、保質(zhì)或滯銷的季節(jié)性水果通過轉(zhuǎn)變形態(tài)、淬煉提取的方式變?yōu)榭晒╅L期存儲的具有新增附加值的新形態(tài)加工食品。在原生水果向其他水果產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的過程中必然會涉及到發(fā)酵工藝，這就與微生物作用密不可分。一方面是借助微生物達(dá)到產(chǎn)出效果，另一方面是殺菌，避免微生物引發(fā)的食品變質(zhì)。果酒與白酒具有類似的發(fā)酵工藝，只是果酒的原料是水果。水果原質(zhì)經(jīng)釀酒酵母發(fā)酵形成低酒精度數(shù)的水果味酒飲料。因果酒獨(dú)特的品質(zhì)，從而對人體具有重要的保健作用，且果酒風(fēng)味多樣化，受到了消費(fèi)者的青睞。在果酒釀制過程中釀酒酵母發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，直接關(guān)系到果酒口感和風(fēng)味的形態(tài)。深入探究和研發(fā)適應(yīng)性好的釀酒酵母是推進(jìn)果酒加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。在果汁制造中的微生物雖發(fā)揮了一定作用，但也存在極大的質(zhì)量安全隱患，混雜在果汁中的微生物一經(jīng)感染便會引發(fā)果汁變質(zhì)。在對果汁微生物菌株的探究分析中發(fā)現(xiàn)，果汁中的細(xì)菌主要是乳酸菌類，可利用果汁中的有機(jī)物和碳水化合物產(chǎn)生乳酸和二氧化碳。果汁受到的外界污染主要有假絲酵母菌屬、紅酵母屬和圓酵母屬等。青霉菌和曲霉是果汁中最常見的霉菌，稍有生長便會產(chǎn)生不良?xì)馕丁?/p>

3 食物微生物在食品加工中的正確運(yùn)用

經(jīng)對食物微生物在多種食品加工中運(yùn)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。當(dāng)前，在食物微生物廣泛運(yùn)用的背景下，更應(yīng)正確、合理、規(guī)范地使用的微生物，基于不同食品加工工藝的差異性和應(yīng)用微生物菌株的不同性，科學(xué)培養(yǎng)微生物菌種，提升食品的產(chǎn)量和質(zhì)量，防止微生物引發(fā)的變質(zhì)問題，增強(qiáng)食品安全性和適用性。

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，一般都會存在促進(jìn)食品加工的占有優(yōu)勢地位的菌株。菌株在不同的工藝條件或環(huán)境下的生存活性不同，在采用物理或化學(xué)方式作用下會誘導(dǎo)出更具優(yōu)勢性能的誘變菌株，這也是定向培育菌株的一種特有方式，能夠產(chǎn)生出新的更適宜食品加工的優(yōu)質(zhì)菌株，對于食品加工效率的提升和保障食品質(zhì)量具有重要作用。

3.2 混菌改良發(fā)酵工藝，提升食品品味

混菌改良發(fā)酵是食品加工中的現(xiàn)代微生物技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。基于參與食品發(fā)酵過程的微生物種類繁多，且主要菌株間不存在拮抗特性，根據(jù)一定的比例混合改良發(fā)酵工藝能夠獲得更好的發(fā)酵成效，從而改善食品的品質(zhì)和增強(qiáng)食品的風(fēng)味，發(fā)揮出不同食品的獨(dú)特滋味。

4 結(jié)語

當(dāng)前微生物在食品加工中得到了廣泛的應(yīng)用，大體上表現(xiàn)為霉菌、酵母菌、細(xì)菌等幾類，且因不同菌株在食品加工中的作用不同，造就了不同風(fēng)味特征的食品。鑒于現(xiàn)代科技的發(fā)展和微生物技術(shù)的進(jìn)步，微生物在食品加工中的運(yùn)用仍有待進(jìn)一步研究和挖掘，結(jié)合食品加工特點(diǎn)通過特定微生物菌株選育和混合改良發(fā)酵來提升食品的品質(zhì)和產(chǎn)出率。