發(fā)酵技術(shù)在現(xiàn)代食品開發(fā)中的應(yīng)用分析和創(chuàng)新趨勢

發(fā)酵技術(shù)歷史悠久，在食品保存和品質(zhì)提升方面效果卓越。在當(dāng)今時代，消費者對食品的需求日益多樣化和個性化，將發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代食品開發(fā)中，可以豐富食品品類、提升食品品質(zhì)，從而更好地滿足人們對美味與健康的雙重追求。

一、發(fā)酵技術(shù)概述

發(fā)酵技術(shù)是借助微生物或酶的作用，促使有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行代謝轉(zhuǎn)化，從而生成酒精、乳酸等具有實用價值的產(chǎn)物的一門技術(shù)。發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涵蓋食品、制藥、農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護(hù)等多個方面。

在食品工業(yè)中，發(fā)酵技術(shù)的重要性主要體現(xiàn)在以下四個方面：一是提升食品口感與風(fēng)味。微生物的代謝活動將食品中的糖分、蛋白質(zhì)等成分轉(zhuǎn)化為醇類、酸類和酯類等風(fēng)味物質(zhì)，賦予食品獨特的香氣和味道。例如，在酸奶的發(fā)酵過程中，乳酸菌將乳糖轉(zhuǎn)化為乳酸，使酸奶不僅酸甜適中，還散發(fā)出濃郁的香氣。二是提高食品營養(yǎng)價值。在發(fā)酵過程中，微生物合成多種維生素、氨基酸和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，豐富了食品的營養(yǎng)構(gòu)成。例如，某些發(fā)酵豆制品富含維生素B12，而普通豆制品中這一成分的含量較少。此外，發(fā)酵還能消除食品中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，如植酸和胰蛋白酶抑制物，提高食品的消化率和利用率。三是保障食品安全。微生物的代謝活動可以抑制有害微生物的生長，減少食品中的毒素和有害物質(zhì)。發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸、醋酸等有機(jī)酸具有防腐功能，能夠有效延長食品的保質(zhì)期。四是推動食品工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。隨著基因工程、合成生物學(xué)等前沿技術(shù)的不斷突破，發(fā)酵技術(shù)也在持續(xù)創(chuàng)新與完善。例如，通過基因編輯技術(shù)對微生物進(jìn)行改造，賦予其更高效的代謝途徑，從而生產(chǎn)出具有特定功能的新型食品成分和添加劑，為食品工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展注入了強大動力。

二、發(fā)酵技術(shù)的原理與分類

（一）發(fā)酵技術(shù)的原理

發(fā)酵過程涉及一系列生物化學(xué)變化，涵蓋原料的分解、中間產(chǎn)物的生成以及最終產(chǎn)物的合成等多個連續(xù)且相互關(guān)聯(lián)的環(huán)節(jié)。

原料的分解是發(fā)酵過程的首要步驟，一般多涉及蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪的降解。蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下被分解為胨、多肽和氨基酸，它們不僅是食品風(fēng)味的重要成分，也是微生物生長所需的氮源。淀粉酶將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖、麥芽糖和糊精等小分子糖，為微生物提供能量。脂肪酶則將脂肪水解為甘油三脂和脂肪酸等參與生成特殊風(fēng)味的脂類物質(zhì)。

在發(fā)酵過程中，微生物通過復(fù)雜的生化反應(yīng)生成多種中間產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可能成為后續(xù)反應(yīng)的底物或抑制劑，影響發(fā)酵進(jìn)程和最終產(chǎn)物的品質(zhì)。

最終產(chǎn)物的合成是發(fā)酵的核心目的，使各類發(fā)酵食品展現(xiàn)出不同的風(fēng)味。例如，酵母菌在啤酒發(fā)酵中將葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳，在醬油發(fā)酵中則生成氨基酸、有機(jī)酸和芳香物質(zhì)，形成獨特的風(fēng)味體系。

（二）發(fā)酵技術(shù)的分類

1.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)。傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)是指利用自然環(huán)境中固有的微生物，通過長期實踐經(jīng)驗的積累，采用自然發(fā)酵過程生產(chǎn)食品、飲料及其他發(fā)酵產(chǎn)品的方法。這種技術(shù)通常依賴于自然環(huán)境中的微生物種類、溫度、濕度等因素，因此難以對發(fā)酵過程進(jìn)行精確控制，但能夠賦予產(chǎn)品獨特的風(fēng)味和質(zhì)地。

傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)具有三大顯著特點。一是自然接種。在傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)中，微生物通常來自自然環(huán)境中的空氣、水、土壤或前一次發(fā)酵的殘留物，通過自然方式進(jìn)入發(fā)酵體系，使得每批產(chǎn)品都具有一定的獨特性。二是多菌種發(fā)酵。由于采用自然接種，發(fā)酵體系中往往存在多種微生物共同參與發(fā)酵過程，形成復(fù)雜多樣的微生物群落，不僅豐富了發(fā)酵風(fēng)味，還影響了最終產(chǎn)品的品質(zhì)。三是經(jīng)驗依賴。傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的成功在很大程度上依賴于操作者的豐富經(jīng)驗和精湛技藝，關(guān)鍵參數(shù)如發(fā)酵溫度、濕度、時間等的控制往往依靠經(jīng)驗判斷，而非嚴(yán)格的科學(xué)測量，這使得傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)在傳承過程中積累了獨特的技巧和方法。

2.現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)?，F(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)利用先進(jìn)的生物和工程技術(shù)，對發(fā)酵過程進(jìn)行精確調(diào)控和優(yōu)化，主要體現(xiàn)在3個方面。一是純種發(fā)酵。使用經(jīng)過嚴(yán)格篩選的單一菌種，確保發(fā)酵過程穩(wěn)定和產(chǎn)物一致，減少微生物競爭，提高產(chǎn)品質(zhì)量。二是基因工程定向發(fā)酵。通過基因改造微生物，提升代謝效率或賦予新特性，生產(chǎn)具有特定功能的發(fā)酵產(chǎn)品。三是固態(tài)/液態(tài)可單獨或組合發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵適用于固體原料，常用于酶制劑和生物飼料的制作；液態(tài)發(fā)酵則適合液體原料，如釀酒和有機(jī)酸生產(chǎn)。

與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比，現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)具有精準(zhǔn)的控制手段（如生物傳感器和自動化系統(tǒng)），能夠顯著提高發(fā)酵效率和產(chǎn)品穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)成本和環(huán)境污染，且應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋食品、醫(yī)藥、化工和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。隨著細(xì)菌基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，菌種篩選和優(yōu)化也得到提升。通過分析基因組和代謝組的表達(dá)，科研人員能夠精準(zhǔn)篩選適合特定發(fā)酵需求的菌種，顯著提升產(chǎn)品品質(zhì)和營養(yǎng)價值，例如在酸奶發(fā)酵中篩選出產(chǎn)酸能力強且具有益生功能的乳酸菌。

三、發(fā)酵技術(shù)在現(xiàn)代食品開發(fā)中的應(yīng)用

（一）乳制品

發(fā)酵技術(shù)在提升乳制品的品質(zhì)和口感方面發(fā)揮了重要作用。通過發(fā)酵，鮮奶可以轉(zhuǎn)化為酸奶、奶酪、酸乳、發(fā)酵乳和酸化奶油等多種產(chǎn)品，不僅具有獨特的風(fēng)味，營養(yǎng)價值也得到了顯著提升。

在酸奶的生產(chǎn)過程中，發(fā)酵技術(shù)利用乳酸菌將牛奶中的乳糖轉(zhuǎn)化為乳酸，降低pH，使牛奶凝結(jié)成酸奶。這一過程不僅賦予了酸奶酸甜可口的口感，還增加了益生菌含量，有助于維護(hù)腸道健康，增強免疫力。

奶酪不僅風(fēng)味濃厚，還富含蛋白質(zhì)和鈣等重要營養(yǎng)成分，是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的重要來源，其生產(chǎn)同樣高度依賴發(fā)酵技術(shù)。乳酸菌和凝乳酶在奶酪制作過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們共同使牛奶凝結(jié)成塊，再經(jīng)過壓榨和鹽漬等工藝制成奶酪。

（二）功能性食品與健康產(chǎn)品

隨著人們對健康飲食的關(guān)注度不斷提高，功能性食品和健康產(chǎn)品的開發(fā)已成為食品工業(yè)的重要發(fā)展趨勢，發(fā)酵技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛且深入。首先，利用微生物的代謝活動，可以生產(chǎn)出具有特定保健功能的食品成分。例如，后生元、膳食纖維和功能性低聚糖等成分均可通過發(fā)酵技術(shù)得以生產(chǎn)，具備調(diào)節(jié)腸道菌群、增強免疫力、降低血糖和血脂等多種保健功能。其次，某些新型發(fā)酵原料和技術(shù)能夠更有效地生產(chǎn)具有特定生物活性的成分。例如，經(jīng)過基因編輯技術(shù)改造的微生物發(fā)酵生成的大豆異黃酮，其生物活性和穩(wěn)定性顯著提升，表現(xiàn)出更強的抗氧化和抗腫瘤作用。最后，基于腸道微生態(tài)平衡理論的新型發(fā)酵技術(shù)能夠精準(zhǔn)調(diào)控腸道菌群的組成和功能，為功能性食品的開發(fā)提供了全新的思路和方法。

這些發(fā)酵技術(shù)方面的新發(fā)現(xiàn)和新突破，無疑為功能性食品的發(fā)展注入了強大動力，也促使更多前沿技術(shù)與發(fā)酵技術(shù)進(jìn)一步融合，從而催生出一系列引人注目的創(chuàng)新應(yīng)用。一是3D生物打印發(fā)酵食品。結(jié)合3D生物打印技術(shù)與發(fā)酵工藝，制造出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和定制化營養(yǎng)成分的發(fā)酵食品，如多層結(jié)構(gòu)和特定益生菌分布的發(fā)酵糕點。二是智能發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)。通過物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實時監(jiān)測發(fā)酵過程中的微生物生長、代謝產(chǎn)物生成及環(huán)境參數(shù)變化，實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控和優(yōu)化發(fā)酵條件。三是微生物組學(xué)?；谖⑸锝M學(xué)的研究，深入了解發(fā)酵微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能，為優(yōu)化發(fā)酵菌種組合和提高發(fā)酵效率提供了科學(xué)依據(jù)。四是納米技術(shù)輔助發(fā)酵。利用納米材料提升微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝效率，改善發(fā)酵性能，生產(chǎn)出更高品質(zhì)的發(fā)酵食品。

四、發(fā)酵技術(shù)在未來食品開發(fā)中的展望

（一）政策支持與行業(yè)規(guī)范

國家已出臺一系列支持政策促進(jìn)食品工業(yè)的發(fā)展，包括《綠色食品產(chǎn)業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃綱要（2021-2025年）》和《工業(yè)和信息化部等十一部門關(guān)于培育傳統(tǒng)優(yōu)勢食品產(chǎn)區(qū)和地方特色食品產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)意見》。這些政策鼓勵企業(yè)加大研發(fā)投入，推動發(fā)酵技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用。同時，行業(yè)也在不斷加強規(guī)范，制定更加嚴(yán)格的發(fā)酵食品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)規(guī)范，以促進(jìn)發(fā)酵技術(shù)的健康有序發(fā)展。

（二）食品安全與質(zhì)量

在食品安全備受關(guān)注的背景下，發(fā)酵技術(shù)將在保障食品質(zhì)量和安全方面發(fā)揮更加重要的作用。比如，通過微生物的代謝活動，可以有效抑制有害微生物的生長，減少食品中的污染物和有害物質(zhì)。利用天然發(fā)酵過程中產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)替代化學(xué)防腐劑，可以提高食品的安全性和天然性。借助先進(jìn)的檢測技術(shù)和質(zhì)量控制體系，可以確保發(fā)酵食品符合嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)。

（三）技術(shù)融合與突破

隨著基因工程、合成生物學(xué)和人工智能等前沿技術(shù)與發(fā)酵技術(shù)的深度融合，發(fā)酵技術(shù)將迎來更多創(chuàng)新機(jī)遇和突破。例如，通過基因編輯技術(shù)改造微生物的代謝途徑，以提高發(fā)酵效率和產(chǎn)物質(zhì)量；利用人工智能算法優(yōu)化發(fā)酵工藝參數(shù)，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)；結(jié)合合成生物學(xué)方法合成新型功能性食品成分，以滿足市場對健康和功能性食品的需求。

（四）創(chuàng)新與個性化需求

隨著消費者對食品的多樣化和個性化需求不斷增長，發(fā)酵技術(shù)與食品創(chuàng)新的融合將愈加緊密。通過調(diào)整菌種、優(yōu)化發(fā)酵條件和創(chuàng)新工藝等手段，可以開發(fā)出具有獨特風(fēng)味、口感和營養(yǎng)價值的食品。例如，利用微生物共培養(yǎng)技術(shù)和精準(zhǔn)發(fā)酵控制，生產(chǎn)富含特定營養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)的個性化食品，滿足不同人群的特殊營養(yǎng)需求。

（五）可持續(xù)發(fā)展

發(fā)酵技術(shù)在實現(xiàn)資源循環(huán)利用和推動食品工業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面具有巨大潛力。以農(nóng)業(yè)廢棄物和食品加工副產(chǎn)物作為發(fā)酵原料，不僅能減少環(huán)境污染，還能降低對傳統(tǒng)資源的依賴。例如，發(fā)酵技術(shù)可以將廢棄的果蔬渣轉(zhuǎn)化為高附加值的功能性食品成分或生物飼料，實現(xiàn)資源的最大化利用。

作者簡介：余桂媛（1993-），女，漢族，廣東潮州人，助理工程師，碩士研究生，研究方向為益生菌及發(fā)酵原料開發(fā)。