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微生物在食品加工中的应用分析

摘要：在人类漫长的发展历史中，微生物的发现和利用在人类在食品领域的一个里程碑的突破，人类通过运用微生物，可以满足人们对日常食品的要求，提高营养元素的补充和供给。而在在科学技术不断进步的今天，微生物在食品加工中应用范围广泛，已经从传统发酵工业向着现代发酵工业转变，通过引入现代科技元素，满足人类对食品质量提升的要求。因此，本文立足于现代微生物的研究现状，阐述了微生物在食品加工中的应用策略，以供参考。
关键词：微生物；食品加工；应用策略
引言
目前，在食品加工领域经常用到的微生物种类有乳酸菌、醋酸菌、酵母菌等，微生物的运用丰富了传统发酵食品加工的内容，推动了现代化食品工业的发展历程，满足了人们在日常生活中的食品需求，是现代化食品加工中必不可少的新元素。因此，微生物在食品加工行业中的应用具有非常重要的价值。
1. 微生物的概念
微生物是指肉眼难以看清，需要借助光学显微镜或电子显微镜才能观察到的一切微小生物的总称。包括细菌、病毒、真菌和少数藻类等。（但有些微生物是肉眼可以看见的，像属于真菌的蘑菇、灵芝等。）病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”，但是它的生存必须依赖于活细胞。根据存在的不同环境分为空间微生物、海洋微生物等，按照细胞结构分类分为原核微生物和真核微生物。
二、食品加工中应用的微生物种类
（一）乳酸菌
乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是革兰氏阳性菌，可产生乳酸脱氢酶并发酵糖类从而代谢得到乳酸。根据代谢产物中是否只含有乳酸将其分为同型发酵 LAB（如干酪乳酸菌、乳酸链球菌、链球菌等的代谢只有乳酸）和异型发酵 LAB（如明肠膜状明珠菌、短乳杆菌、番茄乳杆菌等）；LAB 在食品加工中常用于生产发酵乳制品和发酵果蔬制品等，也可作为益生菌添加到食品中，增加特定功能。
（二）醋酸菌
醋酸菌（acetic acid bacteria，AAB）是一类好氧型革兰氏阴性菌的总称，在有氧条件下能将糖类、乙醇氧化为醋酸及其他有机酸。醋酸菌主要靠细胞膜结合酶来进行醋酸发酵，乙醇通过乙醇脱氢酶氧化转化为乙醛，乙醛进而通过乙醛脱氢酶作用被氧化为醋 酸；食品加工中常用的醋酸菌主要为醋酸杆菌属，广泛用于发酵制备食醋、果醋饮料等系列产品
（三）酵母菌
酵母菌（yeasts）一般泛指可发酵糖类的各种单细胞真菌，主要存在于偏酸含糖的水生环境，属于兼性厌氧菌；有氧条件下，酵母菌可将糖分解为二氧化碳和水；无条件下，可将糖分解为酒精和二氧化碳。很久前人类就将酵母运用于发酵酒类和面包。除此之外，酵母的自溶物也可以作为调味料添加到食品中，来改善食品风味，提高功能特性。
（四）霉菌
霉菌（moulds）是丝状真菌的统称，在食品加工中常用的 有曲霉属、根霉属、毛霉属、木霉属等，通常将霉菌用作糖化剂。霉菌具有分泌多种酶的功能，分泌的蛋白酶能将蛋白质降解为小分子的多肽和氨基酸，糖化酶可将淀粉水解为单糖[7]；霉菌在酒类、食醋、酱油、腐乳、酱类、大豆干酪等传统食品的加工中应用较为广泛。
三、应用微生物的行业
（一）白酒行业
我国的酒文化历史悠久、源远流长，早在原始社会时期我们的祖先已经能够进行简单的酿酒活动，白酒的酿造是多种微生物共同发挥作用的复杂过程。酒曲中的霉菌以曲霉属最常见，另外包括红曲霉
属、根霉属、木霉属等，它们在白酒酿造过程中能够产生淀粉酶、蛋白酶等功能性酶。
（二）食醋行业
食醋的酿造有着上千年的历史，在传统的酿造工艺中有着复杂的微生物，主要为霉菌、酵母菌、醋酸菌等微生物，霉菌在食醋的酿造中，通过功能酶的分泌将淀粉、蛋白质等大分子物质酶解为葡萄糖、氨基酸等小分子物质。食醋酿造过程中以淀粉质为主要原料时，需通过霉菌产生糖化酶将淀粉水解为糖，进而为酒精发酵以及醋酸发酵提供原料，米曲霉、黑曲霉是传统食醋发酵的关键微生物。
（三）发酵乳制品行业
乳制品在世界各国很受欢迎，甚至在一些国家和地区的人们饮食结构中占据着重要地位。常见的发酵乳制品有酸奶、干酪、酸性奶油等，乳制品一般以乳液为主要原料，通过乳酸菌发酵或者是乳酸菌和酵母菌共同发酵来制得，乳酸菌在发酵乳制品中起着重要作用，它能够分解乳糖产生乳酸及风味物质，还可以抑制霉菌生长延长产品保质期，双歧杆菌、链球菌、乳杆菌等为最常用的乳酸菌。
（四）面食加工行业
面食一般是指以小麦磨成的面粉制成的食品，例如我国的馒头和西方的面包等，历史悠久，种类繁多，作为主食之一在人类生活中占据重要位置。一些面食在制作过程中需要加入酵母或相关发酵剂进行发酵，传统发酵是利用酵母菌、乳酸菌等微生物的混合发酵，在现代食品的加工工业中主要是加入面包酵母进行发酵。酵母对于发酵面制品是必不可少的，食品加工中常用的面包酵母有鲜酵母（压榨酵母）、活性干酵母等，发酵过程中产生的二氧化碳可以使面团蓬松并增大体积，产生低分子有机酸、醇类等物质形成独特的发酵风味。
（五）酱类行业
酱类食品一般作为调味品被食用，在许多国家深受欢迎，我国饮食中更是离不开酱。发酵酱类主要有以豆类为原料的豆酱、以肉类为原料的肉酱、以小麦粉为原料的甜面酱、以鱼虾为原料的鱼酱和虾酱等，深受人们的喜爱。以豆酱为例，豆酱生产中一般用的是霉菌，常用的有米曲霉和黑曲霉，可以分泌蛋白酶、淀粉酶等多种酶，促进后期酵母菌和乳酸菌的生长繁 殖，使豆酱产生其特有的香味。
（六）泡菜行业
泡菜是我国传统发酵食品中的最为常见的蔬菜制品，制作原料选用新鲜蔬菜，经乳酸菌群和少量酵母协同发酵而成，产品具有价格低廉、酸鲜纯正、开胃理气的特点，很受消费者青睐。生产泡菜的核心技术是乳酸菌的乳酸发酵，这是因为乳酸发酵不仅有利于保留蔬菜的营养成分和色泽，而且可以进一步丰富产品的感官品质和营养品质。乳酸菌在发酵过程中产生的有机酸（包括乳酸、丙酸、乙酸等）、氨基酸短肽、2-庚酮等风味物质能够赋予泡菜柔和的酸味和清爽的口感。
四、微生物在现代食品加工中的应用
（一）果酒研发
果酒是以水果为原料经酿酒酵母发酵酿制而成的低酒精度饮料酒。随着社会的发展和人们生活水平的提高，现代的人们越来越注重生活品质。果酒因酒精度低，含有较多的营养成分，对人体具有较好的保健作用，经常饮用能防止高血压、动脉硬化、心脑血管疾病等，加之具有水果的果香和独特的风味，故被广大消费者所青睐。 酿酒酵母在果酒的酿造过程中具有关键性的作用，酵母性状的好坏对酿制果酒的口感和风味具有直接的影响，因此果酒酵母的筛选对果酒的生产有重要的影响。当前，葡萄酒酵母多被用于果酒的生产，致使产品品质较差，因此，筛选和驯化适合苹果发酵的菌种至关重要。近年来，经过科研人员不断深入研究，在果酒酵母选育方面取得了较大进步。OkunowoWO 等 对 4 种不同来源酵母的发酵性能开展研究，得到一株发酵性能良好，产甲醇较低，适合脐橙果酒发酵的酵母。
（二）酶制剂
近年来，酶制剂工业发展迅速，利用微生物生产酶制剂已经得到广泛应用和推广。霉菌、细菌、酵母菌、放线菌等微生物在酶制剂的生产上均有应用。如利用枯草芽孢杆菌生产液化型淀粉酶；利用根霉、黑曲霉等生产糖化型淀粉酶，淀粉酶可用于麦芽糖、酒等食品的生产，使其质量更优。再有，利用黑曲霉、根霉、青霉、枯草杆菌、灰色链霉菌等可生产蛋白酶，蛋白酶可用于乳酪生产、啤酒去浊等。另外利用微生物生产果胶酶、纤维素酶等酶制剂，大大提高了食品的品质。
（三）益生菌发酵果蔬汁
益生菌发酵果蔬汁是以芒果、胡萝卜、南瓜等多种果蔬为原料，以乳酸菌发酵为主。利用乳酸菌或复 合菌进行复合果蔬汁的发酵也有相关的报道。选用益 生菌作为发酵菌种，通过生物发酵技术开发具有特殊营养保健功能的发酵果蔬汁饮料，是果蔬深加工技术的延伸，不仅可以使果蔬制品的风味得到改善，果蔬制品的医疗保健作用得到增加，而且还丰富了果蔬制 品的花色品种，解决制约果蔬加工产业发展的瓶颈问题。
（四）微生态制剂
随着人类对微生物学的不断研究探索，微生态制剂得到迅速发展，逐渐运用到食品、饲料、医疗等领域中。微生态制剂分为益生菌、益生元和合生元 3 种类 型，应用的微生物主要有酵母菌、乳酸杆菌、双歧杆菌 等，由于具有增加肠道中有益菌、调节人体微生态平 衡、增强机体免疫力、防止胃肠疾病等作用，微生态制剂在食品加工中的应用越来越广。以乳制品行业为 例，益生菌乳制品有益生菌酸奶、益生菌奶粉和益生 菌干酪等，益生元与合生元乳制品也扩展到奶粉和乳饮料等产品的生产中。
（五）益生菌发酵休闲食品
休闲食品属于一种快速消费品，主要有谷物类制品、干果类制品、薯类制品等，制作工艺主要有造型、调配、油炸（烘焙、膨化）、喷雾等，很少有产品在加工工艺中涉及益生菌发酵。随着益生菌研究的深入及在食品加工中应用的推广，益生菌发酵休闲食品必将成为热点。崔蕊静等以大豆、花生为原料，开展发酵休闲食品加工工艺的研究，发酵后大豆休闲食品大分子蛋白被分解成小分子物质，产品的风味和营养价值均得到了较大提高。
（六）果醋
果醋是以水果为原料利用现代生物技术经酵母 菌酒精发酵和醋酸菌醋酸发酵而成的兼有营养及保健功能的新型液态食品。果醋发酵条件温和，能将水果中的大部分营养成分及活性物质保留，而且经微 生物作用后营养成分和活性物质得以进一步丰富。 果醋发酵通常采用便于控制、发酵周期短的现代液态纯种发酵技术，致使产品的风味较为单一。
五、食品加工环节检测微生物的方法
（一）微生物培养法。
这种方式主要是在传统检测技术上进行完善之后所产生的，可将抑菌剂、荧光物质加入到微生物中，以达到缩短增加菌体时间的效果。此方法将检验步骤进行合并操作，在整体时间上大大缩短。另外还有一种传统的检测方式是显微镜镜检法，该方法对琼脂平板的菌落进行定性分析，再用显微镜对菌落数量进行计数，但这种方式不如改进微生物培养法好，在定量分析时不精确，可用于一些不需要精准检测的场合。
（二）免疫学检测法
免疫学检测方法是利用抗原抗体的反应原理，在此基础上加荧光素，由于底物反应后的颜色深浅不同，对样品中的反应物含量进行测定分析的方法，包括酶联免疫法、免疫荧光技术等，其在临床医学上有很多的应用。该方法也是一种“双抗体夹心法”，检测时，先把第二个酶标抗体加到样品当中，再把可与其发生反应的底物加入其中，如果缺少目的抗原则酶标抗体将无法结合，即为无法发生反应。该方法不仅可以直接观察到反应过程，还具有很强的灵敏度，大约在 100cfu/ml。由于荧光素的含量已知，因此这种检测方法更 加快速方便。
（三）3PCR 多聚酶链式反应检测法
多聚酶链式反应在 20 世纪 70 年代被提出，这种检测方法针对一些需要快速出检测结果的案例，灵敏度较高，成本低，但是存在易污染问题。该方法主要通过扩增一些非人工培养的微生物的DNA 片段，对扩增的产物放置于 95℃的高温条件下，使其蛋白质得以变性，解开 DNA 链，之后将温度迅速下降到 55℃。之后重复这个热循环过程，在经过 20 多次的循环之后，DNA 分子扩散了很多，此时如有沙门氏菌的分子存在，将会显示出来。这种检测方法给食品微生物项目检测提供了很大的便捷。
（四）重量分析稀释检测法
该法在食品微生物检测中的应用已经取得了良好的成绩。作为一种新型的仪器，它可自动制造样品的稀释液。若将比例调整为 1：10，则稀释剂将会把其中的 9 份灭菌生理盐水和 1 份样品放到一起。在经过大量的实验之后，数据表明，这种方式的准确度可高达95%。当然其稀释率也是可以进行调整的，这样消除了检测误差，避免了食品微生物检测项目中的大量烦琐计算，实现了精准、高效的食品微生物检测。在科学技术快速发展的今天，人们对健康的生活方式有了新的认识，对食品安全问题更加关注，因此食品微生物检测工作就显得尤为重要。
结束语
综上所述，随着微生物学的不断发展和进步，人类对微生物的了解将不断深入，微生物发酵食品开始转向解明分子反应机理和发酵过程智能化控制；微生物已经不再局限于传统发酵食品的加工，而是越来越广泛地应用于微生物制剂、益生菌发酵产品、酶制剂等现代食品的研发过程中；随着人们对微生物认识的加深以及现代食品加工技术的不断向前发展，微生物对人类生活的影响将越发重要，新兴的微生物产业以及研究方向的涌现也将会不断推进其在食品加工中的应用，
参考文献
[1]袁芳•探究我国微生物在食品加工中的具体应用[J]. 中国食品,2015(04).
[2]季文琦•当前微生物食品加工中的应用探讨[J]•食品监管,2016(114)5
[3] 何代进 , 左晖 .微生物在食品加工与检测中的应用 [J]. 中国培训 ,2015(18):221-221.
[4] 田坡.试论微生物在食品加工与检测中的应用 [J]. 工程技术 (文摘版),2016(7):00249-00249.
[5] 李次力,王金凤,缪铭,等. 发酵型花生休闲食品的研制[J]. 食品工业科技,2005(6): 114-115
[6] 王金凤,缪铭,王彬.多株乳酸菌发酵制作大豆食品的研究[J]. 食品工业科技,2004(7): 106-108

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