发酵——传承千年的微生物力量

2022-08-22

传承数千年的传统发酵食品是中华饮食文化的重要载体。世界上绝大多数人每天都在享用着发酵食品，或许是你正在吃着的包子，或许是手里端着的咖啡——包子从面团发酵而成，咖啡豆的处理过程也离不开发酵。近年来，传统发酵食品产业在食品工业中的占比逐渐提高，2021年，我国传统发酵食品产业总产值超过1.9万亿元。而微生物则是发酵食品中的核心角色。近日，在中国微生物学会主办的微生物与食品安全讲座上，专家们探讨了发酵菌种的发展与应用。

微生物菌种是发酵食品产业的重要资源

在冰箱和现代******技术发明之前，人类主要依靠风干、腌制和发酵3种方式用于延长食物的保存时间，但是风干易使食物因脱水而变硬；腌制因大量使用盐分易使食物变得过咸。发酵则是通过微生物的生长和食品成分的酶转化，微生物进行繁殖并形成数量优势，进而抑制其他有害菌的生长。“较之前两者，发酵食品具有更美味、更营养、更安全、更长期保存的特点。”中国食品发酵工业研究院教授级工程师姚粟如是说。

食品用微生物菌种是传统发酵食品产业的重要资源。发酵食品中的微生物包括两类：一类是具有工艺作用的微生物菌种，即发酵菌种；另一类是具有功能作用给予宿主健康益处的微生物菌种。

姚粟表示，传统发酵食品用菌种有以下几个认定原则：有明确的分类学地位和科学的名称；有确切的安全使用历史；无临床致病性风险和机会性感染风险，无有毒代谢物、毒力因子和抗生素抗性等；有明确的应用领域；在食品生产中发挥有益于发酵的功能作用。

2017年，姚粟团队首次发布《中国传统发酵食品用微生物菌种名单》（以下简称《名单》）；2021年，《名单》更新，共覆盖白酒、啤酒、乳制品、酱油、醋、腐乳、泡菜、豆瓣、发酵茶、面包、馒头、纳豆、肉制品13个食品领域，微生物菌种共56个属124种，包括细菌74种、酵母22种、丝状真菌28种。

《名单》分析阐述了菌种在关键发酵工艺中发挥的主要功能：一、产生物酶，包括淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、酯化酶、纤维素酶、果胶酶、单宁酶、多酚氧化酶等，如布朗克假丝酵母（Candida blankii）等在普洱茶渥堆发酵阶段产多酚氧化酶。二、产风味物质，包括醇、醛、酸、酯、酚、芳香族、醇、萜类等，如酵母菌可利用葡萄糖产乙醇、甘油、十八醛和4-乙基愈创木酚等。三、产健康因子，包括低聚糖、活性肽、短链脂肪酸、活性酶类、维生素、共轭亚油酸等，如红曲菌（Monascus spp.）将食品中的谷氨酸脱羧形成γ-氨基丁酸（GABA）。肠道中的GABA能够激活人体内调节休息与消化功能的迷走神经，迷走神经对身体和头脑起到镇静作用，从而影响身心健康。四、改善食品质构，包括塑形、改变食品结构，如毛酶菌（Mucor spp.）发达的菌丝体在豆腐白坯表面形成坚韧的毛皮，保持外观形状，使面包、馒头结构疏松多孔。五、产色素，比如红曲菌产的红色素、酪氨酸在多酚氧化酶催化下氧化生成棕色或黑色色素。六、生物抑菌，微生物代谢产生有机酸（乳酸、乙醋酸等）、细菌素（乳链球菌素、维他霉素等）可以抑制杂菌生物膜形成（内酯酶、酰基转移酶降解群体感应信号分子）。“《名单》为完善我国传统发酵食品用微生物菌种的使用及管理提供了参考和依据。”姚粟说。

内蒙古农业大学教授张和平表示，食物发酵不仅制造美味，还能带来许多健康效益。如从内蒙古锡林郭勒大草原酸马奶样品中分离得到的益生菌菌株Lactobacillus casei Zhang（LCZ），可迅速激活获得性免疫，增强了对流感病毒的免疫应答。肠道菌群分析发现，LCZ使老年人肠道年轻化，有助于维持肠道菌群的稳定。分离自内蒙古传统发酵乳制品的Lactobacillus plantarum P-8，可增加肠道内有益菌数量，降低致病菌数量，维持宿主肠道稳态，使肠道菌群健康化，尤其对改善老年人肠道菌群效果更加显著。通过调节肠道菌群，该菌种可促进肠内关键神经递质和神经活化物的产生和分泌，经迷走神经、细胞因子和微生物源代谢物直接或间接调控肠脑轴，进而缓解成人压力和焦虑。

优良菌种确保食品质量

“季节和环境的变化对发酵食品影响较大，而菌群的稳定能保证发酵生态系统的稳定，从而保证生产过程的稳定，终保证产品风味的稳定，所以选育具有优良性能的菌种很重要。”天津科技大学教授王敏表示。

比如醋酸菌，在自然界广泛存在于各种植物（水果、谷物、草药等）中，是食品工业中的重要微生物，能够在发酵过程中将多种糖类和醇类氧化成有机酸，包括乙酸、酒石酸、乳酸、苹果酸和柠檬酸，常用于醋酸发酵。醋酸菌还用于生产其他代谢产品，例如葡萄糖酸、山梨糖和细菌纤维素，在食品和生物医药工业中具有重要应用价值。目前，醋酸菌被分类为19个属，包括醋杆菌、酸单胞菌、阿米亚马亚等。其中，用于食醋生产的主要属于醋杆菌、葡萄糖酸杆菌和驹形杆菌属。

优良的醋酸发酵菌种不仅要具有较高的乙醇氧化能力，还要求具有较好的醋酸耐受性。“研究团队通过大量技术研究，选育出优良醋酸发酵菌种，并控制环境因素，终达到优化发酵参数。”据王敏介绍，实验发现，发酵初期加入10克/升蔗糖，可以提高发酵效率和原料利用率；再建立分阶段通气量控制发酵，可减少能耗及乙醇和乙酸的挥发，产酸速率达到1.9g/克/升/小时，乙醇转化率为94%，终酸约90克/升。研究发现，40克/升的初始酸度合理平衡了菌体的生长及产酸，获得了高的产酸速率；进行90克/升果醋半连续发酵，产酸速率为2.1克/升/小时，乙醇转酸率94%。“选育出性能更加良好的菌种后，可用来强化和改造菌群，有助于调节发酵性能并增强原位共现网络的稳健性，并且能在维持生态功能和促进代谢产物积累等方面发挥重要作用。”

四川大学副教授迟原龙同样认为微生物的选育很重要。传统发酵泡菜的高盐环境能抑制泡菜环境中的腐败和致病微生物，对泡菜发酵和贮存过程中的微生物安全具有积极作用。而减盐环境下食盐对微生物生长的抑制作用大幅降低，将可能对泡菜生产和贮藏过程中质量特性产生影响。“基于消费健康、便捷的发展趋势，我认为减盐生产将是传统泡菜产业发展的重要方向之一，所以需要选育能够适应低盐环境的菌株。”迟原龙说。

据迟原龙介绍，其团队从30个省市取样，采集2000余种泡菜样品，分析了100余个产品配方和工艺参数，分离鉴定出4000余菌株，筛选良种396株，包含36属89种，构建了泡菜源乳酸菌种资源库，终筛选获得了具备优良发酵特性和益生功能的乳酸菌菌株，可适应减盐环境。该菌株配合低盐环境下的发酵技术，相较传统发酵泡菜，可实现减盐30%—50%。（编辑 李闯）

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