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“五三”原理比較簡析——食品釀造微生態與人體消化道微生態規律性研究

摘　要：食品釀造普遍存在著“固－液－氣的相變、菌種到種群到群落的生態演替、物系－菌系－酶系的相互關聯、好氧→微氧→厭氧的代謝過程、體系溫度前緩→中挺→后緩落有序變化”等“五法則三層次”規律，人體消化道內的食品發酵也存在著類似的規律性。通過比較分析，可深化人體消化道微生態規律性研究，同時，人體消化道微生態平衡理論可為深入研究食品釀造微生態自愈力提供科學參考。

關鍵詞：微生態；規律性

　　生態釀酒（造）指保護與建設適宜釀酒（造）微生物生長、繁殖的生態環境，以安全、健康、優質、高產、低耗為目標，最終實現資源的最大利用和循環使用。而食品釀造采用自然環境下的微生物發酵方式，通過對微生物發酵環境中的物質形態變化、微生物生長繁殖過程、微生物生長的底物環境與相應產生的酶系、發酵過程中的氧變和溫度變化規律等總結分析，發現食品釀造普遍存在著“固－液－氣三相變化、菌種到種群到群落的生態演替、物系－菌系－酶系相互關聯、好氧→微氧→厭氧的代謝過程、體系溫度前緩→中挺→后緩落有序變化”等“五法則三層次”規律（以下簡稱“五三”原理）。而其微生態（微生物在微小或特定的環境下生存和發展的狀態，也指微生物的生理特性和生活習性，下同）環境一方面表現出促進有益微生物的生長、繁殖、代謝，生產出安全、健康、優質、高產、低耗的產品，同時抑制有害微生物的生長；另一方面通過優化微生物系統實現發酵“宿主”（如釀酒窖池等發酵容器）的微生態平衡，促進宿主的安全健康成長（如窖池的漸進老熟）；同時，對人體的食品消化過程進行分析，發現了在人體吃入食品后，通過消化道內的微生物群和宿主產生的酶對食物進行分解消化，形成可被吸收利用的養分供宿主吸收。整個過程伴隨微生物對食品的發酵利用，也表現出了食品形態變化、物系與菌系酶系共存、菌系定位分布和定性定量特征、氧化還原電勢遞變、溫度控制等與食品釀造“五三”原理相類似的規律性。同時，通過優化消化道發酵環境促進正常微生物的生長、繁殖、代謝，確保人體所需營養物質的安全、健康，并抑制有害菌的生長，維持人體消化道微生態的平衡，保證人體的安全、健康。現就食品釀造微生態和人體消化道微生態中的“五三”原理簡析如下：

　　1 食品釀造微生態“五三”原理

　　中國的食品釀造多采用固態發酵方式，利用微生物發酵的傳統工藝技術生產產品。通過對微觀環境的過程進行大量生產驗證，總結出多菌種固態發酵過程中廣泛存在“五三”原理，體現為五法則三層次。

　　①固態發酵過程中固－液－氣三相協同作用，三相的比例及轉化程度直接影響到發酵質量；

　　②各類微生物在發酵過程中，經歷從菌種到種群再到群落的生態演替過程；

　　③微生物所處環境中的物系－菌系－酶系相互影響、相互關聯，處于一種不斷變化的動態平衡中；

　　④自然封閉狀態下，整個微生物體系要經歷從好氧→微氧→厭氧的代謝環境；

　　⑤體系溫度變化總會表現出前緩→中挺→后緩落的共同特征。縱觀封閉系統的固態發酵過程，不管生產工藝如何改變，其實質都是在遵循“五三”原理（規律）的前提下，通過人為控制微生物生長代謝的外界條件，以及增減或改變微生物種類和數量的方式，促進有益微生物的生長、繁殖、代謝，生產出安全、健康、優質、高產、低耗的產品，同時抑制有害微生物的生長，優化發酵過程，實現發酵微生態功能性物質、能量、信息的有效傳遞，保證釀造微生態系統平衡和宿主的安全、健康。

　　1.1 固相－液相－氣相三相關系及變化規律

　　任何一個固態發酵過程，都離不開固－液－氣三個相態，且三種相態在特定條件下會發生一定程度轉化，它的轉化速度和幅度，會直接影響到產品數量和質量。研究三相比例及變化，對食品釀造的工藝創新具有現實指導意義。下面以固態白酒發酵為例簡述固－液－氣三相變化規律。

　　1.1.1 固相－微生物營養、體系物料主體及發酵宿主

　　固態白酒發酵過程中所使用的各種谷物糧食、曲粉、稻殼和續糟等固形顆粒以及發酵容器（如窖池等），都屬于固相范疇。

　　首先是提供營養源。微生物在持續生長繁殖代謝過程中，不僅需要C源、N源，而且需要能量、水分、空氣等。固相物料中不同種類有機原料均含有豐富的營養物質。原料中的蛋白質，可提供微生物生長繁殖所需要的氮源；灰分中的P、Mg、K、S、Ca等，是構成細胞和輔酶的重要成分，并起到調節細胞滲透壓作用；碳水化合物是發酵的基礎物料；固態白酒發酵后續糟中有大量熟淀粉和殘糖，可供微生物直接利用。

　　其次是發酵載體。在固態發酵中，物料液態物質被吸收到固體顆粒內部，在進入封閉體系后，較長時間內會處于相對靜止狀態，微生物需從顆粒上吸收營養，并依附在顆粒表面進行繁殖、發酵，其代謝產物也附著在固體物料表面。這使物料的固體物質成為了發酵的載體。

　　其三是提供了發酵場所，在固態白酒發酵過程中，酵母、霉菌等微生物伴隨物料、空氣、生產用具等進入發酵容器，參與發酵過程，進入發酵后期，隨著生物環境酸度增加、厭氧等變化，酵母、霉菌等好氧和兼性厭氧性微生物逐漸衰亡或自溶，外源性生物因子功能逐漸弱化，而發酵“宿主”（發酵容器）中的內源性功能微生物（如梭狀芽苞桿菌等）成了優勢菌群，其代謝產生的酯化酶促進了產品中香味有機成分的合成。

　　1.1.2 液相－發酵場所、微生物營養載體及發酵“宿主”營養源

　　液相調節發酵微環境。在多菌種復合作用下，固態原料不斷消耗，新物質持續生成，微環境的溫度、濕度、酸度、糖濃度、酒精度、滲透壓等會在短時間內發生較大幅度波動。發酵過程中淀粉被微生物轉化為熱能、酸、醇、酯等新物質。如果沒有液態水，或者水分不足，熱量不能及時散發和傳遞，溫度急劇上升出現“干燒”，對微生物生理結構形成破壞；伴隨代謝產物越積越多，微環境滲透壓快速增加，部分微生物不再適應高酸、濃糖環境，生長代謝必定受到抑制。無論物料表面游離水，還是新陳代謝產生的液態水，都可對各類水溶性物質進行溶解稀釋，并使其伴隨著水分緩慢流動而逐漸轉移，以促進發酵平衡。

　　液相與氣態物質傳輸采用液－氣雙膜傳遞方式進行。酵母菌等微生物所耗用的氧氣屬于溶解氧，即氧氣從氣相主體傳遞到糟醅顆粒間空隙，通過糟醅顆粒表面的氣膜擴張，穿過氣－液界面到達液膜，被顆粒表面液膜中酵母菌所利用。所以，在固態白酒發酵中從原料到產物的整個過程，一直有液態游離水存在。固相物料提供載體和源源不斷的營養物，液相則有助于營養、能量的傳送，并保證發酵微環境處于相對穩定的平衡狀態。

　　液相包含了大量有機酸、酯、醇類等有機物質，在發酵過程中，不斷為發酵功能微生物提供營養（如窖池缺水會造成窖泥板結老化等現象），維持了宿主微生態的平衡，保證了宿主健康。

　　1.1.3 氣相－發酵環境信息反饋與調節

　　不管是液態還是固態發酵，只要有通風降溫，或者相關工序裸露在空氣中實行開放操作，就不可能避免氣態物質與該發酵過程產生關聯作用。氣相的形成，來源于物料本身顆粒結構，以及發酵形成的氣態產物，比如CO2、CH4等。氣相既可為發酵過程提供氧氣、菌種，也可為后期發酵形成厭氧條件，既可實現能量傳遞，使微環境處于相對恒定狀態，還會反饋發酵性狀。

　　氣相調節反應熱。以濃香白酒固態發酵為例，一般情況是中下層糟醅先升溫，且保溫性好，而上層糧糟因接近窖皮泥，熱能損失較大，溫度過高過低均不利于發酵。而窖底糟中的游離水、以及易揮發的酸、醇等物質，會在高溫下吸收熱量形成混合蒸汽，將熱能一層一層依次向上傳遞，使得上層物料始終保持在一定的溫度范圍內發酵。眾所周知，釀酒房內，夏天窖房溫度比生產現場平均要高2～3℃，說明水分在吸收熱量后向上蒸發傳遞散熱，從而使整個窖池內溫度保持大致均衡。

　　氣相反饋發酵信息。固態發酵一般都在封閉狀態下進行，對其發酵過程的檢測較難。仍以濃香型固態白酒釀造為例，糧糟入窖后，通常是查看溫度走勢、窖帽跌頭、吹口大小等。而固態白酒發酵窖池中的窖泥是否老熟的一個感觀鑒定指標就是“窖泥具有明顯的臭皮蛋氣味”，這就是窖泥中H2S氣體表現出的氣味。

　　綜上所述，在固態發酵前期原材料主要相態為固相，但液－氣―固三相同存而密不可分，三者協同作用，密切配合。控制好三相比例、轉化速率及轉化度，充分應用好界面效應，控制發酵過程中物質、能量的傳遞，是實現固態發酵過程及其產物相對穩定、控制產品質量和數量的關鍵一步。優化發酵過程三相比例，也有利于功能微生物的生長、繁殖，維持發酵微生態的平衡，生產出“幽雅、舒適、健康”型產品，同時促進宿主老熟。