通過在豆制品、面制品、茶葉以及乳制品的制作過程中引入微生物發(fā)酵技術，可以極大提升食品的風味和營養(yǎng)價值；且微生物發(fā)酵的反應條件和反應環(huán)境符合綠色生產及可持續(xù)發(fā)展的內在要求，能夠實現(xiàn)資源的最大化運用。本文先是分析了微生物發(fā)酵技術在食品領域的應用范圍，然后提出了優(yōu)化及實施微生物發(fā)酵的關鍵策略。

一、微生物發(fā)酵技術概述

發(fā)酵工程被稱作微生物工程，其實際生產過程中的相關技術手段被稱作微生物發(fā)酵技術。微生物發(fā)酵技術是細胞融合技術、DNA重組技術、現(xiàn)代分子改造修飾技術以及傳統(tǒng)發(fā)酵技術相互融合后產生的一種生物技術類型，具體包括微生物菌種選育培養(yǎng)技術、微生物資源開發(fā)利用技術以及固定化細胞技術等。這類發(fā)酵技術的發(fā)展與成熟為有效改善食品生產提供了有力的技術支撐。

微生物發(fā)酵技術可以按照微生物來源和基質中水分含量的不同進行劃分。其中，按照微生物來源的不同可以分為自然發(fā)酵和接種發(fā)酵。前者是利用自然環(huán)境中的微生物進行發(fā)酵的過程；后者需要提前選出純種的菌種進行發(fā)酵，發(fā)酵周期較短、產品質量較高。按照基質中水分含量的不同可以分為液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵。前者是通過菌體在培養(yǎng)液中的代謝反應，收獲相應的代謝產物及菌絲體的方式；后者是以固體有機廢物為基質進行反應，具有產酶量高、能耗低等優(yōu)勢。

二、微生物發(fā)酵技術的優(yōu)勢

（一）可以提高食品品質

1.提升食品感官品質。動物、植物類食品中的某些揮發(fā)性成分會產生特有的味道，如羊肉的膻味、茴香的香辛氣味、魚的魚腥味以及紫蘇的辛辣味等，這些味道可能會影響食品的生產和加工。通過引入微生物發(fā)酵技術，可以在一定程度上降低和改善這些不良影響，從而起到提升食品感官品質的作用。例如，將酵母菌及乳酸菌進行二次發(fā)酵后可以有效去除甘草本身的腥味，使其口感變得更為酸爽。

2.消除食品對人體的不良影響。微生物發(fā)酵可以消除食物本身對人體的一些不良作用。比如，花生作為食物中的八大主要過敏原之一，可能會使人體產生過敏性休克或死亡等反應，而采用納豆芽孢桿菌與高壓滅菌相結合的技術可以有效降低花生的致敏性，提高花生制品的營養(yǎng)價值。

3.增強食品的營養(yǎng)價值。首先，微生物發(fā)酵技術可以提升食物中多糖的含量。不同的多糖對人體生物學活性的功效及作用不同，其中的真菌類多糖，如靈芝多糖可以有效抗癌和抗腫瘤，擁有較為成熟的應用市場；動物多糖在防治心腦血管疾病和降低機體衰老速度等方面表現(xiàn)較好；微生物多糖則有助于調節(jié)人體腸道菌群，增強人體腸胃功能。其次，微生物發(fā)酵技術會影響產品中蛋白質的含量。相較于熱化學、干熱和濕熱等處理方式，微生物發(fā)酵可以提升粗蛋白質的體外消化率和蛋白質溶解度，如在枯草芽孢桿菌、植物乳桿菌等菌種的作用下，食物中的氨基酸、酸溶蛋白和粗蛋白的含量顯著增長，且經過微生物發(fā)酵技術得到的單細胞蛋白這一新型蛋白質能夠提高飲料和奶制品的營養(yǎng)價值，增強相關食品的風味和口感。最后，微生物發(fā)酵技術會對食品中的一些植酸、單寧、胰蛋白酶抑制劑等因子產生一定的影響。例如，JAIN以小麥粉為反應原料，在與枯草芽孢桿菌JJBS250反應24h后，小麥粉中的植酸含量有所下降，這有助于人們更好地消化及吸收食物。

4.提升食品的安全性。無論是傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵還是現(xiàn)代的微生物發(fā)酵技術，其原材料都以微生物為主，與較為激烈的化學反應和化學合成相比，其結構分解與重組更為溫和，不易產生毒性，可以避免化學合成物質對人體的負面影響，安全性更強。

（二）可以實現(xiàn)綠色生產

從微生物發(fā)酵的條件和環(huán)境來看，其通常是在常溫、常壓下產生生化反應，可以降低高溫、高壓反應對環(huán)境和設備的損壞，從而進一步提升生產設備的穩(wěn)定性，降低能源消耗，促進食品工業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。從發(fā)酵過程來看，參與發(fā)酵的原料類型豐富多樣，可以對廢棄生物進行回收再利用，從而使資源價值得到最大化的開發(fā)與運用，有助于減少對有限自然資源的開采。另外，微生物發(fā)酵這一催化反應的反應速率較快、生產效率較高，有助于實現(xiàn)低碳生產，促進循環(huán)經濟的發(fā)展，從而有效推動工業(yè)生產質量水平的提升。

三、微生物發(fā)酵技術在食品領域的應用

（一）面制品

面制品生產是食品領域較為常見的微生物發(fā)酵應用場景，通常會運用酵母菌等微生物對面制品進行發(fā)酵，從而使面團產生較多蓬松的氣孔，達到更好的口感和風味，如面包、披薩以及饅頭等面食產品皆使用了微生物發(fā)酵技術。此外，這一技術還可以在一定程度上降低面制品中糖分及碳水化合物的含量，從而使其更健康。

（二）調味品

微生物發(fā)酵技術在調味品領域的運用也十分常見，如醬、醋和醬油等都是發(fā)酵而來的。通常情況下，會以高粱、大豆和米為原料進行發(fā)酵，它們在一個特定的復雜環(huán)境下發(fā)生發(fā)酵反應，從而得到調味品。

（三）茶葉

我國是各類茶葉的原產地，且在很早之前便開始通過微生物發(fā)酵技術生產多種類型的茶制品。其中，全發(fā)酵茶和半發(fā)酵茶是較為常見的兩種產品，且經過微生物發(fā)酵技術的茶葉，如白茶、紅茶及烏龍茶等，與不發(fā)酵的綠茶在風味上具有明顯的差別。此外，微生物發(fā)酵技術還可以使茶葉中的茶多酚結構發(fā)生變化，產生新的化合物，鞏固茶葉中的有效成分，進一步提高茶葉的保健價值和營養(yǎng)價值。

（四）豆制品

微生物發(fā)酵技術參與豆制品的生產與制作也十分常見。以普通大豆為原材料，引入微生物發(fā)酵技術，可以降低大豆的硬度，并通過蛋白酶對大豆中蛋白質的水解，發(fā)酵形成豆干和豆腐等產品。此外，豆制品的衍生產品，如毛豆腐和腐乳等的制作也用到了微生物發(fā)酵技術，在此過程中，曲霉菌、青霉菌、毛霉菌和酵母菌等發(fā)揮了相應的作用。

（五）乳制品

發(fā)酵乳制品是以牛奶為基礎原料生成的產品，酸奶、發(fā)酵黃油是其中比較常見的類型。乳汁與發(fā)酵菌發(fā)生反應會產生酮、酸、醛、酯等產物，促使乳基質發(fā)生變化，生成丙酮酸、乳酸以及酪酸等有機酸，從而使乳汁轉化為凝乳、酸奶、酸牛奶等奶制品。相較于未發(fā)酵的黃油，發(fā)酵后的黃油在口感上更加柔軟、細膩，風味也得到了明顯改善，可以更好地應用于食品生產與加工中。

（六）現(xiàn)代釀酒

微生物發(fā)酵技術是現(xiàn)代釀酒工藝中最為核心的一項技術內容。酵母菌是一種單細胞真菌，在糖類物質的幫助下可以完成自身代謝，產生相應的生長物質及能量。在具體的釀酒過程中，酵母菌等微生物在一定的環(huán)境和反應條件下可以將糖類物質轉變?yōu)槎趸己途凭?，從而滿足釀酒要求。近年來，釀酒蒸餾技術和發(fā)酵溫度控制技術發(fā)展迅速，人們可以精準掌握酒醅成分的變化，使得酒品的產量與質量得到不斷的提升與完善。

（七）防腐保鮮

微生物發(fā)酵技術還經常被應用于食品的防腐和保鮮領域。例如，蘋果酸和葡萄糖酸等酸味增強劑在經過發(fā)酵后酸味較重，對于保持食品的口感和質量有著積極的影響及作用。此外，將乳酸菌用于乳制品和肉制品發(fā)酵，可以提高食品的整體酸性，抑制其它微生物的生長，確保食品安全及品質。

四、提高微生物發(fā)酵技術優(yōu)勢的策略

（一）篩選和研發(fā)高產菌株

近年來，合成生物學、基因編輯等技術為改造和優(yōu)化微生物菌株提供了新的思路和技術支撐，使得菌株的設計更為科學、精準。優(yōu)化及完善微生物發(fā)酵過程的首要步驟是篩選和構建高產菌株，在轉錄組學技術和基因組學技術的支撐下，深入了解優(yōu)良菌株的基因表達調控機制，并對氨基酸、葡萄糖等代謝通路相關基因進行定向改造，從而研發(fā)出高產能的工業(yè)菌株。

（二）融合合成生物學

合成生物學可以進一步擴大微生物發(fā)酵產品的種類。在食品生產過程中，要積極探索合成生物學與微生物發(fā)酵技術的結合路徑，重新設計和適當調控微生物遺傳的內容，完成對代謝網絡的重構。例如，使用基因編輯技術敲除微生物基因組中負反饋調控因子的表達，能夠提高目標產物產量；在大腸桿菌中重構異戊二烯，能夠極大地提高其生產效率。

（三）優(yōu)化發(fā)酵工藝條件

在完成篩選及構建高效微生物菌株的工作后，需要通過調整和控制基質配比、pH、溫度和溶氧水平等因素為微生物的生長和代謝營造科學、適宜的條件，以確保微生物處于最佳狀態(tài)。

（四）積極推廣新的技術

首先，引導、組織科研機構和食品企業(yè)成立聯(lián)合實驗室與研究中心，為微生物發(fā)酵技術的研發(fā)提供共享實驗設施與技術平臺，進而推動微生物發(fā)酵技術更快地應用于實踐生產。其次，設立專項資金支持研發(fā)項目，用于培育新型發(fā)酵菌株、優(yōu)化微生物發(fā)酵過程、基因編輯改造等創(chuàng)新性研究工作。最后，積極尋求微生物發(fā)酵技術在食品領域的多種運用路徑。例如，運用微生物發(fā)酵技術開發(fā)功能性食品；通過篩選并培養(yǎng)不同類型的微生物獲得具有特定功效的菌群、菌株，開發(fā)多種類型的功能性食品。

綜上，微生物發(fā)酵技術在食品領域有著廣泛的應用，未來可以通過篩選高產菌株、融合合成生物學、優(yōu)化發(fā)酵條件、積極推廣新技術等方式，進一步推動微生物發(fā)酵技術在食品產業(yè)中的廣泛應用。

基金項目：2023年度山西省高校科技創(chuàng)新項目“不同陳釀時長山西老陳醋品質解析及關鍵風味物質確證”（2023L307）。

作者簡介：戴銘成（1987-），男，漢族，山西太谷人，講師，碩士研究生，研究方向為食品微生物及發(fā)酵食品。

樊迎（1987-），女，漢族，山西運城人，講師，博士，研究方向為發(fā)酵食品、食品風味及品質調控。

連文綺（1986-），女，漢族，山西長治人，講師，碩士研究生，研究方向為食品營養(yǎng)與功能食品加工。