時間：2023-10-05 10:29:08
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇乳酸菌在食品工業中的應用，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
1.1微生物發酵
以醬糟(30%)、木薯渣(10%)、玉米黃漿(30%)和玉米噴漿纖維(30%)食品工業廢渣為發酵底物，添加乳酸菌、枯草芽孢桿菌和酵母菌進行固態發酵。接種用乳酸菌冰干粉為西南民族大學生命科學與技術學院動物科學實驗室從牦牛消化道中分離篩選的優良菌株———嗜酸乳桿菌LAg12－7，該菌株已送中國典型培養物保藏中心———武漢大學保藏中心保藏，其保藏編號為CCTCCM2012305;枯草芽孢桿菌和酵母菌干菌粉購于北京華辰興業科技有限公司。將乳酸菌、枯草芽孢桿菌和酵母菌的凍干粉按40.0%、30.0%和30.0%的比例制成混合發酵菌劑。取復合發酵菌劑1.0份，加紅糖5.0、維生素C0.4、尿素3.1、磷酸二氫鉀0.5和清潔水90.0份，30℃活化72h，制成混合發酵菌液。在發酵底物中按3%的比例加入活化后的混合發酵菌液。參考閆征等、王秋菊等和劉新星等方法，在30℃培養箱發酵5d。發酵期間適當補水，水分含量控制在30%左右，每24h翻動1次。發酵前1d和發酵后(第5天)的物料各取100g裝于自封口塑料袋中，立即置于－20℃冰箱中保藏。以上微生物發酵飼料試驗重復進行3次，即得3個批次的發酵飼料。
1.2樣品處理
取適量發酵前和發酵后飼料鮮樣－4℃保藏，用于活菌計數和pH測定。將發酵前和發酵后飼料樣品置于90℃烘箱中烘30min以滅酶活，而后65℃烘6h，室溫自然放置6h得到風干樣品。將風干樣品分2份粉碎，并過20目篩(用于纖維測定)和40目篩(用于粗蛋白和小肽測定)。
1.3指標測定
1.3.1活菌數的測定
乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢桿菌分別梯度培養計數，培養基的配制參考楊雪峰等和劉惠知等的方法，計數方法依照GB/T13093－2006。
1.3.2pH的測定
pH的測定方法參照王旭明并有所改進，對樣品10倍稀釋混勻后采用Beckman離心機8000r/min離心，取上清液測定。
1.3.3常規營養成分的測定
中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)采用VELP纖維素測定儀;粗蛋白(CP)采用FOSS蛋白測定儀。測定方法參照張麗英飼料中常規成分分析一章。
1.3.4蛋白酶和纖維素酶活性的測定
以40目風干樣品為原料測定酶活力，蛋白酶活力的測定參考張寒俊等方法，纖維素酶活力的測定采用二硝基水楊酸法(DNS)法。
1.3.5小肽含量的測定
小肽含量的測定參照郭玉東等方法，并對其進行聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS－PAGE)，定性說明小肽含量變化。
1.4統計分析
對3批次發酵飼料分別采樣并測定相應指標，試驗結果用平均值±標準差表示，發酵前后的差異性采用SPSS18.0統計軟件中的t檢驗。
2結果與方法
2.1活菌數及pH
發酵后食品工業廢渣中3種有益菌活菌數均極顯著提高(P＜0.01)，乳酸菌和酵母菌達到108數量級。與發酵前相比，乳酸菌數增加454.90%，枯草桿菌數增加282.35%，酵母菌數增加403.70%。發酵5d后，由于微生物尤其是乳酸菌的新陳代謝，導致食品工業廢渣的pH明顯下降，由5.80降至3.91，降幅達32.59%，P為0.0041。
2.2常規營養成分
發酵后食品工業廢渣CP含量極顯著增加(P＜0.01)，增幅達21.68%;NDF和ADF含量均顯著下降(P＜0.05)，其中NDF下降10.61%，ADF下降9.23%。
2.3活性成分
發酵過程中由于微生物不斷分泌代謝產物，使得食品工業廢渣的蛋白酶和纖維素酶活力均提高2倍以上，蛋白酶活力增幅達138.45%，纖維素酶活力增幅達143.20%。小肽含量顯著提高，由0.87%增至3.20%，增幅達267.81%。發酵5d時，66200～97400的肽段含量較之發酵前1d時降低，而66200以下肽段含量增加，說明食品工業廢渣經過發酵，部分大分子蛋白得以降解，并轉化為低分子肽。
3討論
3.1微生物發酵對活菌數和pH的影響
發酵過程中，益生菌和發酵底物中原有微生物利用飼料中的糖分等營養物質逐漸大量增殖，發酵后乳酸菌和酵母菌枯草桿菌活菌數分別達到2.83、1.36和0.65億CFU/g。王旭明等用玉米－豆粕型日糧添加益生菌發酵，4d后乳酸桿菌數量達到最大值9.5億CFU/g，2d后酵母菌數達到最大值4.1萬/g，同時大腸菌群和腐敗菌被抑制。魏愛彬等利用干酪乳桿菌和植物乳桿菌發酵全價飼料，2種菌的單一發酵組和組合發酵組的乳酸菌數量分別在發酵6、4和6d達到最大，分別為994、983和984億CFU/g，而酵母菌在發酵過程中數量逐漸降低，發酵10d時2種菌的單一發酵組和復合菌種發酵組中的酵母菌活菌數分別為374、365和372億CFU/g。任佐華利用枯草桿菌、黑曲霉和產朊假絲酵母發酵水稻秸稈，最佳條件下總活菌數可達118億CFU/g。試驗乳酸桿菌活菌數變化趨勢與王旭明等相符，魏愛彬等和佐華活菌數較高可能因為發酵底物、發酵時間和菌種組合不同所致。微生物尤其是乳酸菌增殖過程中分泌酸性物質，降低了發酵飼料的pH，發酵后pH降至3.91，可提高發酵飼料的適口性，而酸性環境又可抑制許多有害菌的繁殖，從而可以延長發酵飼料的保藏時間。吳天祥對芭蕉芋酒糟接種嗜酸乳桿菌發酵，7d后pH降至3.8。王旭明等對玉米－豆粕型日糧添加微生物原液固態發酵，pH第4天即降至4以下。試驗pH變化趨勢與以上試驗相符。
3.2常規營養成分的變化
通過益生菌的發酵作用，可使發酵底物中的粗纖維和粗淀粉降解，產生菌體蛋白，提高CP的含量，從而改善食品工業廢渣的利用效率。試驗中，發酵后CP含量由14.16%增至17.23%。張鑫利用釀酒酵母、白地霉、熱帶假絲酵母和植物乳桿菌混菌固態發酵馬鈴薯渣，根據響應面數據得出在最適條件下CP含量可達到36.96%，比發酵前提高了10.22%。試驗CP變化趨勢與其相符。發酵后，NDF和ADF含量分別降至46.83%和33.62%。NDF是植物細胞壁的成分，反映飼料容積，可用來衡量動物的飽腹度，與家畜采食量呈負相關。日糧中NDF高時，瘤胃容積限制干物質采食量;ADF的木質素比例較高，木質素為不可消化纖維，故ADF適于作為反芻動物飼料消化率指標，與家畜消化率呈負相關。故NDF含量的下降意味著動物采食量的增加，ADF含量的下降則可說明動物消化率的提高。院江等利用乳酸菌和酵母菌等組成的復合菌發酵棉籽殼，10d后測得NDF和ADF含量分別降至(63.10±4.55)%和(49.09±5.26)%。付敏等采用枯草芽孢桿菌、黑曲霉和白地霉對菜籽餅混合固態發酵，5d后測得NDF含量下降了38.70%，ADF含量下降了27.88%。試驗NDF和ADF變化趨勢與以上試驗相近，院江等和付敏等試驗結果降幅較大可能因為試驗條件差別所致。
3.3活性成分的變化
動物自身分泌的消化酶很難消化植物性細胞壁及細胞壁內的營養物質。飼料工業中一般都會應用粉碎技術來破壞植物細胞壁，但很難將植物細胞壁完全破壞。纖維素酶可協同降解細胞壁，釋放單糖等易被畜禽吸收利用的物質，從而明顯改善飼料的營養價值。發酵過程中，在混合益生菌的作用下，飼料中纖維素酶活力增至411.8U/g，可有效降解發酵底物中的纖維素成分;經過發酵，蛋白酶活力增至172.4U/g，酶活力的提高可改善發酵飼料的營養價值。任雅萍用益生菌28℃下發酵蘋果渣和馬鈴薯渣72h，自然發酵時:對于蘋果渣，在酵母菌和黑曲霉組合，并添加氮素和油渣的條件下，蛋白酶活性最高可達168.50U/g，發酵增率為380.1%;纖維素酶活性最高達3829.63U/g，發酵增率為949.6%;對于馬鈴薯渣，在米曲霉單菌，并添加氮素和油渣的條件下，蛋白酶活性最高可達478.08U/g，發酵增率為657.0%;纖維素酶活性最高可達564.90U/g，發酵增率為794.5%。試驗與以上試驗酶活力均增加明顯，變化趨勢相近，增幅差異可能由于發酵條件不同所致。利用乳酸菌和芽孢桿菌等能分泌蛋白酶的菌種，可在合適微環境下酶解蛋白質底物產生小肽蛋白。同時，也能較大程度地降低植物蛋白中的抗營養成分，如胰蛋白酶抑制劑、脲酶和血凝素等，可有效消除大分子蛋白的抗原性，有利于動物的生長發育和腸道對肽類蛋白的吸收利用。小肽可提高機體蛋白質合成、消除游離氨基酸吸收競爭、增加動物生產性能并能增強礦物元素的吸收利用，對動物營養產業具有重要意義。試驗發酵后，小肽含量增幅達267.81%，這可提升微生態飼料的附加值，并可改善動物的生產性能。馬文強等利用枯草芽孢桿菌、釀酒酵母菌和乳酸菌發酵豆粕，結果表明:發酵后低分子蛋白質含量提高2.25倍。試驗小肽含量變化趨勢與以上試驗相符。
4結論
關鍵詞:生物技術;基因工程;細胞工程
現代生物技術的迅猛發展,成就非凡,推動著科學的進步,促進著經濟的發展,改變著人類的生活與思維,影響著人類社會的發展進程。現代生物技術的成果越來越廣泛地應用于醫藥、食品、能源、化工、輕工和環境保護等諸多領域。生物技術是21世紀高新技術革命的核心內容,具有巨大的經濟效益及潛在的生產力。專家預測,到2010～2020年,生物技術產業將逐步成為世界經濟體系的支柱產業之一。生物技術是以生命科學為基礎,利用生物機體、生物系統創造新物種,并與工程原理相結合加工生產生物制品的綜合性科學技術。現代生物技術則包括基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程和發酵工程等領域。在我國的食品工業中,生物技術工業化產品占有相當大的比重;近年,酒類和新型發酵產品以及釀造產品的產值占食品工業總產值的17%。現代生物技術在食品發酵領域中有廣闊市場和發展前景,本文主要闡述現代生物技術在食品發酵生產中的應用。
一、基因工程技術在食品發酵生產中的應用
基因工程技術是現代生物技術的核心內容,采用類似工程設計的方法,按照人類的特殊需要將具有遺傳性的目的基因在離體條件下進行剪切、組合、拼接,再將人工重組的基因通過載體導入受體細胞,進行無性繁殖,并使目的基因在受體細胞中高速表達,產生出人類所需要的產品或組建成新的生物類型。
發酵工業的關鍵是優良菌株的獲取,除選用常用的誘變、雜交和原生質體融合等傳統方法外,還可與基因工程結合,進行改造生產菌種。
(一)改良面包酵母菌的性能
面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。將優良酶基因轉入面包酵母菌中后,其含有的麥芽糖透性酶及麥芽糖的含量比普通面包酵母顯著提高,面包加工中產生二氧化碳氣體量提高,應用改良后的酵母菌種可生產出膨潤松軟的面包。
(二)改良釀酒酵母菌的性能
利用基因工程技術培育出新的釀酒酵母菌株,用以改進傳統的釀酒工藝,并使之多樣化。采用基因工程技術將大麥中的淀粉酶基因轉入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉發酵,使生產流程縮短,工序簡化,革新啤酒生產工藝。目前,已成功地選育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜殺啤酒酵母菌株,提高生香物質含量的啤酒酵母菌株。
(三)改良乳酸菌發酵劑的性能
乳酸菌是一類能代謝產生乳酸,降低發酵產品pH值的一類微生物。乳酸菌基因表達系統分為組成型表達和受控表達兩種類型,其中受控表達系統包括糖誘導系統、Nisin誘導系統、pH誘導系統和噬菌體衍生系統。相對于乳酸乳球菌和嗜熱鏈球菌而言,德氏乳桿菌的基因研究比較缺乏,但是已經發現質粒pN42和PJBL2用于構建德氏乳桿菌的克隆載體。有研究發現乳酸菌基因突變有2種方法:第一種方法涉及(同源或異源的)可獨立復制的轉座子,第二種方法是依賴于克隆的基因組DN斷和染色體上的同源部位的重組整合而獲得。通過基因工程得到的乳酸菌發酵劑具有優良的發酵性能,產雙乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的穩定形成能力、抗雜菌和病原菌的能力較強。
二、細胞工程技術在食品發酵生產中的應用
細胞工程是生物工程主要組成之一,出現于20世紀70年代末至80年代初,是在細胞水平上改變細胞的遺傳特性或通過大規模細胞培養以獲得人們所需物質的技術過程。細胞工程主要有細胞培養、細胞融合及細胞代謝物的生產等。細胞融合是在外力(誘導劑或促融劑)作用下,使兩個或兩個以上的異源(種、屬間)細胞或原生質體相互接觸,從而發生膜融合、胞質融合和核融合并形成雜種細胞的現象。細胞融合技術是一種改良微生物發酵菌種的有效方法,主要用于改良微生物菌種特性、提高目的產物的產量、使菌種獲得新的性狀、合成新產物等。與基因工程技術結合,使對遺傳物質進一步修飾提供了多樣的可能性。例如日本味之素公司應用細胞融合技術使產生氨基酸的短桿菌雜交,獲得比原產量高3倍的賴氨酸產生菌和蘇氨酸高產新菌株。釀酒酵母和糖化酵母的種間雜交,分離子后代中個別菌株具有糖化和發酵的雙重能力。日本國稅廳釀造試驗所用該技術獲得了優良的高性能謝利酵母來釀制西班牙謝利白葡萄酒獲得了成功。目前,微生物細胞融合的對象已擴展到酵母、霉菌、細菌、放線菌等多種微生物的種間以至屬間,不斷培育出用于各種領域的新菌種。
三、酶工程技術在食品發酵生產中的應用
酶是活細胞產生的具有高效催化功能、高度專一性和高度受控性的一類特殊生物催化劑。酶工程是現代生物技術的一個重要組成部分,酶工程又稱酶反應技術,是在一定的生物反應器內,利用生物酶作為催化劑,使某些物質定向轉化的工藝技術,包括酶的研制與生產,酶和細胞或細胞器的固定化技術,酶分子的修飾改造,以及生物傳感器等。酶工程技術在發酵生產中主要用于兩個方面,一是用酶技術處理發酵原料,有利于發酵過程的進行。如啤酒釀制過程,主要原料麥芽的質量欠佳或大麥、大米等輔助原料使用量較大時,會造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纖維素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白質降解不足,從而減慢發酵速度,影響啤酒的風味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制劑,可補充麥芽中酶活力不足的缺陷,提高麥汁的可發酵度和麥汁糖化的組分,縮短糖化時間,減少麥皮中色素、單寧等不良雜質在糖化過程中浸出,從而降低麥汁色澤。二是用酶來處理發酵菌種的代謝產物,縮短發酵過程,促進發酵風味的形成。啤酒中的雙乙酰是影響啤酒風味的主要因素,是判斷啤酒成熟的主要指標。當啤酒中雙乙酰的濃度超過閾值時,就會產生一種不愉快的餿酸味。雙乙酰是由酵母繁殖時生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羥基丁酸氧化脫羧而成的,一般在啤酒發酵后期還原雙乙酰需要約5～10d的時間。崔進梅等報道,發酵罐中加入α-乙酰乳酸脫羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可縮短發酵周期,減少雙乙酰含量。
四、小結
在食品發酵生產中應用生物技術可以提高發酵劑的性能,縮短發酵周期,豐富發酵制品的種類。不僅提高了產品檔次和附加值,生產出符合不同消費者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工業的發展。隨著生化技術的日益發展,相信會開發出更多物美價廉的發酵制品,使生物加工技術在食品發酵工業中的應用更加廣泛。
參考文獻
[1]趙志華,岳田利等.現代生物技術在乳品工業中的應用研究[J].生物技術通報.2006,04:78-80.
[2]王春榮,王興國等.現代生物技術與食品工業[J].山東食品科技.2004,07:31.
[3]徐成勇,郭本恒等.酸奶發酵劑和乳酸菌生物技術育種[J].中國生物工程雜志.2004,(7):27.
關鍵詞:生物技術;基因工程;細胞工程
現代生物技術的迅猛發展,成就非凡,推動著科學的進步,促進著經濟的發展,改變著人類的生活與思維,影響著人類社會的發展進程。現代生物技術的成果越來越廣泛地應用于醫藥、食品、能源、化工、輕工和環境保護等諸多領域。生物技術是21世紀高新技術革命的核心內容,具有巨大的經濟效益及潛在的生產力。專家預測,到2010～2020年,生物技術產業將逐步成為世界經濟體系的支柱產業之一。生物技術是以生命科學為基礎,利用生物機體、生物系統創造新物種,并與工程原理相結合加工生產生物制品的綜合性科學技術。現代生物技術則包括基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程和發酵工程等領域。在我國的食品工業中,生物技術工業化產品占有相當大的比重;近年,酒類和新型發酵產品以及釀造產品的產值占食品工業總產值的17%。現代生物技術在食品發酵領域中有廣闊市場和發展前景,本文主要闡述現代生物技術在食品發酵生產中的應用。
一、基因工程技術在食品發酵生產中的應用
基因工程技術是現代生物技術的核心內容,采用類似工程設計的方法,按照人類的特殊需要將具有遺傳性的目的基因在離體條件下進行剪切、組合、拼接,再將人工重組的基因通過載體導入受體細胞,進行無性繁殖,并使目的基因在受體細胞中高速表達,產生出人類所需要的產品或組建成新的生物類型。
發酵工業的關鍵是優良菌株的獲取,除選用常用的誘變、雜交和原生質體融合等傳統方法外,還可與基因工程結合,進行改造生產菌種。
(一)改良面包酵母菌的性能
面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。將優良酶基因轉入面包酵母菌中后,其含有的麥芽糖透性酶及麥芽糖的含量比普通面包酵母顯著提高,面包加工中產生二氧化碳氣體量提高,應用改良后的酵母菌種可生產出膨潤松軟的面包。
(二)改良釀酒酵母菌的性能
利用基因工程技術培育出新的釀酒酵母菌株,用以改進傳統的釀酒工藝,并使之多樣化。采用基因工程技術將大麥中的淀粉酶基因轉入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉發酵,使生產流程縮短,工序簡化,革新啤酒生產工藝。目前,已成功地選育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜殺啤酒酵母菌株,提高生香物質含量的啤酒酵母菌株。
(三) 改良乳酸菌發酵劑的性能
乳酸菌是一類能代謝產生乳酸,降低發酵產品pH值的一類微生物。乳酸菌基因表達系統分為組成型表達和受控表達兩種類型,其中受控表達系統包括糖誘導系統、Nisin誘導系統、pH 誘導系統和噬菌體衍生系統。相對于乳酸乳球菌和嗜熱鏈球菌而言,德氏乳桿菌的基因研究比較缺乏,但是已經發現質粒pN42和PJBL2用于構建德氏乳桿菌的克隆載體。有研究發現乳酸菌基因突變有2種方法:第一種方法涉及(同源或異源的)可獨立復制的轉座子,第二種方法是依賴于克隆的基因組DNA 片斷和染色體上的同源部位的重組整合而獲得。通過基因工程得到的乳酸菌發酵劑具有優良的發酵性能,產雙乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的穩定形成能力、抗雜菌和病原菌的能力較強。
二、細胞工程技術在食品發酵生產中的應用
細胞工程是生物工程主要組成之一,出現于20世紀70年代末至80 年代初,是在細胞水平上改變細胞的遺傳特性或通過大規模細胞培養以獲得人們所需物質的技術過程。細胞工程主要有細胞培養、細胞融合及細胞代謝物的生產等。細胞融合是在外力(誘導劑或促融劑)作用下,使兩個或兩個以上的異源(種、屬間) 細胞或原生質體相互接觸,從而發生膜融合、胞質融合和核融合并形成雜種細胞的現象。細胞融合技術是一種改良微生物發酵菌種的有效方法,主要用于改良微生物菌種特性、提高目的產物的產量、使菌種獲得新的性狀、合成新產物等。與基因工程技術結合,使對遺傳物質進一步修飾提供了多樣的可能性。例如日本味之素公司應用細胞融合技術使產生氨基酸的短桿菌雜交,獲得比原產量高3倍的賴氨酸產生菌和蘇氨酸高產新菌株。釀酒酵母和糖化酵母的種間雜交,分離子后代中個別菌株具有糖化和發酵的雙重能力。日本國稅廳釀造試驗所用該技術獲得了優良的高性能謝利酵母來釀制西班牙謝利白葡萄酒獲得了成功。目前,微生物細胞融合的對象已擴展到酵母、霉菌、細菌、放線菌等多種微生物的種間以至屬間,不斷培育出用于各種領域的新菌種。
三、酶工程技術在食品發酵生產中的應用
酶是活細胞產生的具有高效催化功能、高度專一性和高度受控性的一類特殊生物催化劑。酶工程是現代生物技術的一個重要組成部分,酶工程又稱酶反應技術,是在一定的生物反應器內,利用生物酶作為催化劑,使某些物質定向轉化的工藝技術,包括酶的研制與生產,酶和細胞或細胞器的固定化技術,酶分子的修飾改造,以及生物傳感器等。酶工程技術在發酵生產中主要用于兩個方面,一是用酶技術處理發酵原料,有利于發酵過程的進行。如啤酒釀制過程,主要原料麥芽的質量欠佳或大麥、大米等輔助原料使用量較大時,會造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纖維素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白質降解不足,從而減慢發酵速度,影響啤酒的風味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制劑,可補充麥芽中酶活力不足的缺陷,提高麥汁的可發酵度和麥汁糖化的組分,縮短糖化時間,減少麥皮中色素、單寧等不良雜質在糖化過程中浸出,從而降低麥汁色澤。二是用酶來處理發酵菌種的代謝產物,縮短發酵過程,促進發酵風味的形成。啤酒中的雙乙酰是影響啤酒風味的主要因素,是判斷啤酒成熟的主要指標。當啤酒中雙乙酰的濃度超過閾值時,就會產生一種不愉快的餿酸味。雙乙酰是由酵母繁殖時生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羥基丁酸氧化脫羧而成的,一般在啤酒發酵后期還原雙乙酰需要約5～10d 的時間。崔進梅等報道,發酵罐中加入α-乙酰乳酸脫羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可縮短發酵周期,減少雙乙酰含量。
四、小結
在食品發酵生產中應用生物技術可以提高發酵劑的性能,縮短發酵周期,豐富發酵制品的種類。不僅提高了產品檔次和附加值,生產出符合不同消費者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工業的發展。隨著生化技術的日益發展,相信會開發出更多物美價廉的發酵制品,使生物加工技術在食品發酵工業中的應用更加廣泛。
參考文獻
[1]趙志華,岳田利等.現代生物技術在乳品工業中的應用研究[J].生物技術通報.2006,04:78-80.
[2]王春榮,王興國等.現代生物技術與食品工業[J].山東食品科技.2004,07:31.
關鍵詞：生物防腐劑，乳酸鏈球菌肽，曲酸，應用，發展趨勢
前言：
在食品工業中，各種食品的防腐保鮮是一個非常重要的問題。據估計，全世界每年約10％～20%的食品由于腐敗而廢棄，造成巨大的資源浪費和經濟損失。過去人們常常利用加入化學防腐劑的方法來延長食品的保藏期，但化學防腐劑添加過量可能會致癌，對人體健康和生態環境都會產生不利的影響。隨著人們生活水平的提高，健康食品、綠色食品越來越受到歡迎。利用安全的、高效的生物防腐劑代替化學防腐劑已成為一種趨勢。
1.目前常用的生物防腐劑及其應用
1.1 溶菌酶類（lytic enzymes）
溶菌酶又稱胞壁質酶或N-乙酰胞質聚糖水解酶，廣泛存在于哺乳動物乳汁、體液、禽類的蛋白及部分植物、微生物體內。溶菌酶是一種堿性球蛋白，易溶于水，不溶于丙酮、乙醚，作用的最適溫度為45~50℃。溶菌酶可分為以下幾類：（1）葡聚糖型：可降解酵母、霉菌細胞壁組成物質葡聚糖，常用于澄清啤酒、酵母、白酒；（2）殼多糖型：分解霉菌細胞壁成分；（3）甘露聚糖型：分解酵母細胞壁。溶菌酶具有較廣的抗菌譜，對革蘭氏陽性菌、真菌具有較好的抑制效果，對革蘭氏陰性菌的抑制作用相對較差。溶菌酶具有分解細菌細胞壁中肽聚糖的特殊作用，溶菌酶水解球菌細胞壁的作用點是N-乙配胞壁酸(NAM)與N-乙酰葡萄糖胺(NAG)之間的糖鍵，重新構成一種多糖。這種多糖是細菌細胞壁的主要成分，它經過溶菌酶的作用后，使細胞因滲透壓不平衡引起破裂，從而導致菌體細胞溶解，起到殺滅作用[2]。溶菌酶是一種無毒蛋白質，能選擇性地分解微生物的細胞壁，抑制微生物的繁殖，作為天然防腐劑用于低度酒、香腸、奶油、糕點、干酪等食品中。有研究表明，添加20mg/kg于低度酒中，可防止產酸菌的生長。
1.2 乳酸鏈球菌肽(Nisin)
Nisin對許多革蘭氏陽性菌，特別是對產孢子的革蘭氏陽性菌有很強的抑制作用，且對人體安全無毒，因此在食品工業中的應用前景看好
Nisin分子的物理化學性質及它的毒理代謝和生理功能不僅使它適合用作食品防腐劑，而且在口腔保健、獸醫和藥用領域具有潛力。以Nisin為主要成分的口腔漱口液能有效的抑制引起口腔疾病的乳酸菌，可以預防牙齒炎。Nisin在醫藥方面可用來治療胃潰瘍，其病原菌為幽門螺桿菌，這種細菌對Nisin的敏感，因此可用來有效地治療胃潰瘍，而且可被消化道中的酶降解，避免對腸道微生物帶來有害的作用和獲得抗藥性的危險。
Nisin在乳品業、釀造業、制藥業等工業中的應用已充分展示了其作為生物防腐劑的作用。我國是乳酸菌資源豐富的國家，但對Nisin的研究還是處于初級階段，這也正是給予生產研發工作者的機遇和挑戰，大力進行乳酸菌素的基礎研究和開發應用，利用當今先進的生物技術（如蛋白質工程、基因工程、細胞工程等）開發新的優良工程菌株。通過對Nisin的性質以及作用機理的進一步研究，加之與食品高新技術的結合，使其作為天然生物防腐劑的應用更加廣泛。
1.3 酸（Kojid acid）
曲酸的發酵和生理生化研究從20世紀30年代開始，但對其研究進展一直比較緩慢。 90年代以來，曲酸的應用研究取得越來越多的成績，特別是發現曲酸能有效抑制多酚氧化酶的活力，可用于化妝品增白因子和果蔬食品防腐保鮮等，因此曲酸產品重新引起人們的興趣。
在應用方面，日本的三省公司已將曲酸大量用于消炎與止痛劑的生產中，國內有廠家利用日本進口曲酸生產頭孢類抗生素。現在國外體系大型的生物技術公司已將曲酸曲霉的應用瞄向有較大使用量的食品添加劑方面，例如防止蝦蟹等外殼變黑，切花保鮮，肉食制品護色等。據報道，日本政府已經批準曲酸與其它有機酸如檸檬酸、抗壞血酸混合用于控制多酚氧化酶所引起的食品酶促褐變，國內一些學者也正在進行曲酸在果蔬保鮮方面的研究。
1.4 納它霉素（Natamycin）
納它霉素（Natamycin）也稱游鏈霉素（Pimaricin），是一種重要的多烯類抗菌素，該抗菌素是一種很強的抗真菌試劑，能有效地抑制酵母菌和霉菌的生長，阻止絲狀真菌中黃曲霉毒素的形成。由于它溶解度低，只能停留在食品表面，因而特別適合用于表面處理，納它霉素不會干擾其它食品組分，也不會帶來異味，可應用于干酪皮、肉制品及焙烤食品表面及飲料、水果、調味醬等。而且，由于納它霉素對細菌沒有作用，因而不會影響干酪和干酪制品的熟化。
1.5 紅曲
紅曲是以大米為主要原料，經紅曲霉(Monascus)發酵而制成的一種紫紅色米曲。紅曲在我國食品及藥物上的應用已有近千年，它是祖國寶貴的科學遺產。紅曲色素對肉毒梭狀芽孢桿菌的營養體細胞壁產生裂痕，使細胞破裂。1600g/Kg的紅曲色素在抑制肉毒梭狀芽孢桿菌上生長能代替110g/kg亞硝酸鈉，用于火腿腸生產的發色工藝中，不僅能達到用亞硝酸鈉制作的顏色，對肉毒梭狀芽孢桿菌還有抑制作用。還有學者就紅曲色素對微生物的抑菌作用進行研究，結果發現紅曲色素對枯草芽胞桿菌、金黃色葡萄球菌具有較強的抑制作用。以上試驗證明紅曲霉在其生長代謝過程中能產生具有廣譜殺菌和抑菌作用的生理活性物質。
1.6 其它
目前已有相關報道的生物防腐劑還有枯草菌素（Subtilin）、泰樂菌素（Tylosin）等，枯草菌素由枯草芽孢桿菌的一些菌株在合適的條件下產生，對革蘭氏陽性菌有較高的抑菌效果，對酸穩定耐熱性強，可耐121℃，30～60min的加熱條件，而且生產比Nisin容易，可以用淀粉作為營養源，有很強的抗不良環境的能力，因此在食品上具有較好的應用前景，但目前在國內尚無生產，也無使用及相關規定。泰樂菌素對革蘭氏陽性菌有強烈的抗菌效果，但在安全性方面還有一定的問題，目前只有用于罐頭食品的報道，但還需進一步的研究。
2.展望
[關鍵詞]固態法；白酒生產；乳酸菌
中圖分類號：Q93-3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）35-0373-01
乳酸菌是我們日常生活中常見的菌群種類，多生長繁殖在厭氧或者是微好氧的微酸性環境中。在生產生活過程中常用的乳酸菌有乳酸桿菌、嗜酸乳桿菌等，并被廣泛的應用在發酵行業中，如酸奶的制作、釀酒業等。
一、固態法白酒生產的概述
固態法白酒生產，主要是充分利用自然界中各種微生物進行發酵的過程，其中乳酸菌在白酒發酵的過程中占據首要的位置，其次是丁酸菌、乙酸菌等，而乳酸菌則是丁酸菌的主要生長碳源。
在白酒發酵的前期，由于溫度較低，多由酵母、好養細菌等菌類產生乳酸，在此過程，乳酸菌得到了迅速生長，并最終繁殖成乳酸菌群，而好氧乳酸菌的數量較多；白酒發酵的中后期是微生物大量繁殖的階段，由于其呼吸較為旺盛，導致白酒發酵過程中的熱量迅速增加，發酵溫度隨之增高，而此時的白酒發酵窖內則處于缺氧的環境中，在這種高溫、缺氧的環境中，大量厭氧式乳酸菌開始大量繁殖，在白酒發酵中占據著舉足輕重的地位。
二、乳酸菌在固態法白酒發酵中應用的必要性
乳酸菌是固態法白酒生產過程中用于發酵的必要物質，其對于白酒發酵具有重要的意義，具體表現如下：
1、是為發酵微生物提供營養的必要物質基礎
發酵是固態法白酒生產過程中重要的生產環節，發酵的好壞、發酵是否充分等都直接決定著白酒的生產質量。因此，在固態法白酒生產的過程中，要尤為重視白酒的發酵過程中。而將乳酸菌應用在固態法白酒發酵的過程中，其可以通過自身正常的新陳代謝活性為發酵過程中的其他微生物提供生產繁殖所必須的氨基酸以及各種維生素，如維生素B等；此外，其亦可以通過促進礦物元素的生物學活性，來為發酵過程中的各種微生物提供更多的營養物質，從而促進發酵過程的正常進行，為白酒生產的質量打下良好的物質性基礎。
2、是形成白酒香味的必要物質基礎
美拉德反應是固態法白酒發酵過程中香味形成的重要化學反應，而經相關試驗證明，將乳酸菌應用在小麥、稻米等谷物的發酵過程中，不僅可以大大提高發酵后的營養價值，亦可以為美拉德反應提供充足的前提物質，促進該反應的發生，從而在發酵過程中形成相應的香味物質。
3、是維持釀酒生產微生態環境的必要物質基礎
在固態法白酒發酵的中后期，由于溫度的大幅度提升以及厭氧環境的形成，易繁殖出大量厭氧乳酸菌，促進發酵過程中的酒醅酸度的迅速攀升，這對于釀酒過程中部分雜菌的生陳代謝活動具有重要的抑制性作用；此外，在乳酸菌正常生陳代謝的過程中，會產生較多的有機酸、過氧化氫等具有抗微生物活性的物質；同時，發酵過程中的很多乳酸菌會產生一些乳鏈菌素、乳酸菌素等細菌素，對于維持和改善固態法白酒發酵過程中的微生態環境具有重要的調節作用，如促進微生態環境的穩定性等。
4、是提高釀酒微生物活性的必要物質基礎
在固態法白酒發酵的過程中，一般都是多種微生物共同生存的，且各種微生物之間都有著較為密切的聯系。因此，在固態法白酒發酵的過程中，通過應用各種乳酸菌，并對嚴格厭氧式的乳酸菌、非嚴格的厭氧式乳酸菌株進行共同培養，營造多種乳酸菌混合生長與繁殖的發酵環境，不僅可以大幅度提升發酵中后期過程中厭氧菌的產量，并提高存活率，亦可以延長固態法白酒發酵過程中各種所需微生物的存活時間，從而起到提高發酵微生物活性的作用，以保證發酵過程的順利進行，為白酒的釀造質量提供堅實的保障。
三、乳酸菌在固態法白酒風味的重要作用
乳酸菌對于保持固態法白酒生產風味的純正性具有重要的作用，具體表現如下：
1、有利于降低白酒的刺激感，提升白酒的醇厚感
乳酸是乳酸菌的重要代謝產物，其對于改善白酒的風味具有重要的作用。乳酸中含有羥基和羧基兩種成分，可以和水分子、乙醇分子結合在一起發生化學反應，形成氫鍵，從而起到減輕白酒刺激感的作用；同時，乳酸通過氫鍵則可以與酒體中的揮發的小分子發生化學反應，并充當大、小分子之間的紐帶和橋梁，從而促使酒體中的大小分子及微量元素形成膠體，并與乳酸微酸、微甜、微澀的口味結合在一起，大大增加了白酒的柔和度以及濃厚感，從而達到提升白酒醇厚感的目的。
2、有利于延長酒體的后味，改善白酒的口味
乳酸乙酯亦是乳酸菌的重要代謝產物，其對于延長酒體的后味具有重要的作用。乳酸乙酯與乙醇、脂類以及水具有較好的相溶性，屬于不揮發的脂類。正是由于乳酸乙酯的不揮發性能使得其大部分留在酒醅或著是酒尾中，起到延長酒體后味的作用，成為白酒風味中延長后味的重要物質。此外，在白酒發酵的過程中，適當的乳酸是增加白酒回甜感的重要物質，亦可以消除白酒中的燥辣感，起到減輕水味、苦味等多種調節作用。
結語
綜上所述可知，乳酸菌是固態法白酒生產中應用的重要物質，其對于營造良好的白酒發酵微生態環境，促進白酒發酵過程的順利進行以及改善白酒的味道具有重要的作用。因此，在固態法白酒生產的過程中，要注重對乳酸菌的應用，并為乳酸菌的應用營造良好的釀造環境，從而促進乳酸菌在白酒發酵過程中的生長和繁殖，維持其正常的生產代謝，以便于其代謝物乳酸、乳酸乙酯等對白酒的口感起到更好的改善作用。
參考文獻
關鍵詞：乳酸菌；發酵乳飲料；風味
一、前言
發酵乳飲料作為一種口感獨特的乳酸菌飲料，以乳、乳制品為原料，經乳酸菌發酵制得的奶液中加入白砂糖、甜味劑、酸味劑、果汁等一種或幾種調配而成的飲料。由于其制作工藝的特殊性，使其既具有乳制品營養成分豐富、易消化吸收、對人體的胃腸功能有促進作用的優點，又具有良好的獨特風味，同時滿足了消費者對食品營養和口感的雙重要求，順理成章地成為了乳制品與飲料市場的寵兒，并且仍然具有廣闊的發展前景。
二、食品風味形成的原理分析
食品中通常含有多種易揮發物質，當這些物質揮發時，便產生了我們通常所說的氣味。[1]然而，我們至今仍然沒能徹底搞清形成這類物質的具體反應與途徑。眾多途徑共同作用從而決定了食品的風味，其中生物合成、高溫分解、氧化分解與促酶作用是典型代表。
三、發酵乳飲品風味形成的原理分析
發酵乳飲品原料中含有的風味物質，發酵過程中原料中的某些物質經微生物代謝而生成的風味成分，以及加工流程各環節中發生反應所產生的物質共同作用，形成了我們所聞到的發酵乳飲料的氣味。發酵作為生產發酵乳飲品中最為重要的一道工序，其對所用微生物的選取極為嚴格，除了乳酸菌之外，霉菌與酵母菌也是常用的微生物。對發酵乳飲品風味影響最為明顯的微生物是乳酸菌。乳酸菌種類眾多，主要有嗜熱鏈球菌、乳酯鏈球菌、保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌等，其中嗜熱鏈球菌與保加利亞桿菌經常被一起作為混合發酵劑使用。
1.乳脂肪源風味物質的形成
對發酵乳飲品風味而言，乳脂肪就如同一把雙刃劍，既是重要的風味物質前體，也能形成異味。通過水解作用，乳脂肪便可產生多種風味物質；而某些新生成的風味物質又能再次發生反應形成另外的風味物質。干酪對發酵乳飲品風味的影響十分重大，其主要的風味物質是甲基酮和內酯，前者通過?-氧化生成，后者則是在干酪成熟的過程中通過酯化、酯交等途徑生成，重要的發酵劑保加利亞桿菌也是從干酪中分離出來的，且能與其它微生物繼續酯化。[3]通過大量研究發現，盡管能夠產生風味物質的途徑與反應眾多，但是絕大多數的反應都依賴于酶的催化，因此，發酵劑對發酵乳制品風味的影響是決定性的。
2.乳糖及檸檬酸源風味物質的形成
乳糖及檸檬酸由乳酸菌代謝而來，代謝作用又是形成乳糖和檸檬酸風味物質的主要途徑；一定情況下，乳糖和檸檬酸還能夠一起發生代謝，此時檸檬酸又刺激著乳糖的消耗。在大多數反應中檸檬酸起著催化反應發生的作用，但卻不能作為反應能量的來源。在研究糖的代謝時，引入了核磁共振光譜的方法且取得了巨大成功，此技術已經成為研究乳酸菌糖類代謝的有效方法。
3.氨基酸源風味物質的形成
氨基酸是由乳酸乳球菌通過轉氨作用和轉氨酶催化作用而產生的。其中，精氨酸可被乳酸乳球菌亞種與發酵乳桿菌代謝，而絲氨酸能被同型的類干酪乳桿菌亞種代謝。氨基酸源風味物質的主要味道有麥芽味、水果味和黃油風味等。
四、乳酸菌調控和影響風味形成的途徑
1.乳酸菌發酵條件的改善
（1）采用不同的乳酸菌，不同的乳酸菌組合，甚至是不同比例的同種乳酸菌組合進行發酵時，都會產生不同的代謝物。因此這些因素都會影響發酵的效果，進而影響發酵乳飲品風味的形成。為了更好地通過乳酸菌調控發酵乳飲品風味，甚至開發出更多風味的產品，就必須在發酵時，嚴格選擇乳酸菌，精確控制所用菌種和菌體的量，從而達到調控發酵乳飲品風味的目的。
（2）對于不同菌種、菌體或是他們的不同組合而言，最適宜的發酵溫度也不相同；同時，發酵時間的長短，發酵溫度的高低，以及發酵環境的PH值和是否存在氧氣等都會影響到發酵的程度，也會造成發酵乳飲品風味的變化。通過調節乳酸菌發酵環境的溫度和酸堿度，制定合理的發酵時間均可使得發酵乳飲品的風味多種多樣，從而適應不同消費者的需要。
（3）除了菌種、菌體和發酵環境的不同以外，發酵前對于乳酸菌的處理手段與凈化流程同樣影響著發酵乳飲品的風味。例如是否對乳酸菌進行凈化脫氣，加熱殺菌并使其均勻混合等操作，都會嚴重影響后續的發酵過程，最終導致發酵乳飲品風味的千差萬別。凈化脫氣與加熱殺菌能夠脫去乳酸菌中含有異味的氣體，除去不利于乳酸菌發酵過程的各種微生物，從而達到改善風味和提高口感的目的；使乳酸菌均勻分布則有利于保證發酵過程的同步進行，避免出現局部發酵程度過高，局部發酵程度不夠的現象，防止所生產的發酵乳飲品風味出現偏差。
（4）影響乳酸菌發酵效果與程度的條件眾多，不同發酵效果或不同發酵程度則會造成發酵乳飲料口味的千差萬別。為了更好地通過改善乳酸菌發酵條件來調控發酵乳飲料的口味，不僅僅需要了解控制乳酸菌發酵程度的途徑，還需要掌握發酵程度對于發酵乳飲料口味的影響程度，以確保在生產發酵乳飲料口味過程中能夠及時實施有效調控。
（5）由于通過改善乳酸菌發酵條件調控發酵乳飲料口味與食品質量安全息息相關，因此在實際用于大規模生產前務必進行足夠的實驗，確保所采用的新工藝技術對發酵乳飲料質量沒有不良影響，更不會對人體健康不利。此外，通過改善乳酸菌發酵條件調控發酵乳飲料口味的技術比較復雜，不易掌握。為了有效避免在乳酸菌飲料的生產過程中發生沒有預期到，甚至無法控制的突況，也需要增加實驗次數，以取得較為可靠的全面的數據，使得對調控技術的掌握更加深入，更能保證對發酵乳飲料口味的調控效果。
2.推行基因工程
乳酸菌具有維持腸道菌群平衡，增加人體免疫力，促進人體對營養物質的吸收，延緩人體衰老以及抗癌等多方面的作用。目前常用于發酵乳飲品生產的乳酸菌主要有保加利亞桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌以及乳鏈球菌，這些都是在長期實際應用中得到好評的菌種，具有豐富的營養價值和極高的可靠性。近年來隨著基因工程的火爆，業界萌發了利用基因技術培養新菌種，并以此研制具有新風味的發酵乳飲品的想法，目前此想法已經被投入了實際應用。業界對于雙乙酰基因調控的研究已取得了突破性的進展，實驗表明雙乙酰基因可增強丙酮酸向α-乙酰乳酸代謝支路，失活α-乙酰乳酸脫羧酶以便切斷α-乙酰乳酸至乙偶姻的代謝支路和抑制雙乙酰還原酶的活性，以及這些策略的綜合。[1]盡管基因工程對于調控和改善發酵乳飲品風味具有積極的作用，但是仍然要謹慎對待在發酵乳飲品制造過程中引入新菌種的問題，畢竟食品安全是關系著千家萬戶的大事，來不得半點馬虎。只有通過大量實驗證明對人體健康無害的新菌種，才能被用于發酵乳飲品的生產，從而改善產品風味。
五、結語
（1）所用乳酸菌菌種的不同，菌株的不同，配比的不同，發酵溫度的不同，發酵時間長短不同等都會影響發酵乳飲料的風味。
（2）應該不斷深入研究乳酸菌對發酵乳制品風味形成的影響，開發新產品以吸引消費者目光，大力開拓市場。
（3）盡可能做到對發酵乳制品風味和營養的兼顧，以全面滿足消費者對食品的要求。
（4）可探索利用各種前沿科學和先進技術，例如基因工程等，來改善發酵乳飲品的風味，但切記保證產品質量安全。
（5）依靠乳酸菌發酵控制乳飲料的風味口感是一項技術性極強的工作，相關企業廠商需要配用、培養專業人員從事此項工作，才能保證產品風味的調控效果。
參考文獻：
[1]李良，馬鶯.乳酸菌對發酵乳制品風味形成的影響[j].中國乳品工業.2012
關鍵詞：假腸膜明串珠菌（Pseudomesenteroides leuconostoc）；生長特性；D-乳酸
中圖分類號：Q935 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）05-1239-03
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.05.038
Analysis of Growth Characteristic of Pseudomesenteroides
leuconostoc Strain Producing D-lactic Acid
WANG Gang1，LIU Juan1，CHEN Guang1，GUO Ming-zhu2
（1.School of life Science，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China； 2.Changchun Vocational Institute of Technology，
Changchun 130118，China）
Abstract： The growth characteristic of Pseudomesenteroides leuconostoc strain was analysed under the different culture conditions. The results indicated that the optimum temperatue and pH were 35 ℃ and 6.5， respectively. The optimal fermentation conditions of D-lactic acid which produced by Pseudomesenteroides leuconostoc were 4% initial concentration of glucose，6% inoculation volume，35 ℃ cultural temperature.
Key words： Pseudomesenteroides leuconostoc； growth characteristic； D-lactic acid
乳酸菌是一類產乳酸的革蘭氏陽性細菌的總稱[1]，是對人體具有保健功能的微生態類益生菌。乳酸菌可改善食品風味，提高食品的營養價值、保藏性和附加值[2]。近年來，乳酸菌的生理活性和營養功能正日益引起人們的重視[3]，其中腸膜明串珠菌廣泛存在于各種泡菜、牛奶、葡萄和蔬菜中的異型乳酸發酵細菌[4]。假腸膜明串珠菌又稱風味菌、香氣菌和產香菌[5]，具有改善人體腸道環境、抑制某些病原菌等功能[6-8]，但隨著細菌的耐藥性問題的不斷凸顯，食品中乳酸菌的耐藥性問題也開始不斷被報道[9-12]。
本試驗所研究的假腸膜明串珠菌（Pseudomesenteroides leuconostoc）為革蘭氏陽性菌，可高效發酵葡萄糖產D（-）乳酸，低濃度的乙醇不抑制其生長。由于其對生長環境、營養條件要求比較嚴格，不容易培養，給后續生產應用帶來困難。因此，本試驗研究了假腸膜明串珠菌在不同條件的生長情況，從而篩選出適合其生長的最佳環境，為后續產D（-）乳酸條件摸索、菌種保藏和生產應用提供參考。
1 材料與方法
1.1 材料
試驗菌株：假腸膜明串珠菌，購自中國工業微生物菌種保藏中心。
MRS培養基：1%蛋白胨、1%牛肉膏、1%酵母膏、2%葡萄糖、0.2%磷酸氫二鉀、0.5%乙酸鈉、0.2%檸檬酸三銨、0.058%硫酸鎂（MgSO4?7H2O）、0.025%硫酸錳（MnSO4?4H2O）、100 mL水，pH 6.2～6.4。
MRS液體-CaCO3培養基：MRS培養基中添加8%碳酸鈣。
1.2 方法
1.2.1 不同溫度下生長曲線的測定 以6%的接種量接種假腸膜明串珠菌于MRS液體培養基中，分別于15、25、35、45 ℃下搖瓶培養0、4、8、12、16、20、24、28、32、36、40 h，于600 nm波長下測定其OD值。
1.2.2 pH對假腸膜明串珠菌生長的影響 以6%的接種量接種假腸膜明串珠菌于pH 4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0的MRS液體-CaCO3培養基中，于600 nm波長下測其定OD值。
1.2.3 產酸量單因素試驗
1）接種量對產酸量的影響。分別以2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%的接種量，將假腸膜明串珠菌接種至MRS液體-CaCO3培養基，采用EDTA定鈣法測定不同接種量的產酸量。
2）初始葡萄糖濃度對產酸量的影響。初始葡萄糖濃度分別調整為2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%，采用EDTA定鈣法測定不同初始葡萄糖濃度對假腸膜明串珠菌產酸量的影響。
3）溫度對產酸量的影響。按6%的接種量接種于MRS液體-CaCO3培養基中，分別于15、25、35、45 ℃培養箱中靜止培養，采用EDTA定鈣法測定不同溫度對假腸膜明串珠菌產酸的影響。
1.2.4 不同溫度條件下培養基中還原糖的剩余量 配制不同濃度的葡萄糖標準溶液，于540 nm波長下測定其吸光度，繪制葡萄糖標準曲線，得到的方程為y=0.539 3x，R2=0.999 5。
取不同溫度下的發酵液適量，5 000 r/min離心10 min，取上清液0.5 mL于50 mL容量瓶中定容。再取上述液體2 mL于25 mL刻度試管中，加入DNS試劑1.5 mL沸水浴5 min，冷水冷卻后定容至25 mL并搖勻。以空白對照在540 nm波長下測定吸光度，從標準曲線上查得葡萄糖的值。
2 結果與分析
2.1 溫度對假腸膜明串珠菌生長的影響
圖1為假腸膜明串珠菌在不同溫度下的生長情況。由圖1可以看出，假腸膜明串珠菌在15、25、35 ℃條件下，活菌數增長趨勢基本一致。但15、25 ℃下，該菌株生長周期較長，菌株進入對數期、穩定期的時間較晚，不適合工業發酵使用。45 ℃條件下，菌株繁殖速度減慢，因此假腸膜明串珠菌的最適生長溫度為35 ℃。
2.2 pH對假腸膜明串珠菌生長的影響
圖2為假腸膜明串珠菌在不同pH條件下的生長情況。由圖2可以看出，pH 4.0、4.5、5.0條件下明顯抑制了假腸膜明串珠菌的生長。pH 5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0條件下菌體的生長狀況良好，其中pH 6.5條件下假腸膜明串珠菌到達穩定期的時間較短，而且穩定期時間持續較長，因此，假腸膜明串珠菌生長的最適pH為6.5。
2.3 產酸量單因素試驗
2.3.1 接種量對產酸量的影響 圖3是接種量對假腸膜明串珠菌產酸量的影響。由圖3可以看出，當接種量為4%、6%、8%時假腸膜明串珠菌產酸量相對較高。接種量為2%時產酸量較低，可能的原因是菌種數量未達到產酸的要求。當接種量分別為10%、12%、14%時，產酸量沒有隨之增加，可能是培養基中消耗了大量的糖用于長菌，而不是產酸。綜合考慮，6%的接種量為假腸膜明串珠菌產酸最適接種量。
2.3.2 初始葡萄糖濃度對產酸量的影響 圖4是初始葡萄糖濃度對假腸膜明串珠菌產酸量的影響。由圖4可以看出，4%的初始葡萄糖濃度為假腸膜明串珠菌最適產酸濃度。葡萄糖為菌體生長和產酸的碳源來源，當含量低時產酸量低，而葡萄糖濃度過高，會增加溶液的滲透壓，對菌體的生長產生抑制作用，不利于菌體產酸。因此，選擇4%的初始葡萄糖濃度，通過流加的辦法，有助于產酸。
2.3.3 溫度對假腸膜明串珠菌產酸量的影響 圖5是溫度對假腸膜明串珠菌產酸量的影響。由圖5可以看出，溫度過高或過低都不利于菌株產酸。25 ℃條件下較35 ℃條件下假腸膜明串珠菌提前產酸，可能因為適當溫度有助于誘導菌株次級代謝產酸，然而卻不利于菌株數量上的繁殖，所以產酸量較35 ℃低。結果表明，菌體生長期可以適當提高溫度，發酵產酸期可以適當降低溫度，有助于菌株發酵代謝產酸。
2.4 耗糖間的關系
根據糖標準曲線繪制出不同溫度條件下假腸膜明串珠菌培養基中還原糖的剩余量，如圖6所示。由圖6可以看出，15～35 ℃之間，溫度與假腸膜明串珠菌培養基中還原糖剩余量成正比，當溫度升高至45 ℃，菌體生長利用的葡萄糖較少。25 ℃培養條件下，反應起始階段對還原糖的利用較35 ℃培養條件下高，但25 ℃的培養條件不利于菌株的繁殖，35 ℃培養條件下菌株對還原糖的利用速率較快。
3 小結
對假腸膜明串珠菌在不同條件下的生長特性進行了研究，結果表明假腸膜明串珠菌最適生長溫度為35 ℃，最適pH為6.5。4%初始葡萄糖濃度，6%的接種量，35 ℃有助于假腸膜明串珠菌發酵產酸，35 ℃耗糖速度最快。
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關鍵詞：亞硝酸鹽；亞硝酸鹽替代物；亞硝胺；發色；抑菌
Abstract： In meat production， nitrite is often applied as a color fixative， antioxidant， unique flavor agent and preservative. When it accumulates to a certain level， nitrite can react with amines as protein degradation products under appropriate conditions to produce carcinogenic nitrosamines. Once they accumulate in the body， carcinogenic nitrosamines will cause serious harm to the human body. Researchers are always looking for nitrite substitutes for the purpose of reducing the use of nitrite in meat products. This article reviews the functions and harms of nitrite added in meat products， and the development of nitrite substitutes.
Key words： nitrite； nitrite substitutes； nitrosamine； color fixative； antibacterial
DOI：10.15922/ki.rlyj.2016.10.009
中圖分類號：TS251.5 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2016）10-0045-04
引文格式：
張素燕， 高愛武. 肉制品中亞硝酸鹽替代物應用研究進展[J]. 肉類研究， 2016， 30（10）： 45-48. DOI：10.15922/ki.rlyj.2016.10.009. http：//
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亞硝酸鹽的化學性質很不穩定，可以與各種胺類反應生成亞硝胺，亞硝胺是一種相對分子質量較小、生物半衰期為24 h的強氧化劑[1]。在肉制品的加工過程中，亞硝酸鹽是一種非常重要的成分，可以起到使肉制品呈現穩定的紅色、抑制脂質氧化、呈現腌肉特有風味、抑制肉毒梭菌和金黃色葡萄球菌生長的作用。然而，在亞硝酸鹽的使用過程中，使用量以及殘留量超標問題一直是世界各國食品安全關注的焦點之一。亞硝酸鹽在肉制品中若添加過量，在熱處理加工時，容易生成亞硝基二甲 胺和亞硝基吡咯烷等物質，它們會對人體產生致癌、致突變、致畸作用，危害人們的生命健康[2]。因此，在肉制品加工過程中，必須嚴格控制添加亞硝酸鹽的劑量，并在實踐中尋找亞硝酸鹽的替代物，以期達到減少亞硝酸鹽使用量的目的。
1 亞硝酸鹽的作用與危害
1.1 亞硝酸鹽的作用
肉制品加工過程中，加入的亞硝酸鹽在弱酸條件下生成非常不穩定的亞硝酸，亞硝酸與還原性物質作用生成一氧化氮。生成的一氧化氮與還原狀態的肌紅蛋白發生反應，能生成使肉制品呈現出穩定紅色的亞硝基肌紅蛋白。
肉制品的脂質氧化是指肉和肉制品在加工和貯存過程中，脂類物質在光、氧氣、溫度、微生物等因素的作下，發生氧化反應，產生不良風味，降低肉制品食用品質，甚至會生成有毒、有害物質[3]。這種不良風味就是平時所說的“過煮味”，為防止這種現象的發生，可以在肉制品中添加亞硝酸鈉。研究證明，在肉制品中添加亞硝酸鹽能夠抑制脂質的自動氧化，改善肉制品的品質[4]。
肉制品中添加亞硝酸鈉后，可以有效地抑制羰基化合物的生成，從而大大減弱由于脂肪自動氧化生成的脂肪氧化味。另外，亞硝酸鈉添加到肉制品中，會產生典型的腌肉風味。研究表明，肉制品的腌肉風味是由許多化合物累加效果所產生的復合感覺[5]。
在肉制品中添加亞硝酸鹽具有抑菌作用，其抑菌作用的強弱與一定范圍的使用量呈現正相關，且只有游離的亞硝酸鹽具有抑菌效果[6]。肉毒梭狀芽孢桿菌是在常溫、低酸和厭氧條件下生長的一種的革蘭氏陽性細菌，低溫存放過程中，真空包裝的肉制品也容易造成肉毒梭菌的生長繁殖，并產生肉毒毒素。肉毒毒素是一種毒性極強，對人的神經具有很強麻痹作用的毒素之一，硝酸鹽和亞硝酸鹽作為添加劑能夠抑制肉毒梭菌的生長和繁殖，從而減少肉毒毒素的生成。有關研究指出[7]，亞硝酸鹽抑制細菌的作用機理可能是：通過抑制細菌相關DNA以及基因的表達，達到抑制細菌細胞壁和細胞膜形成的目的；抑制蛋白質代謝與能量代謝。有研究[8]表明，飲食中的硝酸鹽和亞硝酸鹽轉化為一氧化氮后，對人們心血管疾病能夠起到有益作用，有一定降低血壓的效果。
1.2 亞硝酸鹽的危害
亞硝酸鹽中含有的亞硝酸根離子具有很強的氧化性，當人體攝入過量的亞硝酸鹽時，人體內正常血紅蛋白含有的Fe2+離子就會被氧化成Fe3+，使血液失去攜帶氧的能力，氧合血紅蛋白變成高鐵血紅蛋白，由此可能會引發高鐵血紅蛋白癥，使人體出現缺氧癥狀，嚴重時可能危及人們的生命安全[9]。
當人體內同時存在亞硝酸鹽與胺類或酰胺類等物質時，它們很容易發生化合反應，生成亞硝基化合物，該物質對人體有強致癌作用[10]。在人體胃的酸性環境里，亞硝酸鹽也可以轉化為亞硝胺。在人們日常生活中，存在于人體內的絕大部分亞硝酸鹽會隨著尿液排出體外，只是在特定的溫度、微生物和酸堿度條件下才會轉化成亞硝胺。N-亞硝基吡咯烷和N-亞硝基二甲胺是對人體毒性較大的N-亞硝胺化合物[11-12]。亞硝胺引起動物多種組織和器官發生癌變的機理，一般認為是RNA和DNA的鳥嘌呤發生了甲基化、核酸發生烷基化而產生的[13]。一次多量或者長期攝入都會引起癌癥，特別是胃癌。在酸性溶液或紫外線照射條件下，亞硝酸鹽比較容易發生水解、氧化及轉為亞甲基等反應，顯現出致癌活性；中性或堿性條件下表現出比較穩定的性質[14]。N-亞硝基化合物可以在食道、氣管、皮膚、腸、腎、腦、神經等引起腫瘤，目前為止，還沒有發現對其致癌性有抵抗作用的動物[15]。弱酸性條件下，亞硝酸鹽和二級胺發生亞硝化反應生成亞硝胺，因此要達到阻斷亞硝胺合成的目的，可以通過減少亞硝酸鹽或二級胺的含量[16]。
在肉制品的生產過程中，不能忽視亞硝酸鹽的作用，同時，也要致力于減少亞硝酸鹽的使用量，從而減少亞硝酸鹽的危害。在生產腌臘肉制品過程中，如果不添加硝酸鹽或亞硝酸鹽，生產得到的肉制品就不具有腌臘肉制品特有的風味、色澤等品質，尤其是不能抑制肉毒梭狀芽孢桿菌的生長繁殖，產生肉毒毒素，將會對人體造成更大的危害。現在越來越多的研究者都在朝著肉制品中減少亞硝酸鹽添加量的方向而不斷努力，以期望得到不直接添加或亞硝酸鹽添加量最少的前提下，保持肉制品的原有特性[17]。
2 亞硝酸鹽常用替代物
為保證人們的健康，使人們更加放心地食用肉制品，人們一直在不斷尋找亞硝酸鹽替代品，研究降低亞硝酸鹽的使用量，減少其在肉制品中的殘留量等問題。研究者們對亞硝酸鹽替代物進行不斷研究，生產上已經應用的亞硝酸鹽替代物主要包括：發色劑（甜菜紅、蛋黃粉、紅曲色素、氨基酸、抗壞血酸等）；抗氧化劑（竹葉抗氧化物、茶多酚等）；抑菌劑（山梨酸鉀、乳酸菌、乳酸鏈球菌素等）；亞硝胺生成阻斷劑（煙酰胺、姜蒜汁、α-生育酚等）[18]。現在，還沒有發現可以完全替代亞硝酸鹽的物質，因此亞硝酸鹽在肉制品生產過程中仍是廣泛使用的腌制劑[19]。
2.1 紅曲色素
紅曲色素是由絲狀真菌――紅曲霉菌經過發酵產生的次級代謝產物，是一種天然色素。這種色素是一類具有相似分子結構以及化學性質類似的物質形成的混合物，主要在細胞結合的狀態下產生[20]。動物性實驗表明，在食用紅曲色素及其制品的食物后，沒有出現急、慢性中毒現象，也無致突變作用，另外還具有保鮮、防腐、抗突變、降低血脂等生理活性[21]。紅曲色素的著色原理是直接將肉制品染成肉紅色，而亞硝酸鹽的著色原理是與肉制品中的肌紅蛋白結合而染色[22]。這2 種方法都能抑制有害微生物的生長，延長食品的保質期，并賦予肉制品特有的“肉紅色”以及風味，但從健康的角度出發，紅曲色素的應用安全性更高[23]。Chi等[24]用正己烷提取紅曲色素，實驗發現紅曲色素對1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-dphenyl-2-picrylhydrazyl radical 2，2-diphenyl-1-（2，4，6-trinitrophenyl）hydrazyl，DPPH）自由基的清除能力較強。Akihisa等[25]發現色素Xanthomonasins A、B組分對一氧化氮自由基（NO?）具有較強的清除能力。
現在人們雖然對紅曲色素的研究已經取得較大進展，但仍存在其相關產品的質量不均一、衛生指標和真菌毒素桔霉素含量超標、存在成分不明確等問題[26]。紅曲色素作為著色劑用于肉制品中時，因肉制品的包裝大部分不具有遮光效果，由于紅曲色素對光的不穩定性，即使是在自然光照射的條件下，紅曲色素的色階也會顯著下降[27]，導致肉制品出現褪色現象，這一特性使得紅曲色素在肉制品中的使用受到了極大地限制。因此，在以后的工業生產過程中，應著重對以上在食品應用中出現的問題進行解決。
2.2 乳酸菌
乳酸菌是一類無芽孢、革蘭氏陽性細菌的總稱，可以利用可發酵碳水化合物產生大量乳酸，在自然界中的分布極其廣泛，具有豐富的物種多樣性。近年來，乳酸菌在食品各方面的應用越來越廣泛。許多研究學者發現，許多乳酸菌能將高鐵肌紅蛋白轉化為亞硝基肌紅蛋白。Arihara等[28]實驗發現，將發酵乳桿菌JCM1173培養于MRS（de Mann-Rogosa-Sharp）液體培養基中，高鐵肌紅蛋白由棕色轉化為亮紅色，測得亮紅色物質為肌紅蛋白的衍生物。Morita等[29]通過同位素標記實驗發現，用于實驗的10 株發酵乳桿菌可以將高鐵肌紅蛋白轉化為亞硝基肌紅蛋白，并產生NO。Gündogdu等[30]經研究發現，從植物飼料中分離出的5 株植物乳桿菌都能夠產生NO，并將MRS瓊脂中含有的高鐵肌紅蛋白轉化為紅色的亞硝基肌紅蛋白。
乳酸菌在發酵過程中會產生一些特殊酶系，如控制內毒素的酶系、分解脂肪酸的酶系、分解亞硝胺的酶系、分解有機酸的酶系[31]。在肉制品的加工過程中添加乳酸菌等微生物，可以有效地提高肉制品的色澤和風味，減少亞硝胺的生成，并且降低亞硝酸鹽殘留量。乳酸菌在發酵過程中產生的亞硝酸鹽還原酶，能夠將亞硝酸鹽分解為NO，減少腌臘制品中亞硝酸鹽的殘留量，使食品更加安全[32]。焦興弘等[33]實驗發現，將0.3 g/kg乳酸菌加入香腸中，能夠抑制肉制品中大多數革蘭氏陽性細菌的生長，達到提高肉制品質量的目的，而且其色、香、味沒有太大的影響。李春等[34]通過研究乳酸菌對亞硝酸鹽降解的作用機理，發現亞硝酸鹽在酸性條件下比較容易降解，尤其是在pH值小于6時，亞硝酸鹽能夠大量降解。乳桿菌可能成為肉制品生產中亞硝酸鹽的替代品，但在實際生產中，將乳桿菌和少量亞硝酸鹽的搭配一起使用，其復合效果可能更具有效力[35]。
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