【摘要】本文采取綜述的形式，對近年來微生物學(xué)技術(shù)在食品應(yīng)用領(lǐng)域的最新成果與進展進行介紹，重點介紹白色農(nóng)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(yīng)用。

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

隨著時代的不斷發(fā)展，各種社會問題開始顯現(xiàn)，能源緊張、環(huán)境污染、人口問題、資源匱乏……人類在享受發(fā)展成果的同時，也開始面臨這些新的挑戰(zhàn)， 其中資源、能源、人口、環(huán)境等問題都關(guān)系到農(nóng)業(yè)發(fā)展與糧食安全，而在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)已不適應(yīng)現(xiàn)代社會的需求時，各種高科技、高產(chǎn)、低耗的新型農(nóng)業(yè)應(yīng)運而生，其中 以微生物應(yīng)用為主的白色農(nóng)業(yè)開始嶄露頭角。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)揮著越來越重要的作用。

1、傳統(tǒng)微生物技術(shù)與現(xiàn)代微生物技術(shù)的比較

本文重點介紹現(xiàn)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(tǒng)應(yīng)用作簡要介紹。

微生物的傳統(tǒng)應(yīng)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。其中最為著名的還屬酒類，在我國，利用微生物進行谷物釀酒的歷史，至少可追溯到距今4000多年的龍山文化時期。我國 原始氏族社會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，證明這時期釀酒工藝已相當(dāng)發(fā)達，谷物酒已成為當(dāng)時較為普遍的飲料。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(tǒng)微生物發(fā)酵技術(shù)相比，現(xiàn)代微生物技術(shù)無論從應(yīng)用范圍還是生產(chǎn)效率上都有極大的進步。

首先在對生產(chǎn)菌種的認識上，現(xiàn)代微生物技術(shù)有了更加科學(xué)的了解。傳統(tǒng)自然發(fā)酵中的微生物體系成分復(fù)雜，單一菌種發(fā)酵活力較低，不適合工業(yè)化大規(guī) 模生產(chǎn)。而隨著微生物科學(xué)的發(fā)展進步，人類對發(fā)酵過程中的微生物有了科學(xué)的認識，能夠采用純種的菌株進行發(fā)酵，大大提高了產(chǎn)率，同時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行誘變育種以及菌株雜交等手段來產(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(xiàn)代微生物食品加工一般在發(fā)酵罐等發(fā)酵設(shè)備中，連續(xù)自動地進行，發(fā)酵的全部參數(shù)，如溫度、pH、罐壓、溶解氧、空氣流量、二氧化 碳含量等均可自動記錄控制，工作效率大大提高。而且食品加工過程都有著良好生產(chǎn)操作規(guī)范，在容易發(fā)生食品安全問題的環(huán)節(jié)上，建立了相應(yīng)的預(yù)防控制措施，充 分保證產(chǎn)品的安全性^[1]。

同時現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)在獲取發(fā)酵產(chǎn)物的同時，還開始利用微生物產(chǎn)生的酶來生產(chǎn)食品，這也是較傳統(tǒng)發(fā)酵食品的一大進步。如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等已被廣泛應(yīng)用于蘇打餅干、面包、蛋品、奶酪等各類食品的生產(chǎn)。

2、現(xiàn)代微生物技術(shù)生產(chǎn)新型食品添加劑

隨著人民生活水平的提高，人們對食品的要求已經(jīng)從過去的“量”上升到“質(zhì)”的追求了，人們開始越來越關(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越高的同時，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”。現(xiàn)代科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展也帶來了許多全新的食品添加劑，其中微生物學(xué)技術(shù)也起著重要作用。

近年來，一種糖類——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大類天然高分子化合物，素有“軟黃金”之美譽。殼聚糖是幾丁質(zhì)脫乙酰后的產(chǎn)物，含有游離氨基，能結(jié)合酸分子，是天然多糖中唯一的堿性多糖^[3]。其水溶性差，應(yīng)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，隨著對殼聚糖的研究不斷深入，發(fā)現(xiàn)其有很多重要的生理功能：

(1)早在20世紀(jì)70年代末，殼寡糖就被發(fā)現(xiàn)具有降血壓、血脂、膽固醇的作用。殼寡糖是聚陽離子，易與膽汁結(jié)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(zhuǎn)化吸收。同時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，促進抗體生成，抑制腫癌生長活性。同時殼寡糖能夠提高T淋巴細胞和B淋巴細胞活力，增加免疫活性細胞的數(shù)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?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的輸入，從而起到抑菌和殺菌作 用。(3)殼寡糖具有促進雙歧桿菌生長的功能，調(diào)節(jié)腸道內(nèi)微生物代謝活動，改善腸道內(nèi)微生物區(qū)系分布，調(diào)節(jié)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(yīng)用在以下幾個方面：

[1]延長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(jié)構(gòu)，提高食品保水性及調(diào)節(jié)水分活性。殼 寡糖有明顯的抑制淀粉老化的作用，熱穩(wěn)定性能好，添加到淀粉食品中可以抑制淀粉老化，延長淀粉食品的貨架期。同時，還可以利用殼寡糖優(yōu)良的生物學(xué)功能，提 高淀粉食品的營養(yǎng)價值。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(yīng)用。

[2]果汁澄清殼寡糖是天然的大分子陽離子型絮凝劑，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，用殼寡糖對果汁進行澄清的研究不斷增多，試驗證明，其澄清效果好，果汁營養(yǎng)價值損耗小。

[3]果蔬保鮮殼寡糖具有良好的吸濕和保濕功能。殼寡糖內(nèi)的強極性基團與水分子相互作用，影響了水的活度和流動阻 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(jié)構(gòu)，因而使得一定聚合度的殼寡糖具有良好的吸濕保濕能力。同時還利用殼寡糖對真 菌的抗菌作用，可將其制成保鮮膜，延長果蔬的保鮮期。

[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，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物質(zhì)的吸收，促進脂類排出 體外；另一方面因結(jié)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(jié)腸癌的發(fā)病率。此外，殼寡糖中的聚葡糖胺鏈帶有4價銨離子，能粘合膽汁酸，阻止膽汁酸循環(huán)，中和過多的胃酸，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和轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)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，促進腸道雙歧桿菌等有益菌的生長，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(zhǔn)殼寡糖為功能性保健食品，我國現(xiàn)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，一定會在食品工業(yè)、醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

3、微生物技術(shù)與白色農(nóng)業(yè)

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

(1)生物工業(yè)型農(nóng)業(yè)應(yīng)用高科技開發(fā)豐富的微生物資源，依靠人工能源，不受氣候和季節(jié)的限制，可常年在工廠內(nèi)大規(guī)模生產(chǎn)。

(2)拓展型農(nóng)業(yè)變革傳統(tǒng)農(nóng)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(tǒng)的“二維”農(nóng)業(yè)向新型的“三維”農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。

(3)資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)將動植物的有機廢棄物經(jīng)微生物處理轉(zhuǎn)化為飼料或食物，從而節(jié)約了資源，實現(xiàn)資源的循環(huán)綜合利用。

(4)高效環(huán)保型農(nóng)業(yè)具有生產(chǎn)周期短，高產(chǎn)、高效，產(chǎn)品無污染、無毒副作用，節(jié)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(nóng)業(yè)的研究應(yīng)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(nóng)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(yīng)用，而飼料、肥料等也間接影響著食品技術(shù)。

隨著當(dāng)今社會人口壓力越來越大，糧食問題的解決也越發(fā)迫切，為此世界各國競相開發(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，利用微生物工程來生產(chǎn)單細胞蛋白質(zhì)，可供1O億人吃1年。據(jù)推算，1座占地不多、年產(chǎn)1000萬噸 單細胞蛋白質(zhì)的微生物工廠，相當(dāng)于12萬公頃耕地生產(chǎn)的大豆蛋白，或2000萬公頃草地飼養(yǎng)的牛羊所產(chǎn)出的動物蛋白質(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(guī)?；a(chǎn)，產(chǎn)品已在超級市場出售。由小球藻制成的食品面包已在日本實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。螺旋藻被聯(lián)合國糧農(nóng)組織稱為“人類未來的糧 食”、“人類最佳保健品”，素有“植物肉”之稱。1kg蘑菇所含蛋白質(zhì)相當(dāng)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(yù)防及食品的保藏

在食品貯藏過程中，會發(fā)生微生物滋生使食品變質(zhì)的現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^微生物學(xué)知識結(jié)合數(shù)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行預(yù)測^[6]。具體包括為初級，次級和三級模型：

初級模型(primarymodel)描述在一個特定的環(huán)境條件下，微生物數(shù)量與時間的函數(shù)關(guān)系，主要是描述微生物生長的模型。

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

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

通過這三級模型，可以應(yīng)用于食品工業(yè)預(yù)測評估特定食品和特定加工條件下微生物生長繁殖的速度、生長限度和失活速率，以達到開發(fā)新產(chǎn)品，改革現(xiàn)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)注的焦點和目前研究的熱點。根據(jù)WTO／SPS協(xié)定(實施衛(wèi)生與 動植物檢疫措施協(xié)定)，各國政府有權(quán)采取強制性衛(wèi)生措施保護本國人民健康、免受進口食品的危害，同時要求各國政府采取的衛(wèi)生措施必須建立在風(fēng)險評估的基礎(chǔ) 上。因此，風(fēng)險評估是各國制定食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和實施食品安全管理的基礎(chǔ)。開展食源性微生物風(fēng)險評估，對有效管理食品的安全問題，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)近年來也得到充分發(fā)展，風(fēng)險評估的過程可以分為四個明顯不同的階段：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。

3、暴露評估

暴露評估指對于通過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。

4、風(fēng)險描述

風(fēng)險描述是根據(jù)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(yán)重程度進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]。

通過以上四個階段的評估，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(yīng)用的展望

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

21世紀(jì)將是一個微生物制劑時代飛我們應(yīng)高度重視微生物食品,在食品領(lǐng)域中廣泛應(yīng)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,為人類生存與健康服務(wù)。

展望21世紀(jì)食品技術(shù)的發(fā)展，未來的微生物技術(shù)不僅有助于實現(xiàn)食品的多樣化，而且有助于生產(chǎn)特定的營養(yǎng)保健食品，進而作用于治病健身的領(lǐng)域。當(dāng) 然，微生物是大自然恩賜給我們?nèi)祟惖囊淮筚Y源，在地球上與動物資源、植物資源一起形成了三維空間結(jié)構(gòu)，而在這個資源機構(gòu)中只有微生物對資源的再生起著重要 的作用．有待我們?nèi)祟惾ヌ剿髋c發(fā)現(xiàn)^[8]。