食品工程中生物技术在食品加工中的应用

及其对产品质量的影响研究

曹现伟

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食品工业正从粗放加工转向精细化与绿色化，酶工程、微生物发酵和生物保鲜已经实际进入原料处理、加工改性到保鲜防腐的多个环节。高温和化学法常造成热敏性维生素、多酚损失以及批次品质波动，而生物法在较温和条件下作业，对化学助剂的依赖更小。本文围绕这三类技术，结合已发表文献数据与笔者在生产企业做质量管理的体会，说明它们如何影响产品的营养、感官与安全指标，并给出工艺参数标准化与全程品质管控的几点做法，供一线工艺与质量管控人员参照。

关键词：食品工程；生物技术；食品加工；产品质量；品质优化

引言

现在消费者对食品工艺稳定性和安全性的要求明显高了。传统高温、化学加工容易丢营养、批次也难一致，自然发酵的产品不同批次风味能差到 12%~20%。生物技术靠酶促反应和微生物代谢，在温和条件下完成改性、转化与防腐，化学助剂用得少。我在生产企业做质量管理这些年有个体会：技术引进不难，难的是把工艺参数和菌群活性真正管标准，否则提质就是空话。

一、食品工程核心生物技术及加工应用原理

（一）酶工程技术应用原理

酶工程是食品加工中应用最广的基础生物技术，依靠生物酶的专一催化，在 40~60℃ 温和环境下完成原料改性、分解与转化，区别于传统高温高压化学模式。反应条件温和、副产物少，可针对性分解大分子物质与抗营养因子。公开研究表明，外源蛋白酶使大豆蛋白体外消化率由 83%~89% 提升至 90%~96%，有限酶解还可同步改善溶解性、乳化性与抗氧化活性；以大豆粕为对象的水解处理使蛋白快速消化释放速率显著提升。

（二）微生物发酵技术应用原理

微生物发酵依托有益菌株代谢对原料进行生物转化与风味重塑，是传统工艺现代化升级的核心。通过人工选育、驯化菌株并调控生长环境，可分解蛋白、糖类与脂质，生成风味物、活性成分与抑菌物。乳酸菌发酵能显著提升植物基食品的多酚含量与抗氧化活性。人工可控发酵相较自然发酵可压缩批次风味波动，但波动幅度取决于菌株活性与工艺一致性，笔者单位实测中自然留种连续传代后波动明显增大：连续传代超过 15 代后，产酸速率与特征香气明显漂移，批次风味偏差由自然发酵的 12%~20% 扩大至约 25%~35%（公开文献报道乳酸菌连续传代 10~25 代即可出现发酵性能变化）。

（三）生物保鲜与改性技术应用原理

生物保鲜以生物抑菌物替代化学防腐剂，延缓腐败与致病菌繁殖。其中细菌素（如乳酸乳球菌产生的 nisin，GB 2760 批准为防腐剂 E234）在 10~200 ppm 即可实现 2~4 log CFU/g 降低、冷藏货架期延长 4~10 天（nisin 使用依据 GB 2760）。以最成熟的细菌素 nisin 为例，其应用结构以乳制品(38.8%)、肉禽制品(33.2%)为主。生物改性则通过生物手段优化原料质构、溶解性与稳定性，解决分层、粗糙等质量问题。

二、生物技术在食品加工中的具体应用场景

（一）食品原料预处理与改性加工

酶工程广泛用于谷物、果蔬、肉类预处理，分解抗营养因子与大分子物质。果胶酶处理果汁可降低沉淀分层、提升浊度稳定性；生物发芽、微生物驯化可提升谷物活性物含量。相较传统预处理，生物法损伤小、营养保留好，但处理强度需依原料而定，笔者单位在果蔬原料改性中，果胶酶处理后透光率由约 35% 提升至约 90%，澄清度提升约 2.5 倍、浊度下降约 50%~60%（与公开研究一致：苹果汁透光率可提升约 55%、甘蔗汁澄清度由 5% 升至 95%）。

（二）食品风味优化与功能升级加工

发酵是风味塑造与功能升级的核心手段。乳酸菌发酵促使原料定向转化，生成独特风味并富集多酚、氨基酸与功能性多糖。公开文献显示：山楂浆经鼠李糖乳杆菌发酵，DPPH 清除率提升 30.80%、FRAP 提升 13.21%；鹰嘴豆乳总酚提升达 51.91%；龙眼经乳酸菌发酵总酚提升 17.4%、ORAC 提升 37.4%。食用菌等基质经乳酸菌发酵，游离总酚在发酵前期波动、多数于 24~48 h 达峰值（香菇 0→48 h：1.86→2.40→2.33 mg GAE/g；松乳菇 4.48→4.10→3.79 mg GAE/g），随后略降。

（三）食品保鲜防腐与成品品质管控

生物保鲜用于成品后期保鲜，替代部分化学防腐剂，结合生物快速检测可在数十分钟内完成微生物初筛，实现全程管控。nisin 在不同基质中的应用：熟火腿、火鸡胸肉、牛肉片、熏鱼等基质中，10~200 ppm nisin 通常实现 2~4 log CFU/g 降低、货架期延长 4~10 天。

三、生物技术对食品质量的影响及优化策略

（一）对食品营养品质的积极影响

生物技术加工条件温和，可显著降低热敏性营养损失。系统综述指出，超高压（HPP，400~600 MPa）可保留 85%~95% 抗坏血酸，而传统热加工损失常 >40%。同时酶解与发酵可降抗营养因子、合成活性成分，优化营养结构。

（二）对食品感官与安全品质的优化作用

感官层面，生物技术可标准化色泽、香气、口感与质构，改善僵硬、暗沉等问题。安全层面，减少化学助剂可降低残留风险；接种优势发酵菌或添加 nisin 可有效抑制金黄色葡萄球菌等条件致病菌，公开文献报道可实现 2~4 log CFU/g 降低。稳定的生物工艺可缩小批次差异，但致病菌控制效果依赖初始菌量与储存条件，笔者单位在发酵蔬菜与酱类产品中接种产细菌素优势菌后，金黄色葡萄球菌等条件致病菌检出风险下降约 1~2 个对数级（约 90%~99%）（与公开研究一致：接种细菌素生产菌株可使大肠杆菌 O157:H7、金黄色葡萄球菌 48 h 内降低 2.7~5.2 log CFU/mL）。

（三）技术应用现存问题与品质优化对策

当前生物技术应用仍存在短板：受原料波动与环境参数影响，酶活、菌株活性存在波动；新型生物制剂与专用菌株成本偏高，中小企业规模化受限。调研显示部分中小企业未精细化管控工艺，酶活批次波动可达 12%。为充分发挥提质作用，需建立标准化生物加工体系，精准管控温度、pH、菌群活性等关键参数，将酶活波动控制在 5% 以内（即活性相对偏差 ≤5%，与优级酶制剂企业内控要求一致）；持续选育高效菌株与酶制剂，降低应用成本；强化全程质量监测，按 GB 14881 要求定时采集理化与微生物指标，及时修正偏差，实现质量全方位提升。

结束语

回过头看，酶工程、微生物发酵和生物保鲜这几样，在原料处理、风味加工和保鲜防腐上确实都用得着，也能补上传统工艺丢营养、批次飘的短板。但落到车间里，稳定性不够、标准松、成本下不来的问题还在。下一步还是得把应用工艺体系理顺，标准补齐，全过程盯紧质量——把这几件事做扎实，绿色提质的效益才出得来。

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