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　　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

?　　李家民

　（四川沱牌舍得酒業股份有限公司）

　　1 食品釀造微生態“五三”原理

　　1.2 物系－菌系－酶系的關聯效應

　　在一定空間范圍內以物質形態存在的都屬于物系范疇，體系中存在的全部微生物構成菌系，各類微生物代謝、合成的所有生物酶形成酶系。物系、菌系和酶系三者緊密關聯。固態多菌種發酵涉及的物系主要有兩類：一類包含谷物糧食、輔料、釀造水等非生命物系；另一類則是在發酵過程中參與活動的菌種和生物酶以及與發酵宿主共生共棲的內源性微生物等生物性物系。本文中的物系主要指非生命物系，安全、優質的物系是微生物賴以生長、繁殖和代謝的營養底物，為菌系生命活動提供能量和營養成分，是各類生物酶得以生成的前提。

　　1.2.1 物系是固態發酵原料和環境

　　發酵宿主是最重要的物系，而菌和酶也是物系的重要部分。著名的巴斯德實驗說明，菌系依賴于相應物系而存在，物系必須有適宜的菌系才能發生改變。在制備曲藥時，若僅僅只有淀粉質原料而沒有菌種，則淀粉不可能自行發酵轉化成曲藥，這也是新曲房不易“穿衣”的一個原因。從這個角度講，微生物應該算作是制備曲藥的一種重要原料，同時，當曲藥以原料形式被加入到糧糟后，一方面為糧糟增添各種風味成分及其前驅物質，更重要的是提供種類多、數量大的微生物群落，為糧糟的糖化、發酵、生香提供足夠動力。

　　菌系和酶系動態地改變物系。固態發酵過程中，淀粉、蛋白質、脂肪等原料在微生物及其分泌的酶作用下，經過一系列酶解或合成反應，變成醇、醛、酸、酯等。有一種比較形象的說法是“糖化靠霉菌、發酵靠酵母、生香靠細菌”。微生物對原料中蛋白質、糖類、脂肪等的分解過程可概括如圖1。

　　物系變化過程也是發酵物質流動的過程。以固態白酒淀粉發酵為例，在發酵前期，氧含量充足，酵母菌、霉菌等好氧微生物在有氧狀態下大量生長繁殖，淀粉類物質在淀粉酶的作用下，分解為糖類物質。在發酵中期，進入微氧環境，酵母菌發揮發酵的主要作用，將糖類物質繼續分解為醇和酸類物質及其它酯類前體物質。在發酵后期，在厭氧條件下，梭狀芽苞桿菌成為優勢菌種，在酯化酶的作用下，將酸、醇類物質合成酯類香味物質。整個白酒生產的過程也是物質流動和能量流動的過程，前段微生物發酵產生的物質成為了后段微生物的發酵底物和營養成分，在實現了有機物料的分解和有機成分的合成的同時，也促進了相應階段優勢微生物的生長、繁殖、代謝。隨著原有物料逐漸減少，產物濃度不斷增加，發酵環境中有益微生物逐漸繁殖富積，整個物系始終會處在一個動態變化平衡過程中。

　　物系影響著菌系和酶系。微生物進行生長繁殖和代謝活動，需要充足營養源和適宜環境條件。沒有營養源，菌種不可能成活；環境溫度過低或過高，水分過少，菌種要么進入休眠狀態自我保護，要么面臨死亡；在環境酸度或溶液滲透壓發生劇烈波動時，也會嚴重抑制微生物正常活動。沒有物系則不存在相應菌系和酶系；物系一旦發生較大變化，則環境中菌系和酶系必然發生相應變化。在固態白酒發酵中,人們充分利用物系可影響菌系和酶系的特點來抑制無益菌、平衡輔助菌、繁殖有益菌（如窖泥人工老熟技術的應用）。

　　1.2.2 菌系是發酵的動力

　　固態發酵多屬于開放式操作，在菌種制備及釀造過程中,空氣、水、原料、輔料、工用具以及四周環境會帶入或富集種類繁多、數量豐富的微生物，常見的有細菌、霉菌、酵母等，既含有益微生物，又有大量雜菌，它們共同構成限定空間范圍內的菌系。

　　微生物生存和繁殖需要一定外部條件，包括溫度、濕度、通風狀況、環境營養源、微生物群落構成等，不同香型的白酒生產場地在不同季節、環境下微生物數量具有不同的特性。在一般情況下，空氣中細菌較多，原料中霉菌較多，生產場地酵母菌較多，制曲過程中的微生物，主要來源于生產環境和原料。醬香曲中以細菌最多，酵母、根霉、毛霉等較少；釀酒現場的微生物，以酵母和細菌最多，霉菌次之，并會因季節不同而出現一定差異，即細菌冬天多夏天少，霉菌和酵母菌則夏天多冬天少。

　　霉菌是將淀粉質原料轉化成葡萄糖的菌類，其糖化力強，繁殖速度快，熱穩定性好，耐酸，耐酒精。霉菌生長繁殖主要條件之一是必須保持大量的水分，常見霉菌有曲霉、根霉、毛霉、青霉、紅曲霉等。酵母菌形態簡單，種類較多，有出芽繁殖、孢子繁殖、接合繁殖等3種方式。在白酒生產中，酵母菌主要有酒精酵母、產酯酵母、假絲酵母等。細菌有球菌和桿菌兩種類型，常見細菌有乳酸桿菌、醋酸菌、丁酸菌等。細菌在高溫堆積和高溫發酵過程中產生相應酶系，代謝產物對白酒香型和風味具有特殊作用，適當引入細菌可克服白酒后味不足的缺陷。

　　1.2.3 酶系是固態發酵催化劑

　　任何活細胞都能產生各種各樣的酶，生物體中的化學反應，幾乎都是在酶的催化下進行的。

　　酶具有選擇性 。Yong K. Park等人用生玉米淀粉和薯類淀粉做發酵試驗，表明玉米和木薯淀粉不管是否經過蒸煮都能發酵，馬鈴薯淀粉未經蒸煮則不能有效發酵，顯然是因為淀粉結構引起的，說明酶系對物系具有選擇性。

　　酶促進生化反應。酶作為一種生物催化劑，可使生化反應的能閾降得更低，使原本需要升溫供能才能形成的活化分子在較低溫度下也能大量形成，從而使原本需高溫才能進行的有效反應在低溫下也能順利進行。在高溫制曲中的美拉德褐變反應、焦糖化反應等，在非酶參與下要有100℃以上高溫才能進行，當有微生物和酶參與時，在65～68℃左右就能發生上述反應。目前已證實，在高溫大曲中對美拉德反應起較強催化作用的酶，是由地衣芽孢桿菌所分泌的生物酶。

　　酶活與物系環境。酶在參與反應時，受到溫度、pH值、抑制劑等物系條件的影響較大，酶具有活性，一方面會極大地改變環境物系，同時酶活性也會受到環境物系許多因素制約。

　　在整個發酵過程中，通過微生物和生物酶在物系中的流動，實現了有機原料的分解和有機成分的合成，有益微生物也實現了生長、繁殖、代謝過程，同時也促進了微生態系統中物質、能量、信息的傳遞。

　　1.3 微生物繁衍規律，菌種－種群－群落

　　多菌種固態發酵中，微生物以個體參加代謝、以群落效應呈現。每個微生物個體屬于一個菌種，在一定空間里同種個體集聚形成種群，因而菌種與種群是部分和整體的關系。

　　1.3.1 微生物菌種

　　酒類釀造采用多菌種天然發酵，多種不同的菌種是指DNA同源性不小于70%或16S rRNA同源性不小于97%的微生物。微生物雖然個體微小、結構簡單，但不同種類微生物的細胞基本結構并不相同。固態發酵常見微生物主要分為細菌、酵母菌、霉菌，雖然其個體微小、細胞結構簡單，但卻存在本質性區別。這決定了不同種類微生物的生活特性、代謝功能、繁殖方式不同，自然決定了各自所形成的種群差異。

　　1.3.2 微生物種群

　　在同一區域范圍或相對隔離的體系內，大量同種微生物個體聚集在一起即形成種群。微生物種群雖然由同種個體組成，但并不等于單個數量簡單相加，具有一些“群體特征”，比如種群密度、菌齡組成、生長速率等。凡能影響種內單個微生物的一切因素，均能對整個種群起到同等影響作用。

　　在固態發酵中，應用較多的微生物是細菌、酵母菌和霉菌。單個微生物作用力非常有限，生產上主要關心微生物種群數量動態變化引起的群體效應，包括增長、波動、穩定和下降。

　　微生物種群的數量變化均以S型曲線呈現，說明相對封閉體系內，受營養資源限制，以及代謝產物反饋抑制，同種微生物數量不可能無限增加，即自然狀態下“種群密度”存在一個上限值。在生產中，根據需要進行調節，需要菌種大量繁殖時就持續補充營養，需要底物盡量轉化時就稀釋代謝產物濃度。

　　同一棲息環境中所有微生物種群通過各種方式相互關聯，比如共生、競爭、拮抗、抑制等，從而形成一個動態變化的微生物群落。影響微生物生長的因素較多，主要有營養條件、溫度、酸堿度、氧氣、有毒物質及輻射等。

　　1.3.3 微生物群落

　　隨著生物化學及分子生物學技術的發展，微生物群落的研究方法取得了長足進步，目前主要的研究方法有生物標志物法、分子生物學方法及傳統培養等方法。微生物種群雖然體現出微生物數量的群體效應，但其種類單一，局限性明顯。例如固態白酒發酵中，假定只接入酵母菌種，由于酵母只能利用糖分而不能代謝淀粉，在初期將糟醅中殘糖利用完后，淀粉不會自行降解，酵母代謝的上游物料（如糖分）無法持續獲得，下游代謝產物（乙醇等）不能有效稀釋。可見，在任何一個系統中，單一的種群不可能長時間穩定存在。

　　在固態發酵過程中，由空氣富集、原料自帶、工用具吸附、曲藥接種等，多種微生物種群自然組合成一個龐大的微生態體系，即微生物群落。固態白酒發酵中主要有固態曲微生物群落、窖泥微生物群落、糟醅微生物群落等幾種典型微生物群落。“五三”原理在固態發酵生產中的研究應用，其實質就是研究和總結微生物及群落在各個生產環節的作用，同時通過優化生產工序培養優勢菌群，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，保證釀造微生態系統平衡和宿主的安全、健康。