微生物发酵技术在食品工业中的应用与展望

Application and Prospect of Microbial Fermentation Technology in Food Industry

YU Xinling

（Fengcheng City Market Supervision Administration， Liaoning Province，Dandong 1181o0， China）

Abstract： This article deeply analyzes the various applications of microbial fermentation technology in the food industry， elaborates on its technical principles，fermentation types，and microbial species，and explores indetail its application in fieldssuchas grain，meat products，soyproducts，brewing，dairyproducts，etc.Itanalyzes the impacton food quality and looks forward to future trends in new technology applications，new strain development， sustainable development， etc.，aiming to provide theoretical basis for promoting the innovative development of microbial fermentation technology in the food industry.

Keywords： microbial fermentation technology; food industry; food quality; development prospects

微生物发酵技术作为食品工业的重要组成部分，拥有悠久的历史。从古代酿造酒类、制作发酵豆制品，到如今广泛应用于各类食品生产，该技术不断发展演变。它不仅丰富了食品的种类，还在提升食品品质、保障食品安全方面发挥着关键作用。在现代食品工业中，微生物发酵技术的深人研究和创新应用，对于满足消费者日益多样化的需求、推动食品行业的可持续发展具有重要意义。本文系统梳理微生物发酵技术在食品工业中的应用体系，通过技术原理、代谢路径与典型案例的有机结合，重点阐述该技术在粮食加工、肉制品、豆制品、酿酒及乳制品领域的产业化应用模式；分析其对食品品质提升的作用机制，并结合代谢工程、合成生物学等前沿技术，提出未来发展的三大创新方向，为产业升级提供理论支撑。

1微生物发酵技术在食品工业中的应用

1.1在粮食加工食品中的应用

在粮食加工食品领域，微生物发酵技术应用广泛且至关重要。以馒头、面包制作过程为例，酵母菌是关键角色。在发酵时，酵母菌分解面团中的糖类，产生二氧化碳气体。这些气体在面团内形成细密气孔，让馒头、面包变得柔软蓬松，极大地改善了口感与质地。同时，发酵过程中酵母菌还会生成多种风味物质，赋予面食独特的麦香和发酵香气。

微生物发酵技术在粮食加工中形成了成熟的产业化模式。以安琪酵母股份有限公司的工业化生产为例，其开发的复合发酵剂可使面团醒发时间缩短 30% ，成品中还原糖含量提升 18.7%^[1] 。通过高通量测序技术发现，发酵过程中乳酸菌与酵母菌的

食品科技

协同作用可降解 75% 以上的植酸，使钙、铁等矿物质的生物利用率提高 22%～28%^[2] 。在食醋生产领域，江苏恒顺集团采用的固态分层发酵工艺，使醋酸转化率稳定在 98.5% 以上，产品中总酸含量达6.5 g/100mL，风味物质种类较传统工艺增加42%[3]

1.2 在肉制品加工中的应用

现代发酵肉制品生产已形成完整的微生物调控体系。从风味和质地改善角度来看，乳酸菌在发酵过程中产生乳酸，乳酸会降低肉制品的pH值，使得肌肉蛋白质发生变性。中国农业科学院的最新研究显示，添加 0.05% 的戊糖片球菌发酵剂，可使火腿中亚硝酸盐残留量降低 62% ，同时产生的细菌素具有广谱抑菌活性[4]。在质构改良方面，微生物产生的转谷氨酰胺酶可使肉蛋白交联度提高 35% ，显著改善产品弹性[5。这一变化让肉质变得更加鲜嫩多汁，口感得到极大提升。与此同时，微生物在代谢过程中会产生各种物质，这些物质赋予了肉制品独特的风味，如发酵香肠的浓郁香味便是微生物发酵的结果。在延长保质期方面，发酵创造的厌氧环境有效减少了需氧微生物的污染，从而大大延长了肉制品的保质期，让消费者能更安心地享用美味的肉制品。

1.3在豆制品发酵中的应用

豆制品发酵过程中微生物的代谢网络呈现显著特异性。腐乳发酵体系中毛霉与曲霉的协同作用可产生12种新型抗氧化肽，DPPH自由基清除率达 89.3%^[6] 某公司的专利技术显示，采用米曲霉3.042菌株发酵的酱油，其氨基态氮含量可达 1.8g/100mL ，挥发性风味物质种类超过300种[2]。在功能性成分开发方面，发酵豆豉中的 γ- 氨基丁酸含量可达 3.2mg⋅g^-1 ，具有显著的降血压功效[1]。不难发现，发酵产生了大量的益生菌，显著提高了豆制品的营养价值，促使豆制品形成了独特风味。

1.4在酿酒中的应用

酿酒是微生物发酵的经典应用，现代酿酒技术已建立完整的微生物图谱库。中国白酒发酵中，已分离鉴定出56种关键功能微生物，其中地衣芽孢杆菌可产生特征性的己酸乙酯，形成独特香气和风味。在啤酒酿造领域，酵母种类及发酵条件会影响啤酒风味和品质，形成多种类型啤酒。青岛啤酒股份有限公司开发的基因工程酵母，可使双乙酰含量控制在0.05 mg·L-1以下，发酵周期缩短15%[3]。

1.5 在奶制品中的应用

在乳制品加工领域，微生物发酵技术已形成标准化的微生物制剂应用体系。以酸奶生产为例，保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌的共生发酵体系通过乳糖代谢生成乳酸，使酪蛋白发生酸凝固形成凝胶结构，同时将牛奶中的色氨酸转化为烟酸（维生素 ΔB₃ ），其含量可提升1.8倍[1。值得注意的是，现代奶酪生产通过精准调控嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌的1：3 黄金配比，可使原料乳中蛋白质利用率提升至92% ，并促使游离氨基酸总量增加2.3倍，形成独特的奶酪风味前体物质[1]。特别值得关注的是内蒙古农业大学的最新研究成果，他们从传统酸马奶中分离出具有特殊代谢功能的乳杆菌群落，其分泌的13种新型胞外多糖经动物实验证实可显著增强巨噬细胞吞噬活性，这为功能性乳制品开发提供了新的菌种资源[7]。

2微生物发酵技术对食品品质的提升

2.1感官品质的多维调控

微生物发酵可通过代谢调控与物质转化显著改善食品感官品质，具体体现在色泽、风味和质地上的多维提升。在色泽形成方面，发酵过程中产生的天然色素赋予食品独特外观，如红曲霉分泌的MonascinA色素可使产品色价达 2000U⋅g^-1 ，其热稳定性较合成色素提高 37%^[4] ，这种特性在酱油、腐乳等传统发酵食品中尤为显著，形成了标志性的红棕色外观。

在风味调控方面，微生物代谢网络生成的复杂化合物构建了独特的风味矩阵。电子鼻检测显示，酱油发酵体系中4-乙基愈创木酚等酚类物质含量达0.35mg^.kg^-1 ，形成了特征性酱香风味[2]。白酒发酵过程中，不同菌种组合可产生超过200种挥发性化合物，其中己酸乙酯含量差异达 400% ，直接决定酒品香型风格。

在质构优化方面，微生物分泌的胞外多糖与酶可对食品物理特性产生显著影响。质构仪分析显示，面包发酵产生的葡聚糖可使产品硬度降低28% ，弹性模量提升 35%^[5] 。在腐乳生产中，毛霉分泌的蛋白酶使大豆蛋白水解度达 35% ，形成细腻柔软的凝胶结构，同时产生的氨基态氮含量达1.2g/100mL ，赋予产品醇厚口感[。

这种感官品质的提升本质上是微生物代谢产物与食品基质相互作用的结果。通过精准调控发酵参数可实现对色泽强度、风味层次和质构特性的定向控制，为开发具有差异化感官体验的发酵食品提供了技术路径。

2.2 营养品质的生物强化

微生物发酵主要通过生物转化机制提升食品营养品质，主要体现在多糖、蛋白质及其他营养素的生物强化效应。在多糖合成方面，微生物代谢产生的功能性多糖展现出双重价值：香菇发酵产生的香菇多糖（Lentinan，LNT）经临床验证可使小鼠巨噬细胞吞噬活性提升 230% ，而乳酸菌分泌的胞外多糖（ExopolySaccharides，EPS）在酸奶中形成的三维网络结构可使产品持水率提高 40% ，同时作为益生元促进双歧杆菌增殖达12倍[2]。

在蛋白质转化方面，微生物发酵可呈现多级提升效应。枯草芽孢杆菌分泌的碱性蛋白酶可将大豆蛋白水解为平均分子量为 1200Da 的小肽，其血管紧张素转换酶（Angiotensin ConvertingEnzyme，ACE）抑制率达 78.6% ；发酵豆豉的蛋白质消化率较原料提升 52% ，游离氨基酸总量增加3.8倍。特别值得关注的是微生物菌体蛋白的贡献，酿酒酵母在发酵过程中可使面包蛋白质含量增加 15% ，其中必需氨基酸占比达42%[4-6]

其他营养素的生物强化表现为乳酸菌发酵使乳制品中维生素 B₁₂ 含量提升8.5倍，而谷物发酵产生的植酸酶可降解 83% 的植酸，使钙、铁生物利用率分别提高 41% 和 58% 。最新研究发现，某些工程菌株可将亚麻酸转化为共轭亚油酸（ConjugatedLinoleicAcid，CLA），其抗癌活性较天然产物提高2.7倍。这些营养提升机制通过协同作用，使发酵食品的营养密度较原料平均提高 2.3～4.6 倍，构建起具有功能导向的营养强化体系[5]。

2.3 安全品质的生物防控

微生物发酵对食品安全的影响呈现双向调节特征，其作用机制可归纳为生物防控与风险转化的动态平衡。在生物防控方面，微生物群落构建的天然抑菌屏障展现出显著效果：高通量测序显示泡菜发酵体系中乳酸菌占比达 92% ，其分泌的苯乳酸对沙门氏菌的抑制率达 98.7%^[5] ，这种生物拮抗作用使泡菜无须添加防腐剂即可实现6个月货架期。更值得关注的是，某些工程菌株展现出靶向解毒能力，黑曲霉分泌的漆酶可特异性识别黄曲霉毒素 ΔB₁ 的二呋喃环结构，使其降解率达 91.2%^[3] ；而植物乳杆菌PS128对铅离子的吸附容量可达 35.6mg⋅g^-1 菌体[]，这种生物吸附机制为重金属污染食品提供了新型解决方案。

在风险转化方面，微生物代谢网络可实现有害物质的定向转化。最新研究发现，枯草芽孢杆菌BF-

7658分泌的腈水解酶可将残留的有机磷农药乐果降解为无毒产物。然而值得警惕的是，发酵过程若控制不当（如温度偏差 >2^∘C 或 pH 值波动 >0.5 个单位），会导致菌群失衡，使蜡样芽孢杆菌等条件致病菌的检出率上升至 15% 。因此，现代发酵工业通过构建“三维防控体系”（原料预处理－过程实时监测－成品快速检测），将杂菌污染风险控制在 0.3% 以下，确保发酵食品安全可控[4]。这种生物防控与风险转化的协同作用，使发酵食品的安全品质较传统工艺提升，为食品工业提供了兼具安全性与可持续性的技术路径。

3微生物发酵技术在食品工业中的发展展望