超聲對發(fā)酵食品微生物和品質(zhì)的影響

檀茜倩，崔方超，呂欣然，李學(xué)鵬，勵(lì)建榮*

（1 渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧錦州121013 2 天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 天津 300457）

發(fā)酵是一種傳統(tǒng)的食品保藏方法，是乳酸菌、芽孢桿菌、醋酸菌和酵母等益生微生物以食物為底物進(jìn)行代謝的過程。由于富含益生菌群以及功能活性物質(zhì)，發(fā)酵食品具有預(yù)防慢性疾病[1]、調(diào)節(jié)腸道菌群和提高免疫能力[2]等作用，部分研究表明食用發(fā)酵食品還可以降低Covid19 的感染率[3]及防止感染Covid19 后發(fā)展為危重癥[4]，因此發(fā)酵食品具有作為功能食品的潛力。

發(fā)酵食品的品質(zhì)和功效與發(fā)酵原料、發(fā)酵工藝和微生物活動(dòng)有關(guān)。其中發(fā)酵原料有受到化學(xué)（殺蟲劑、重金屬等）或食源性致病微生物污染的風(fēng)險(xiǎn)，致病微生物自身的致病侵襲力、其代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的毒素、亞硝酸、生物胺等有可能損害人類健康（致病、中毒或嚴(yán)重過敏反應(yīng)等）[5]。同時(shí)，在發(fā)酵開始前需要對發(fā)酵原料進(jìn)行一定預(yù)處理來控制原料內(nèi)源酶活性。在發(fā)酵過程中也需要合理控制益生微生物活性，來掌握發(fā)酵速率和時(shí)間，因?yàn)榘l(fā)酵速率過慢會(huì)造成腐敗菌生長繁殖，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)酵食品腐敗[6]，而過度發(fā)酵則會(huì)影響發(fā)酵食品品質(zhì)和口感（酸奶的過度酸化、泡菜過度發(fā)酵變軟等）。針對上述問題在傳統(tǒng)和工業(yè)發(fā)酵中常用熱處理方法，然而熱處理造成的發(fā)酵食品組分分子結(jié)構(gòu)破壞和改變，還會(huì)在一定程度上影響發(fā)酵食品的口感、風(fēng)味和營養(yǎng)價(jià)值。超聲技術(shù)是一種非熱處理技術(shù)，已經(jīng)在食品工業(yè)中應(yīng)用于包括殺菌、促進(jìn)活性產(chǎn)物提取、輔助酶解、改變食物分子結(jié)構(gòu)等很多方面[7-8]。近年來，研究人員關(guān)注到超聲技術(shù)處理能通過抑制或調(diào)控發(fā)酵食品微生物的活動(dòng)來改善控制發(fā)酵食品的發(fā)酵過程和品質(zhì)（圖1）。本文對超聲技術(shù)在一些常見發(fā)酵食品的加工和貯藏中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，討論了超聲技術(shù)如何影響發(fā)酵過程、發(fā)酵食品菌群，以及常見發(fā)酵食品營養(yǎng)成分和功能，并分析超聲處理改善發(fā)酵工藝、保證發(fā)酵食品安全性和改善發(fā)酵食品品質(zhì)的方法，以及在超聲技術(shù)應(yīng)用過程中所需要考慮的非技術(shù)因素。以期為利用超聲技術(shù)在發(fā)酵食品生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

圖1 超聲技術(shù)對常見發(fā)酵食品微生物和品質(zhì)的影響Fig.1 The effects of ultrasonic technology on the microbiology and quality of commonly fermented foods

1 超聲技術(shù)對發(fā)酵食品中微生物的影響

超聲根據(jù)頻率高低可分為高功率低頻（20～100 kHz）、中功率中頻（100 kHz～1 MHz）和低功率高頻（1～100 MHz），食品生產(chǎn)中采用的超聲頻率為20～100 kHz。超聲形成的孔洞效應(yīng)可以使食品發(fā)生一些物理和化學(xué)方面的改變，因此常應(yīng)用于活性產(chǎn)物提取、液體乳化、排氣以及切割等單元操作[9]。超聲根據(jù)強(qiáng)度又可以分為高強(qiáng)度超聲（強(qiáng)度大于3 W/cm2）和低強(qiáng)度超聲（強(qiáng)度小于3 W/cm2）。高強(qiáng)度超聲對細(xì)胞破壞性較高，常被用作食品改性以及食品中微生物的滅活/失活；低強(qiáng)度超聲對細(xì)胞的破壞性較低，常用于加速微生物內(nèi)部生物化學(xué)反應(yīng)速率，來提高生物轉(zhuǎn)化過程[10-11]。總而言之，超聲既可以通過化學(xué)效應(yīng)破壞活細(xì)胞結(jié)構(gòu)殺死細(xì)胞，也可以刺激細(xì)胞活動(dòng)來改變細(xì)胞膜穿透性，提高活性產(chǎn)物提取效率，增加酶活，防止酶變性等[12]，處理效果與超聲處理參數(shù)（頻率、強(qiáng)度、處理時(shí)間、次數(shù)等）、微生物菌株類型以及食品基質(zhì)有關(guān)[13]。

1.1 對微生物生長的抑制

高頻率和高強(qiáng)度超聲處理可抑制或殺滅微生物，可能是多種機(jī)制聯(lián)合作用的結(jié)果，圖2 為一些常見超聲抑制微生物機(jī)制示意圖，主要包括超聲形成氣泡破碎產(chǎn)生壓力對細(xì)胞造成損傷，在細(xì)胞膜上形成孔洞，改變細(xì)胞膜穿透性，產(chǎn)生活性氧（Reactive oxygen species，ROS）對細(xì)胞造成攻擊損傷，化學(xué)效應(yīng)對細(xì)胞造成損傷，產(chǎn)生抗菌物質(zhì)抑菌，使參與細(xì)胞代謝的跨膜蛋白以及參與關(guān)鍵生化反應(yīng)的酶失活，直接抑制代謝過程以及破壞遺傳物質(zhì)DNA 等[14]。高強(qiáng)度超聲處理對微生物造成的損傷和破壞一般不可逆。在這個(gè)過程中，一部分細(xì)胞與超聲直接接觸，在超聲處理產(chǎn)生氣泡隨機(jī)破裂形成的壓力和剪切力作用下發(fā)生細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷；另一部分細(xì)胞雖然沒有與超聲直接接觸，但仍會(huì)受到超聲處理在細(xì)胞外產(chǎn)生的H2O2等抑菌物質(zhì)以及細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的ROS 等自由基的影響，導(dǎo)致包括DNA 和各種酶在內(nèi)的參與細(xì)胞代謝和關(guān)鍵生化反應(yīng)的組分受到破壞，進(jìn)而造成細(xì)胞死亡[15]。

圖2 超聲對微生物抑制機(jī)制示意圖Fig.2 Schematic diagram of microbial inactivation mechanism of ultrasound

超聲殺菌的抑菌譜較寬，對細(xì)菌、真菌和病毒均有抑制作用[16-18]，包括大腸桿菌（Escherichia coli）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、產(chǎn)氣腸桿菌（Enterobacter aerogenes）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、出芽短梗霉（Aureobasidium pullulans）、甲型肝炎病毒和鼠諾如病毒等。超聲對微生物的殺滅作用與微生物的種類和形態(tài)有關(guān)，含有較厚細(xì)胞壁的革蘭氏陽性菌和酵母相對于革蘭氏陰性菌對超聲有更強(qiáng)的耐受性[16]。微生物的形態(tài)也影響了其對超聲的耐受性，球菌比桿菌對超聲的耐受性更高，這與球菌相比桿菌與超聲接觸的比表面積更大有關(guān)。對于特定微生物來說，超聲處理?xiàng)l件越強(qiáng)，對微生物的殺滅作用越強(qiáng)，因?yàn)楦邚?qiáng)度超聲產(chǎn)生的機(jī)械損傷形成的自由基濃度，對細(xì)胞增殖和代謝活動(dòng)必須的DNA、脂肪和蛋白質(zhì)等的破壞都更大[17]。部分細(xì)菌中存在耐受超聲壓力基因（如大腸桿菌中的dnaK 基因）[19]，使得這部分細(xì)菌相對于其它細(xì)菌來說對超聲耐受性更強(qiáng)。為了提高超聲的抑菌效果，目前也多采用加入聲敏劑（亞甲基藍(lán)）或與其它抗菌劑或抗菌方法聯(lián)合使用，不僅可以提高單位時(shí)間抑菌數(shù)目，縮短抑菌時(shí)間，也對生物被膜態(tài)細(xì)菌有比較好的清除作用[20]。表1 列舉了部分超聲單獨(dú)或者與其它方法聯(lián)合對微生物的抑制條件和抑制效果。

表1 超聲處理對微生物的抑制作用Table 1 Microbial inactivation effect of ultrasound

表2 超聲處理對微生物生長的調(diào)控作用Table 2 Microbial regulation effect of ultrasound

1.2 對微生物生長的調(diào)控

超聲處理除了可以起到殺滅微生物的作用，研究發(fā)現(xiàn)特定條件超聲處理可調(diào)控微生物的生長和代謝，尤其是對發(fā)酵中起主要作用菌株的調(diào)控，會(huì)在很大程度上影響發(fā)酵過程和發(fā)酵食品品質(zhì)。這些調(diào)控作用主要包括刺激或減弱菌株生長，改變代謝物分泌譜，誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)行生物合成和富集營養(yǎng)素等。雖然目前超聲抑制微生物的機(jī)制已經(jīng)比較明確，但超聲調(diào)控微生物的機(jī)制還有待完善?，F(xiàn)有研究認(rèn)為超聲對微生物的調(diào)控機(jī)制（圖3）主要包括增加細(xì)胞膜通透性，加速細(xì)胞內(nèi)部與外界環(huán)境之間營養(yǎng)物質(zhì)交換，促進(jìn)細(xì)胞排出有毒代謝廢棄物，改變酶構(gòu)象提高細(xì)胞內(nèi)部生化反應(yīng)效率，以及由細(xì)胞外部環(huán)境代謝物變化引發(fā)聯(lián)鎖效應(yīng)，改變細(xì)胞內(nèi)級聯(lián)化學(xué)反應(yīng)等[31-33]。超聲處理對微生物生長的調(diào)控受到包括超聲參數(shù)（超聲功率、強(qiáng)度和頻率）的影響，也與菌株特點(diǎn)和所處環(huán)境有關(guān)[34]。

圖3 超聲對微生物生長調(diào)控機(jī)制示意圖Fig.3 Schematic diagram of the microbial regulation mechanism of ultrasound

1.2.1 提高微生物的生長速率 超聲處理可以通過改變微生物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)（磷脂雙分子層的?；湣O性頭部和周質(zhì)空間）來提高菌株的生長速率。研究發(fā)現(xiàn)頻率20 kHz 的超聲處理會(huì)促進(jìn)干酪乳桿菌（Lactobacillus sakei）的生長，掃描電鏡顯示超聲處理可在干酪乳桿菌細(xì)胞表面形成孔洞，然而此作用條件下形成的孔洞是暫時(shí)的，在一定條件下可被修復(fù)?？赡婵锥吹拇嬖谠龃罅搜鯕夂蜖I養(yǎng)素向細(xì)胞內(nèi)的傳遞量，以及細(xì)胞內(nèi)廢棄物向胞外的轉(zhuǎn)運(yùn)量，因此提高了細(xì)胞的生長速率[35]。同時(shí)，超聲處理也顯著改變了干酪乳桿菌的代謝通路，其效果與不同超聲頻率有關(guān)。在碳源利用方面，超聲處理頻率為130 kHz 和950 kHz 相比于20 kHz，干酪乳桿菌對D-甘露糖、半乳糖醇、蔗糖、D-纖維二糖和肌苷等碳源的利用率顯著提高；在羧酸生成方面，超聲處理頻率在20 kHz 相比于45 kHz，丁酸、衣康酸、山梨酸和酒石酸的產(chǎn)量較高；在醇生成方面，上述4 種超聲頻率都可以促進(jìn)2-氨基乙醇和2，3-丁二醇的產(chǎn)生[32]。另一項(xiàng)研究也證實(shí)超聲可影響植物乳桿菌AF1（Lactobacillus plantarum AF1）的碳代謝過程，其葡萄糖、半乳糖和乳酸等碳代謝產(chǎn)物隨著發(fā)酵時(shí)間和超聲處理時(shí)間的延長而顯著增加[33]。超聲對微生物生長促進(jìn)已經(jīng)應(yīng)用到發(fā)酵食品的生產(chǎn)中，可利用超聲處理改造作為發(fā)酵劑的菌株；或通過在發(fā)酵不同階段施加超聲處理，通過干預(yù)微生物生長和增殖有效調(diào)節(jié)發(fā)酵過程[9]。

1.2.2 增加微生物酶的分泌和酶活力 超聲處理可以促進(jìn)微生物酶的分泌并且可在一定程度上提高酶活力。以β-葡萄糖苷酶為例，β-葡萄糖苷酶是在植物食品發(fā)酵中起重要作用的一類酶，可將葡萄糖苷異黃酮水解為糖苷配基。研究發(fā)現(xiàn)頻率為20 kHz 的超聲處理可以使嗜酸乳酸菌BCRC 1069（Lactobacillus acidophilus BCRC 1069）產(chǎn)β-葡萄糖苷酶的能力提高2 倍，其原因是由于超聲產(chǎn)生的孔洞效應(yīng)增加了嗜酸乳酸菌BCRC 1069細(xì)胞膜通透性，促進(jìn)了細(xì)胞代謝所產(chǎn)生的β-葡萄糖苷酶從胞內(nèi)向胞外的轉(zhuǎn)運(yùn)，因此，胞外β-葡萄糖苷酶的總量提高[36]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)頻率為24 kHz 的超聲處理能提高乳酸乳球菌乳酸亞種（Lactococcus lactis subsp.Lactis）分泌的β-葡萄糖苷酶活性，其原因除了由于細(xì)胞膜通透性改變促進(jìn)酶由胞內(nèi)到胞外傳遞，還與超聲改變了酶的蛋白構(gòu)象有關(guān)，超聲對酶構(gòu)象的改變暴露出更多的活性位點(diǎn)，使酶與底物的反應(yīng)幾率增加，酶活力變大。超聲還能提高糖酵解途徑中主要調(diào)節(jié)酶的活性[37]，進(jìn)而影響細(xì)胞內(nèi)級聯(lián)化學(xué)反應(yīng)改變微生物代謝圖譜，研究發(fā)現(xiàn)超聲處理可提升β-半乳糖苷酶活性，促進(jìn)乳糖向葡萄糖和半乳糖的轉(zhuǎn)化，使乳酸產(chǎn)量提高[31]。

1.2.3 促進(jìn)生物合成過程和營養(yǎng)素富集 在亞致死超聲處理?xiàng)l件下，超聲能誘導(dǎo)加速細(xì)胞內(nèi)生物合成過程的進(jìn)行以及促進(jìn)營養(yǎng)素富集，有利于提高生物活性物質(zhì)產(chǎn)量，以及增強(qiáng)益生微生物的功能特性。有研究表明超聲處理通過干預(yù)植物乳桿菌（L.plantarum）主要生長因子，進(jìn)而加速細(xì)胞內(nèi)部生物化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)植物乳桿菌分泌表面活性素[38]。利用頻率為28 kHz 的超聲處理可增加釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）細(xì)胞內(nèi)部Ca2+的離子濃度，促進(jìn)乙醇產(chǎn)量提升[37]。低密度超聲（16～100 kHz）能在不同程度上加速短乳桿菌（Lactobacillus brevis）增殖，提高γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric acid，GABA）的產(chǎn)量[39]，GABA 是一種非蛋白類氨基酸，在神經(jīng)傳導(dǎo)方面有很多功用，而少量GABA 不能達(dá)到益生效果，GABA 的富集對益生菌發(fā)揮益生作用具有非常重要的意義。

2 超聲技術(shù)對發(fā)酵食品品質(zhì)的影響

2.1 發(fā)酵乳

在發(fā)酵乳的生產(chǎn)中，超聲常作為一種均質(zhì)方法[43]，獲得的脂肪顆粒更為細(xì)膩，同時(shí)超聲可通過影響乳酸菌代謝活動(dòng)改變代謝譜圖以及提高發(fā)酵效率，可以在一定程度上改善發(fā)酵過程。已證實(shí)超聲能夠提高水牛乳中唾液鏈球菌嗜熱亞種（Streptococcus thermophilus subsp.Salivarius）和保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）的代謝活性，縮短發(fā)酵時(shí)間[44]。利用超聲輔助發(fā)酵kefir 酸奶，在超聲頻率24 kHz，超聲功率400 W，超聲時(shí)間5 min，探頭直徑22 mm，30%振幅條件下連續(xù)處理，不僅可以縮短1 h 發(fā)酵時(shí)間，同時(shí)也可提高乳酸的產(chǎn)率和乳酸菌胞外多糖的產(chǎn)量，賦予kefir 酸奶更好的口感[45]。超聲還能夠增加發(fā)酵乳的營養(yǎng)功能，研究發(fā)現(xiàn)超聲可提高植物乳桿菌AF1 發(fā)酵的酸奶的抗氧化活性，增加了其作為功能性食品的功效[33]。

2.2 發(fā)酵果汁

超聲處理已經(jīng)應(yīng)用在發(fā)酵蘋果汁[46]、桑葚汁[47]等發(fā)酵果汁的生產(chǎn)中，可以顯著改變發(fā)酵果汁的理化特性尤其是影響可揮發(fā)性物質(zhì)的種類和產(chǎn)量，使發(fā)酵果汁口感豐富，感官評價(jià)更高。低密度超聲處理可提高作為發(fā)酵劑益生菌株的發(fā)酵性能，應(yīng)用于果汁發(fā)酵后，通過影響代謝物變化，改變發(fā)酵果汁的風(fēng)味和功效，其中涉及多個(gè)代謝通路。首先超聲處理會(huì)干預(yù)糖酵解途徑和三羧酸循環(huán)，進(jìn)而影響氨基酸代謝，甘氨酸、精氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、組氨酸等氨基酸通過脫羧作用以及隨后的一系列化學(xué)反應(yīng)對果汁特殊風(fēng)味的形成具有重要意義。超聲對發(fā)酵果汁中氨基酸代謝的影響與超聲強(qiáng)度有關(guān)，相對于較高的超聲強(qiáng)度（93.6 W/L），較低強(qiáng)度（58.3 W/L）對氨基酸影響相對較小，然而其原因還有待于進(jìn)一步探究。超聲處理還能促進(jìn)益生菌對多酚的轉(zhuǎn)化（主要發(fā)生在益生菌生長的延滯期和對數(shù)期），以及能夠增加果汁抗氧化能力，從而提高了發(fā)酵果汁的營養(yǎng)功效[46]。

超聲處理也可以用來降低發(fā)酵果汁飲料酸化程度，可在不影響益生菌活性和功能的前提下控制作為發(fā)酵劑菌株的數(shù)量和活動(dòng)，從而減少由于菌株過度代謝活動(dòng)對發(fā)酵飲料風(fēng)味和流變特性產(chǎn)生的不利影響。研究發(fā)現(xiàn)超聲處理可減弱乳桿菌（Lactobacilli）和雙歧桿菌（Bifidobacteria）的代謝活性，然而并不影響植物乳桿菌L12 對Caco-2 細(xì)胞的黏附特性[48]，因?yàn)榕c腸上皮細(xì)胞的黏附被認(rèn)為是益生菌發(fā)揮益生作用的一個(gè)重要條件，這說明超聲處理有可能不會(huì)影響到菌株的益生特性，而這方面的論證仍需更多深入研究數(shù)據(jù)支持。

2.3 酒

葡萄酒釀造過程中有可能受到腐敗菌污染，同時(shí)葡萄酒中有比較復(fù)雜的乳酸菌和酵母菌群，如果在發(fā)酵過程結(jié)束后微生物種群沒能得到很好控制，會(huì)因?yàn)槔^續(xù)發(fā)酵而影響酒的品質(zhì)[49]。一直以來，常通過二氧化硫來控制葡萄酒中非酵母菌群和腐敗菌生長，同時(shí)也能減少葡萄酒中氧的含量，然而二氧化硫的過量添加會(huì)因?yàn)榱虼蓟蛘吡蚧瘹涞纳蓪?dǎo)致葡萄酒產(chǎn)生不良風(fēng)味，二氧化硫也可能會(huì)引發(fā)特定人群的過敏反應(yīng)[50]。超聲處理由于對微生物的抑制和調(diào)控的雙重作用，可以代替二氧化硫?qū)ζ咸丫浦械木哼M(jìn)行控制進(jìn)而保持葡萄酒的穩(wěn)定性[51]。超聲處理一方面可以增加葡萄酒中有益物質(zhì)的含量，例如能夠改變葡萄酒中多酚以及芳香物質(zhì)的組成[52]。多酚類物質(zhì)是葡萄酒中含量最多和最重要的物質(zhì)，具有抗氧化活性，可緩解心臟疾病和其它慢性疾病，紅葡萄酒比白葡萄酒多酚含量更高，多酚的存在對葡萄酒的顏色和風(fēng)味有很大影響。另一方面超聲處理能夠減少葡萄酒釀造過程中有害物質(zhì)產(chǎn)生，例如減少生物胺的含量。生物胺由氨基酸經(jīng)過脫羧反應(yīng)生成，葡萄酒中生物胺含量多少取決于氨基酸前體的數(shù)量，也與pH、醇、二氧化硫含量等微生物生長代謝因子有關(guān)。葡萄酒中常見的生物胺有組胺、尸胺、酪氨、苯（基）乙胺、腐胺、色胺，葡萄種類、地理區(qū)域、釀造方法以及老化過程也有一定影響[53]，所以在利用超聲降低葡萄酒中生物胺的過程中需要綜合考慮這些因素。除了降低生物胺含量，超聲處理還能降低葡萄酒中酒精含量，從而提升葡萄酒的感官品質(zhì)，其原因與超聲的孔洞效應(yīng)、自由基脅迫和隨之引發(fā)的連鎖效應(yīng)有關(guān)[54]。

2.4 醋

超聲處理可以提升醋的品質(zhì)[55]，加速其陳化過程[56]，這與發(fā)酵劑組成（單菌/混菌）[57]有關(guān)，也受到發(fā)酵容器材質(zhì)的影響。超聲處理對醋陳化的促進(jìn)作用明顯，研究發(fā)現(xiàn)采用超聲處理新釀造的浙醋，能使其品質(zhì)達(dá)到2～3 年釀造醋的效果[58]。同時(shí)超聲處理還可以增加醋中活性產(chǎn)物含量，提高醋的功能特性。有研究發(fā)現(xiàn)超聲處理能改變月桂櫻醋的光學(xué)微觀結(jié)構(gòu)，提高其揮發(fā)性物質(zhì)的含量，增強(qiáng)其抗糖尿病以及抗高血壓的能力[59]。

2.5 發(fā)酵蔬菜

發(fā)酵蔬菜包括干腌和鹵水浸泡兩種方式，鹵水浸泡比較常見。在鹵水浸泡的過程中，益生菌活動(dòng)分解植物產(chǎn)生氨基酸等代謝物質(zhì)賦予了發(fā)酵蔬菜特殊的風(fēng)味。鹽是發(fā)酵蔬菜制作過程中的一種主要添加物，它的遷移遵循濃度梯度擴(kuò)散的流體動(dòng)力學(xué)機(jī)制，隨著外部壓力變化，可通過食物原料表面形成的孔洞進(jìn)入內(nèi)部。然而由于一些發(fā)酵蔬菜原料質(zhì)地堅(jiān)硬或者外皮飽滿缺乏孔洞，減緩了鹽的擴(kuò)散過程，導(dǎo)致發(fā)酵時(shí)間過長，可能需數(shù)月才能獲得預(yù)期風(fēng)味，而在這個(gè)過程中由于微生物過度生長或者發(fā)酵蔬菜原料內(nèi)部水分活度變化導(dǎo)致鹽濃度降低，造成鹵水變質(zhì)等因素會(huì)對發(fā)酵蔬菜品質(zhì)產(chǎn)生不利影響[6]，超聲可以加速鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)和溶解，加速這個(gè)發(fā)酵關(guān)鍵步驟的進(jìn)行，已經(jīng)在辣白菜的腌制過程中得到證實(shí)，同時(shí)超聲處理還能保持白菜的硬度和質(zhì)構(gòu)，保證食用口感[60]。

2.6 發(fā)酵香腸

超聲影響發(fā)酵香腸品質(zhì)是通過對微生物代謝，以及蛋白和脂肪水解的調(diào)控綜合實(shí)現(xiàn)的。研究發(fā)現(xiàn)25 kHz、128 W 的超聲處理干制發(fā)酵香腸可提升發(fā)酵香腸中微生物的發(fā)酵性能，改善發(fā)酵香腸的適口性和風(fēng)味，超聲處理改變了發(fā)酵香腸中游離氨基酸組成，增加了揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)前體的含量，隨后風(fēng)味前體物質(zhì)通過特定化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生令人愉悅的風(fēng)味[61]。頻率為25 kHz 的超聲處理salami 香腸9 min 對香腸中乳酸菌和微球菌的抑制效果最好，同時(shí)超聲處理改變了salami 香腸的理化特性，能引起脂肪和蛋白氧化，其中亞鐵血紅素含量在超聲處理后發(fā)生變性，含量略有下降，而肌紅蛋白受超聲影響不明顯[62]。

2.7 醬

超聲處理可增加醬類食品中的生物活性物質(zhì)含量并提升其品質(zhì)[63]。超聲處理作為發(fā)酵劑的解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）可以提高黃豆醬的發(fā)酵速率以及發(fā)酵后多肽的含量。研究發(fā)現(xiàn)超聲沒有增加菌株蛋白酶分泌量，而是促進(jìn)菌株內(nèi)生孢子萌發(fā)，使菌株在黃豆醬發(fā)酵中的延滯期縮短，加速了發(fā)酵過程從而促進(jìn)水解[64]。低密度超聲處理可以改變發(fā)酵低鹽moromi 豆醬的風(fēng)味，超聲頻率68 kHz（60 W/L/10 min/8 循環(huán)）可在較短時(shí)間顯著提高低鹽豆醬氨基酸的釋放，加速豆醬熟化過程。超聲能夠促進(jìn)發(fā)酵劑米曲霉（Aspergillus oryzae）堿性蛋白酶分泌，暴露更多的蛋白酶活性位點(diǎn)；也縮小了底物粒子，進(jìn)而提高底物與酶的結(jié)合幾率，使酶促反應(yīng)效率提高；同時(shí)超聲處理改變了有機(jī)呈味物質(zhì)的組成，組氨酸和谷氨酸的增加尤為明顯，使醬的口感更柔和、風(fēng)味更令人愉悅[65]。在利用超聲改良醬類發(fā)酵食品的過程中，一定要注意選擇合適的超聲參數(shù)，尤其注意長時(shí)間超聲處理會(huì)對酶活產(chǎn)生不利影響[60]。

2.8 發(fā)酵谷物

超聲可以應(yīng)用于發(fā)酵面制品生產(chǎn)，研究發(fā)現(xiàn)超聲輔助面團(tuán)發(fā)酵可以顯著改善饅頭的硬度和體積，使其口感更好[66]。利用超聲輔助副干酪乳桿菌LUHS244（Lactobacillus paracasei LUHS244）混合發(fā)酵生產(chǎn)白面包，使面包品質(zhì)、適口性以及功能上都有很大提升[67]。

2.9 其它

超聲還可用來輔助提取食品加工副產(chǎn)品發(fā)酵物中的功能物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。有研究證實(shí)超聲可以應(yīng)用于輔助提取黃豆粉中的酶[68]，以及輔助提取芽孢液態(tài)發(fā)酵豆渣中的特殊功能多肽。研究發(fā)現(xiàn)超聲處理的頻率、時(shí)間、功率和強(qiáng)度會(huì)在不同程度上影響功能多肽和其它可溶性蛋白的產(chǎn)率、結(jié)構(gòu)和功能。超聲強(qiáng)度0.08 W/mL、頻率33 kHz 和處理時(shí)間1 h 與沒有經(jīng)過超聲處理的發(fā)酵豆渣樣品相比，由于特定超聲頻率的處理增大了胞內(nèi)、胞外物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及酶和底物的交換效率，其中多肽和可溶性蛋白含量分別提高了31.27%和18.79%；而當(dāng)超聲時(shí)間延長，超聲的穿孔能力增加，相應(yīng)的剪切力和渦流效應(yīng)增加，較長時(shí)間超聲處理形成不可逆孔洞效應(yīng)和熱效應(yīng)導(dǎo)致微生物衰老以及死亡則會(huì)降低發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量，因此超聲處理1 h 比2 h 的多肽提取量高；傅里葉紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）分析發(fā)現(xiàn)超聲處理后蛋白分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，有去折疊現(xiàn)象，其中α 螺旋和β轉(zhuǎn)角數(shù)目減少，而β 片層和無規(guī)卷曲比例有所增加，原子力顯微鏡（Atomic force microscope，AFM）觀察到蛋白表面粗糙度增加；另外超聲還提升了多肽提取物的體外抗氧化性（羥自由基和DPPH自由基的清除能力）以及乳化穩(wěn)定性[69]。這些改變都有助于功能性活性肽的開發(fā)。

總之超聲技術(shù)對發(fā)酵食品微生物和品質(zhì)的影響受到操作參數(shù)（頻率、強(qiáng)度、作用時(shí)間、次數(shù)）、菌株類型以及發(fā)酵食品基質(zhì)的影響，在不同條件下，超聲處理具有提高發(fā)酵速率，縮短發(fā)酵時(shí)間，控制發(fā)酵過程，減少過度發(fā)酵影響某些發(fā)酵食品品質(zhì)，殺死腐敗或致病微生物，保證發(fā)酵食品的微生物安全性，保持益生菌的活性和益生功效，以及增加發(fā)酵食品中的生物活性物質(zhì)并提高其營養(yǎng)和保健價(jià)值等功用。

3 影響超聲技術(shù)在發(fā)酵食品應(yīng)用的非技術(shù)因素

為了超聲技術(shù)處理的發(fā)酵食品能夠大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用并成功走向市場，除了必要的技術(shù)支持，還需考慮消費(fèi)者的心理因素（例如對超聲技術(shù)處理發(fā)酵食品的接受度等）。目前，一些消費(fèi)者認(rèn)為研究人員或者企業(yè)對超聲技術(shù)在內(nèi)的一些新技術(shù)在食品工業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢有所夸大，并不希望傳統(tǒng)工藝被新工藝取代，更傾向于選擇傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的發(fā)酵食品；也有消費(fèi)者認(rèn)為食用新技術(shù)處理的食品后會(huì)對健康產(chǎn)生負(fù)面影響。另外價(jià)格也是影響消費(fèi)者接受度的一個(gè)非常重要的因素，需要生產(chǎn)商在加工成本和銷售價(jià)格之間尋找平衡[70]，同時(shí)在銷售策略的選擇上也有必要綜合考慮地區(qū)經(jīng)濟(jì)因素，例如經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)地區(qū)的消費(fèi)者可能更多的考慮安全性、口感，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度較低地區(qū)的消費(fèi)者則會(huì)更傾向于考慮價(jià)格[71]，需要根據(jù)消費(fèi)市場調(diào)研做出正確的產(chǎn)品定位和銷售策略。

4 展望

為了使超聲技術(shù)在發(fā)酵食品的工業(yè)應(yīng)用中獲得預(yù)期效果，要充分考慮超聲處理的操作參數(shù)，發(fā)酵食品中的菌群特點(diǎn)，食物分子組分以及消費(fèi)者的心理預(yù)期。在今后的研究中有以下幾個(gè)問題值得思考。

1）發(fā)酵食品種類繁多，由于不同發(fā)酵食品采用的原料和發(fā)酵劑不同，在選擇超聲技術(shù)時(shí)要充分考慮不同發(fā)酵食品自身的特點(diǎn)。

2）發(fā)酵底物對微生物的生長十分重要，目前超聲對益生菌生長影響的研究底物主要為改良的培養(yǎng)基或模擬食物底物，對真實(shí)發(fā)酵過程中底物對益生菌的影響機(jī)制還不是十分清楚，需側(cè)重探索在超聲處理?xiàng)l件下食物組分對益生菌生長和代謝的影響以及食物與微生物、微生物菌群之間的互作機(jī)制。

3）目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)適當(dāng)強(qiáng)度的超聲并不會(huì)完全殺死乳酸菌等益生菌株，處于這種狀態(tài)的菌株仍可以恢復(fù)很好的生長活性，而這種狀態(tài)下細(xì)菌的益生特性是否有新的變化，有待更深入和全面的研究數(shù)據(jù)的支持。

4）為探索超聲調(diào)控發(fā)酵從而改善發(fā)酵食品品質(zhì)的潛在機(jī)制，可同時(shí)利用多種技術(shù)建立相關(guān)的表型、菌株代謝和發(fā)酵食品之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，從分子水平上系統(tǒng)性的解釋相關(guān)問題。