【摘要】本文采取綜述的形式，對近年來(lái)微生物學(xué)技術(shù)在食品應用領(lǐng)域的最新成果與進(jìn)展進(jìn)行介紹，重點(diǎn)介紹白色農業(yè)的發(fā)展，新型微生物產(chǎn)品作為食品添加劑以及微生物學(xué)在食品保鮮防腐領(lǐng)域的應用。

【關(guān)鍵詞】微生物技術(shù) 食品 白色農業(yè) 發(fā)酵 食品安全

隨著(zhù)時(shí)代的不斷發(fā)展，各種社會(huì )問(wèn)題開(kāi)始顯現，能源緊張、環(huán)境污染、人口問(wèn)題、資源匱乏……人類(lèi)在享受發(fā)展成果的同時(shí)，也開(kāi)始面臨這些新的挑戰， 其中資源、能源、人口、環(huán)境等問(wèn)題都關(guān)系到農業(yè)發(fā)展與糧食安全，而在傳統農業(yè)已不適應現代社會(huì )的需求時(shí)，各種高科技、高產(chǎn)、低耗的新型農業(yè)應運而生，其中 以微生物應用為主的白色農業(yè)開(kāi)始嶄露頭角。此外，微生物技術(shù)在食品生產(chǎn)、食品添加劑、食品質(zhì)量和食品安全檢測方面也都發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。

1、傳統微生物技術(shù)與現代微生物技術(shù)的比較

本文重點(diǎn)介紹現代微生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的重要作用，但為了對比突出，特在此對微生物技術(shù)的傳統應用作簡(jiǎn)要介紹。

微生物的傳統應用主要是指微生物發(fā)酵技術(shù)，我們生活中的許多食品都是來(lái)源于微生物發(fā)酵，如中國的醬油和腐乳，日本的納豆和。清酒，韓國的泡菜， 以及西方國家的面包、干酪和酸奶等。其中最為著(zhù)名的還屬酒類(lèi)，在我國，利用微生物進(jìn)行谷物釀酒的歷史，至少可追溯到距今4000多年的龍山文化時(shí)期。我國 原始氏族社會(huì )末期的龍山文化遺址中，就出土了大量陶制的酒器如尊、高腳杯、小壺等，證明這時(shí)期釀酒工藝已相當發(fā)達，谷物酒已成為當時(shí)較為普遍的飲料。以制 醬、醬油、豆豉、醋、腐乳為代表的釀造業(yè)在我國也有3000多年悠久的歷史^[1]。

與傳統微生物發(fā)酵技術(shù)相比，現代微生物技術(shù)無(wú)論從應用范圍還是生產(chǎn)效率上都有極大的進(jìn)步。

首先在對生產(chǎn)菌種的認識上，現代微生物技術(shù)有了更加科學(xué)的了解。傳統自然發(fā)酵中的微生物體系成分復雜，單一菌種發(fā)酵活力較低，不適合工業(yè)化大規 模生產(chǎn)。而隨著(zhù)微生物科學(xué)的發(fā)展進(jìn)步，人類(lèi)對發(fā)酵過(guò)程中的微生物有了科學(xué)的認識，能夠采用純種的菌株進(jìn)行發(fā)酵，大大提高了產(chǎn)率，同時(shí)還運用基因工程技術(shù)選 育新的菌種，利用輻射等理化因素進(jìn)行誘變育種以及菌株雜交等手段來(lái)產(chǎn)生形狀更加優(yōu)良的菌種。其中我國在一些主要發(fā)酵產(chǎn)品中的菌種選擇如下：制醋采用 AS1．41、滬糧101等，制醬油選用滬糧3．042(中科AS3．951)米曲霉，酸奶生產(chǎn)用保加利亞乳桿菌及嗜熱鏈球菌，味精發(fā)酵的菌種有北京棒桿 菌AS1．299、鈍齒棒桿菌AS1．542、谷氨酸棒桿菌等^[2]。

在發(fā)酵技術(shù)上，現代微生物食品加工一般在發(fā)酵罐等發(fā)酵設備中，連續自動(dòng)地進(jìn)行，發(fā)酵的全部參數，如溫度、pH、罐壓、溶解氧、空氣流量、二氧化 碳含量等均可自動(dòng)記錄控制，工作效率大大提高。而且食品加工過(guò)程都有著(zhù)良好生產(chǎn)操作規范，在容易發(fā)生食品安全問(wèn)題的環(huán)節上，建立了相應的預防控制措施，充 分保證產(chǎn)品的安全性^[1]。

同時(shí)現代發(fā)酵技術(shù)在獲取發(fā)酵產(chǎn)物的同時(shí)，還開(kāi)始利用微生物產(chǎn)生的酶來(lái)生產(chǎn)食品，這也是較傳統發(fā)酵食品的一大進(jìn)步。如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等已被廣泛應用于蘇打餅干、面包、蛋品、奶酪等各類(lèi)食品的生產(chǎn)。

2、現代微生物技術(shù)生產(chǎn)新型食品添加劑

隨著(zhù)人民生活水平的提高，人們對食品的要求已經(jīng)從過(guò)去的“量”上升到“質(zhì)”的追求了，人們開(kāi)始越來(lái)越關(guān)注所謂的綠色食品、健康食品、保健食品以 及食品安全。在對原料的要求越來(lái)越高的同時(shí)，對各種食品添加劑的安全性也迫切關(guān)注，尤其是經(jīng)常接觸的防腐劑、色素等更是眾多添加劑中的“明星”?，F代科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展也帶來(lái)了許多全新的食品添加劑，其中微生物學(xué)技術(shù)也起著(zhù)重要作用。

近年來(lái)，一種糖類(lèi)——殼寡糖作為新型的食品添加劑引起了人們的關(guān)注。

幾丁質(zhì)又名甲殼素、甲殼質(zhì)，是地球上僅次于纖維素的第2大類(lèi)天然高分子化合物，素有“軟黃金”之美譽(yù)。殼聚糖是幾丁質(zhì)脫乙酰后的產(chǎn)物，含有游離氨基，能結合酸分子，是天然多糖中唯一的堿性多糖^[3]。其水溶性差，應用十分有限，而殼寡糖就是殼聚糖的降解產(chǎn)物，其水溶性>99％，人體對其吸收率達到99.9％，因此比殼聚糖具有更優(yōu)越的生物活性。近年來(lái)，隨著(zhù)對殼聚糖的研究不斷深入，發(fā)現其有很多重要的生理功能：

(1)早在20世紀70年代末，殼寡糖就被發(fā)現具有降血壓、血脂、膽固醇的作用。殼寡糖是聚陽(yáng)離子，易與膽汁結合并能全部排出體外，大大降低膽 固醇酶催化活性，阻礙膽固醇的轉化吸收。同時(shí)殼寡糖能聚集帶負電荷的脂肪，形成屏障，阻礙脂肪消化酶活化，從而阻礙脂肪消化吸收。(2)殼寡糖能夠提高巨 噬細胞的吞噬功能，促進(jìn)抗體生成，抑制腫癌生長(cháng)活性。同時(shí)殼寡糖能夠提高T淋巴細胞和B淋巴細胞活力，增加免疫活性細胞的數量，提高其質(zhì)量，從而增強機體 免疫功能。由于殼寡糖兼具分子量小和成膜特性，容易進(jìn)入細胞壁干擾細胞的新陳代謝，并且能在細胞表面形成膜從而阻止營(yíng)養物質(zhì)的輸入，從而起到抑菌和殺菌作 用。(3)殼寡糖具有促進(jìn)雙歧桿菌生長(cháng)的功能，調節腸道內微生物代謝活動(dòng)，改善腸道內微生物區系分布，調節腸道菌群。殼寡糖還具有膳食纖維特性，有降血糖 作用，且安全性較高，為治療糖尿病開(kāi)辟了新途徑^[3]。

由于殼聚糖具有上述重要的生理功能而且易于人體吸收，所以可以廣泛應用在以下幾個(gè)方面：

[1]延長(cháng)食品貨架期殼寡糖聚合度較高，作為食品添加劑可以用于改善食品結構，提高食品保水性及調節水分活性。殼 寡糖有明顯的抑制淀粉老化的作用，熱穩定性能好，添加到淀粉食品中可以抑制淀粉老化，延長(cháng)淀粉食品的貨架期。同時(shí)，還可以利用殼寡糖優(yōu)良的生物學(xué)功能，提 高淀粉食品的營(yíng)養價(jià)值。由于殼寡糖有抗菌和抑菌作用，將其添加到液體食品中，既對汁液有一定的澄清作用，又可起到防腐保鮮作用，特別適于酸性或低酸性食品 的保鮮。殼寡糖有望成為一種新型的綠色食品防腐劑而得到推廣應用。

[2]果汁澄清殼寡糖是天然的大分子陽(yáng)離子型絮凝劑，能與果汁中帶負電荷的果膠、丹寧和蛋白質(zhì)等吸附絮凝，從而達到澄清果汁的目的。目前，用殼寡糖對果汁進(jìn)行澄清的研究不斷增多，試驗證明，其澄清效果好，果汁營(yíng)養價(jià)值損耗小。

[3]果蔬保鮮殼寡糖具有良好的吸濕和保濕功能。殼寡糖內的強極性基團與水分子相互作用，影響了水的活度和流動(dòng)阻 力。此外，一NH和一NHCOCH基團之間易形成氫鍵，使分子鏈形成網(wǎng)狀結構，因而使得一定聚合度的殼寡糖具有良好的吸濕保濕能力。同時(shí)還利用殼寡糖對真 菌的抗菌作用，可將其制成保鮮膜，延長(cháng)果蔬的保鮮期。

[4]減肥食品聚合度2～3的殼寡糖具有非常爽口的甜味，又由于其降血糖的生理功能，且安全性能高，可作為糖尿病 人的可食甜味劑。同時(shí)，殼寡糖還具有膳食纖維的特性，能與脂肪、脂肪酸和膽固醇形成絡(luò )合物。該絡(luò )合物一方面能夠減少人體對脂肪類(lèi)物質(zhì)的吸收，促進(jìn)脂類(lèi)排出 體外；另一方面因結合食品中的脂肪而降低了食品的熱量，將殼寡糖添加到食品中可作良好的減肥食品。

[5]抗癌食品將殼寡糖添加到乳制品中，可促使雙歧桿菌大幅度增殖，改善腸道菌群比例，防止腸道紊亂，降低腸炎和 結腸癌的發(fā)病率。此外，殼寡糖中的聚葡糖胺鏈帶有4價(jià)銨離子，能粘合膽汁酸，阻止膽汁酸循環(huán)，中和過(guò)多的胃酸，形成的凝膠可粘在胃壁上形成胃壁保護層，防 止胃酸對胃損傷面的刺激和腐蝕，從而使胃炎及潰瘍病得到改善，有效防止胃部癌變。聚合度4～7的殼寡糖具有抑制癌細胞生長(cháng)和轉移的效果，作為腫瘤放療的輔 助性藥物，能有效提高人體抗腫瘤免疫功能，對細胞分裂具有調節作用，在日本已被用作抗腫瘤功能性保健食品。

[6]功能性食品殼寡糖生物活性高，無(wú)毒、副作用，可被人體快速吸收。以殼寡糖為主要原料生產(chǎn)的功能性食品能夠提 高機體免疫力，活化細胞，促進(jìn)腸道雙歧桿菌等有益菌的生長(cháng)，并抑制有害菌的生成。目前殼寡糖的主要消費地在日、韓、美、法、俄等國，美國和歐洲以殼寡糖為 主要成分的功能性食品逐漸增加，韓國于1996年批準殼寡糖為功能性保健食品，我國現在已有“海賦健”和“鰓之寶”等年需求殼寡糖240t的保健食品生產(chǎn) 廠(chǎng)家，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所也研制出品了“久康奇善膠囊”等^[3]。

殼聚糖具有如此眾多的生理功能，一定會(huì )在食品工業(yè)、醫藥和農業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

3、微生物技術(shù)與白色農業(yè)

所謂白色農業(yè)，是指微生物資源產(chǎn)業(yè)化的工業(yè)型新農業(yè),包括高科技生物工程的發(fā)酵工程和酶工程。白色農業(yè)生產(chǎn)環(huán)境高度潔凈,生產(chǎn)過(guò)程不存在污染。其產(chǎn)品安全、無(wú)毒、無(wú)副作用,加之人們在工廠(chǎng)車(chē)間穿戴白色工作服帽從事勞動(dòng)生產(chǎn),故形象地稱(chēng)之為白色農業(yè)。其具有以下鮮明的特征：

(1)生物工業(yè)型農業(yè)應用高科技開(kāi)發(fā)豐富的微生物資源，依靠人工能源，不受氣候和季節的限制，可常年在工廠(chǎng)內大規模生產(chǎn)。

(2)拓展型農業(yè)變革傳統農業(yè)“單相形態(tài)”的生產(chǎn)模式為“多相形態(tài)”的生產(chǎn)模式，有助于傳統的“二維”農業(yè)向新型的“三維”農業(yè)轉變。

(3)資源節約型農業(yè)將動(dòng)植物的有機廢棄物經(jīng)微生物處理轉化為飼料或食物，從而節約了資源，實(shí)現資源的循環(huán)綜合利用。

(4)高效環(huán)保型農業(yè)具有生產(chǎn)周期短，高產(chǎn)、高效，產(chǎn)品無(wú)污染、無(wú)毒副作用，節約水土資源，不污染環(huán)境，資源可綜合利用的特征^[4]。

目前,白色農業(yè)的研究應用一共有6大領(lǐng)域：微生物食品,微生物飼料,微生物肥料,微生物農藥、獸藥,微生物能源,微生物生態(tài)環(huán)境保護劑等^[5]。其中微生物食品是微生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的直接應用，而飼料、肥料等也間接影響著(zhù)食品技術(shù)。

隨著(zhù)當今社會(huì )人口壓力越來(lái)越大，糧食問(wèn)題的解決也越發(fā)迫切，為此世界各國競相開(kāi)發(fā)微生物蛋白質(zhì)資源。利用單細胞蛋白質(zhì)生產(chǎn)高蛋白質(zhì)新型人造食 品，前景十分廣闊，如用每年世界石油產(chǎn)量的1％作原料，利用微生物工程來(lái)生產(chǎn)單細胞蛋白質(zhì)，可供1O億人吃1年。據推算，1座占地不多、年產(chǎn)1000萬(wàn)噸 單細胞蛋白質(zhì)的微生物工廠(chǎng)，相當于12萬(wàn)公頃耕地生產(chǎn)的大豆蛋白，或2000萬(wàn)公頃草地飼養的牛羊所產(chǎn)出的動(dòng)物蛋白質(zhì)。利用微生物生產(chǎn)的真菌肉、食用油等 在英國、法國、日本已規?；a(chǎn)，產(chǎn)品已在超級市場(chǎng)出售。由小球藻制成的食品面包已在日本實(shí)現規?；a(chǎn)。螺旋藻被聯(lián)合國糧農組織稱(chēng)為“人類(lèi)未來(lái)的糧 食”、“人類(lèi)最佳保健品”，素有“植物肉”之稱(chēng)。1kg蘑菇所含蛋白質(zhì)相當于2kg禽肉或3kg雞蛋的蛋白質(zhì)含量。食用菌中蛋白質(zhì)的含量是小麥、玉米的幾 倍，大白菜、番茄的幾十倍。許多食用菌還具有抗癌、降脂、提高機體免疫力的功效^[4]。

4、有害微生物的預防及食品的保藏

在食品貯藏過(guò)程中，會(huì )發(fā)生微生物滋生使食品變質(zhì)的現象?？梢酝ㄟ^(guò)微生物學(xué)知識結合數學(xué)模型對食品產(chǎn)品中的微生物危害，和食源性病原微生物的危害情況進(jìn)行預測^[6]。具體包括為初級，次級和三級模型：

初級模型(primarymodel)描述在一個(gè)特定的環(huán)境條件下，微生物數量與時(shí)間的函數關(guān)系，主要是描述微生物生長(cháng)的模型。

次級模型(secondarymodel)描述初級模型的參數與環(huán)境變量(如溫度，pH，鹽度，空氣水平等)之間的函數關(guān)系。

三級模型(tertiarymodel)指建立在初級模型和次級模型基礎之上的電腦應用軟件程序。

通過(guò)這三級模型，可以應用于食品工業(yè)預測評估特定食品和特定加工條件下微生物生長(cháng)繁殖的速度、生長(cháng)限度和失活速率，以達到開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，改革現有產(chǎn)品，決策貯存條件和貨架期的目的。

除了食品的保藏，食品安全問(wèn)題也已成為國際組織、各國政府、工商企業(yè)和消費者關(guān)注的焦點(diǎn)和目前研究的熱點(diǎn)。根據WTO／SPS協(xié)定(實(shí)施衛生與 動(dòng)植物檢疫措施協(xié)定)，各國政府有權采取強制性衛生措施保護本國人民健康、免受進(jìn)口食品的危害，同時(shí)要求各國政府采取的衛生措施必須建立在風(fēng)險評估的基礎 上。因此，風(fēng)險評估是各國制定食品衛生標準和實(shí)施食品安全管理的基礎。開(kāi)展食源性微生物風(fēng)險評估，對有效管理食品的安全問(wèn)題，保護消費者健康，具有重要的 意義。

在此背景下，食品風(fēng)險評估技術(shù)近年來(lái)也得到充分發(fā)展，風(fēng)險評估的過(guò)程可以分為四個(gè)明顯不同的階段：危害識別，危害描述，暴露評估以及風(fēng)險描述。

1、危害識別

危害識別指識別可能產(chǎn)生健康不良效果并且可能存在于某種或某類(lèi)食品中的生物、化學(xué)和物理因素。

2、危害描述

危害描述指對與食品中可能存在的生物、化學(xué)和物理因素有關(guān)的健康不良效果性質(zhì)的定性或定量評價(jià)。

3、暴露評估

暴露評估指對于通過(guò)食品的可能攝入和其他有關(guān)途徑暴露的生物、化學(xué)和物理因素的定性或定量評價(jià)。

4、風(fēng)險描述

風(fēng)險描述是根據危害識別、危害描述和暴露評估，對某一給定人群的已知或潛在健康不良效果的發(fā)生可能性和嚴重程度進(jìn)行定性或定量的估計，包括與這些評估有關(guān)的不確定性的描述^[7]。

通過(guò)以上四個(gè)階段的評估，可以大致科學(xué)的得到食品中食源性微生物的潛在危害程度。

5、微生物學(xué)在食品領(lǐng)域應用的展望

從微生物食品的發(fā)展來(lái)看,可食用微生物作為未來(lái)開(kāi)發(fā)的食源,尚處于“幼稚”期,但優(yōu)勢明顯,開(kāi)發(fā)潛力巨大,具有產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景。

21世紀將是一個(gè)微生物制劑時(shí)代飛我們應高度重視微生物食品,在食品領(lǐng)域中廣泛應用生物技術(shù),不斷篩選出新的功能菌株,豐富可食用微生物資源,為人類(lèi)生存與健康服務(wù)。

展望21世紀食品技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的微生物技術(shù)不僅有助于實(shí)現食品的多樣化，而且有助于生產(chǎn)特定的營(yíng)養保健食品，進(jìn)而作用于治病健身的領(lǐng)域。當 然，微生物是大自然恩賜給我們人類(lèi)的一大資源，在地球上與動(dòng)物資源、植物資源一起形成了三維空間結構，而在這個(gè)資源機構中只有微生物對資源的再生起著(zhù)重要 的作用．有待我們人類(lèi)去探索與發(fā)現^[8]。