微生物在食品发酵中的应用分析
我国的传统发酵食品由来已久， 早在古代， 人们就已经认识到了发酵现象， 并且在历史上曾对朝鲜、日本等周边亚洲国家产生了深远影响。提及“发酵”， 大多数人首先想到的可能是馒头、米酒、腐乳、奶酪等与之生活息息相关的一些食物， 事实上， 发酵的更深一层含义指的是运用发酵的原理工业化生产酒及酒精饮料、食品及食品添加剂、饲料及饲料添加剂、药品、化工材料等等。相较于其他一般性化学工业， 发酵的最大特点在于， 它是生物体所发生的化学反应。微生物生理学对“发酵” 的内涵做出了严格界定， 认为发酵是生物氧化的一种形式。根据发酵的不同特点以及微生物对氧的不同需要程度， 发酵的类型不尽相同。
1· 发酵食品的保健作用
发酵食品是发酵与人们日常生活联系最密切的一种， 它是利用有益微生物进行加工处理而生产的一类食品， 如泡菜、酒酿、酸奶、豆豉等， 发酵食品比普通食品更具风味， 深受民众喜爱。发酵过程中微生物分泌的酶裂解了细胞壁， 改变了面团结构， 因此经过发酵制成的馒头、面包不仅比未经发酵的油饼、面条等食物更加松软美味， 而且更富营养。酵母富含多种维生素、酶和矿物质， 实验证明， 发酵食品是素食主义者或减肥人士蛋白质的优质来源， 发酵通过消耗碳水化合物中的能量， 大大降低了食品中的脂肪含量； 另一方面， 每1 kg干酵母所含的蛋白质相当于5 kg 大米、2 kg 大豆或2.5kg 猪肉的蛋白质含量， 换句话说， 馒头、面包中所含的蛋白质成分比油饼、面条要高出近2 倍， 更具“健康食品” 的特质。
肉、奶等动物性发酵食品的发酵过程可分解其中所含的蛋白质， 使之更易于人体消化吸收。微生物在发酵过程中还可以产生一些动植物本身无法合成的维生素。酵母还是一种极具抗氧化性的物质， 能够保护肝脏， 在解毒方面具有一定功效， 其中的硒、铬等矿物元素均具有抗肿瘤、抗衰老、预防动脉硬化、提高人体免疫力的作用。因此， 发酵食品更适宜幼儿和老年人等胃肠功能较弱的人群食用。现代生活中， 越来越多的人开始尝试“面包+奶酪” 的早餐模式， 发酵食品中的能量能在较短时间内迅速释放出来， 使人体充满能量。
2· 微生物在食品发酵中的具体应用
2.1 酒精饮料
果酒、黄酒、啤酒、白酒等酒精饮料是最常见的食品发酵品种之一， 该类食品是在厌氧条件下， 利用酿酒酵母加工而成的。在酿酒过程中， 首先是淀粉转化为葡萄糖， 然后是葡萄糖经发酵反应转化为酒精， 其化学反应式为( C6H10O5) n + n H2O → n C6H12O6， C6H12O6 →2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP （释放能量： 118 kJ/mol）。酿酒发酵的过程可用文字表述为“糖（葡萄糖、果糖或蔗糖） →醇类（乙醇） +二氧化碳+能量(ATP)”。
我国是一个酒类生产大国， 而且酒文化源远流长，在应用酵母菌酿酒领域里， 有着举足轻重的地位。我国的酒种类十分丰富， 从其制造工艺来看， 分为蒸馏酒和非蒸馏酒两类。
白酒属于蒸馏酒， 水和酒精构成了白酒的主体， 另外还包括脂类、醇类等加热后易挥发物质。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CO2、低酒精浓度和多种营养成分的饮料酒。葡萄酒是由新鲜葡萄或葡萄汁通过酵母的发酵作用而制成的一种低酒精含量的饮料。葡萄酒质量的好坏和葡萄品种及酒母有着密切的关系。葡萄酒酵母在分类上为子囊菌纲的酵母属， 啤酒酵母种。葡萄酒酵母的繁殖主要是无性繁殖， 以单端（顶端） 出芽繁殖的果酒、啤酒等属于非蒸馏酒， 在发酵过程中， 果汁等发酵液中的葡萄糖会转化为酒精， 其中的剩余营养成分则为酵母所用， 生成如维生素、氨基酸等物质的代谢产物， 与酒精一起构成酒液。图1 为白葡萄酒酿造工艺。
2.2 乳制品
我国的乳制品制造业起步较晚， 但发展十分迅速，消费市场广阔。发酵乳制品因其风味独特、富有营养、便于储存、助消化、具有一定的保健功效而广受各年龄段群体的喜爱。
发酵乳制品是以品质优良的乳液为原料， 经杀菌、微生物发酵而成的具有独特风味的乳酸食品。厌氧条件下， 牛奶经由乳酸菌发酵， 乳糖被分解， 再度发酵形成乳酸和各种有机酸， 同时产生一些芳香物质和维生素，进而制成酸奶。
目前市场上销售的酸奶多为双歧杆菌酸奶， 它的生产主要有共同发酵法和共生发酵法两种工艺。酸奶的发酵过程除了有细菌之外， 酵母和霉菌也参与发酵， 正是娄地青霉、沙门柏青霉等各种酵母菌等微生物的参与，改善了乳制品的外观和理化特性， 丰富了发酵食品的风味。营养学专家指出， 酸奶中的乳酸菌等成分能够有效抑制肠道腐败菌的生长， 刺激机体免疫系统， 调动人体中的积极因素， 对防癌、抗癌具有一定功效。
2.3 调味品
黄酱、甜味剂、食醋、酱油、增味剂等调味品， 也是微生物在食品发酵中的重要应用之一。目前全世界味精的制造都是运用发酵原理， 粉碎薯干、玉米、高粱、大米等原料之后， 经由“蒸煮→糖化→发酵→蒸馏→过滤→提取→提纯” 等工艺， 然后对其进行中和、脱色、结晶、干燥等精制化处理， 最终制成可食用的味精。生产味精时， 发酵液有刺鼻味道， 其实是谷氨酸、氨气以及培养基的混合味道， 这是因为味精发酵要通入液氨调节pH 值并提供细菌氮源。
食醋一般用醋杆菌属细菌制备， 好氧条件下， 这些细菌可以经过发酵， 从含有酒精的食物中产生醋酸。根据所使用的微生物菌种不同， 发酵之后的醋会呈现出不同风味。一般使用葡萄酒或苹果酒混合谷物、麦芽、玉米、大米、马铃薯、甘薯、麸皮、谷糠、或胡萝卜等捣碎后发酵。通过这些微生物发酵生成醋酸的化学式为
C2H5OH + O2 →CH3COOH + H2O
酱油由酱演变而来， 其色泽明亮、独具酱香、味道鲜美， 是我国各大菜系中传统的调味品。酱油是以大豆、小麦等为原料， 利用曲霉及其他微生物， 经由“原料预处理→制曲→发酵→浸出淋油→加热配置” 等工艺酿制而成。酱油富含氨基酸、蛋白质、糖类、酸类等物质， 能产生天然抗氧化成分， 一点点酱油对自由基的抑制功效， 相当于一杯红葡萄酒， 比维生素C、维生素E等抗氧化剂高出十多倍， 具有显著的防癌、抗癌功效。此外， 酱油中的总酸还具有成碱作用， 可消除机体中过剩的酸， 降低尿的酸度， 从而降低尿酸在膀胱中形成结石的可能。
2.4 酶制剂
酶是一种具有生物催化功能的高分子物质， 几乎所有细胞活动都需要它的参与以提高效率。作为一种催化剂， 在化学反应过程中酶本身并不被消耗， 也不影响化学平衡。此外， 酶还具有高度专一性、反应条件温和等优势， 在各领域中的应用十分广泛。酶制剂是从生物中提取的一种具有酶特性的物质， 主要用于催化食品加工中的各种化学反应。自然界中已经发现并被用于加工制造的生物酶有十多种。比起从动植物中获得酶， 利用微生物生产生物酶制剂更简单易行。受气候、地域等客观条件影响， 动植物来源十分有限， 而微生物受这些因素的影响微乎其微， 而且具有种类繁多、生长迅速、工艺简单、成本低廉等特点， 表现出极大的优越性。
3· 结束语
目前，食品微生物发酵行业发展规模虽然较小，但不可否认的是， 微生物在发酵食品制作中所扮演的角色日益重要，发酵食品正日益成为人们接受的健康食品，食品微生物发酵的发展前景十分广阔。专家预见，在未来的十年内，微生物制造必将成为食品加工业的投资热点，但因其发展方向多样， 因此核心技术和融资瓶颈始终是困扰企业的一大难题。随着科学技术的不断发展与完善，传统食品发酵工业必将实现向现代食品发酵工业乃至微生物工程的转变，带动生物技术和基因工程纵深发展，从而使民众生活更加“有滋有味”，丰富多彩。