微生物發酵技術在食品領域中的應用

賀 穎，吳添偉，金澤彬，張宸豪

(1.吉林醫藥學院附屬醫院內分泌科，吉林 吉林 132013;2.吉林醫藥學院:a.2019級臨床專業本科班,b.2018級臨床專業本科班,c.檢驗學院，吉林 吉林 132013)

發酵工程屬于生物工程(主要包括細胞工程、基因工程、酶工程以及生物工程等)當中的一種。生物工程技術在實際生產當中具有極為廣泛的使用，在食品領域當中經常涉及到發酵工程相關技術[1]。本文對微生物發酵技術在食品領域中的應用相關問題進行系統化分析。

1 微生物發酵技術概述

發酵工程又稱為微生物工程，其相關技術手段在實際的生產當中又經常被稱為微生物發酵技術。微生物發酵技術實際是由傳統的發酵技術與現代的分子改造修飾技術、細胞融合技術以及DNA重組技術之間進行有效融合而催生出來的生物技術類型[2-3],具體包含了微生物資源開發利用技術、微生物菌種選育培養技術、固定化細胞技術等[4]。微生物發酵技術手段不斷成熟，特別是細胞工程以及基因工程等技術的發展，為微生物技術注入了更為豐富的新鮮血液，也使微生物發酵技術在食品領域中的應用得到有效地改善[5]。

2 微生物發酵技術在傳統食品加工工藝中的應用

2.1 以微生物發酵技術替代化學合成

在傳統的食品生產及加工過程當中，為了有效地達到目的，經常會采用一些化學方法。如在味精的生產當中，傳統生產模式經常用酸法水解工藝，而實際生產過程中則采用微生物發酵來替代，這樣可以有效提升原料利用率。目前微生物發酵技術在味精生產當中已經獲得了廣泛的應用[6-7]。

食品加工中經常會用到一些食品添加劑。直接從植物當中萃取食品添加劑成本會相對較高。因此在傳統的食品加工過程中，為了有效降低食品添加劑的生產成本，過去經常會選擇使用化學合成法來完成。但是化學合成法的使用也存在一些弊端，使用的周期較長，合成率較低，長期使用可能會對人體產生一定的負面影響[8]。而借助于發酵技術也可以實現食品添加劑的生產，目前已經基本實現了色素、增香劑、甜味劑以及部分維生素的生產。發酵工藝技術正在逐步取代人工合成技術生產各種香精及色素等食品添加劑。另外，氨基酸合成的傳統模式經常采用化學合成法及蛋白質提取法等。而將微生物發酵技術運用于氨基酸物質的生產過程中，則可以先借助細胞融合技術以及基因工程技術有效合成“工程菌”，在此基礎之上借助“工程菌”進行發酵，不僅可以使氨基酸合成過程中產生的污染得到有效降低，同時還可以有效降低氨基酸生產的中間成本，合成效率得到提升[9-10]。

2.2 以微生物發酵技術改造傳統發酵食品

借助現代化的微生物發酵技術，不僅可以實現對傳統食品化學加工工藝的替代，同時也可以對傳統發酵食品生產起到改良改造作用。例如可以將現代化的微生物發酵技術運用在釀酒的生產過程中，從而實現對釀酒品質的改造。在釀酒的過程中，借助微生物發酵技術構建由甲烷菌、己酸菌等細菌組成的“人工老窖”實現酒的發酵過程，不僅可以有效提高酒的產量，同時也可以使酒的口感在原有基礎之上得到有效的提升[11]。借助于微生物發酵技術改造傳統發酵食品是一個不斷發展與進步的過程。在傳統的酒精生產過程當中，人們經常會借助酵母菌來完成，但存在一定的局限性。而為了最終能夠得到一種耐酒精、耐高溫的新型菌種，相關學者一直在進行著不懈的努力[12]。最近日本相關學者在土壤當中分離得到了一種新型的酒精生產菌類(TB-22)，借助于TB-22菌，僅僅依靠纖維素、廢木材以及稻草等便可以得到酒精物質[13]。我國也優選出了相關的細菌菌種投入到豆腐乳、黃酒、醋以及醬油的生產當中。不僅可以使發酵生產的周期得到顯著的縮短，同時也可以提高生產原料的利用率，并使生產出來的食品風味得到改良性[14-15]。

3 借助微生物發酵技術開發功能性食品

功能性食品會對人體產生營養、保健或者治療等方面的效果。例如，香菇、靈芝以及冬蟲夏草等，長期食用會對人體產生抗衰老、抗腫瘤、免疫調解等作用[16-17]。因此，可以利用微生物發酵技術對這些食物原料進行產業化生產，從而使更多的人受益。河北省微生物研究所研制出一套完整的針對靈芝的微生物生產工藝，可以快速大量地生產靈芝菌株。γ-亞麻酸屬于人體所需的一種多不飽和脂肪酸，對人體腦組織發育有顯著的促進作用，還能顯著降低人體血清膽固醇、甘油三酯[18-19]。目前γ-亞麻酸生產的主要原料為月見草，但月見草的產量極不穩定，很大程度上會受到自然因素的影響，其生產模式遠遠無法滿足社會需求。相關人員利用微生物發酵技術設計開發了一套生產γ-亞麻酸的方案，主要借助少根根霉以及魯氏毛霉等，以麩皮、玉米粉以及豆粕等為基本原料生產γ-亞麻酸，從而使產量穩定。

4 借助微生物發酵技術生產單細胞蛋白

一般情況下，微生物體內所含有的蛋白類成分都普遍較多。研究資料顯示：霉菌中含有的蛋白質約35%～40%，酵母菌中含有的蛋白質約45%～65%，細菌中含有的蛋白質約60%～70%。因此微生物是一種良好的蛋白質資源庫。實際生產中將微生物蛋白稱為單細胞蛋白[20],主要由細菌、真菌、藻類在生長過程中利用各種基質產生。例如螺旋藻屬于微型光合菌，能夠利用二氧化碳、光能進行光合作用，生長并生產單細胞蛋白和其他有營養價值的副產物。研究表明，螺旋藻具有抗氧化、抗病毒、抗菌、免疫調節等生物學活性[21]，所以螺旋藻作為一種潛在的藥食兩用資源受到越來越多的關注。微生物發酵所產生的各種類型蛋白質一些直接供人類食用，另外一些用來作為家禽及家畜等的飼料，間接提高相關畜禽的產量，更好地滿足人類生活所需。

微生物發酵技術在食品領域中的應用主要體現在改造傳統的食品加工工藝、開發功能性食品、單細胞蛋白的生產等方面。與傳統的工藝相比，微生物發酵技術在食品生產當中具有極為顯著的優勢，也使這一領域研究的積極性普遍較高。雖然目前微生物技術在食品領域當中的應用已經較為成熟，但是相關問題還有待進一步深入研究。