辛易燃，武俊瑞，安飛宇，薛瑞霞，曹愷欣，烏日娜*

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 沈陽 110866；2.遼寧省食品發(fā)酵技術(shù)工程研究中心，遼寧 沈陽 110866；3.沈陽市微生物發(fā)酵技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽 110866）

傳統(tǒng)發(fā)酵食品是指以動植物為原料，通過天然微生物或人工添加微生物的一系列反應(yīng)生產(chǎn)出的能滿足公眾需求的美味、營養(yǎng)的產(chǎn)品[1]。中國傳統(tǒng)的發(fā)酵食品歷史悠久，如酸菜，可以追溯到幾千年前的西周時期?！夺屆分芯陀须缰频陌撞恕拜稀钡姆椒?，其中的“生釀之”指用的原料是最新鮮的白菜，直接腌制的方式制作加工而成的酸菜。而“遂使阻于寒溫之閑，不得爛也”的意思應(yīng)該是說人們平常在腌制時候，一定要記得事先要將酸菜其放在隔寒、隔熱和隔雨之地，這樣腌制出來的酸菜才不會有腐爛，而且酸菜從味道口感方面來講不僅特別的酸爽而且清脆[2]。

大部分發(fā)酵食品都有良好的味道和口感，發(fā)酵食品生產(chǎn)成本低，操作簡單，原料適應(yīng)性大，可以抑制大部分病原菌的生長和繁殖，在中國膳食飲食結(jié)構(gòu)中占有重要的位置，在高度現(xiàn)代化的今天，依舊深受大家喜愛，有廣泛的市場和消費(fèi)人群。但其存在安全性問題如保質(zhì)期及長霉等，大多數(shù)伴隨著異味的產(chǎn)生，而異味物質(zhì)產(chǎn)生的主要原因就是腐敗變質(zhì)及微生物污染。常見傳統(tǒng)發(fā)酵食品的大致分布地區(qū)及主要不良風(fēng)味物質(zhì)的種類見表1。東北地區(qū)分布的傳統(tǒng)發(fā)酵食品最多，而傳統(tǒng)發(fā)酵食品的不良風(fēng)味物質(zhì)主要以酸類、醇類及醛類居多。

表1 常見傳統(tǒng)發(fā)酵食品的大致分布地區(qū)及主要不良風(fēng)味物質(zhì)種類Table 1 General distribution of traditional fermented food and the main types of undesirable flavor substances

續(xù)表

1 傳統(tǒng)發(fā)酵食品的風(fēng)味物質(zhì)與微生物

風(fēng)味物質(zhì)一般是指自然界一切能較迅速地刺激人感官活動的物質(zhì)，包括了香氣物質(zhì)類和滋味物質(zhì)類。在食品發(fā)酵加工處理過程中得到的風(fēng)味又可以被分為揮發(fā)性物質(zhì)類和非揮發(fā)性物質(zhì)類。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)一般來說是發(fā)酵過程中食品風(fēng)味的主要香味來源，以醇、醛、酮、脂、烴類化合物及揮發(fā)性酸類為主。而各種非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)則是可以完全決定一種食品的口感，以天然氨基酸成分及其衍生物、有機(jī)酸、脂肪酸類成分等化合物為主[21]。

在通過發(fā)酵制作各類食品的過程中，微生物就會吸收利用各種原料如淀粉、蛋白質(zhì)類等，發(fā)酵結(jié)束后便產(chǎn)生了某些獨(dú)特食品風(fēng)味，此外發(fā)酵食品具有的某些獨(dú)特的風(fēng)味成分還需要依賴于其他的微生物菌群發(fā)酵產(chǎn)生各種的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分子及其他特定風(fēng)味物質(zhì)組分之間的相互作用，我國傳統(tǒng)發(fā)酵食品中與風(fēng)味相關(guān)的微生物及相關(guān)風(fēng)味物質(zhì)見表2。發(fā)酵過程中主要由細(xì)菌和真菌共同作用，芽孢桿菌屬（Bacillus）、乳桿菌屬（Lactobacillus）為主要的風(fēng)味微生物，真菌在傳統(tǒng)糧食制品如醬油、白酒中屬于優(yōu)勢菌屬，而構(gòu)成辣味、酸味、臭味等主要風(fēng)味的風(fēng)味物質(zhì)是多種多樣的。

表2 傳統(tǒng)發(fā)酵食品中與風(fēng)味相關(guān)的微生物Table 2 Microorganisms associated with flavor in traditional fermented food

2 傳統(tǒng)發(fā)酵食品的不良風(fēng)味

食品風(fēng)味物質(zhì)通常可包括芳香物質(zhì)和味感物質(zhì)，其中味感物質(zhì)中有的各種非揮發(fā)性化合物氨基酸、核甙酸、短鏈肽鍵類和以及一些芳香生物堿類等，可通過人類口腔味覺中樞產(chǎn)生出的包括酸、甜、苦、鮮、咸、辛、澀等基本味覺；芳香物質(zhì)如酸類、酯類、酮類、醛類、吡嗪類和內(nèi)酯等可通過嗅覺刺激而引起鼻腔知覺[32]。大多數(shù)食物的味道是無法完全準(zhǔn)確描述的，更復(fù)雜的是，由于人們的文化、習(xí)慣和生理差異，不同的人對同一種食物有不同的接受和偏好，在評估某種口味時，很多主觀和客觀因素混雜在一起就會對品質(zhì)評價出現(xiàn)不同說法。

具有不良風(fēng)味的風(fēng)味物質(zhì)不可或免的會在發(fā)酵的過程中產(chǎn)生，少量食用的話也不會造成任何影響，但當(dāng)其數(shù)量超過一定閾值后可能就會開始產(chǎn)生異味，甚至有害健康。傳統(tǒng)發(fā)酵食品中主要異味及異味物質(zhì)見表3，臭味為不同發(fā)酵食品的主要異味，造成臭味的主要異味物質(zhì)是硫化物，而硫化物攝入過多會造成呼吸系統(tǒng)和大腦的直接損害。

表3 傳統(tǒng)發(fā)酵食品中主要異味及異味物質(zhì)Table 3 Main odors and odorous substances in traditional fermented food

2.1 酸類

發(fā)酵過程中主要起作用的是微生物，一般食物都含有一定量的單糖類成分（如葡萄糖）和淀粉。在微生物發(fā)揮其作用進(jìn)行發(fā)酵后，糖類會轉(zhuǎn)成酸性物質(zhì)，微生物在代謝過程中會產(chǎn)生酸，部分食物的發(fā)酵產(chǎn)物里也有酸，這也就是不良酸味產(chǎn)生的主要原因。食品發(fā)酸產(chǎn)生異味是因?yàn)槠渲械奈⑸锇l(fā)酵產(chǎn)酸，主要是乳酸、乙酸、丙酸、丙酮酸等，其他還有一些高級酸，如圖1所示。

圖1 酸類產(chǎn)生機(jī)制Fig.1 Mechanism of acids production

用于加工制作某些肉制品、奶制品的原料中脂肪腐敗變質(zhì)會產(chǎn)生一股酸腐味，例如酸敗就是在某些肉及奶制品加工中經(jīng)常出現(xiàn)的最大風(fēng)味缺陷之一，酸敗通常是指一定條件下的牛奶中的脂肪分子在儲藏時由于與空氣等作用發(fā)生氧化，并進(jìn)一步降解成揮發(fā)性醛、酮、酸等復(fù)雜化合物的現(xiàn)象[41]。

2.2 硫化物

硫化物在食品中種類繁多，對構(gòu)成某種食品特有的芳香風(fēng)味品質(zhì)或特殊的異味有重要影響。在傳統(tǒng)糧食制品酒類發(fā)酵過程中酵母的硫代謝反應(yīng)會產(chǎn)生硫化氫，同時酵母還原二甲基亞砜可以產(chǎn)生二甲基硫。食品中酵母對氨基酸分解會產(chǎn)生硫化物，如圖2所示。

圖2 食品中硫化物的產(chǎn)生機(jī)制Fig.2 Mechanism of sulfide production in food

食品中最常見的硫化物有二甲基二硫、二甲基三硫[42]、二甲基硫醚[43]、苯并噻唑[44]、硫化氫[45]、噻唑[46]等。食物中不相同的氣味特征可能是由于不同種類和含量的硫化物導(dǎo)致的，硫化物在伴隨產(chǎn)生如香草味、水果味等其他一些令人喜愛的獨(dú)特味道的同時還會產(chǎn)生出很多特殊的異味，如含有硫化氫氣體的臭雞蛋味，硫醇?xì)怏w的臭鼬味[47]等。

2.3 醇類

醇類主要是被一些真菌、酵母、細(xì)菌體等微生物以各種天然氨基酸、糖等多種化學(xué)成分為原料發(fā)揮作用后形成風(fēng)味物質(zhì)。在原料自然或人工發(fā)酵過程中，其本身含有的一定濃度的游離氨基酸分解脫氨而呈現(xiàn)出具有強(qiáng)烈苦味性質(zhì)的醇類物質(zhì)如仲丁醇等雜醇油，這部分雜醇油還會產(chǎn)生具有刺激性的辣味。在黃酒制作過程中，醇類的口感效應(yīng)非常重要，酪氨酸由酵母催化反應(yīng)會產(chǎn)生酪醇，其香氣雖然柔和但苦味卻重，含量過少會使口感單薄，過高則易引起頭痛，對人體健康產(chǎn)生不良影響，也就是說在其閾值較低時會產(chǎn)生令人愉悅的香氣，但超過其閾值會帶來苦味[48]。

2.4 醛類

醛類是發(fā)酵食品中主要的物質(zhì)，當(dāng)其含量超過一定范圍時，會產(chǎn)生異味。氨基酸、丙酮酸代謝產(chǎn)生乙醛，同時乙醛也是酵母參與的糖酵解過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，具有一定的辛辣味[49]。丙烯醛是一種不飽和醛，會通過甘油脫水、多不飽和脂肪酸的脂質(zhì)氧化等過程產(chǎn)生，具有沖鼻的臭味，且有損于人體健康[50]。

2.5 多肽

蛋白質(zhì)作為發(fā)酵食品所用的關(guān)鍵原料，在其發(fā)酵水解過程中便不可避免的會伴隨著多肽衍生物的產(chǎn)生，例如奶酪在蛋白質(zhì)發(fā)酵分解過程中往往就會伴隨產(chǎn)生著一些其他不良的風(fēng)味物質(zhì)，主要就是因?yàn)槟承┑鞍踪|(zhì)在水解過程中產(chǎn)生了一系列不良反應(yīng)，肽鏈分子中含有的一些苦味蛋白質(zhì)氨基酸或蛋白短鍵肽便會隨之暴露出來，奶酪自然就會產(chǎn)生苦味。對多種奶酪[51]苦味的形成起主要作用的就是酪蛋白的降解產(chǎn)物苦味肽，而奶酪特有的苦味還會影響廣大消費(fèi)者今后對奶酪食品的認(rèn)知接受程度和潛在市場前景[52]。在大規(guī)模的豆制品生產(chǎn)過程中大豆多肽在風(fēng)味上還存在很多問題，很難達(dá)到無臭無味。

2.6 其他物質(zhì)

乳酸菌、酵母菌、醋酸菌、霉菌等其他雜菌的生理代謝作用也會產(chǎn)生不良風(fēng)味物質(zhì)。有研究表明，乳酸菌能夠產(chǎn)生抵抗腐敗霉菌或和細(xì)菌的代謝產(chǎn)物，如細(xì)菌素，利用這類乳酸菌對酸面團(tuán)進(jìn)行發(fā)酵，可以延長酸面包保質(zhì)期，從而實(shí)現(xiàn)生物防腐的目的[53]。組胺、酪胺、色胺和苯乙胺之類特殊的生物胺主要是在脫羧酶類的催化下乳酸菌作用于氨基酸的脫羧反應(yīng)產(chǎn)生的，從而可以產(chǎn)生出一種很特殊的“臭味”。此外當(dāng)芽孢桿菌在食物發(fā)酵系統(tǒng)中占優(yōu)勢時，這種微生物會在發(fā)酵初期快速生長繁殖，在發(fā)酵中后期，發(fā)酵環(huán)境的pH抑制芽孢桿菌的繁殖從而部分芽孢桿菌走向凋亡，但是許多其他微生物又會進(jìn)一步利用這些芽孢桿菌死亡分解后所留下來的微生物菌體及其各種代謝活性產(chǎn)物繼續(xù)進(jìn)行正常繁殖從而也會導(dǎo)致發(fā)酵食品變質(zhì)[54]。醋酸菌是導(dǎo)致葡萄酒腐敗最主要的微生物之一，它能促使乙醇氧化為醋酸從而發(fā)出令人不適的酸味[55]。發(fā)酵食品發(fā)霉的主要原因之一是霉菌對其生長環(huán)境的強(qiáng)適應(yīng)能力。

3 傳統(tǒng)發(fā)酵食品異味的控制

異味是一種與固有印象和感官的香氣和味道不協(xié)調(diào)的味道，如果說香味是一種流行的味道，那么異味就是不流行的味道。為了盡量滿足當(dāng)今人們的對天然食物風(fēng)味的理想感官需求，有必要通過找到一套合適科學(xué)的調(diào)控方法來控制異味的產(chǎn)生。

目前為止，調(diào)控食品安全和風(fēng)味品質(zhì)的最有效且應(yīng)用最多的管理體系是危害分析與關(guān)鍵控制點(diǎn)（hazard analysis criticalcontrolpoint，HACCP）體系。在我國食品工業(yè)中HACCP主要應(yīng)用于食品添加劑、乳制品、烘焙食品、油炸食品、冷凍食品、罐頭等深加工食品。HACCP體系主要用于預(yù)防和控制物理因素、化學(xué)因素、生物因素的危害以及判斷哪種方式和哪道工序影響了食品的安全性以及其預(yù)防措施[56]。李東等[57]對自然發(fā)酵黃豆醬工業(yè)生產(chǎn)建立了HACCP體系，監(jiān)控生產(chǎn)過程的每個環(huán)節(jié)，最終產(chǎn)品的微生物學(xué)指標(biāo)和理化指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果全部達(dá)到現(xiàn)行相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品抽檢合格率達(dá)到100%。為了降低生產(chǎn)成本、提高傳統(tǒng)發(fā)酵食品的安全性，提出了以下幾個貫穿HACCP體系的控制措施。

3.1 物理因素的控制

首先是原料環(huán)節(jié)的控制，原料在使用前要清洗徹底，除去灰土等雜質(zhì)。添加可以抑制有害菌、病原微生物和部分雜菌生長的天然物質(zhì)或其提取物，如丁香、大蒜等。嚴(yán)格審核所用原料的來源及儲存環(huán)境，儲存條件大部分需要避光通風(fēng)同時低溫儲存來抑制有害菌的繁殖，加強(qiáng)環(huán)境的衛(wèi)生管理和清潔消毒。酸奶、奶酪等原料來自奶牛的產(chǎn)品還要注意原料飼養(yǎng)壞境的控制，包括對牛舍以及奶牛本身的清潔衛(wèi)生、飼料的選擇等。

其次是加工環(huán)節(jié)的控制，加工環(huán)節(jié)最主要的就是發(fā)酵工藝。工藝不同產(chǎn)生的風(fēng)味也大不相同，溫度能促進(jìn)美拉德反應(yīng)并改變酶活性，時間會促進(jìn)脂質(zhì)氧化和水解，但二者都需要在可控的范圍內(nèi)。章建浩等[58]通過對干腌火腿的風(fēng)味研究得出，當(dāng)火腿腌制7個月時，會生成3-甲基丁醛、1-辛烯等揮發(fā)性化合物。超過12個月，則生成2-丙醇和己烷等物質(zhì)。短期加工火腿比長期加工火腿有較高濃度的風(fēng)味物質(zhì)存在。因此找到適合的發(fā)酵工藝也是保持食品風(fēng)味的主要措施之一。加工環(huán)境主要包括工廠人員和設(shè)備。人員制作前的加工培訓(xùn)、身體健康檢查、進(jìn)入工廠前的消毒都是必不可少的；裝原料的容器、操作臺、傳送帶等設(shè)備應(yīng)先用清水洗凈后消毒。加工環(huán)境中產(chǎn)生的垃圾要進(jìn)行管理，及時清除消毒。有害菌的繁殖需要一定的溫度、pH值、糖源和氮源等條件，通過對工廠車間加工環(huán)境的控制及工藝的改進(jìn)來抑制有害微生物。例如啤酒釀造過程中防止啤酒原料發(fā)霉結(jié)塊的方法是通過加強(qiáng)室外原料輸送設(shè)備的防護(hù)措施，在輸送設(shè)備表面覆蓋帆布或鐵皮，防止因密封不嚴(yán)導(dǎo)致的漏雨或微生物入侵。啤酒設(shè)備在停產(chǎn)后會用熱水和熱堿沖洗以殺死微生物，清洗完畢后使設(shè)備處于通風(fēng)狀態(tài)并制定相關(guān)的跟蹤記錄表[59]。

最后是包裝環(huán)節(jié)的控制，不同產(chǎn)品所適用的包裝不同。產(chǎn)品包裝應(yīng)該考慮到經(jīng)濟(jì)和適用兩個因素，優(yōu)化滅菌包裝技術(shù)，例如射線滅菌和真空包裝技術(shù)，良好的包裝對抑制不良風(fēng)味的產(chǎn)生以及延長產(chǎn)品的保質(zhì)期、刺激消費(fèi)者的購買欲望均有好處。

3.2 化學(xué)因素的控制

在工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)酵食品的過程中，常常添加復(fù)配劑來保證生產(chǎn)的效率和安全。其次添加香味劑可以有效掩蓋食品中的不良風(fēng)味，原料奶中容易有飼料味、雜草味、牛棚味、酸敗味等異味，在奶牛飼料中添加香味劑可以有效改善這一問題還可以提高奶牛的產(chǎn)奶量。在一定范圍內(nèi)食品添加劑和防腐劑的使用也是可以用作不良風(fēng)味的調(diào)控，例如添加劑甘草甜素的添加就可以減少或消除苦澀味，掩飾和覆蓋不良余味[60]。

3.3 生物因素的控制

有害生物因素的控制在傳統(tǒng)發(fā)酵食品的發(fā)酵過程中是關(guān)鍵。對產(chǎn)品與食品原料直接接觸的生產(chǎn)人員、車間設(shè)備、原輔料、包裝材料與貯藏運(yùn)輸條件等各項(xiàng)生產(chǎn)過程要素進(jìn)行全方位嚴(yán)格檢測控制、建立完整高效統(tǒng)一的全過程檢測流程和全程監(jiān)控評價系統(tǒng)的同時，對食品原料進(jìn)行的滅菌工作也是極其重要的。如目前國內(nèi)外較為廣泛普及的乳制品生產(chǎn)制作過程中的滅菌方法是巴氏殺菌法。肉類產(chǎn)品生產(chǎn)可以選用培育優(yōu)良的動物品種，調(diào)整飼料的成分，改善動物的生存環(huán)境和肉類的儲存條件，有效地減少或控制畜禽肉類中典型的氣味物質(zhì)的產(chǎn)生[55]。植物發(fā)酵食品中，一些有害微生物的繁殖可以通過選擇合適的微生物來抑制，同時注意加強(qiáng)優(yōu)勢菌株對植物發(fā)酵食品的作用，抑制不良風(fēng)味的產(chǎn)生[61]。

傳統(tǒng)發(fā)酵食品中的異味可能來自原料、發(fā)酵過程和環(huán)境、微生物代謝活動和各種風(fēng)味物質(zhì)之間的復(fù)雜反應(yīng)?？梢酝ㄟ^控制物理、化學(xué)和生物因素來對原料的質(zhì)量、發(fā)酵菌種的類型、質(zhì)量和數(shù)量、發(fā)酵方法以及發(fā)酵條件等進(jìn)行約束和管理，采用新技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行防腐、殺菌處理，從而滿足消費(fèi)者對良好風(fēng)味的向往，避免不良風(fēng)味的產(chǎn)生。發(fā)酵食品中的菌種并不是單一的，其往往具有混菌體系，在發(fā)酵食品中形成了復(fù)雜多樣的微生物群落，這就導(dǎo)致了在發(fā)酵過程中更容易產(chǎn)生諸多問題，因此應(yīng)深入研究發(fā)酵食品中微生物菌群之間相互促進(jìn)或抑制的作用及其規(guī)律，最終通過人工干預(yù)和先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行調(diào)控來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品品質(zhì)的提升。

4 總結(jié)與展望

多種風(fēng)味物質(zhì)的共同作用造就了發(fā)酵食品獨(dú)有的風(fēng)味。事實(shí)上，每種發(fā)酵食品的基本風(fēng)味物質(zhì)類型大致相同，但不同的發(fā)酵食品含有不同種類和比例的風(fēng)味物質(zhì)，這主要是由于特征風(fēng)味物質(zhì)的含量不同。傳統(tǒng)發(fā)酵食品的發(fā)酵過程往往伴隨著復(fù)雜的微生物系統(tǒng)的反應(yīng)與活動，這些反應(yīng)和活動會產(chǎn)生許多有益活性物質(zhì)和風(fēng)味物質(zhì)，滿足消費(fèi)者喜好，但由于微生物及各種條件的不可控性，發(fā)酵過程中往往會伴隨著有害物質(zhì)的出現(xiàn)，從而產(chǎn)生異味和危害。

我國對于發(fā)酵食品的需求量巨大，但傳統(tǒng)的發(fā)酵食品加工方法大多是原始的或產(chǎn)業(yè)化水平較低，因此有必要提高傳統(tǒng)發(fā)酵食品的產(chǎn)業(yè)化水平，還要在食品安全方面建立完善的管理和監(jiān)管控制體系，控制食品生產(chǎn)。此外，人們對發(fā)酵食品生產(chǎn)過程的了解不夠，這也是導(dǎo)致發(fā)酵食品不良風(fēng)味產(chǎn)生的主要原因。隨著科技進(jìn)步、人們認(rèn)識的提高和知識的普及，傳統(tǒng)發(fā)酵食品市場必將更廣闊。其實(shí)傳統(tǒng)發(fā)酵食品的不良風(fēng)味往往會伴隨著安全性問題，二者相輔相成，解決好不良風(fēng)味問題，安全性問題也會在一定程度上迎刃而解。

今后對發(fā)酵食品應(yīng)從如下幾個方面著手研究：①對特征風(fēng)味物質(zhì)及其產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行研究，生產(chǎn)出專門適用的純種發(fā)酵劑，發(fā)酵劑在縮短生產(chǎn)期、發(fā)揮有益風(fēng)味物質(zhì)作用的同時，可以避免異味物質(zhì)的產(chǎn)生，提高發(fā)酵食品的風(fēng)味質(zhì)量和安全性；②關(guān)于發(fā)酵食品的異味和安全隱患與微生物的多樣性及其生理反應(yīng)的相關(guān)關(guān)系、微生物菌群之間的作用規(guī)律研究和資料較少，應(yīng)加強(qiáng)此方面的研究，為更好地調(diào)控風(fēng)味、減少安全隱患、生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)發(fā)酵食品提供一定參考；③研究如何在應(yīng)用新技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，滿足人們的要求，進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的同時而又不喪失傳統(tǒng)發(fā)酵食品該有的風(fēng)味，推動我國發(fā)酵食品的創(chuàng)新型發(fā)展。