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　　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

　　1 食品釀造微生態“五三”原理

　　1.4 固態發酵體系溫變規律

　　在固態發酵中，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時間長；第三階段主發酵期過后，大量酵母類微生物死亡，窖內兼氧性和厭氧性微生物（如、乳酸菌、梭狀芽苞桿菌等）成為了優勢菌群，主導產酸、產酯和生香，窖內溫度逐漸下降并趨于穩定。經實踐總結發現：伴隨著微生物代謝活動的不同時期，正常情況下微環境溫度均表現出明顯的“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、窖內發酵時糟醅溫度變化等均符合固態發酵溫度變化特征，且溫度變化規律從宏觀上反映出相關微生物的活動狀態，從而為生產提供指導。

　　1.4.1 制曲過程的溫度變化

　　在固態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、營養物豐富的環境，曲坯含有大量原料伴生微生物和從環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，產生大量熱能，曲塊品溫逐步上升。長時間持續高溫，導致曲塊水分快速散失，酵母大量死亡，霉菌和細菌產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 醬香糧糟發酵溫度變化

　　在醬香型酒固態發酵過程中，糧糟經取酒、降溫、拌曲后并不直接入窖，需要在生產現場上堆積發酵一段時間。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，窖內氧氣充足，營養物豐富，微生物大量繁殖，代謝活動旺盛，所產熱能豐富，糟醅溫度迅速回升，在相當一段時間內表現為熱量生成與散失保持平衡，即綜合溫度出現“中挺”現象。隨著時間推移，富氧條件向微氧和無氧條件轉化，微生物特別是酵母的厭氧代謝逐漸占主導，微環境酒精度、酸度快速增加。發酵后期，由于微環境的改變（酒精度、酸度增加等）以及微生物酶參與的各類反應逐漸表現出較強反饋抑制現象，大部分微生物代謝活動逐漸減弱甚至停止，窖內糟醅熱量緩慢散失，綜合溫度表現為逐級“緩慢回落”。

　　1.4.3 濃香糧糟發酵溫度變化

　　濃香型白酒固態發酵窖內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，從而導致窖內發酵溫度走勢差異化，根據物系－菌系－酶系的關聯性，結合生產經驗總結，窖內溫度變化符合“前緩－中挺－后緩落”特征才屬于產量質量雙優的典型走勢。凡外界因素導致窖內溫度走勢未符合“前緩-中挺-后緩落”規律的，其出酒率或酒質口感等會受到明顯影響。

　　1.5 封閉系統的氧變規律

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

　　1.5.1 發酵前物料氧含量

　　固態發酵的物料呈大小不等、形狀不規則的顆粒狀，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，其絕對值在整個發酵過程中處于最大狀態。氧濃度分布與物料特性有關，如果物料硬度高，壓縮形變?。ū热缜逑憔漆勗旌歪u香酒釀造），只與輔料用量和物料松緊度有關。

　　1.5.2 封閉系統中氧含量變化趨勢

　　多菌種的固態釀造，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，其氧含量處于飽和狀態。單個曲坯進入曲房后形成一個小封閉系統，豐富的菌系利用碳水化合物、蛋白質、無機鹽、氧等進行一系列繁殖代謝并產生大量熱能，促使曲坯品溫逐漸升高，水分不斷散失，氧氣不斷消耗減少，曲坯內的微環境逐漸進入微氧、厭氧狀態。在曲坯內的微環境中，細菌、霉菌、酵母菌等微生物均經歷了一個由好氧狀態→微氧狀態→厭氧狀態的過程。

　　糧糟堆積過程氧含量變化。醬香生產中拌曲后、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，糟堆內部的氧氣含量隨著時間的推移將逐漸減少。

　　窖內封閉系統氧含量變化。濃香型糧糟入窖時溫度較低，所添加曲藥是經自然接種并儲存后的干曲粉，內含大量的酵母菌、細菌、霉菌等菌種，由于長期脫水處于休眠狀態，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，直至窖內呈現微氧和厭氧狀態。生產實踐發現，氧變規律還與窖池深淺、糟醅泡氣度有關?？傮w而言，在封閉體系中，氧濃度呈現“底部低、頂部高，四周低、中間高”的非均相分布特點。這也符合生產環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”的微生物分布規律。

　　1.5.3 氧濃度在白酒釀造中的作用與調控

　　含氧量影響窖內升溫。從固態白酒發酵窖池查溫結果可以看出，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，表現為“中挺”；而上層糟因受外界溫度影響較大，散熱較快，導致頂溫偏低。

　　調控含氧量提升酒質。通過生產經驗及數據總結，凡是濃香型窖池上部糟醅，其酒質均相對較差，而靠窖池下部的糟醅產酒質較好。一直以來，人們將底糟酒質量較好全部歸結于窖底泥的質量。經大量對比發現，其中一個重要原因是所產酒質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、緩發酵的控制技術實現了提升酒質的目的。

　　調控含氧量促進窖泥老熟。濃香型酒生產窖池，隨著窖齡的不斷增加，窖泥質量會出現明顯分化，表現在窖底泥和底部窖墻泥色澤逐漸轉深，泥質越來越好，但上半部窖墻的泥質改變卻不明顯。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。固態白酒生產，都是屬于典型的厭氧發酵，其窖內發酵過程均遵循同樣“好氧－微氧－厭氧”的變化規律。

　　1.6 食品釀造微生態系統具有自我調節、自我修復功能，也可人為優化其免疫特性和自愈力

　　1.6.1 微生態系統的自我調節和修復

　　食品釀造就是通過對微生物進行大量的生長培養，促進生化反應，從而產生和積累大量人們所需代謝產物的過程。在該過程中伴隨著微生態環境的變化，微生物系統通過自我調節完成生長、繁殖、代謝，其自動修復功能的強弱就決定了正常微生物群的優勢性，也同時影響代謝產物的種類、質量和數量。

　　微生物代謝的自我調節有酶合成的調節和酶活性的調節兩條途徑。酶合成的調節是指微生物細胞在誘導物的刺激下而產生的一種稱為誘導酶的酶，這些誘導酶能將一些微生物本身不能利用的物質進行利用而促進微生物的生長；酶活性的調節是指微生物通過改變已有酶的催化活性來調節代謝的進行，即微生物在大量生長繁殖后將產生大量的代謝產物，過量的代謝產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。在實際生產中，如固態白酒發酵在發酵的初級階段，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），產生大量的能量和糖類物質，消耗系統中的部分氧氣而進入兼性厭氧環境，同時體系溫度升高，環境條件變化反過來又抑制了好氧微生物的生長并導致部分微生物自溶，最后達到微生態的平衡；在發酵中期，溫度穩定，環境兼性厭氧，體系進入酒精發酵和酸發酵階段，產生大量的醇、酸及其它酯的前體物質，隨著發酵深入，產物增多，酵母等微生物衰亡；發酵進入后期，系統進入厭氧階段，芽孢桿菌類厭氧微生物成為優勢菌群，促進酯類物質的合成。這些都體現了發酵過程中整個微生態系統的自我調節功能。

　　食品釀造（如固態白酒發酵）多采用分輪次投料、輪輪產出的自然發酵生產方式，通過每輪次的生產，表面上看影響了發酵微生態環境系統，但每輪次能生產出同等質量的合格發酵食品，這從本質上就證明了食品釀造微生態具有較強的自我調節和自我修復功能，也表明了發酵“宿主”中內源性的生物群落和生產環境中富積的正常微生物群落成為優勢菌群保證了微生態的平衡，如固態白酒發酵形成“千年老窖萬年糟”的微生態系統。

　　1.6.2 提高釀造微生態系統的“免疫”特性

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

　　1.6.3 微生態系統的人為干預

　　在食品釀造過程中，為了保證生產質量和生產效率的穩定，都對外源性微生物制劑的生產和使用方法（如曲藥的生產和使用，冷加熱減）、釀造生產操作工序要求（如釀酒生產操作規程）、生產工藝參數控制（如固態白酒生產工藝規范）、操作關鍵控制措施（如生產質量控制清單）、生產環境控制（如清潔生產）等均作出了明確的規定和要求，這就是用人為因素干預微生物的生長、繁殖、代謝，人為優化優勢菌群環境，以確保發酵質量，維持發酵微生態平衡，促進發酵“宿主”健康成長（如釀酒窖池逐年老熟）。