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

【關鍵詞】微生物技術 食品 白色農業(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)境等問題都關系到農業(yè)發(fā)展與糧食安全，而在傳統(tǒng)農業(yè)已不適應現(xiàn)代社會的需求時，各種高科技、高產、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)開始嶄露頭角。此外，微生物技術在食品生產、食品添加劑、食品質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)微生物技術與現(xiàn)代微生物技術的比較

本文重點介紹現(xiàn)代微生物技術在食品領域的重要作用，但為了對比突出，特在此對微生物技術的傳統(tǒng)應用作簡要介紹。

微生物的傳統(tǒng)應用主要是指微生物發(fā)酵技術，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發(fā)達，谷物酒已成為當時較為普遍的飲料。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)酵技術相比，現(xiàn)代微生物技術無論從應用范圍還是生產效率上都有極大的進步。

首先在對生產菌種的認識上，現(xiàn)代微生物技術有了更加科學的了解。傳統(tǒng)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(guī) 模生產。而隨著微生物科學的發(fā)展進步，人類對發(fā)酵過程中的微生物有了科學的認識，能夠采用純種的菌株進行發(fā)酵，大大提高了產率，同時還運用基因工程技術選 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生形狀更加優(yōu)良的菌種。其中我國在一些主要發(fā)酵產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)酵技術上，現(xiàn)代微生物食品加工一般在發(fā)酵罐等發(fā)酵設備中，連續(xù)自動地進行，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，建立了相應的預防控制措施，充 分保證產品的安全性^[1]。

同時現(xiàn)代發(fā)酵技術在獲取發(fā)酵產物的同時，還開始利用微生物產生的酶來生產食品，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用于蘇打餅干、面包、蛋品、奶酪等各類食品的生產。

2、現(xiàn)代微生物技術生產新型食品添加劑

隨著人民生活水平的提高，人們對食品的要求已經從過去的“量”上升到“質”的追求了，人們開始越來越關注所謂的綠色食品、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注，尤其是經常接觸的防腐劑、色素等更是眾多添加劑中的“明星”?，F(xiàn)代科學 技術的發(fā)展也帶來了許多全新的食品添加劑，其中微生物學技術也起著重要作用。

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注。

幾丁質又名甲殼素、甲殼質，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。殼聚糖是幾丁質脫乙酰后的產物，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量，提高其質量，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營養(yǎng)物質的輸入，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，調節(jié)腸道內微生物代謝活動，改善腸道內微生物區(qū)系分布，調節(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構，提高食品保水性及調節(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合物。該絡合物一方面能夠減少人體對脂肪類物質的吸收，促進脂類排出 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(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 廠家，中國科學院大連化學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)藥和農業(yè)領域具有廣闊的應用前景。

3、微生物技術與白色農業(yè)

所謂白色農業(yè)，是指微生物資源產業(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)生產環(huán)境高度潔凈,生產過程不存在污染。其產品安全、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,故形象地稱之為白色農業(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，可常年在工廠內大規(guī)模生產。

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

(3)資源節(jié)約型農業(yè)將動植物的有機廢棄物經微生物處理轉化為飼料或食物，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)保型農業(yè)具有生產周期短，高產、高效，產品無污染、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,白色農業(yè)的研究應用一共有6大領域：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在食品領域的直接應用，而飼料、肥料等也間接影響著食品技術。

隨著當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)微生物蛋白質資源。利用單細胞蛋白質生產高蛋白質新型人造食 品，前景十分廣闊，如用每年世界石油產量的1％作原料，利用微生物工程來生產單細胞蛋白質，可供1O億人吃1年。據推算，1座占地不多、年產1000萬噸 單細胞蛋白質的微生物工廠，相當于12萬公頃耕地生產的大豆蛋白，或2000萬公頃草地飼養(yǎng)的牛羊所產出的動物蛋白質。利用微生物生產的真菌肉、食用油等 在英國、法國、日本已規(guī)?；a，產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)模化生產。螺旋藻被聯(lián)合國糧農組織稱為“人類未來的糧 食”、“人類最佳保健品”，素有“植物肉”之稱。1kg蘑菇所含蛋白質相當于2kg禽肉或3kg雞蛋的蛋白質含量。食用菌中蛋白質的含量是小麥、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

在食品貯藏過程中，會發(fā)生微生物滋生使食品變質的現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^微生物學知識結合數學模型對食品產品中的微生物危害，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，微生物數量與時間的函數關系，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與環(huán)境變量(如溫度，pH，鹽度，空氣水平等)之間的函數關系。

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繁殖的速度、生長限度和失活速率，以達到開發(fā)新產品，改革現(xiàn)有產品，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)和消費者關注的焦點和目前研究的熱點。根據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險評估的基礎 上。因此，風險評估是各國制定食品衛(wèi)生標準和實施食品安全管理的基礎。開展食源性微生物風險評估，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，食品風險評估技術近年來也得到充分發(fā)展，風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，暴露評估以及風險描述。

1、危害識別

危害識別指識別可能產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、化學和物理因素有關的健康不良效果性質的定性或定量評價。

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途徑暴露的生物、化學和物理因素的定性或定量評價。

4、風險描述

風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行定性或定量的估計，包括與這些評估有關的不確定性的描述^[7]。

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

5、微生物學在食品領域應用的展望

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,具有產業(yè)化發(fā)展前景。

21世紀將是一個微生物制劑時代飛我們應高度重視微生物食品,在食品領域中廣泛應用生物技術,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。

展望21世紀食品技術的發(fā)展，未來的微生物技術不僅有助于實現(xiàn)食品的多樣化，而且有助于生產特定的營養(yǎng)保健食品，進而作用于治病健身的領域。當 然，微生物是大自然恩賜給我們人類的一大資源，在地球上與動物資源、植物資源一起形成了三維空間結構，而在這個資源機構中只有微生物對資源的再生起著重要 的作用．有待我們人類去探索與發(fā)現(xiàn)^[8]。