第三節(jié) 微生物和食品加工、食品質(zhì)量與安全及控制的關(guān)系

微生物由于其在自然界中的廣泛分布及多樣性，以及在適宜的條件下旺盛的生長(zhǎng)與代謝活動(dòng)，使得各種各樣發(fā)酵食品生產(chǎn)、食品改性以及食品功能性提高等方面的實(shí)現(xiàn)有了可能性。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)研究微生物分離、培養(yǎng)、檢測(cè)以及應(yīng)用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)、儀器分析技術(shù)及計(jì)算機(jī)與信息等技術(shù)，充分挖掘微生物的潛在作用及其功能，從而造福人類。

一、微生物在傳統(tǒng)發(fā)酵食品中的應(yīng)用

傳統(tǒng)發(fā)酵食品有著悠久的發(fā)展歷史，因其香醇味美、營(yíng)養(yǎng)豐富而廣泛分布于世界上許多國(guó)家和地區(qū)，如中國(guó)的醬油、腐乳、豆豉、食醋，日本的納豆，韓國(guó)的泡菜，意大利的色拉米香腸，以及西方許多國(guó)家的奶酪，都是人們餐桌上必不可少的美味佳肴。尤其近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)發(fā)酵食品的功能性活性成分進(jìn)行了多方研究，揭示了發(fā)酵食品眾多的生物強(qiáng)化作用及營(yíng)養(yǎng)功能，如抗氧化、溶血栓、抗癌、降血糖、降血壓等，使得傳統(tǒng)發(fā)酵食品越來(lái)越受到人們的青睞。我國(guó)大多數(shù)傳統(tǒng)發(fā)酵食品的總體工業(yè)化程度較低，技術(shù)發(fā)展滯后。因此采用現(xiàn)代高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，不斷地提升工藝技術(shù)水平，是繼承、發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)發(fā)酵食品的主要發(fā)展方向。

（一）傳統(tǒng)肉食品發(fā)酵技術(shù)

利用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)火腿是在特定自然環(huán)境下進(jìn)行的，風(fēng)味的形成長(zhǎng)達(dá)10個(gè)月，既影響產(chǎn)量，又難以進(jìn)行質(zhì)量管理，這種狀況已嚴(yán)重制約火腿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。要運(yùn)用現(xiàn)代食品生物技術(shù)，改進(jìn)火腿的傳統(tǒng)工藝，從根本上解決我國(guó)肉類企業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)未能解決的技術(shù)難題，必須首先了解具有產(chǎn)香作用的菌群在食品中的生長(zhǎng)特點(diǎn)和作用條件，以便在控溫控濕條件下，模擬自然條件進(jìn)行人工發(fā)酵而不改變火腿產(chǎn)品的傳統(tǒng)風(fēng)味。干腌火腿微生物生境與菌群關(guān)系的研究結(jié)果表明，火腿原料肉屬高鹽介質(zhì)，發(fā)酵過(guò)程中NaCl含量無(wú)變化，pH值略有上升，Aw漸趨下降，亞硝酸鈉含量略有增加。適應(yīng)火腿高鹽、低濕、常溫環(huán)境生存和發(fā)酵的菌系構(gòu)成，發(fā)酵前期為嗜鹽性球菌、桿菌和酵母，中期以球菌和酵母為主，后期只有球菌和少量的酵母分布，實(shí)驗(yàn)證實(shí)這些發(fā)酵菌群會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特風(fēng)味，從而為火腿腌制劑、發(fā)酵劑的構(gòu)建以及控溫控濕發(fā)酵工藝提供了理論依據(jù)。

（二）益生菌技術(shù)

益生菌的應(yīng)用技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外食品工業(yè)中一個(gè)快速發(fā)展的研究領(lǐng)域。益生菌是指對(duì)人類健康（可寄主在人體腸道中）有益的微生物活菌劑，我們熟悉的酸奶、干酪、開(kāi)菲爾、馬奶酒等發(fā)酵乳制品的生產(chǎn)離不開(kāi)乳酸菌和雙歧桿菌等的發(fā)酵；腌制的酸泡菜、優(yōu)質(zhì)美味的傳統(tǒng)醬油、豆瓣醬和辣椒醬等，在發(fā)酵和成熟工藝中都有乳酸菌的參與。薩拉米肉腸、腌咸魚(yú)也需要通過(guò)乳酸菌來(lái)獲得風(fēng)味以及保鮮和成熟。目前我國(guó)尚缺乏原始創(chuàng)新的益生菌關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品，在產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)上形成了國(guó)外產(chǎn)品與技術(shù)的雙重壟斷，限制了我國(guó)益生菌產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。近幾年，國(guó)內(nèi)研究院所相繼開(kāi)展了針對(duì)益生菌的基礎(chǔ)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究，包括中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、江南大學(xué)和中科院微生物研究所等多家單位分別對(duì)益生乳酸菌高效定向篩選與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)、乳酸菌功能基因、乳酸菌生理功能、發(fā)酵菌劑及在乳品、肉品和蔬菜制品等方面展開(kāi)研究，利用多學(xué)科交叉技術(shù)與方法建立功能性益生菌的高效定向篩選模型并獲取功能性益生菌菌種，研究解決益生菌產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，以期形成我國(guó)益生菌產(chǎn)業(yè)的核心菌種資源和關(guān)鍵技術(shù)體系。

在傳統(tǒng)發(fā)酵食品行業(yè)利用益生菌方面，從大列巴、饅頭、發(fā)面餅、麻花、白酒酒曲、米酒等樣品中篩選能夠產(chǎn)生包括多種芳香物質(zhì)的益生菌種，加入面粉中應(yīng)用于饅頭發(fā)酵、玉米粉發(fā)酵、發(fā)糕及糯米粉、飲料制造中，用于發(fā)酵黏豆包及飲料，以期進(jìn)一步增加發(fā)酵產(chǎn)品風(fēng)味，最終得到產(chǎn)品品質(zhì)更優(yōu)良的谷物發(fā)酵食品。據(jù)研究，釀酒酵母適合發(fā)酵面食和酒精性飲料，保加利亞乳桿菌適合面食增香和發(fā)酵谷物酸性飲料，嗜酸乳桿菌適合發(fā)酵谷物酸性飲料。將棒狀乳桿菌棒狀亞種(Lac.coryniformis)、短乳桿菌(Lac.brevis)、布氏乳桿菌(Lac. buchneri)、干酪乳桿菌干酪亞種(Lac.casei subsp.Casei)和植物乳桿菌(Lac.plantarun)五種乳酸菌分別接種于泡菜中作為優(yōu)勢(shì)菌和傳統(tǒng)的自然發(fā)酵泡菜方式進(jìn)行比較，分別對(duì)泡菜的亞硝酸鹽的產(chǎn)生及變化、pH值的變化、感官品質(zhì)進(jìn)行比較分析。得到的結(jié)果是植物乳桿菌可以明顯縮短泡菜的發(fā)酵時(shí)間，泡菜的色、香、味明顯變好，且能顯著降低亞硝酸鹽的含量。另外，以糯米、糜米、小米和玉米渣為原料，利用從內(nèi)蒙古地區(qū)傳統(tǒng)自然發(fā)酵酸粥中分離、鑒定、篩選出的性狀優(yōu)良的乳酸菌，人工接種發(fā)酵生產(chǎn)酸粥。通過(guò)對(duì)發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、接種量的研究，確定發(fā)酵酸粥生產(chǎn)工藝的最佳參數(shù)。得到的研究結(jié)果，以糯米、糜米、小米、玉米碴的混合谷物作為原料（混合比例1∶1∶1∶1），以干酪乳桿菌NSZL-1和鼠李糖乳桿菌NSZL-2為發(fā)酵劑（兩菌種的混合比例為2∶1），接種量為5×106CFU/g，發(fā)酵溫度為35℃，發(fā)酵時(shí)間為30h，制得的酸粥酸度適口，谷香味突出，具有獨(dú)特的風(fēng)味。

（三）多菌種發(fā)酵與低鹽發(fā)酵工藝技術(shù)

水產(chǎn)原料魚(yú)類、動(dòng)物肉類及蔬菜等的傳統(tǒng)加工工藝中相當(dāng)一部分采用了自然發(fā)酵腌制加工方法，生產(chǎn)中采用高鹽腌制工藝是通用性的方法，有利于食品的長(zhǎng)期保藏。然而，由于高鹽加工方式帶來(lái)的大量用水及高鹽廢水對(duì)環(huán)境污染等突出問(wèn)題，已不適應(yīng)現(xiàn)代可持續(xù)工農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求。國(guó)內(nèi)外專家對(duì)真空腌制、超聲波技術(shù)等高新技術(shù)在低鹽發(fā)酵食品中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。利用真空浸漬食鹽的方法制作低鹽干酪，可以降低食鹽的用量。采用真空動(dòng)態(tài)腌制法開(kāi)發(fā)低鹽腌菜，控制腌制溫度為20℃、真空度85kPa、動(dòng)態(tài)真空腌制機(jī)攪拌轉(zhuǎn)速為1r/min、食鹽水溶液濃度為2%。結(jié)果表明，真空動(dòng)態(tài)腌制產(chǎn)品的可食性、感官品質(zhì)、食用營(yíng)養(yǎng)性及安全性均優(yōu)于傳統(tǒng)腌制法，且加工周期短，適合工業(yè)化生產(chǎn)。利用超聲波技術(shù)加工低鹽咸肉，鮮肉在腌制前進(jìn)行超聲波處理，處理?xiàng)l件為93W,3h，腌制溫度為8℃，能明顯縮短腌制時(shí)間，加快腌制的進(jìn)程。

在低鹽發(fā)酵泡菜的研究中，科研人員從多種泡菜中篩選出了四株產(chǎn)酸較快、發(fā)酵風(fēng)味好的乳酸菌，分別為腸膜明串珠菌腸膜亞種(Leuconostoc rflesenteroides subsp lM)，分別標(biāo)記為L(zhǎng)eu.1、Leu.2、Lact.1和Lact.2，經(jīng)API50CH標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)鑒定，Leu.1和Leu.2為腸膜明串珠菌腸膜亞種(Leuconostoc mesenteroides subsp.mesenteroides), Lact.1為干酪乳桿菌干酪亞種(Lactobacillus casei subsp.1), Lact.2為植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)。其中，Lact.1和Lact.2適用于酸度和鹽含量較高的發(fā)酵泡菜，而Leu.1和Leu.2適用于低酸低鹽的發(fā)酵泡菜。另外，通過(guò)接種純種Bacillus coagulans進(jìn)行低鹽腌漬雪里蕻腌菜，也降低了腌菜中的鹽含量，使鹽分添加量由傳統(tǒng)方法的8%~10%降至5%，且接種后腌菜中的溶氧量和pH下降較快，產(chǎn)酸量增加顯著，能明顯促進(jìn)乳酸菌快速生長(zhǎng)繁殖，并有效地抑制酵母菌和霉菌的生長(zhǎng)。

二、微生物技術(shù)在食品質(zhì)量安全與控制中的應(yīng)用

目前世界上許多國(guó)家已經(jīng)將生物技術(shù)、信息技術(shù)和新材料技術(shù)作為三大重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)。生物技術(shù)可以分為傳統(tǒng)生物技術(shù)、工業(yè)生物發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)。生物技術(shù)包括基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程五大工程技術(shù)。其中的基因工程技術(shù)的基礎(chǔ)是分子生物學(xué)技術(shù)，為食品質(zhì)量檢測(cè)與食品控制研究提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐，有助于進(jìn)一步減少生產(chǎn)成本、增加產(chǎn)量和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

（一）微生物分子生態(tài)學(xué)技術(shù)在食品微生物菌群分析中的應(yīng)用

隨著PCR技術(shù)和分子生態(tài)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前涌現(xiàn)出許多研究微生物群落結(jié)構(gòu)組成和功能的分子生態(tài)學(xué)技術(shù)，主要包括克隆文庫(kù)分析、遺傳指紋圖譜分析、探針雜交技術(shù)、磷脂脂肪酸標(biāo)記(PLFA labeling)、穩(wěn)定同位素探測(cè)(SIP)等。微生物群落結(jié)構(gòu)及其功能關(guān)系是微生物生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容，有助于開(kāi)發(fā)微生物資源、闡明微生物群落與其環(huán)境的關(guān)系、揭示群落結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系，從而指導(dǎo)微生物群落功能的定向調(diào)控。微生物生態(tài)學(xué)對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵食品的研究與應(yīng)用顯得尤其重要。

廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院林瑩等利用傳統(tǒng)分離培養(yǎng)法和基于PCR-DGGE的分子生物學(xué)方法來(lái)分析酸菜和酸奶等廣西特色傳統(tǒng)發(fā)酵食品中乳酸菌的多樣性。結(jié)果顯示，用傳統(tǒng)分離培養(yǎng)結(jié)合分子生物學(xué)方法共獲得7個(gè)屬的乳酸菌，其中乳桿菌屬是主要優(yōu)勢(shì)菌群。傳統(tǒng)分離法與分子生物學(xué)法結(jié)合能夠更有效地分析傳統(tǒng)發(fā)酵食品中乳酸菌的多樣性，獲得更全面的信息。傳統(tǒng)培養(yǎng)分離和分子生物學(xué)技術(shù)都確定了乳桿菌屬是主要優(yōu)勢(shì)菌群，但與其他菌群存在一定的差異。且通過(guò)分子生物學(xué)方法獲得的相對(duì)豐度較高的不可培養(yǎng)菌，這些菌在傳統(tǒng)培養(yǎng)方法中都未曾檢出，這表明只有那些適合培養(yǎng)基條件及培養(yǎng)溫度的細(xì)菌才能從傳統(tǒng)方法中分離出來(lái)。因而，采用PCR結(jié)合DGGE技術(shù)可更全面、更真實(shí)地反映傳統(tǒng)發(fā)酵食品樣品中微生物群落的結(jié)構(gòu)和多樣性。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的培養(yǎng)分離法與分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合能夠更有效地分析傳統(tǒng)發(fā)酵食品中微生物的多樣性，從而獲得更全面的微生物多樣性信息。寧波大學(xué)食品生物技術(shù)研究室吳祖芳團(tuán)隊(duì)采用16SrDNA基因克隆文庫(kù)法、5.8S rDNA-ITS克隆文庫(kù)方法和實(shí)時(shí)熒光定量PCR(RT-qPCR)等方法分別對(duì)傳統(tǒng)腌制榨菜、雪菜與腌冬瓜等地方特色發(fā)酵蔬菜進(jìn)行微生物多樣性研究，得到了不同產(chǎn)品在不同腌制時(shí)期的微生物種類組成、優(yōu)勢(shì)菌群，同時(shí)通過(guò)液相、氣相以及氣質(zhì)與液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)研究了產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味等成分，為闡明微生物與腌制食品質(zhì)量關(guān)系提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

（二）食品微生物快速檢測(cè)技術(shù)的研究

現(xiàn)代食品科技的發(fā)展及工業(yè)化基礎(chǔ)已使食品具備了色香味兼?zhèn)浜蜖I(yíng)養(yǎng)等特色，然而食品安全成為現(xiàn)在人們關(guān)心的主要問(wèn)題，如何吃得放心才是最重要的。食品安全檢測(cè)技術(shù)是減少食源性疾病的基礎(chǔ)，如何快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)食品中殘留的微生物成為食品安全檢測(cè)問(wèn)題的重中之重。食品微生物快速檢測(cè)包括免疫傳感器、蛋白質(zhì)芯片、酶聯(lián)免疫法、PCR、基因芯片、阻抗法，這些方法的應(yīng)用和發(fā)展將為食品安全提供有力的保障。例如金黃色葡萄球菌腸毒素(SE)可引起人類中毒，其內(nèi)毒素—中毒休克綜合征毒素(TssTl)可引起中毒休克綜合征，產(chǎn)生的脫皮毒素(ETA、ETB)與一系列膿皰性葡萄球菌感染有關(guān)。云泓若等選擇腸毒素D(SED)基因的第360-381堿基為上游引物，第654~675堿基為下游引物，應(yīng)用PCR技術(shù)擴(kuò)增出SED基因的316bp長(zhǎng)的DNA片段，并建立了直接利用細(xì)菌裂解液作為模板的PCR方法。楊素等用分子克隆方法獲得了口蹄疫病毒、水泡性口炎病毒、藍(lán)舌病病毒、鹿流行性出血熱病毒和赤羽病病毒各一段高度保守的基因片段，可同時(shí)診斷上述5種動(dòng)物傳染病，此方法不但快速、準(zhǔn)確、敏感，而且可同時(shí)進(jìn)行多種病毒的檢測(cè)。周琦等也研制出用于檢測(cè)SARS病毒的全基因芯片，共660條病毒探針，覆蓋了SARS冠狀病毒的全部序列，應(yīng)用該基因芯片可對(duì)病人、出入境食品、動(dòng)植物及其產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。

總之，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，可以預(yù)料在不遠(yuǎn)的將來(lái)，傳統(tǒng)的微生物檢測(cè)技術(shù)將逐漸被各種新型簡(jiǎn)便的微生物快速診斷技術(shù)所取代。

（三）果蔬保鮮中微生物控制技術(shù)

果蔬原料或其加工產(chǎn)品由于營(yíng)養(yǎng)豐富、水分含量高，如果貯藏條件不當(dāng)，其遭各種微生物侵染后就容易腐敗、變質(zhì)，最后不能食用。通過(guò)對(duì)果蔬中微生物生長(zhǎng)的控制減緩微生物的生長(zhǎng)速率或促使其停止生長(zhǎng)，從而防止果蔬的腐敗變質(zhì)是最常用的方法。目前為止，果蔬保鮮主要方法有溫度控制保鮮、輻射保鮮、氣調(diào)保鮮、減壓貯藏保鮮、超高壓處理貯藏保鮮、高壓脈沖電場(chǎng)貯藏保鮮和化學(xué)保鮮方法及生物保鮮方法。化學(xué)保鮮方法包括采用食品防腐劑、化學(xué)保鮮劑、氣體熏蒸和復(fù)合涂膜法等。生物保鮮方法包括天然產(chǎn)物保鮮劑和拮抗菌技術(shù)等。具體內(nèi)容將在第十五章第三節(jié)中介紹。

（四）食品加工與質(zhì)量控制其他方面

1．焙烤專用脂肪酶改善焙烤制品質(zhì)量

江南大學(xué)徐巖研究團(tuán)隊(duì)從中國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵食品大曲中篩選、克隆得到具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型華根霉脂肪酶基因，將此基因在畢赤酵母中高效表達(dá)及高效定向進(jìn)化，提升改造脂肪酶的催化性能，通過(guò)微生物發(fā)酵調(diào)控技術(shù)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)廉價(jià)的新型脂肪酶制劑。進(jìn)一步將生產(chǎn)獲得的脂肪酶制劑應(yīng)用于焙烤制品生產(chǎn)中，研究結(jié)果有脂肪酶能夠顯著增加面包的比容、改善面包質(zhì)構(gòu)以及延緩面包老化等，與國(guó)外公司同類脂肪酶產(chǎn)品相比，該酶在改善面包的硬度、彈性、膠著性和咀嚼性方面效果更佳。該成果對(duì)綜合提高我國(guó)食品領(lǐng)域的科技水平，推動(dòng)我國(guó)酶制劑行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有重大意義。

2．現(xiàn)代數(shù)字化及安全管理方法的應(yīng)用

楊建民將HACCP管理方法運(yùn)用到低鹽固態(tài)發(fā)酵醬油的生產(chǎn)過(guò)程中，確定關(guān)鍵控制點(diǎn)，建立監(jiān)控體系，有效確保了低鹽發(fā)酵醬油的安全生產(chǎn)。