随着经济的发展和居民收入的提高,我国居民的食品消费观念和结构发生了显著改变,从追求基本的饱腹向追求高质量的营养转变。发酵食品因种类多样、风味独特、营养丰富的优良品质,而逐渐成为满足人民群众日益多元化食物消费需求的重要选择。食品发酵剂作为发酵食品生产制造的核心,能够通过多种代谢途径影响发酵食品的感官特性、营养价值和益生功能,其优良性能的挖掘与制造,对发酵食品产业的高质量发展具有重要意义。我国发酵食品产业市场规模巨大,然而发酵剂仍极度依赖进口。迫切需要系统梳理当前国内外食品发酵剂研究进展及产业现状,解析我国食品发酵剂产业面临的挑战并展望未来发展趋势,为我国优良性能食品发酵剂的研发及产业发展提供思路和借鉴。

  本文通过梳理中国知网(CNKI)和Web of Science(WoS)核心数据库中与食品发酵剂相关文献,结合科学计量分析方法,发现食品发酵剂的研究主要集中在乳酸菌发酵剂、发酵工艺优化、风味特性等方面;基于宏基因组和代谢组数据的研究集中在解析奶酪等发酵食品中微生物与风味物质之间的关联,进而可推动优良发酵剂的开发与应用。此外,抗氧化活性、微生物群落结构、食品感官品质以及特定菌种的研究成为近年来食品发酵剂领域关注的热点。

  本文系统分析我国食品发酵剂领域存在的问题,主要包括优良发酵特性菌株筛选技术落后,高性能和益生特性发酵剂菌株匮乏,发酵剂菌种有益代谢产物制备技术亟待提升,高活性、高稳定性生态复合发酵剂亟需开发,多元化特色食品发酵剂制造技术亟需研制等问题。针对上述问题,提出以下解决方案:

  1)通过多组学技术和生物信息学方法解析菌种的代谢产物和功能基因,结合基因编辑技术和体内外试验验证,锁定与菌株生产特性相关的关键基因,进而提高菌株筛选效率。

  2)通过基因组大数据和生物信息学软件预测有益代谢产物(如γ-氨基丁酸、维生素等)的生物合成基因簇,结合体内外试验评价有益代谢产物的功能与量效关系。进一步探究菌体、有益代谢产物和底物之间的相互规律,实现有益代谢产物的定向调控。

  3)解析发酵食品中微生物菌种/株间正向相互作用(如交叉喂养和群体感应等),阐明种群体共生和协同作用内在机制,进而开发具有高活性、高稳定性的生态符合发酵剂。

  4)借助多组学联合分析,揭示核心功能微生物群与食品品质的关联,解析特色发酵食品的品质形成机制。通过模拟发酵和数学建模分析,确定发酵过程控制和微生物群落动态调控规律,实现发酵食品品质的定向调控。