【摘要】本文采取綜述的形式，對(duì)近年來(lái)微生物學(xué)技術(shù)在食品應(yīng)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(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(shí)代的不斷發(fā)展，各種社會(huì)問(wèn)題開(kāi)始顯現(xiàn)，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(zhàn)， 其中資源、能源、人口、環(huán)境等問(wèn)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(huì)的需求時(shí)，各種高科技、高產(chǎn)、低耗的新型農(nóng)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，其中 以微生物應(yīng)用為主的白色農(nóng)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(cè)方面也都發(fā)揮著越來(lái)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(diǎn)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(duì)比突出，特在此對(duì)微生物技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用作簡(jiǎn)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(lái)源于微生物發(fā)酵，如中國(guó)的醬油和腐乳，日本的納豆和。清酒，韓國(guó)的泡菜， 以及西方國(guó)家的面包、干酪和酸奶等。其中最為著名的還屬酒類(lèi)，在我國(guó)，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(guó) 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(dāng)發(fā)達(dá)，谷物酒已成為當(dāng)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(guó)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(wú)論從應(yīng)用范圍還是生產(chǎn)效率上都有極大的進(jìn)步。

首先在對(duì)生產(chǎn)菌種的認(rèn)識(shí)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(jìn)步，人類(lèi)對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的微生物有了科學(xué)的認(rèn)識(shí)，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(yùn)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(guó)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(dòng)地進(jìn)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(dòng)記錄控制，工作效率大大提高。而且食品加工過(guò)程都有著良好生產(chǎn)操作規(guī)范，在容易發(fā)生食品安全問(wèn)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(shí)現(xiàn)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(tǒng)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(yīng)用于蘇打餅干、面包、蛋品、奶酪等各類(lèi)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(duì)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(duì)原料的要求越來(lái)越高的同時(shí)，對(duì)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(xiàn)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)也起著重要作用。

近年來(lái)，一種糖類(lèi)——?dú)す烟亲鳛樾滦偷氖称诽砑觿┮鹆巳藗兊年P(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(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(duì)其吸收率達(dá)到99.9％，因此比殼聚糖具有更優(yōu)越的生物活性。近年來(lái)，隨著對(duì)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(yáng)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(shí)殼寡糖能聚集帶負(fù)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(xì)胞的吞噬功能，促進(jìn)抗體生成，抑制腫癌生長(zhǎng)活性。同時(shí)殼寡糖能夠提高T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞活力，增加免疫活性細(xì)胞的數(shù)量，提高其質(zhì)量，從而增強(qiáng)機(jī)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(xì)胞壁干擾細(xì)胞的新陳代謝，并且能在細(xì)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(jìn)雙歧桿菌生長(zhǎng)的功能，調(diào)節(jié)腸道內(nèi)微生物代謝活動(dòng)，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(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(yīng)用在以下幾個(gè)方面：

[1]延長(zhǎng)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(zhǎng)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(yǎng)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(duì)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(yáng)離子型絮凝劑，能與果汁中帶負(fù)電荷的果膠、丹寧和蛋白質(zhì)等吸附絮凝，從而達(dá)到澄清果汁的目的。目前，用殼寡糖對(duì)果汁進(jìn)行澄清的研究不斷增多，試驗(yàn)證明，其澄清效果好，果汁營(yíng)養(yǎng)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(nèi)的強(qiáng)極性基團(tuán)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(tuán)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(shí)還利用殼寡糖對(duì)真 菌的抗菌作用，可將其制成保鮮膜，延長(zhǎng)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(duì)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(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(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(hù)層，防 止胃酸對(duì)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(xì)胞生長(zhǎng)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(duì)細(xì)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(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(jī)體免疫力，活化細(xì)胞，促進(jìn)腸道雙歧桿菌等有益菌的生長(zhǎng)，并抑制有害菌的生成。目前殼寡糖的主要消費(fèi)地在日、韓、美、法、俄等國(guó)，美國(guó)和歐洲以殼寡糖為 主要成分的功能性食品逐漸增加，韓國(guó)于1996年批準(zhǔn)殼寡糖為功能性保健食品，我國(guó)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(guó)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(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(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?cè)诠S車(chē)間穿戴白色工作服帽從事勞動(dòng)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(kāi)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(dòng)植物的有機(jī)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(shí)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(wú)污染、無(wú)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(hù)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(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(guó)競(jìng)相開(kāi)發(fā)微生物蛋白質(zhì)資源。利用單細(xì)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(xì)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(wàn)噸 單細(xì)胞蛋白質(zhì)的微生物工廠，相當(dāng)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(yǎng)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(guó)、法國(guó)、日本已規(guī)?；a(chǎn)，產(chǎn)品已在超級(jí)市場(chǎng)出售。由小球藻制成的食品面包已在日本實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。螺旋藻被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織稱為“人類(lèi)未來(lái)的糧 食”、“人類(lèi)最佳保健品”，素有“植物肉”之稱。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(jī)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(guò)程中，會(huì)發(fā)生微生物滋生使食品變質(zhì)的現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^(guò)微生物學(xué)知識(shí)結(jié)合數(shù)學(xué)模型對(duì)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(yù)測(cè)^[6]。具體包括為初級(jí)，次級(jí)和三級(jí)模型：

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

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

通過(guò)這三級(jí)模型，可以應(yīng)用于食品工業(yè)預(yù)測(cè)評(píng)估特定食品和特定加工條件下微生物生長(zhǎng)繁殖的速度、生長(zhǎng)限度和失活速率，以達(dá)到開(kāi)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(wèn)題也已成為國(guó)際組織、各國(guó)政府、工商企業(yè)和消費(fèi)者關(guān)注的焦點(diǎn)和目前研究的熱點(diǎn)。根據(jù)WTO／SPS協(xié)定(實(shí)施衛(wèi)生與 動(dòng)植物檢疫措施協(xié)定)，各國(guó)政府有權(quán)采取強(qiáng)制性衛(wèi)生措施保護(hù)本國(guó)人民健康、免受進(jìn)口食品的危害，同時(shí)要求各國(guó)政府采取的衛(wèi)生措施必須建立在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ) 上。因此，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是各國(guó)制定食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施食品安全管理的基礎(chǔ)。開(kāi)展食源性微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)有效管理食品的安全問(wèn)題，保護(hù)消費(fèi)者健康，具有重要的 意義。

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

1、危害識(shí)別

危害識(shí)別指識(shí)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(duì)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(píng)價(jià)。

3、暴露評(píng)估

暴露評(píng)估指對(duì)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(píng)價(jià)。

4、風(fēng)險(xiǎn)描述

風(fēng)險(xiǎn)描述是根據(jù)危害識(shí)別、危害描述和暴露評(píng)估，對(duì)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(jìn)行定性或定量的估計(jì)，包括與這些評(píng)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(píng)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(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(shì)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(jì)將是一個(gè)微生物制劑時(shí)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(lèi)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(lái)的微生物技術(shù)不僅有助于實(shí)現(xiàn)食品的多樣化，而且有助于生產(chǎn)特定的營(yíng)養(yǎng)保健食品，進(jìn)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?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(jié)構(gòu)，而在這個(gè)資源機(jī)構(gòu)中只有微生物對(duì)資源的再生起著重要 的作用．有待我們?nèi)祟?lèi)去探索與發(fā)現(xiàn)^[8]。