發酵技術在農產品加工中的應用研究

摘要：農業生產強調農產品加工在其中的綜合應用效果。近年來，生物工程技術成為各類產品在預處理以及后續加工當中的重點技術類型，而發酵技術屬于生物工程的關鍵性內容，可協助農產品加工生產向著更為完善的方向進步。生產者可利用發酵技術改善農產品品質，延長農產品可存儲時間的同時提升農產品營養價值，滿足消費者所提出的各項生產加工需求。本文對發酵技術在農產品加工當中的應用展開研究，在明確技術應用要點的同時逐步改良技術，以此來為農產品生產加工提供相應參考。

關鍵詞：發酵；農產品加工

部分農產品本身存在存儲運輸難度大且成本高的問題，將發酵技術用于其中則可加以改良；并且發酵技術在一定程度上可提升農產品經濟價值及其產出質量。近年來，發酵技術也被逐步用于新型農產品加工生產線以及農產品垃圾轉化當中，協助農產品生產加工進入新階段。

1 農產品加工中發酵技術應用類型

1.1 傳統發酵技術

傳統發酵技術在實際應用當中以深層發酵（SMF）與固態發酵（SSF）這2類為主，其中深層發酵利用將微生物放置在深層培養液中實現發酵處理。所用菌種數據來看，深層發酵中乳酸菌的使用頻率較高，其接種量通常在106～108CFU/mL這一范圍當中，而芽孢桿菌的接種量一般為105～107CFU/mL。真菌方面深層發酵所用酵母接種量需管控在105～106CFU/mL之間，曲霉的接種量多為105～106孢子/mL。在技術應用方面，乳酸菌可產生足量酸性物質以降低當前發酵體系的pH，破壞有害微生物生長環境以達到延長農產品保質期的效果；芽孢桿菌可分泌多種酶類以促進底物分解轉化；酵母菌能進行酒精發酵，產生乙醇和二氧化碳等產物；曲霉則可生成淀粉酶、蛋白酶等多種酶，對農產品中的淀粉、蛋白質等成分進行分解。技術人員在推進深層發酵操作時應向培養基內定量添加強制性營養物質，幫助發酵菌保持高活性狀態并準確培養選定微生物種類。深層發酵技術可用于大規模生產當中，并且整體發酵工作處于密閉發酵罐之中，可通過調整發酵罐參數等方式靈活調整發酵條件以減少外界環境因素對其造成的影響，充分降低人工成本和勞動強度[1]。

固態發酵（SSF）在制藥、紡織、食品生產中均可應用，利用固體基質支持物代替液體培養基來生產代謝微生物。菌種方面，霉菌于固體發酵當中相對常見，根霉的接種量一般為105～107孢子/g基質，毛霉的接種量約為105～106孢子/g基質；酵母菌在固態發酵中也有應用，接種量大致在105～106CFU/g基質；細菌中醋酸菌使用頻率較高，接種量通常為105～107CFU/g基質。固態發酵通常在淺盤、曲箱等容器中進行，基質處于固態狀態，含水量一般控制在30%～70%。溫度控制方面，霉菌發酵時溫度多維持在25～30℃，酵母菌發酵適宜溫度為20～28℃。由于固態發酵體系相對較為疏松，氧氣傳遞難度較低，發酵時需配備可持續運行的通風設備以幫助菌種穩定發酵。整體通風量則要根據當前發酵規模及菌種需求選定，每1 h每1 m3基質的通風量在0.1～1.0 m3左右。與深層發酵技術相比，固態發酵技術對于設備的要求相對較低，無需配備復雜發酵罐及攪拌裝置且整體投資成本小，并且固態發酵使用的基質多為秸稈、麩皮等農產品副產物，可實現資源層面的循環利用以提升農產品生產的可持續發展性[2]。并且現階段固態發酵技術利用密閉式固態發酵反應器推進發酵處理，菌種篩選方面也強調采取純種單一菌株或限定菌株混合發酵的方式，在實際應用當中需要技術人員對發酵原料采取無菌化處理。

1.2 新型發酵工藝技術

這類技術的研發及應用強調提高傳統發酵效率，以此來達到精確化管控發酵過程變量的工作目標，其中相對具有代表性的便是調整發酵所用菌株、改良發酵過程中底物成分以提升其可用性，配合研制發酵效率更高且底物轉化效果達標的制造工藝。新興發酵工藝技術當中基因工程菌使用頻率較高，這類工程所用菌種經基因工程改造處理具有較強發酵效果，通常按105～107CFU/mL的標準進行接種，菌種整體倍增時間與傳統菌種相比可縮短20～40 min。實際發酵當中基因工程菌對于底物的利用率較高，可在較低濃度的底物下進行有效發酵，并且與常規發酵相比某些酶的產量可達到傳統菌種的2～5倍。基因工程菌發酵技術需嚴格管控發酵罐內發酵環境條件，溫度控制在28～37℃。pH保持在6.5～7.5較為適宜，為基因工程菌生長及代謝提供相應條件。經過基因工程菌發酵的農產品含有更多氨基酸、維生素等功能性成分，技術應用方面可利用基因改造賦予菌種全新功能特性以產出傳統發酵模式難以獲得的產物，充分提高農產品附加價值[3]。

新型發酵工藝技術當中的固定化細胞發酵技術應用優勢較多，對農產品進行發酵處理時可采用分批發酵、連續發酵或半連續發酵等方式。分批發酵周期一般為24～72 h；連續發酵則可以實現長時間的穩定生產，發酵液流速需根據細胞生長和代謝情況進行調整，通?？砂凑?.1～1.0 L/h的標準執行。獲取發酵產物時可利用過濾或離心等方法將固化細胞與發酵液相互分離，因此可重復使用固化細胞，整體發酵生產成本較低。

代謝控制發酵技術則是利用控制微生物代謝途徑完成特定產物的高效率合成。營養物質供應方面需精確控制碳源、氮源、無機鹽等的濃度比例，其中碳源濃度一般在10～50 g/L，氮源濃度在1～10 g/L，代謝調節劑添加量需管控在0.01～1.0 g/L，發酵時溫度應控制在25～35℃。代謝控制發酵技術的優勢在于可大量合成目標代謝物，抑制發酵過程中各類副產物的生成總量以提高當前產物純度及其質量，此時發酵產物的品質、生物學活性與整體穩定性也可得到改善，與常規發酵技術相比可充分提升區域內經濟效益及環境效益。

技術人員還可將高壓處理（HPP）、脈沖電場（PEF）和超聲波（US）等方案用于發酵流程，在不改變農產品比例配置方案的基礎上調整發酵過程變量，以此來提升食品發酵效率，在此基礎上生產出感官屬性及營養價值多方面達標的優質發酵產品。生產中技術部門可增設微生物膜來增加發酵劑整體活性，利用在微生物膜上構建可逆孔洞來提高整體滲透性以增加傳質，逐步提高營養物質輸送效果并排出細胞所生成的各類廢棄物。利用增強膜透化可改善酶活性，加速酶物質釋放效率以增加可用活性位點數量并拉高酶物質對底物的實際親和力。

2 發酵技術在農產品加工中的技術應用

2.1 傳統食品與釀酒加工

傳統食品的生產及加工工作與發酵之間有著密切關聯，其中相對具有代表性的便是醬料發酵、蔬菜發酵、釀醋加工以及釀酒加工這幾個方面。醬料發酵方面將各類谷物以及豆類作為生產原料，利用微生物發酵將其轉換為半液態或液態制品，目前國內消費量較高的植物類發酵醬以豆瓣醬、甜面醬以及豆豉為主，豐富群眾日常飲食的同時將原本消化難度較高的植物轉化為更易被人體吸收的狀態。

對蔬菜予以發酵處理可延長蔬菜的存儲時間，降低存儲難度并在一定程度上賦予蔬菜全新口感，其中相對具有代表性的便是以乳酸菌為主的泡菜制作。相關工作者在推進泡菜的生產制作時初始接種乳酸菌總量為每1 g原料105～106CFU。發酵時乳酸菌繁殖速度較快，3 d內乳酸菌數量可達到每克108～109CFU，發酵時乳酸菌會利用蔬菜中的糖類等物質進行代謝產生乳酸等有機酸，使發酵缸內整體pH下降，通常4 d內發酵缸中pH可降至3.5～4.0。此時發酵缸中各類病原微生物的生長活性受到抑制，乳酸則賦予泡菜獨特的酸味和脆爽口感。技術人員推進發酵工作時應嚴格管控發酵溫度，通?？蓪l酵缸溫度管控在15～25℃左右以幫助乳酸菌保持較高代謝性[4]。

腐乳屬于群眾生活當中相對常見且消耗量較大的一類調味食品，前期生產方面高度強調霉菌發酵效果，其中毛霉等霉菌在腐乳前期發酵中占主導地位。發酵技術應用方面需要技術人員在豆腐坯上接種毛霉孢子，接種量一般為每克豆腐103～105個孢子，將發酵溫度管控在15～18℃這一范圍內，濕度則需管控在85%～90%當中。毛霉菌接觸到豆腐后可快速生長并形成一層白色菌絲體，經3 d左右的培養菌絲體長度可達1～2 cm。毛霉菌所分泌的蛋白酶等酶類會將豆腐中的蛋白質分解為小分子多肽和氨基酸，使得腐乳具有濃郁鮮味的同時在口感上達到細膩標準。

我國利用水果以及各類谷物釀酒的工藝發展歷史相對久遠，而在釀酒加工生產環節高度強調發酵技術在其中的應用效果。白酒釀造當中常用大曲進行發酵，而大曲中富含酵母菌和霉菌等微生物，發酵初期霉菌會分泌淀粉酶等酶類將原料中的淀粉分解為糖類，酵母菌則利用這些糖類進行酒精發酵。發酵缸內溫度管控在25～30℃的情況下，經7～10 d發酵乙醇含量可達到5%～8%，后續乙醇含量會隨著天數增加而增加，后續配合蒸餾技術可獲取乙醇濃度更高的白酒產品。固態發酵過程中，堆積發酵階段的溫度一般控制在30～35℃以幫助微生物保持較為穩定的生長代謝速度，入窖發酵階段窖池內的溫度會逐漸升高然后緩慢下降，這個過程中微生物會進行復雜的代謝活動并產生各種香味物質。

而葡萄酒釀造工作在推進當中強調酵母菌的應用效果，對葡萄進行打碎的預處理工作后拌入人工培養的酵母菌，接種量方面需要管控在每升葡萄汁106～107CFU。在18～22℃的溫度下酵母菌會將葡萄汁中的糖分轉化為乙醇和二氧化碳，一般經過7～10 d的發酵，乙醇含量可達到10%～12%?，F階段葡萄酒發酵工作可劃分成主發酵和后發酵2個階段，其中主發酵階段以酒精發酵為主，而后發酵階段則強調完善葡萄酒風味以逐步提升其品質[5]。

2.2 食品添加劑

現階段群眾飲食越發強調食品添加劑在其中的應用效果，而發酵技術可幫助添加劑實現高質量生產，帶動農產品加工向著更為完善的方向進步。日常生活中所用到的多數食品添加劑會用到發酵技術，其中相對具有代表性的便是增味劑，在氨基酸類增味劑的生產中通過發酵法可大量生產谷氨酸鈉。發酵過程通常以糖類、淀粉水解糖等為碳源，以尿素、銨鹽等為氮源，配合添加適量的無機鹽和生長因子以幫助微生物獲取優質養分。谷氨酸棒桿菌等經過選育的微生物菌種可在適宜的溫度、pH和通氣條件下進行發酵，逐步將底物轉化為目標氨基酸。發酵方面則要嚴格管控發酵溫度，通?？蓪⑵淇刂圃?0～32℃，幫助微生物保持原有生長代謝水平的基礎上提高氨基酸合成速度。經過一定時間的發酵，發酵液中積累了大量的目標氨基酸，此時技術人員可通過提取、精制等工藝得到高純度氨基酸增味劑。

部分微生物在前期代謝當中可產生具備抑菌作用的物質，將其作為防腐劑可延長農產品的存儲時間。發酵技術應用方面可利用篩選具有產抑菌物質能力的微生物菌株，采用相對適宜的培養基與發酵條件進行培養，具體生產方面微生物利用培養基中的營養物質實現代謝，具體培養當中需合理搭配碳源、氮源、無機鹽等成分。根據生產需求調整發酵參數，可將溫度管控在25～30℃，pH管控在6.0～7.0，結束發酵之后從發酵液之中提取或純化抑菌物質以獲取發酵型防腐劑，這類相對天然的防腐劑同樣符合消費者對綠色健康食品的需求。

2.3 植食性發酵食品

植食性發酵食品屬于現階段食品行業發展的一項焦點，發酵過程中微生物會利用原料中含有的糖類、蛋白質、脂肪等營養物質進行生長繁殖并產生有機酸、醇類、酯類、醛類等代謝產物，進而為發酵食品提供獨特的風味及香氣，部分植食性發酵食品還具備一定保健功能。其中相對具有代表性的便是有機酸，其可以調節腸道菌群以促進人體消化吸收；而醇類和酯類等揮發性物質可增加食品香氣及其風味。微生物中分泌的各類酶還可分解原料中的大分子物質，使其成為小分子物質以提高食品營養價值和消化吸收率。

2.4 發酵乳制品及動物產品

各類乳制品以及動物產品通過發酵可轉化為更易被消化吸收的狀態，此時發酵過程的整體控制效果可決定乳制品品質的整體管控效果。實際發酵當中發酵溫度、發酵時間以及pH等因素均會對微生物生長及其代謝帶來直接影響，隨乳酸菌生長及產酸，pH會逐漸下降，當pH達到一定程度時容易對微生物生長能力造成抑制并影響產品質地及其口感，此時應適時調整pH以確保發酵過程順利進行。發酵結束后應對產品進行冷卻處理以降低微生物活性，后續配合均質處理使產品中的脂肪球等均勻分布以提高產品口感。

3 結語

綜上所述，對發酵技術在農產品加工中的應用展開研究時，需要相關工作者不斷深挖發酵技術在農產品加工之中的潛力，探索更多技術應用方案，從而帶動農產品生產加工向著更為完善的方向進步。

參考文獻

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