微生物發(fā)酵技術(shù)具有多樣性，對(duì)食品領(lǐng)域影響深遠(yuǎn)，是現(xiàn)代食品工業(yè)的重要推動(dòng)力。微生物發(fā)酵技術(shù)可以通過(guò)調(diào)控微生物的代謝活動(dòng)，提升食品風(fēng)味、改良食品質(zhì)地和延長(zhǎng)食品保存周期。在益生菌食品、低過(guò)敏性食品等功能性食品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，微生物發(fā)酵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新應(yīng)用。在食品安全和可持續(xù)發(fā)展層面，微生物發(fā)酵技術(shù)為生產(chǎn)工藝優(yōu)化、綠色生產(chǎn)模式建立提供了有效路徑。從微生物發(fā)酵技術(shù)在食品領(lǐng)域的多維應(yīng)用出發(fā)，探討具體方法與實(shí)現(xiàn)路徑，以期為未來(lái)食品產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。同時(shí)，在現(xiàn)代食品生產(chǎn)中，發(fā)酵技術(shù)通過(guò)微生物的代謝調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了食品風(fēng)味、質(zhì)地和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的深度提升，同時(shí)優(yōu)化了食品保存條件，延長(zhǎng)了產(chǎn)品貨架期。然而，盡管微生物發(fā)酵技術(shù)在實(shí)踐中已有諸多成功應(yīng)用，其具體實(shí)現(xiàn)方式和科學(xué)路徑仍需深入探討。本文旨在結(jié)合微生物發(fā)酵技術(shù)在食品領(lǐng)域的具體應(yīng)用場(chǎng)景，解析其在生產(chǎn)工藝優(yōu)化、功能性食品創(chuàng)新及可持續(xù)實(shí)踐中的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)現(xiàn)路徑，以期為食品行業(yè)的技術(shù)升級(jí)提供理論支持和實(shí)踐借鑒。

1.微生物發(fā)酵技術(shù)對(duì)食品生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

1.1食品風(fēng)味的調(diào)控與提升

在食品生產(chǎn)中，微生物發(fā)酵技術(shù)的核心在于選擇適宜的發(fā)酵菌種與工藝條件，使發(fā)酵菌種能夠在發(fā)酵基質(zhì)中生成特定的風(fēng)味化合物。例如，在傳統(tǒng)醬油發(fā)酵過(guò)程中，加入曲霉菌能夠?qū)⒌鞍踪|(zhì)分解成氨基酸，還可以通過(guò)次生代謝產(chǎn)生苯乙醇、糠醛和吡嗪類(lèi)物質(zhì)，使醬油具有復(fù)雜的香氣層次。在奶制品發(fā)酵中，乳酸菌如嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌，可以通過(guò)代謝乳糖生成乳酸，并產(chǎn)生二乙酰、乙酸乙酯等芳香物質(zhì)，為酸奶賦予清新的乳香和柔和的酸味，此類(lèi)風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生除了取決于微生物的種類(lèi)，還與發(fā)酵環(huán)境的溫度、pH值以及發(fā)酵時(shí)間密切相關(guān)。另外，在可可豆發(fā)酵的過(guò)程中，酵母菌通過(guò)糖類(lèi)發(fā)酵生成乙醇，隨后乳酸菌將乙醇轉(zhuǎn)化為乳酸，醋酸菌進(jìn)一步代謝生成醋酸，這一系列生化反應(yīng)能夠顯著增強(qiáng)可可豆的香氣濃度和風(fēng)味復(fù)雜度。值得注意的是，這種多階段發(fā)酵工藝的穩(wěn)定性極大程度上依賴(lài)于發(fā)酵條件的精準(zhǔn)控制，稍有偏差便可能導(dǎo)致香氣物質(zhì)生成不足或不均勻。此外，近年來(lái)微生物共生發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用讓發(fā)酵食品能夠呈現(xiàn)前所未有的風(fēng)味特性，如在啤酒發(fā)酵的同時(shí)加入酵母和乳酸菌，可得到酸爽與麥香的雙重風(fēng)味提升，為消費(fèi)者提供更多樣的選擇（如圖1）。

1.2食品質(zhì)地的改良與控制

微生物發(fā)酵技術(shù)的核心在于微生物產(chǎn)生的酶類(lèi)、代謝物及生物聚合物的調(diào)控功能，如在面包生產(chǎn)中，乳酸菌可以通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生乳酸和乙醇，調(diào)節(jié)面團(tuán)的酸堿平衡，還可以通過(guò)代謝釋放α-淀粉酶與葡聚糖，促進(jìn)面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，這種作用改善了面團(tuán)的彈性、延展性和吸水性能，使烘焙后的面包更加蓬松，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。同時(shí)，酵母在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)釋放二氧化碳，在面團(tuán)內(nèi)形成均勻的氣孔，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品的口感與視覺(jué)美感，此類(lèi)微生物代謝在面包質(zhì)地控制中的應(yīng)用已經(jīng)成為工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，生產(chǎn)企業(yè)可以通過(guò)改變菌種比例與發(fā)酵時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)多樣化的質(zhì)地目標(biāo)。在乳制品的質(zhì)地改良過(guò)程中，發(fā)酵微生物同樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，以酸奶為例，乳酸菌如嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌通過(guò)發(fā)酵乳糖生成乳酸，同時(shí)促進(jìn)蛋白質(zhì)的部分水解，可以改變?nèi)橹破返哪z結(jié)構(gòu)與粘稠度。在乳酸發(fā)酵過(guò)程中，乳清蛋白與酪蛋白的重新分布形成了具有彈性和穩(wěn)定性的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，讓酸奶的口感更為細(xì)膩和平滑。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)微生物復(fù)合發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用，如添加雙歧桿菌與嗜酸乳桿菌共發(fā)酵，可以進(jìn)一步提升產(chǎn)品的質(zhì)地均勻性與穩(wěn)定性，避免酸奶發(fā)生乳清分離的現(xiàn)象。為應(yīng)對(duì)低脂乳制品質(zhì)地不足的問(wèn)題，微生物生產(chǎn)的胞外多糖（如葡聚糖、果聚糖）可作為天然增稠劑，通過(guò)與水分子相互作用形成粘彈性較高的體系，從而顯著增強(qiáng)乳制品的質(zhì)地。

1.3食品保存周期的延長(zhǎng)

微生物發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸（如乳酸、醋酸）和低分子量化合物不僅能抑制腐敗菌和致病菌的生長(zhǎng)，還能顯著改善食品的理化穩(wěn)定性。如在發(fā)酵肉制品時(shí)，乳酸菌通過(guò)代謝糖類(lèi)生成的乳酸，可快速降低產(chǎn)品的pH值，讓大部分嗜堿性和嗜中性微生物無(wú)法在這一環(huán)境中生存。乳酸菌的代謝副產(chǎn)物，如過(guò)氧化氫和細(xì)菌素也對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌具有顯著的抑制作用，增強(qiáng)了產(chǎn)品的防腐性能。這種基于發(fā)酵的保鮮技術(shù)在傳統(tǒng)香腸和臘肉的制作中表現(xiàn)尤為突出，通過(guò)延長(zhǎng)微生物控制下的發(fā)酵期，可以提升風(fēng)味，延長(zhǎng)保存周期。在泡菜發(fā)酵中，乳酸菌的大量增殖有效取代了腐敗菌的生長(zhǎng)空間，形成了以乳酸為主的代謝產(chǎn)物環(huán)境，該過(guò)程通過(guò)降低氧化還原電位（Eh），抑制了需氧微生物的活性，顯著降低了產(chǎn)品的腐敗風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，乳酸發(fā)酵能夠降低維生素和抗氧化物質(zhì)的降解速率，保持產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與感官品質(zhì)。為了進(jìn)一步提升保存效果，現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)常結(jié)合菌種篩選與發(fā)酵條件優(yōu)化，如通過(guò)篩選出乳酸鏈球菌或腸膜明串珠菌，增強(qiáng)對(duì)革蘭氏陽(yáng)性致病菌的抑制力。將新鮮的培養(yǎng)基加入發(fā)酵系統(tǒng)中，同時(shí)將含有產(chǎn)物的發(fā)酵液移出，這樣可以使發(fā)酵過(guò)程不斷進(jìn)行。持續(xù)發(fā)酵適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有生產(chǎn)效率高、設(shè)備利用率高、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

2.微生物發(fā)酵技術(shù)在功能性食品開(kāi)發(fā)中的創(chuàng)新

2.1益生菌食品的研發(fā)

在益生菌食品的研發(fā)過(guò)程中，乳酸菌、雙歧桿菌等常用益生菌的選育需根據(jù)食品基質(zhì)進(jìn)行適配性實(shí)驗(yàn)，如針對(duì)乳制品，通過(guò)篩選對(duì)乳糖代謝能力強(qiáng)的菌株，不僅能加速發(fā)酵過(guò)程，還能顯著改善產(chǎn)品的風(fēng)味和質(zhì)地。益生菌的增殖能力與存活率是關(guān)鍵考量因素，通過(guò)優(yōu)化培養(yǎng)基成分和發(fā)酵條件，如調(diào)整碳源比例、控制發(fā)酵溫度與pH值，可最大限度地提高菌體活性。特別是在飲料類(lèi)益生菌食品中，為延長(zhǎng)菌體活性維持時(shí)間，往往會(huì)采用微囊化包埋技術(shù)，將益生菌包裹在高分子材料中，這一方法可以提高菌株對(duì)胃酸和膽汁的耐受性，同時(shí)提升其在不同儲(chǔ)存條件下的穩(wěn)定性。在植物基飲品的生產(chǎn)中，由于植物蛋白飲料普遍存在苦澀味和顆粒感，通過(guò)益生菌發(fā)酵可以有效解決這些問(wèn)題，發(fā)酵過(guò)程中，菌體分泌的蛋白酶和酯酶能夠水解大分子植物蛋白，生成小分子肽和芳香物質(zhì)，從而改善飲品的口感，同時(shí)提高營(yíng)養(yǎng)成分的釋放效率。此外，為提升產(chǎn)品的功能特性，企業(yè)通常會(huì)引入復(fù)合菌株發(fā)酵策略，利用不同菌株的協(xié)同代謝作用，生成如短鏈脂肪酸和抗氧化物等健康成分。

2.2降低過(guò)敏性食品的制備

在牛奶和大豆等常見(jiàn)過(guò)敏原食品的加工過(guò)程中，乳酸菌、酵母和其他發(fā)酵微生物的應(yīng)用尤為廣泛，如乳酸菌通過(guò)發(fā)酵可以分解牛奶中的β-乳球蛋白這一主要過(guò)敏蛋白，其釋放的蛋白酶能夠切割蛋白質(zhì)的抗原表位，顯著降低免疫系統(tǒng)的過(guò)敏反應(yīng)。而通過(guò)乳酸菌對(duì)乳糖的代謝，乳制品中的乳糖含量大幅下降，可為乳糖不耐受人群提供更易消化的產(chǎn)品。在大豆制品中，發(fā)酵微生物同樣可以降低其主要過(guò)敏原，如β-伴大豆球蛋白和凝集素。發(fā)酵過(guò)程中，微生物代謝產(chǎn)生形成的酸性環(huán)境和酶促反應(yīng)共同作用可以降解過(guò)敏蛋白，增強(qiáng)產(chǎn)品的風(fēng)味和質(zhì)地。針對(duì)某些特定食品，如發(fā)酵小麥制品，研究者通過(guò)選育能夠產(chǎn)生高效內(nèi)切酶的乳酸菌株，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小麥制品中麩質(zhì)的深度水解。發(fā)酵環(huán)境中的pH值、溫度以及發(fā)酵時(shí)間的調(diào)整直接影響了目標(biāo)蛋白的降解效率。在實(shí)際生產(chǎn)中，雙菌種共發(fā)酵模式被廣泛采用，如結(jié)合乳酸菌和酵母的協(xié)同代謝作用，可顯著提升蛋白質(zhì)的降解速率，同時(shí)保持食品的質(zhì)構(gòu)和口感不受破壞。為提升低過(guò)敏性食品的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，近年來(lái)還開(kāi)發(fā)了微囊化發(fā)酵技術(shù)，通過(guò)將發(fā)酵微生物與目標(biāo)基質(zhì)共同包埋，既能保護(hù)活性菌體的功能性，又能逐步釋放酶類(lèi)以持續(xù)降解潛在過(guò)敏因子。

3.微生物發(fā)酵技術(shù)在食品安全與可持續(xù)發(fā)展的實(shí)踐

3.1食品安全的保障機(jī)制

在食品生產(chǎn)中，乳酸菌在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生大量乳酸，讓食品的pH值顯著下降，營(yíng)造出不利于大多數(shù)致病菌生存的酸性環(huán)境。這些乳酸菌還能生成過(guò)氧化氫和細(xì)菌素等抗菌物質(zhì)，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)有害微生物的抑制效果，如在發(fā)酵乳制品生產(chǎn)中，乳酸菌分泌的乳酸能有效抑制沙門(mén)氏菌和大腸桿菌的增殖，而其代謝產(chǎn)物細(xì)菌素如乳鏈菌肽，則通過(guò)破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的完整性，從根本上抑制了食品中可能存在的病原菌。為提升發(fā)酵產(chǎn)品的安全性能，現(xiàn)代發(fā)酵工藝廣泛采用多菌種共發(fā)酵技術(shù)，利用不同菌種代謝特點(diǎn)的互補(bǔ)性，共同強(qiáng)化防控食品中潛在微生物風(fēng)險(xiǎn)的能力。在傳統(tǒng)肉制品加工過(guò)程中，由于易受環(huán)境中的細(xì)菌污染而導(dǎo)致食品安全風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)酵工藝提供了另一種有效路徑，如利用乳酸菌發(fā)酵肉類(lèi)制品時(shí)，乳酸菌通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性代謝作用占據(jù)了產(chǎn)品中絕大部分營(yíng)養(yǎng)空間，抑制了腐敗菌的繁殖（如圖2）。同時(shí)，發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的短鏈脂肪酸和有機(jī)酸協(xié)同作用能有效延緩食品腐敗，還能對(duì)潛在的生物毒素產(chǎn)生分解效果。在果蔬發(fā)酵領(lǐng)域，發(fā)酵工藝通過(guò)促進(jìn)表面雜菌的分離與代謝中和作用，可以降低原材料中的微生物負(fù)荷。例如，在泡菜生產(chǎn)中，自然發(fā)酵法通過(guò)乳酸菌迅速定殖，能夠在發(fā)酵初期有效清除泡菜表面的雜菌，同時(shí)大幅降低真菌毒素的潛在殘留風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)代食品工業(yè)進(jìn)一步利用這一特點(diǎn)，通過(guò)發(fā)酵設(shè)備的升級(jí)和工藝參數(shù)的精細(xì)化調(diào)節(jié)，確保發(fā)酵過(guò)程的微生物安全控制達(dá)到更高水平。

3.2綠色生產(chǎn)與環(huán)境友好型食品的推廣

在食品工業(yè)中，微生物發(fā)酵技術(shù)能夠減少能源消耗和化學(xué)試劑的使用。以醬油、醋等調(diào)味品的生產(chǎn)為例，傳統(tǒng)工藝通常需要較高的能源投入以維持蒸煮過(guò)程，而借助現(xiàn)代微生物發(fā)酵技術(shù)，可以在常溫條件下實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)，曲霉菌和酵母菌在發(fā)酵過(guò)程中的代謝活動(dòng)能夠提升醬油風(fēng)味的復(fù)雜性，還能通過(guò)其內(nèi)源酶系直接分解大豆蛋白和淀粉，縮短生產(chǎn)周期。另外，在乳酸發(fā)酵過(guò)程中生成的乳酸和短鏈脂肪酸能夠?yàn)槭称诽峁┨烊坏乃嵛秳?，還替代了人工合成的食品添加劑。這種天然添加劑的應(yīng)用避免了化學(xué)制品對(duì)環(huán)境的潛在污染，同時(shí)滿(mǎn)足了市場(chǎng)對(duì)環(huán)保型食品的需求。在果汁生產(chǎn)中，通過(guò)乳酸菌和酵母菌發(fā)酵，能夠?qū)⒐雀碑a(chǎn)物轉(zhuǎn)化為高附加值的發(fā)酵飲品或作為功能性食品的成分，如多酚類(lèi)抗氧化劑的濃縮液，可以減少固體廢棄物的處理成本，為企業(yè)帶來(lái)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，為提高發(fā)酵效率和綠色生產(chǎn)的穩(wěn)定性，企業(yè)通常引入多階段發(fā)酵系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以分離發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的不同代謝物，如有機(jī)酸和醇類(lèi)，使各類(lèi)產(chǎn)物得到精細(xì)化提取，進(jìn)一步降低廢水的處理難度。研究表明，通過(guò)篩選耐高滲透壓和高溫的菌株，可以在無(wú)菌環(huán)境要求降低的情況下進(jìn)行發(fā)酵，大幅減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的能源消耗和化學(xué)滅菌劑的使用，這種技術(shù)路徑能夠提升食品生產(chǎn)的環(huán)保屬性，在行業(yè)內(nèi)樹(shù)立了綠色生產(chǎn)的新標(biāo)桿。

結(jié)語(yǔ)

微生物發(fā)酵技術(shù)作為食品工業(yè)的重要組成部分，已在風(fēng)味提升、質(zhì)地改良和功能性食品開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。通過(guò)對(duì)食品生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)改進(jìn)，可以提升產(chǎn)品的感官和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，推動(dòng)綠色生產(chǎn)模式的普及。同時(shí)，發(fā)酵技術(shù)在保障食品安全、減少環(huán)境負(fù)擔(dān)方面的作用正逐步顯現(xiàn)，為可持續(xù)發(fā)展提供了切實(shí)可行的解決方案。未來(lái)，隨著微生物發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代生物工程、信息化技術(shù)的深度融合，其應(yīng)用場(chǎng)景將更加廣泛而多元。

作者簡(jiǎn)介

曹書(shū)銘（1993-），男，河南焦作人，碩士研究生，講師；研究方向：食品加工與安全。

胡舒婕（1996-），女，河南沁陽(yáng)人，碩士研究生在讀，助教；研究方向：生物工程發(fā)酵。