◎ 龍飛躍

（江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330095）

1 概述

1.1 發(fā)酵概述

發(fā)酵是世界上最古老的食物保存形式之一。發(fā)酵是指人們借助微生物在有氧或無(wú)氧條件下的生命活動(dòng)來(lái)制備微生物菌體本身，或者直接代謝產(chǎn)物或次級(jí)代謝產(chǎn)物的過(guò)程。酵母菌、乳酸菌等微生物的無(wú)氧呼吸也叫發(fā)酵。

發(fā)酵食品包括的食品原料較多，如谷物、大豆、水果和蔬菜，以及魚(yú)類和其他海洋產(chǎn)品。發(fā)酵食品及其配料市場(chǎng)規(guī)模近年來(lái)一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2023年將從2016年的636.89 億美元會(huì)增長(zhǎng)到888.76 美元[1]。發(fā)酵乳制品（如酸奶）成為有益（益生菌）菌株的潛在來(lái)源，并作為提供此類功能性菌株的標(biāo)準(zhǔn)模式。亞洲許多非乳制品發(fā)酵蔬菜、水果和植物原料，特別是谷物，成為新的潛在有益菌株的來(lái)源[2]。其中含有的植物乳桿菌是一種潛在的益生菌。

發(fā)酵食品主要分為發(fā)酵大豆產(chǎn)品、發(fā)酵魚(yú)肉產(chǎn)品、發(fā)酵蔬菜產(chǎn)品、發(fā)酵面包和面食以及酒精飲料共5 類。乳酸菌在不同程度上參與了所有發(fā)酵，并且影響產(chǎn)品的最終結(jié)果。

酸性食品發(fā)酵能使食物對(duì)微生物變質(zhì)和食物毒素產(chǎn)生抵抗力；使食品傳播病原微生物的可能性降低；將食品原材料加工后供人們消費(fèi)使用；改變食品原來(lái)的味道，并提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。常見(jiàn)的乳酸發(fā)酵食品見(jiàn)表1。

表1 乳酸菌發(fā)酵食品表

1.2 乳酸菌概述

乳酸菌（Lactic Acid Bacteria，LAB）是一類能利用可發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸的細(xì)菌的統(tǒng)稱，是人類營(yíng)養(yǎng)和食品微生物學(xué)中的主要微生物。在蔬菜、水果、魚(yú)、肉和牛奶的發(fā)酵中使用乳酸菌，可以改善食品質(zhì)地和風(fēng)味，抑制微生物生長(zhǎng)產(chǎn)生變質(zhì)，延長(zhǎng)保質(zhì)期。

乳酸菌在食品發(fā)酵中具有悠久的歷史，圍繞乳酸菌的食品開(kāi)發(fā)已經(jīng)形成了一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。其中，植物乳酸桿菌（Lactobacillus plantarum）是食品工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的益生菌和微生物發(fā)酵劑的菌種之一。研究發(fā)現(xiàn)，具有益生菌特性的乳酸菌可對(duì)有害的微生物群（食源性病原體）產(chǎn)生抑制作用，提高發(fā)酵食品的安全性和保質(zhì)期[3]。乳酸桿菌被廣泛應(yīng)用于工業(yè)發(fā)酵和食品加工中，被認(rèn)為具有“公認(rèn)安全”，并且具有合格的安全認(rèn)定地位[4]，乳酸桿菌必須具有在胃腸道中生存的能力，并能粘附于其上皮細(xì)胞?！鞍l(fā)酵”或“正在發(fā)酵的食物”是基質(zhì)（主要是有機(jī)化合物）在酶或微生物作用下的非吸附性代謝，產(chǎn)生理想的生化變化導(dǎo)致食物顯著細(xì)化的過(guò)程[4]。發(fā)酵可以改善食品的口感和風(fēng)味，并影響食品的質(zhì)量和功能，同時(shí)消費(fèi)者也越來(lái)越意識(shí)到發(fā)酵食品與健康之間的關(guān)系。預(yù)計(jì)功能性食品中，發(fā)酵食品占市場(chǎng)總數(shù)的60%～70%。

2 發(fā)酵食品

2.1 米酒/啤酒

米酒是由谷物（主要是大米）制造的酒精飲料。傳統(tǒng)的酒精飲料包括從晶瑩剔透的產(chǎn)品到渾濁的液體或濃稠的糊狀物。含有約15%的酒精可以被認(rèn)定為米酒。傳統(tǒng)谷類酒精發(fā)酵過(guò)程包括兩步發(fā)酵。①固態(tài)發(fā)酵。霉菌在生或熟的谷物上生長(zhǎng)，待霉菌繁殖數(shù)量足夠后加入粉碎的谷物，通過(guò)酵母發(fā)酵。②液態(tài)發(fā)酵。將干燥的粉狀物與水混合，并在陰涼的地方儲(chǔ)存發(fā)酵數(shù)天再進(jìn)行釀造提純。在此期間，產(chǎn)生微生物淀粉酶和蛋白酶將谷物原料中的淀粉轉(zhuǎn)化為糖。這個(gè)過(guò)程中酸性細(xì)菌產(chǎn)生有機(jī)酸，將pH 值降低至4.5 以下，有利于酵母在酒精發(fā)酵后期的生長(zhǎng)。然后通過(guò)向母酒中加入約2 ～3 倍體積煮熟的谷物和水制備第一個(gè)發(fā)酵醪，再加入新的熟糧和水后持續(xù)發(fā)酵。不僅提高產(chǎn)量，同時(shí)提高最終產(chǎn)品的酒精濃度和質(zhì)量。

20 世紀(jì)初，日本釀酒商首先工業(yè)化釀造黃酒，他們采用了純發(fā)酵劑，即米曲，并結(jié)合歐洲開(kāi)發(fā)的制造技術(shù)。黃酒的工業(yè)化生產(chǎn)包括精米蒸煮、接種霉菌、米曲霉或川曲霉，并在25 ～30 ℃下培養(yǎng)2 ～3 d。母釀是將發(fā)酵劑、曲、酵母籽泥和水混合，在20 ℃下培養(yǎng)3 ～4 d。主要釀制方法是在母釀中加入約10 倍體積的熟米飯和水，發(fā)酵2 ～3 周。再過(guò)濾發(fā)酵的糖漿以獲得澄清的液體，并在涼爽的地方陳釀1 ～2 周，之后再次過(guò)濾、裝瓶和巴氏殺菌[5]。傳統(tǒng)米酒釀造過(guò)程中微生物群的變化不同于工業(yè)過(guò)程，在受控發(fā)酵過(guò)程中采用純培養(yǎng)接種[4]。酸性細(xì)菌在傳統(tǒng)釀造中的貢獻(xiàn)較大，而在工業(yè)過(guò)程中的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

2.2 酸性發(fā)酵蔬菜

我國(guó)發(fā)酵蔬菜歷史悠久，自公元前3 世紀(jì)就有發(fā)酵蔬菜的生產(chǎn)。各種白菜、卷心菜、蘿卜等都可用于生產(chǎn)發(fā)酵蔬菜。酸性發(fā)酵蔬菜是維生素和礦物質(zhì)的重要來(lái)源。在已知的發(fā)酵蔬菜品種中，植物乳酸桿菌在發(fā)酵蔬菜中占主要作用，它能夠調(diào)節(jié)發(fā)酵蔬菜中的高鹽堿性和酸度。在蔬菜的起始發(fā)酵和主發(fā)酵階段，占優(yōu)勢(shì)的細(xì)菌有腸膜狀明串珠菌、短乳桿菌、啤酒片球菌、植物乳桿菌、保加利亞乳桿菌以及糞鏈球菌等，其中乳酸菌是發(fā)酵的主體。

在泡菜發(fā)酵過(guò)程中，當(dāng)pH 值和酸度分別達(dá)到4.0 ～4.5 和0.5 ～0.6 時(shí)，可獲得最佳口感，此時(shí)維生素C 的含量最高[6]。在較高的發(fā)酵溫度下，成熟時(shí)間會(huì)縮短。成熟前，腸膜明串珠球菌是泡菜中主要的微生物，而乳酸菌菌種是過(guò)度成熟的泡菜中的主要微生物。泡菜發(fā)酵后期的乳酸菌品種受發(fā)酵溫度的影響，植物乳酸桿菌和短乳桿菌在20 ～30 ℃進(jìn)行發(fā)酵，麥芽乳桿菌和巴維酸乳桿菌在5 ～7 ℃發(fā)酵。植物乳酸桿菌是該類菌群中產(chǎn)酸量最高的品種，其DL-乳酸含量比明串珠菌高3 ～4 倍[4]。因此，低溫發(fā)酵可防止泡菜產(chǎn)生大量的乳酸和過(guò)熟，并延長(zhǎng)最佳口感期。

近年來(lái)，基因組探測(cè)DNA 芯片被應(yīng)用于發(fā)酵過(guò)程中微生物行為的識(shí)別和監(jiān)測(cè)。泡菜發(fā)酵過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了100 多種微生物。其中，魏氏菌、檸檬明串珠菌、彎曲乳桿菌、酒井乳桿菌和發(fā)酵乳酸菌是重要的微生物。研究發(fā)現(xiàn)，一種對(duì)細(xì)菌素敏感的菌株Lb. plantarum的存在被證明是一種環(huán)境刺激物，能夠激活檸檬黃菌素GJ7 的產(chǎn)生。此外，使用誘導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)菌素的菌株作為發(fā)酵劑可顯著提高泡菜的質(zhì)量和保質(zhì)期[7]。研究發(fā)現(xiàn)泡菜中獲得的菌株可生成一種新型抗真菌化合物3,6-雙（2-甲基丙基）-2,5-哌嗪二酮（分子量226 kDa）[8]，說(shuō)明泡菜發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的抗菌活性物質(zhì)和有機(jī)酸能夠有效調(diào)節(jié)泡菜中的微生物群，控制致病微生物的生長(zhǎng)。

3 結(jié)語(yǔ)

乳酸菌對(duì)發(fā)酵食品的風(fēng)味和質(zhì)地有顯著影響。植物乳酸桿菌（Lb. plantarum）菌株能使發(fā)酵食品的質(zhì)量穩(wěn)定性、口感得到增強(qiáng)，這些菌株能抑制各種致病菌生長(zhǎng)，包括革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌。有機(jī)酸、酶系統(tǒng)、生物活性肽、維生素和EPS 的生物合成是發(fā)揮益生菌抗菌、抗氧化活性的主要機(jī)制。植物乳酸桿菌菌株的拮抗特性和益生菌特性，可以對(duì)食品加工和儲(chǔ)存過(guò)程中有害微生物起到抑制作用，并可提高發(fā)酵食品的保質(zhì)期和安全性。

發(fā)酵食品系統(tǒng)中的益生菌菌株能夠減少化合物的使用，促進(jìn)健康，并降低消費(fèi)者的風(fēng)險(xiǎn)。因此，選擇合適的發(fā)酵食品的益生菌菌株至關(guān)重要，也是以淀粉、非乳制品為基礎(chǔ)的發(fā)酵食品開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。