发酵食品微生物的应用现状及发展方向

一、发酵食品微生物及发酵方式利用微生物的作用而制得的食品都可称之为发酵食品。

我国传统发酵食品历史悠久，曾影响着日本、朝鲜等国家。

近年来，我国发酵食品工业化水平逐年提高，白酒、啤酒、葡萄酒、酸奶等产品的工业化生产发展迅速，其它产品如腐乳、豆豉、酱油、发酵肠等，工业化程度相对较低。

因此必须提高我国传统发酵食品工业化水平，参与国际竞争。

1 发酵食品生产中使用的微生物用于传统发酵食品的微生物有酵母菌、霉菌、细菌等。

如中国的著名大曲酒一茅台酒，其发酵所用的大曲由大麦、小麦等粮食原料保温培菌制得。

曲中的微生物由曲霉、红曲霉、根霉等霉菌，假丝酵母、汉逊酵母等酵母菌，以及乳酸菌、丁酸菌、耐高温芽抱杆菌等细菌组成；酸奶及发酵乳饮料是由乳酸杆菌、乳酸球菌、双歧杆菌等发酵制得；啤酒发酵是利用酵母菌；发酵肉制品主要的微生物有乳酸菌、片球菌、霉菌等。

黄酒发酵利用毛霉、根霉、酵母；酱油生产则利用米曲霉、酵母菌、乳酸菌；醋的生产主要是醋酸菌的作用。

为提高发酵水平，很多发酵食品应用现代生物技术选育优良菌株进行纯种发酵。

如英国采用转基因啤酒酵母进行啤酒的生产，可直接利用淀粉和糊精，提高了发酵产率。

目前国内外酸奶生产大多使用直投式乳酸菌粉，发酵剂产品质量均一，接种量可精确控制，同时省去了菌种车间，减少投资，简化了生产工艺。

2 发酵食品的发酵形式发酵食品的发酵形式主要有液态或固态发酵和自然或纯种发酵。

固态发酵广义上讲是指一类使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程，既包括将固态悬浮在液体中的深层发酵，也包括在没有(或几乎没有)游离水的湿固体材料上培养微生物的工艺过程。

多数情况下是指在没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物发酵的一个生物反应过程。

与液态培养方式相比，固态发酵具有如下优点：培养基简单且来源广泛，多为便宜的天然基质或工业生产的下脚料；投资少，能耗低，技术较简单；产物的产率较高；基质含水量低，可大大减少生物反应器的体积，不需要废水处理,环境污染较少，后处理加工方便；发酵过程一般不需要严格的无菌操作；通气一般可由气体扩散或间歇通风完成，不需要连续通风，空气一般也不需严格的无菌空气。

中国、日本等东方国家的传统发酵食品以固态发酵居多，如酱油、腐乳、豆豉等；西方也有一部分食品为固态发酵，如著名意大利色拉米香肠、德国图林根香肠和黎巴嫩肠。

陈洪章，李佐虎等研制出的压力脉动固态发酵新技术在严格意义上达到了纯种培养与大规模产业化要求。

现代固态发酵的应用具有巨大的潜能，但与液体发酵相比，目前固态发酵在传质、传热等方面还缺乏全面的详细研究，因而对工业化大规模的最优化生产仍有一定的影响。

现代发酵工业大多以大规模液体深层发酵为特征，小分子产品在水性发酵液中含量大都在10%上下，许多高价值或大分子浓度更低，有的甚至大大低于1%，因而发酵液产品提取后产生大量的废液，生产规模越大,废液越多,污染越重。

固态发酵技术具有节水、节能的独特优势，且没有废液产生，属于清洁生产技术。

采用现代固态发酵技术则不仅可提高产品本身的质量,还可提高其生产的可操作性,并达到提高产品产量和质量的目的。

纯种发酵和自然发酵相比较，生产周期短，生产易于机械化，干扰因素少。

现在有些发酵食品正在向纯种发酵发展，有的已成型且效果明显，如日本开发的先进的纯种制曲技术，欧美等国已制成的用于酸奶和发酵肠的纯种发酵剂，使发酵生产易于控制，发酵效果好，产品质量高，提高了劳动生产率及竞争力。

目前我国的腐乳生产也改革了传统的豆腐毛坯的制造方法，使用优良菌株进行纯种培养，使菌种保持原有优点的同时更加适宜高温条件。

二、发酵食品微生物的应用现状发酵食品有着悠久的历史，酱油、食醋、饮料、酒、发酵乳制品等属于这个领域，有着巨大的发展潜力。

利用微生物生产食品具有独特的特点，繁殖过程快，在一定条件下可大规模生产，要求营养物质简单。

发酵食品可以提高原产品的经济价值，改善质地、风味、营养价值，增加稳定性。

1 酵母菌酵母菌与人们的生活有着十分密切的关系，几千年来劳动人民利用酵母菌制作出许多营养丰富、味美的食品和饮料。

目前，酵母菌在食品工业中占有极其重要的地位。

1.1面包面包是产小麦国家的主食，几乎世界各国都有生产。

它是以面粉为主要原料，以酵母菌、糖、油脂和鸡蛋为辅料生产的发酵食品，其营养丰富，组织蓬松，易于消化吸收，食用方便，深受消费者喜爱。

酵母是生产面包必不可少的生物松软剂。

面包酵母是一种单细胞生物，属真菌类，学名为啤酒酵母。

面包酵母有圆形、椭圆形等多种形态。

以椭圆形的用于生产较好。

酵母为兼性厌氧性微生物，在有氧及无氧条件下都可以进行发酵。

1.2酒精及酒我国是一个酒类生产大国，也是一个酒文化文明古国，酿酒具有悠久的历史，在应用酵母菌酿酒的领域里，有着举足轻重的地位。

许多独特的酿酒工艺在世界上独领风骚，深受世界各国赞誉，同时也为我国经济繁荣作出了重要贡献。

我国酒类产品种类繁多，如：黄酒、白酒、啤酒、果酒等品种。

而且形成了各种类型的名酒，如绍兴黄酒、贵州茅台酒、青岛啤酒、烟台葡萄酒等。

酒的品种不同，酿酒所用的酵母以及酿造工艺也不同，而且同一类型的酒各地也有自己独特的工艺。

中国的酒精发酵行业始终服务于白酒行业，国内所有发酵酒精厂均执行食用酒精国家标准，生产不同等级的食用酒精，供白酒厂勾兑白酒。

发酵酒精生产的原料有玉米原料占60%以上，薯干原料占30%，糖蜜原料占10%以下。

筛选优质高效酵母菌，提高酒精转化率，提高酒精发酵工艺技术水平，向低温蒸煮和无蒸煮快速发酵方面发展，并结合玉米原料湿法前加工技术发展清液发酵的新工艺新技术，是酒精工业的发展方向。

在白酒生产中，继续落实优质、低酒度、低粮耗、高效益的发展方针。

液态法白酒较固态法白酒更能提高出酒率，降低原料消耗。

啤酒是以优质大麦芽为主要原料，大米、酒花等为辅料，经过制麦、糖化、啤酒酵母发酵等工序酿制而成的一种含有C02、低酒精浓度和多种营养成分的饮料酒。

它是世界上产量最大的酒种之一。

我国啤酒品种趋于多样化，由浓醇型向清爽型转化，品种有低度干啤，低醇、无醇啤酒，全麦、果味、健康啤酒。

在工艺上运用了室外发酵大罐、高浓度糖化、箱式深层制麦芽、自动化控制等新技术新工艺，加速了啤酒产业发展。

葡萄酒行业在酵母菌使用上也有了更新，部分生产厂家采用优质、香型、固体酵母菌种进行葡萄酒发酵，省去了扩培、复壮、菌种制备等环节，避免了传代、菌种生产过程中的污染造成的损失及影响产品质量，减少了投资和空间，简化了生产工艺。

1.3酵母工业活性干酵母产业近年发展迅速，将重点转移到其在食品工业和一日三餐的应用中,如努力开发硒酵母、酵母为基料的营养性新型鲜味剂。

在发酵酒工业中，活性干酵母将作为性能稳定、使用方便的发酵剂，有着不可估量的发展前景。

酵母是常用的营养药物,可以助消化,改善营养状况,酵母提取物中含有丰富的氨基酸、维生素、矿物质及核糖核酸,而这些成分为谷胱甘肽的合成提供了条件,谷胱甘肽是一种抗衰老因子,也是肝脏解毒的重要物质。

因此,以酵母提取物作为优质调整剂、营养强化剂和功能性食品配料,具有广阔的前景。

2 醋酸菌食醋是我国劳动人民在长期的生产实践中制造出来的一种酸性调味品。

在长期的酿醋生产中我国各地人们按照本地历史、地理、物产和生活习惯,创造了多种富有特色的制醋工艺,打造了众多不同风味的品牌食醋,如山西老陈醋、镇江香醋、福建红曲老醋、保宁麸醋、江浙玫瑰醋、喀左陈醋、北京熏醋、上海米醋、四川麸醋、丹东白醋等著名食醋。

食醋按加工方法可分为合成醋、酿造醋、再制醋三大类。

其中产量最大且与我们关系最为密切的是酿造醋，它是用粮食等淀粉质为原料，经微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。

其主要成分除醋酸(3%～5%)外，还含有各种氨基酸、有机酸、糖类、维生素、醇和酯等营养成分及风味成分，具有独特的色、香、味。

目前酿醋生产用的主要原料有：薯类如甘薯、马铃薯等；粮谷类如玉米、大米等；粮食加工下脚料如碎米、麸皮、谷糠等；果蔬类如黑醋栗、葡萄、胡萝卜等；野生植物如橡子、菊芋等；其他如酸果酒、酸啤酒、糖蜜等。

固态法生产食醋除了上述主要原料外，还需要疏松材料如谷壳、玉米芯等，使发酵料通透性好，好氧微生物能良好生长。

随着发酵设备的发展，目前液态法酿醋逐渐发展壮大。

菌种优化选育：20世纪60年代中期，上海科研工作者率先选育出沪酿1.01醋酸菌，将其用于液体深层发酵,提高了液态制醋的生产能力。

1984年又分离和筛选到沪酿1.079，其醇酸转化率达96.97%，食醋风味好。

同期,山东大学选育出糖化菌“乾氏曲霉78B2”，使食醋产量提高6%。

20世纪90年代,河北调味食品研究所以泡盛曲霉为出发菌株,通过复合诱变处理，获得突变株泡盛曲霉ULE，其分解生淀粉的能力有显著提高,可用于生料制醋。

之后，对霉菌、酵母菌、醋酸菌、乳酸菌及其他酿醋功能菌的菌种选育工作普遍展开。

通过对野生型菌株的筛选和育种,得到了一批生产性状优良的菌株。

如山东酒精总厂采用物理化学复合诱变处理的方法得到了黑曲霉UV11-UJ5突变株，使糖化酶活力最高达到21000单位/克曲。

湛江海洋大学用亚硝基胍处理黑曲霉，使其纤维素酶活力达到6600单位/克以上。

上海酿造科学研究所筛选到乳酸菌沪酿1.04，使之与酵母共酵，提高了不挥发酸含量，改善了液体醋风味。

在我国酿醋微生物的育种中多采用诱变育种方法，常用亚硝基胍、亚硝酸等化学诱变剂和紫外线、γ射线等物理诱变剂，近年来逐步开展了激光、等离子束诱变育种研究。

而国外已应用原生质体融合和基因工程技术培育出适应高温发酵、高酸度发酵以及快速发酵的新菌株。

例如，日本食醋专家通过细胞融合培育出了可酿造20%以上高酸度醋的优质菌种。

此外还培育出一株热醋酸梭菌，在厌氧条件下，不经乙醇发酵，直接可将1mol 己糖直接转化成3mol的醋酸。

3 乳酸菌及双歧杆菌3.1 发酵乳制品及发酵剂发酵乳制品是指良好的原料乳经过杀菌作用接种特定的微生物进行发酵作用，产生具有特殊风味的食品，称为发酵乳制品。

发酵乳制品有酸奶、发酵乳饮料、奶酪、酸奶油等。

生产菌种主要是乳酸菌。

乳酸菌的种类较多，常用的有干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、保加利亚乳杆菌(L. bulgaricus)、嗜酸乳杆菌(L. acidophilus)、植物乳杆菌(L. plantarum)、乳酸乳杆菌(L. Lactis)、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)等。

近年来，随着对双歧杆菌在营养保健方面作用的认识，人们便将其引入酸奶制造，使传统的单株发酵，变为双株或三株共生发酵。

由于双歧杆菌的引入，使酸奶在原有的助消化、促进肠胃功能作用基础上，又具备了防癌、抗癌的保健作用。