食品用微生物發(fā)酵劑研究進(jìn)展

劉小翠，石金波，趙思明

（1.大同大學(xué)農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，山西大同 037009；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所，山西大同 037008；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北武漢 430070）

微生物發(fā)酵劑是用于生產(chǎn)發(fā)酵制品的特定微生物培養(yǎng)物，其改變了傳統(tǒng)的發(fā)酵制品生產(chǎn)模式。開發(fā)發(fā)酵制品的專用微生物發(fā)酵劑是解決傳統(tǒng)發(fā)酵食品工業(yè)化生產(chǎn)的重要方法[1]。且食品原料經(jīng)過發(fā)酵后營養(yǎng)成分更易吸收，具有一定保健作用[2-3]。目前，微生物發(fā)酵劑在乳制品、肉制品、魚制品及泡菜生產(chǎn)中的應(yīng)用較多，乳制品發(fā)酵劑是目前應(yīng)用最廣泛的發(fā)酵劑，選擇合適的發(fā)酵劑對(duì)于食品加工業(yè)意義重大。

1 微生物發(fā)酵劑的研制

1.1 發(fā)酵菌種的分離篩選及鑒定

分離篩選出性質(zhì)優(yōu)良的菌種對(duì)于發(fā)酵劑的制作至關(guān)重要，是制備高效發(fā)酵劑的基礎(chǔ)。發(fā)酵菌株應(yīng)具有良好的發(fā)酵性能[4-5]，如生長特性、產(chǎn)酸特性、產(chǎn)香特性和產(chǎn)氣特性等，且不同的發(fā)酵菌種之間能進(jìn)行較好的復(fù)合發(fā)酵[6-7]，使風(fēng)味更加豐富。多菌種的復(fù)合發(fā)酵也是微生物發(fā)酵劑研究的熱點(diǎn)方向。

1.2 發(fā)酵菌種增殖培養(yǎng)基的選擇

直投式發(fā)酵劑是高度濃縮和標(biāo)準(zhǔn)化的冷凍干燥發(fā)酵劑菌種，使用的過程無需活化，操作非常簡便。制備直投式發(fā)酵劑的關(guān)鍵就是獲得乳酸菌大量生長的培養(yǎng)基，增殖培養(yǎng)基應(yīng)具有的特點(diǎn)為[8]：適合菌體生長，繁殖速度快，在短時(shí)間內(nèi)可得到大量高活力細(xì)胞；菌體與培養(yǎng)基易分離；成本低廉，能反復(fù)利用。增殖培養(yǎng)基大致可分為配制培養(yǎng)基、乳基質(zhì)培養(yǎng)基和乳清基質(zhì)培養(yǎng)基，后2個(gè)因其增殖慢，且不易分離菌體，一般配以其他的生長因子后使用[9-10]。目前，國外乳酸菌發(fā)酵劑的工業(yè)生產(chǎn)培養(yǎng)基主要有4種：（1）脫脂乳中加生長促進(jìn)劑，同時(shí)進(jìn)行pH值控制，但這種培養(yǎng)基很難收集到菌體；（2）水解乳中加生長促進(jìn)劑，同時(shí)進(jìn)行pH值控制，解決了收集菌體的問題但費(fèi)用昂貴；（3）乳清基質(zhì)加生長促進(jìn)劑，同時(shí)進(jìn)行pH值控制，熱處理引起蛋白質(zhì)沉淀，需要澄清處理；（4）乳糖加生長促進(jìn)劑，同時(shí)進(jìn)行pH值控制，簡單易操作，熱滅菌比較容易。國內(nèi)研究的主要有改良MRS培養(yǎng)基、葡萄糖酵母膏培養(yǎng)基、脫脂乳培養(yǎng)基等。

1.3 菌懸液的濃縮

菌體細(xì)胞的分離技術(shù)是制備濃縮型乳酸菌發(fā)酵劑重要的中間環(huán)節(jié)，分離方法有離心法和超濾法[11]。離心法簡便、快速，處理量大，但離心過程中的剪切作用容易使細(xì)胞膜的滲透性和機(jī)體抗凍能力減弱。該方法實(shí)際操作過程繁瑣，容易感染雜菌，從而造成細(xì)胞大量死亡，所以，在工業(yè)化生產(chǎn)中很少使用。超濾法對(duì)菌體影響小，獲得的菌體濃度高，培養(yǎng)液可重復(fù)利用。但此方法對(duì)發(fā)酵液澄清程度的要求很高，并且膜裝置的成本比較高，分離過程中很難做到無菌操作，濾膜的污染、清洗、殺菌、老化等一系列問題均使其商業(yè)化受到一定程度的限制。

1.4 菌懸液的冷凍干燥保護(hù)劑的選擇

利用真空冷凍干燥技術(shù)生產(chǎn)活菌制劑是多種貯藏方法中較為理想的一種[12]。但真空冷凍干燥過程中，冷凍和干燥這2個(gè)過程會(huì)造成部分微生物細(xì)胞的損傷、死亡及某些酶蛋白分子的鈍化[13]。如果在凍干工藝中保護(hù)劑選擇不當(dāng)，則發(fā)酵劑的發(fā)酵活力隨之下降。常用的凍干保護(hù)劑主要有多元醇類、糖類和氨基酸類等，不同保護(hù)劑對(duì)不同菌種的保護(hù)效果是不同的，單一的保護(hù)劑并不能滿足冷凍干燥的要求[14]，所以，凍干保護(hù)劑一般都是按一定配方混合使用[15]。

2 微生物發(fā)酵劑在食品中的應(yīng)用

2.1 在乳制品加工中的應(yīng)用

酸奶是微生物發(fā)酵劑在食品中最為成功的應(yīng)用。酸奶是新鮮牛奶滅菌后經(jīng)發(fā)酵劑發(fā)酵而制成的乳制品，除了具有獨(dú)特的風(fēng)味外，還具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值和良好的保健功能。酸奶發(fā)酵劑對(duì)于酸奶的品質(zhì)起決定性作用，由嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌組成，在發(fā)酵的過程中，菌種產(chǎn)酸、產(chǎn)香、產(chǎn)酶，使液態(tài)乳凝固。所以，良好的發(fā)酵菌株是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)酸奶的基礎(chǔ)。

2.2 在肉制品加工中的應(yīng)用

目前，研究較多的是關(guān)于發(fā)酵劑在發(fā)酵香腸中的應(yīng)用。肉制品的發(fā)酵劑多為復(fù)合菌種組成[16]，如乳酸菌、酵母菌、霉菌、微球菌等。與酸奶相比，肉制品在發(fā)酵之前未經(jīng)過滅菌處理，嚴(yán)格意義上說應(yīng)該是強(qiáng)化發(fā)酵。在發(fā)酵肉制品中的優(yōu)勢菌株是乳酸菌[17]，乳酸菌耐酸性較強(qiáng)，同時(shí)分泌的乳酸可以抑制有害微生物的生長。霉菌在發(fā)酵肉制品中起著比較重要的作用，其可產(chǎn)生許多酶類物質(zhì)，形成獨(dú)特的風(fēng)味，同時(shí)其在肉制品表面生長，可起到保護(hù)膜的作用[18]。酵母菌主要在肉制品的表面生長，產(chǎn)酸能力較弱。微球菌的存在可將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，形成肉制品鮮亮的顏色。多菌種混合發(fā)酵形成了發(fā)酵肉制品獨(dú)特的風(fēng)味，彌補(bǔ)了單菌種發(fā)酵的單調(diào)性[19]。

2.3 在蔬菜制品加工中的應(yīng)用

微生物發(fā)酵劑在蔬菜制品中的應(yīng)用也日漸成熟，以四川泡菜為代表。泡菜發(fā)酵中的優(yōu)勢菌種為乳桿菌，如植物乳桿菌、短乳桿菌等，它們在發(fā)酵的過程中發(fā)生復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，形成了泡菜獨(dú)特的風(fēng)味[20]。相對(duì)于自然發(fā)酵，使用發(fā)酵劑可縮短生產(chǎn)周期，同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量也更為穩(wěn)定。目前，乳酸菌發(fā)酵劑在白菜[21]和榨菜葉發(fā)酵中[22]的應(yīng)用研究較多，為直投式微生物發(fā)酵劑應(yīng)用于泡菜生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。梁茂文等[23]對(duì)乳酸菌在脫腥紫菜飲料中的應(yīng)用作了一些研究[19]。

2.4 在酒制品中的應(yīng)用

酒釀造在我國有悠久的歷史，目前用于酒制品的發(fā)酵劑也比較成熟。如米酒酒藥中主要的菌種為根霉和酵母[24]，根霉能分泌大量的淀粉酶，對(duì)淀粉進(jìn)行降解，供酵母發(fā)酵所需。張其圣等[25]從傳統(tǒng)的窖池糟醅中分離出菌種，進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)后按比例配成糖化發(fā)酵劑，其糖化力、液化力、發(fā)酵力均與傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)曲接近，且制作方法更為簡潔。

3 結(jié)語

微生物發(fā)酵劑的研究，為傳統(tǒng)發(fā)酵食品的工業(yè)化生產(chǎn)提供了理論與技術(shù)支持。目前，微生物發(fā)酵劑在酸奶與發(fā)酵香腸的應(yīng)用中取得了巨大成功，但是很大一部分還停留在小范圍的試驗(yàn)研究階段，怎樣把實(shí)驗(yàn)室獲得的研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)是微生物發(fā)酵劑應(yīng)用急需解決的問題。

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