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　　食品釀造微生態(tài)與人體消化道微生態(tài)規(guī)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(tài)演替、物系－菌系－酶系的相互關(guān)聯(lián)、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(guī)律，

　　人體消化道內(nèi)的食品發(fā)酵也存在著類似的規(guī)律性。通過比較分析，可深化人體消化道微生態(tài)規(guī)律性研究，同時，人體消化道微生態(tài)平衡理論可為深入研究食品釀造微生態(tài)自愈力提供科學(xué)參考。

　　關(guān)鍵詞：微生態(tài)；規(guī)律性

　　1 食品釀造微生態(tài)“五三”原理

　　1.4 固態(tài)發(fā)酵體系溫變規(guī)律

　　在固態(tài)發(fā)酵中，整個過程可以劃分成三個階段，第一階段酵母等微生物生長、繁殖旺盛，體系溫度升高；第二階段進入主發(fā)酵期，微生物代謝旺盛，物系變化非常迅速，體系溫度處于頂峰且持續(xù)時間長；第三階段主發(fā)酵期過后，大量酵母類微生物死亡，窖內(nèi)兼氧性和厭氧性微生物（如、乳酸菌、梭狀芽苞桿菌等）成為了優(yōu)勢菌群，主導(dǎo)產(chǎn)酸、產(chǎn)酯和生香，窖內(nèi)溫度逐漸下降并趨于穩(wěn)定。經(jīng)實踐總結(jié)發(fā)現(xiàn)：伴隨著微生物代謝活動的不同時期，正常情況下微環(huán)境溫度均表現(xiàn)出明顯的“前緩－中挺－后緩落”特征。比如制曲過程中曲塊溫度變化、醬香糧糟堆積過程中糟堆溫度變化、窖內(nèi)發(fā)酵時糟醅溫度變化等均符合固態(tài)發(fā)酵溫度變化特征，且溫度變化規(guī)律從宏觀上反映出相關(guān)微生物的活動狀態(tài)，從而為生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

　　1.4.1 制曲過程的溫度變化

　　在固態(tài)白酒制曲培菌過程中，曲坯成型入房后，處于一種富氧、低溫、高濕、營養(yǎng)物豐富的環(huán)境，曲坯含有大量原料伴生微生物和從環(huán)境中富集的大量細菌、霉菌和酵母菌等功能性微生物，快速生長、繁殖和代謝，產(chǎn)生大量熱能，曲塊品溫逐步上升。長時間持續(xù)高溫，導(dǎo)致曲塊水分快速散失，酵母大量死亡，霉菌和細菌產(chǎn)生的孢子在曲塊中留存下來。在后期曲坯中存活的微生物數(shù)量急劇減少，代謝活動大幅度減弱，曲塊品溫緩慢下降。整個曲塊培菌過程中品溫表現(xiàn)為“前緩—中挺—后緩落”的特征趨勢，準確地反映出曲坯中微生物生長繁殖及代謝活動特征。

　　1.4.2 醬香糧糟發(fā)酵溫度變化

　　在醬香型酒固態(tài)發(fā)酵過程中，糧糟經(jīng)取酒、降溫、拌曲后并不直接入窖，需要在生產(chǎn)現(xiàn)場上堆積發(fā)酵一段時間。在堆積過程中，對表層、中層、底層分別測溫，糧堆表層升溫比中層快，中層糟升溫速度比底層糟快，整個糧堆在前期升溫幅度偏小，隨著堆積時間延長，升溫速度加快。糧糟堆積到50℃左右之后進行翻拌以散熱降溫，整個糧堆溫度變得均勻一致。糧糟入窖初期，窖內(nèi)氧氣充足，營養(yǎng)物豐富，微生物大量繁殖，代謝活動旺盛，所產(chǎn)熱能豐富，糟醅溫度迅速回升，在相當(dāng)一段時間內(nèi)表現(xiàn)為熱量生成與散失保持平衡，即綜合溫度出現(xiàn)“中挺”現(xiàn)象。隨著時間推移，富氧條件向微氧和無氧條件轉(zhuǎn)化，微生物特別是酵母的厭氧代謝逐漸占主導(dǎo)，微環(huán)境酒精度、酸度快速增加。發(fā)酵后期，由于微環(huán)境的改變（酒精度、酸度增加等）以及微生物酶參與的各類反應(yīng)逐漸表現(xiàn)出較強反饋抑制現(xiàn)象，大部分微生物代謝活動逐漸減弱甚至停止，窖內(nèi)糟醅熱量緩慢散失，綜合溫度表現(xiàn)為逐級“緩慢回落”。

　　1.4.3 濃香糧糟發(fā)酵溫度變化

　　濃香型白酒固態(tài)發(fā)酵窖內(nèi)溫度走勢影響因素較多，包括酸度、水分、溫度、糠殼、糟醅、淀粉、曲藥等，從而導(dǎo)致窖內(nèi)發(fā)酵溫度走勢差異化，根據(jù)物系－菌系－酶系的關(guān)聯(lián)性，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗總結(jié)，窖內(nèi)溫度變化符合“前緩－中挺－后緩落”特征才屬于產(chǎn)量質(zhì)量雙優(yōu)的典型走勢。凡外界因素導(dǎo)致窖內(nèi)溫度走勢未符合“前緩-中挺-后緩落”規(guī)律的，其出酒率或酒質(zhì)口感等會受到明顯影響。

　　1.5 封閉系統(tǒng)的氧變規(guī)律

　　固態(tài)白酒發(fā)酵的氣相所含物質(zhì)由三大部分組成：一部分是在發(fā)酵過程中直接生成的氣態(tài)物質(zhì)，比如CH4、CO2、H2S等；一部分是由低沸點產(chǎn)物揮發(fā)而形成，比如醇、醛、酸等；更多則是在生產(chǎn)操作流程中，由開放式操作自然帶入的氣態(tài)混合物，成分與空氣一致，主要是N2、O2以及部分CO2。N2和CO2性質(zhì)不活潑，而氧氣則會積極地參與發(fā)酵過程中的系列生化反應(yīng)，并不斷促進或改變固態(tài)發(fā)酵進程。

　　1.5.1 發(fā)酵前物料氧含量

　　固態(tài)發(fā)酵的物料呈大小不等、形狀不規(guī)則的顆粒狀，在實際操作中，通過添加高溫水、增加輔料、不斷翻拌等系列措施，使物料疏松，顆粒間形成非常大的空隙，被空氣自然填充，此時物料氧含量豐富，其絕對值在整個發(fā)酵過程中處于最大狀態(tài)。氧濃度分布與物料特性有關(guān)，如果物料硬度高，壓縮形變小（比如清香酒釀造和醬香酒釀造），只與輔料用量和物料松緊度有關(guān)。

　　1.5.2 封閉系統(tǒng)中氧含量變化趨勢

　　多菌種的固態(tài)釀造，涉及微生物包含細菌、霉菌、酵母菌等。各類微生物的生活習(xí)性、繁殖代謝各有特點，僅就對氧氣的需求來說，細菌中乳酸菌屬兼性厭氧菌，醋酸菌是典型好氣桿菌；酵母菌在有氧條件下生長繁殖，無氧條件下厭氧發(fā)酵；霉菌生命力非常強，在潮濕、有氧氣條件下即可生存。

　　制曲氧含量變化。制備固態(tài)曲時，部分溶解氧、細菌、霉菌、酵母菌等通過開放式操作，伴隨水分一并進入曲坯內(nèi)，其氧含量處于飽和狀態(tài)。單個曲坯進入曲房后形成一個小封閉系統(tǒng)，豐富的菌系利用碳水化合物、蛋白質(zhì)、無機鹽、氧等進行一系列繁殖代謝并產(chǎn)生大量熱能，促使曲坯品溫逐漸升高，水分不斷散失，氧氣不斷消耗減少，曲坯內(nèi)的微環(huán)境逐漸進入微氧、厭氧狀態(tài)。在曲坯內(nèi)的微環(huán)境中，細菌、霉菌、酵母菌等微生物均經(jīng)歷了一個由好氧狀態(tài)→微氧狀態(tài)→厭氧狀態(tài)的過程。

　　糧糟堆積過程氧含量變化。醬香生產(chǎn)中拌曲后、堆積前的糧糟，團糟溫是細菌、酵母、霉菌適宜的代謝溫度。堆積后，糧糟中的細菌、霉菌開始繁殖代謝耗氧。隨著堆積時間延長，糟堆內(nèi)部的氧氣含量隨著時間的推移將逐漸減少。

　　窖內(nèi)封閉系統(tǒng)氧含量變化。濃香型糧糟入窖時溫度較低，所添加曲藥是經(jīng)自然接種并儲存后的干曲粉，內(nèi)含大量的酵母菌、細菌、霉菌等菌種，由于長期脫水處于休眠狀態(tài)，添加曲粉后，微生物會先吸收水分活化。此時糟醅中氧氣豐富，氧氣含量較高，濃度約為21%，酵母菌和霉菌在有氧條件下進行大量繁殖，進行呼吸作用而耗用掉氧氣，氧濃度逐漸降低，直至窖內(nèi)呈現(xiàn)微氧和厭氧狀態(tài)。生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，氧變規(guī)律還與窖池深淺、糟醅泡氣度有關(guān)。總體而言，在封閉體系中，氧濃度呈現(xiàn)“底部低、頂部高，四周低、中間高”的非均相分布特點。這也符合生產(chǎn)環(huán)境用空氣自然沉降厚平板法測得的“上層好氧霉菌多、中層兼性厭氧菌多、下層厭氧菌多”的微生物分布規(guī)律。

　　1.5.3 氧濃度在白酒釀造中的作用與調(diào)控

　　含氧量影響窖內(nèi)升溫。從固態(tài)白酒發(fā)酵窖池查溫結(jié)果可以看出，窖底糟雖然踩窖較稀，但其所承受的母糟重量大，糟內(nèi)空氣稀薄，含氧量少，酵母前期生長繁殖速度較慢，形成“前緩”，但后勁足，表現(xiàn)為“中挺”；而上層糟因受外界溫度影響較大，散熱較快，導(dǎo)致頂溫偏低。

　　調(diào)控含氧量提升酒質(zhì)。通過生產(chǎn)經(jīng)驗及數(shù)據(jù)總結(jié)，凡是濃香型窖池上部糟醅，其酒質(zhì)均相對較差，而靠窖池下部的糟醅產(chǎn)酒質(zhì)較好。一直以來，人們將底糟酒質(zhì)量較好全部歸結(jié)于窖底泥的質(zhì)量。經(jīng)大量對比發(fā)現(xiàn)，其中一個重要原因是所產(chǎn)酒質(zhì)較好的母糟入窖后踩窖較緊，排擠掉糟中大量空氣，通過緩耗氧、慢升溫、緩發(fā)酵的控制技術(shù)實現(xiàn)了提升酒質(zhì)的目的。

　　調(diào)控含氧量促進窖泥老熟。濃香型酒生產(chǎn)窖池，隨著窖齡的不斷增加，窖泥質(zhì)量會出現(xiàn)明顯分化，表現(xiàn)在窖底泥和底部窖墻泥色澤逐漸轉(zhuǎn)深，泥質(zhì)越來越好，但上半部窖墻的泥質(zhì)改變卻不明顯。對濃香窖泥的研究可知，越接近窖底的部位，厭氧條件越好，窖泥越易于老熟，厭氧微生物越多，窖泥的質(zhì)量越好，說明厭氧條件有利于窖泥的不斷老熟。

　　綜上所述，不同微生物有著不同的氧需求，即使同一菌種的微生物在不同生長期對氧需求也不盡相同。固態(tài)白酒生產(chǎn)，都是屬于典型的厭氧發(fā)酵，其窖內(nèi)發(fā)酵過程均遵循同樣“好氧－微氧－厭氧”的變化規(guī)律。

　　1.6 食品釀造微生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)、自我修復(fù)功能，也可人為優(yōu)化其免疫特性和自愈力

　　1.6.1 微生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)和修復(fù)

　　食品釀造就是通過對微生物進行大量的生長培養(yǎng)，促進生化反應(yīng)，從而產(chǎn)生和積累大量人們所需代謝產(chǎn)物的過程。在該過程中伴隨著微生態(tài)環(huán)境的變化，微生物系統(tǒng)通過自我調(diào)節(jié)完成生長、繁殖、代謝，其自動修復(fù)功能的強弱就決定了正常微生物群的優(yōu)勢性，也同時影響代謝產(chǎn)物的種類、質(zhì)量和數(shù)量。

　　微生物代謝的自我調(diào)節(jié)有酶合成的調(diào)節(jié)和酶活性的調(diào)節(jié)兩條途徑。酶合成的調(diào)節(jié)是指微生物細胞在誘導(dǎo)物的刺激下而產(chǎn)生的一種稱為誘導(dǎo)酶的酶，這些誘導(dǎo)酶能將一些微生物本身不能利用的物質(zhì)進行利用而促進微生物的生長；酶活性的調(diào)節(jié)是指微生物通過改變已有酶的催化活性來調(diào)節(jié)代謝的進行，即微生物在大量生長繁殖后將產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物，過量的代謝產(chǎn)物通過反饋抑制第一種酶的作用而抑制代謝過程的順利進行。在實際生產(chǎn)中，如固態(tài)白酒發(fā)酵在發(fā)酵的初級階段，酵母、霉菌等微生物在好氧條件下大量生長、繁殖，促進糖酵解（EMP過程），產(chǎn)生大量的能量和糖類物質(zhì)，消耗系統(tǒng)中的部分氧氣而進入兼性厭氧環(huán)境，同時體系溫度升高，環(huán)境條件變化反過來又抑制了好氧微生物的生長并導(dǎo)致部分微生物自溶，最后達到微生態(tài)的平衡；在發(fā)酵中期，溫度穩(wěn)定，環(huán)境兼性厭氧，體系進入酒精發(fā)酵和酸發(fā)酵階段，產(chǎn)生大量的醇、酸及其它酯的前體物質(zhì)，隨著發(fā)酵深入，產(chǎn)物增多，酵母等微生物衰亡；發(fā)酵進入后期，系統(tǒng)進入?yún)捬蹼A段，芽孢桿菌類厭氧微生物成為優(yōu)勢菌群，促進酯類物質(zhì)的合成。這些都體現(xiàn)了發(fā)酵過程中整個微生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)功能。

　　食品釀造（如固態(tài)白酒發(fā)酵）多采用分輪次投料、輪輪產(chǎn)出的自然發(fā)酵生產(chǎn)方式，通過每輪次的生產(chǎn)，表面上看影響了發(fā)酵微生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，但每輪次能生產(chǎn)出同等質(zhì)量的合格發(fā)酵食品，這從本質(zhì)上就證明了食品釀造微生態(tài)具有較強的自我調(diào)節(jié)和自我修復(fù)功能，也表明了發(fā)酵“宿主”中內(nèi)源性的生物群落和生產(chǎn)環(huán)境中富積的正常微生物群落成為優(yōu)勢菌群保證了微生態(tài)的平衡，如固態(tài)白酒發(fā)酵形成“千年老窖萬年糟”的微生態(tài)系統(tǒng)。

　　1.6.2 提高釀造微生態(tài)系統(tǒng)的“免疫”特性

　　在食品釀造過程中，通過對釀造原輔料進行科學(xué)的配方，采用相應(yīng)的生產(chǎn)工藝技術(shù)，同時對發(fā)酵物料固－液－氣相的控制，從源頭上優(yōu)化釀造生產(chǎn)微生物所需的“營養(yǎng)”，提高釀造微生態(tài)系統(tǒng)的初始“免疫”能力，促進有益微生物生長、繁殖、代謝，優(yōu)化發(fā)酵過程中物系、菌系、酶系、溫變、氧變等可控性狀，維持微生態(tài)系統(tǒng)的平衡，實現(xiàn)釀造微生態(tài)系統(tǒng)中正常的物質(zhì)、能量、信息的流動和傳遞，最終達到安全、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的生產(chǎn)目的。例如在固態(tài)發(fā)酵釀酒投新窖時，用老窖池中的優(yōu)質(zhì)紅糟投窖并輔以“一清到底”的生產(chǎn)工藝，可實現(xiàn)新窖池三輪后（一年四輪生產(chǎn)）出好酒。而用丟糟、面糟投新窖或采用“跟鍋串”的傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)時，需用三年以上的時間才能生產(chǎn)出同等優(yōu)質(zhì)的基酒。

　　1.6.3 微生態(tài)系統(tǒng)的人為干預(yù)

　　在食品釀造過程中，為了保證生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的穩(wěn)定，都對外源性微生物制劑的生產(chǎn)和使用方法（如曲藥的生產(chǎn)和使用，冷加熱減）、釀造生產(chǎn)操作工序要求（如釀酒生產(chǎn)操作規(guī)程）、生產(chǎn)工藝參數(shù)控制（如固態(tài)白酒生產(chǎn)工藝規(guī)范）、操作關(guān)鍵控制措施（如生產(chǎn)質(zhì)量控制清單）、生產(chǎn)環(huán)境控制（如清潔生產(chǎn)）等均作出了明確的規(guī)定和要求，這就是用人為因素干預(yù)微生物的生長、繁殖、代謝，人為優(yōu)化優(yōu)勢菌群環(huán)境，以確保發(fā)酵質(zhì)量，維持發(fā)酵微生態(tài)平衡，促進發(fā)酵“宿主”健康成長（如釀酒窖池逐年老熟）。