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新型食品发酵技术：定义“未来食品”的营养、安全与可持续
发布时间：
2026-01-22
来源：
食品学界
随着生物技术的飞速发展，作为食品生物工程的主要组成部分，食品发酵技术不断升级，在传统发酵食品的菌种、发酵过程、产品品质得到改善的同时，生物制造的功能食品组分、未来食品等新型发酵食品也应运而生。传统的食品发酵技术是通过微生物的作用提升食品原料的营养性、功能性、味道、质地、安全性、多样性和便捷性等，满足人们对饮食的基础需求。而新型食品发酵技术是将食品科学、信息技术、环境科学等学科进行交叉融合，突破传统的发酵思维，变革食品的生产方式，通过单细胞或合成系统，获取食物组分、功能性营养物质等全新的食品资源，最终实现从无到有的创造，达到拓展食品类型的目的。因此，新型食品发酵技术在未来食品多元化发展中将发挥巨大的作用。
一、食品发酵的进化史
1.天然发酵阶段（公元前—1680年）
在有文字记录之前，人类就已经开始利用天然微生物发酵食物。奶酪、面包、酱油、腐乳等传统食品已伴随人类超过千年。这一阶段完全依靠经验，存在失败率高、质量不稳定等问题。人们通过有意识地选择和保存优良的菌曲，并采用加热、密封等原始方法，使发酵产品种类逐渐丰富，改善了人类的生活水平和营养状况。
2.纯培养发酵阶段（1680—1928年）
显微镜的发明，揭开了微生物世界的神秘面纱。菌种分离纯化和无菌操作技术的建立，使人类从依赖经验的天然发酵，进入可控的纯种发酵阶段。发酵过程的稳定性和效率得到极大提升，产品种类和数量进一步增长，发酵工程开始从生产食品扩展到生产丙酮、丁醇等工业产品。
3.深层发酵技术阶段（1928年后）
青霉素的发现是一个里程碑。为满足其大规模生产的需求，好氧发酵通气搅拌工程技术得以建立。这推动了微生物学、生物化学、分子生物学等学科的融合，使更多产品如维生素C、氨基酸、酶制剂等得以通过深层发酵技术生产。
4.现代发酵工程技术阶段（1980年后）
基因工程技术的出现，为发酵工程带来了革命性变化。发酵过程被系统划分为上游（菌种选育与改造）、中游（发酵过程控制）和下游（产品分离纯化）工程，实现了从实验室到工业化生产的全链条精准控制。
5.新一代发酵工程技术（21世纪后）
基因编辑、代谢工程、合成生物学与信息技术的整合，正在引发理念性的变革。食品发酵的目标，已经从提升现有食品的性状，进阶为“从无到有”地创造全新的食品资源，例如利用微生物直接生产蛋白质、脂肪等功能性食品组分。
图1 发酵工程技术发展历史
二、单细胞蛋白发酵技术
1968年，美国麻省理工大学的科学家首次在会议上提出将单细胞蛋白(Single Cell Protein，SCP)作为微生物蛋白质的最佳替代术语。SCP是指在适宜的培养条件下，细菌、真菌和微藻等微生物在生长过程中利用各种基质产生的菌体蛋白质。SCP蛋白质含量高达40%～80%，含维生素、矿物质和必需氨基酸，营养价值极高。
与传统蛋白相比，SCP具有明显优势：营养价值高，含8种必需氨基酸及生物活性物质；原料广泛且环保，可利用工业/农业废物、废水生产；培育时间短，细菌繁殖一代仅0.5～2h；生产效率高，500kg酵母菌一天可产1250kg蛋白质；工业化生产，不受地区、季节、气候限制，占地少、产量高、质量好。SCP生产菌种主要有细菌、真菌、微藻。每种菌种都有其特点和应用场景。
当前，SCP已被广泛用作食品添加剂：作为增味剂、发酵剂、乳化稳定剂、天然色素和抗氧化剂。同时，它还能改善食品品质，提升肉制品保水性，延长保质期。
图2 天然微生物利用CO生产单细胞蛋白的工艺流程
三、微生物油脂：从健康食品到绿色能源
微生物油脂，又称单细胞油脂，是由酵母、霉菌、细菌、藻类等微生物利用碳源、氮源及无机盐发酵产生。其主要是由不饱和脂肪酸组成的甘油三酯，含γ-亚麻酸、花生四烯酸、DHA、EPA等多不饱和脂肪酸。由于微生物油脂具有生长周期短、培养简单、不饱和脂肪酸含量高等特点,利用微生物生产不饱和脂肪酸成为近年国内外的研究热点。
与植物油和动物油相比，微生物油脂具有明显优势：生长周期短、培养简单，可连续规模化生产；生产不受空间和时间限制，不与农业争地；利用工农业废弃物为原料，环保节能；可定向改造微生物，提升油脂产量；微生物油脂不易氧化，生物安全性高。
微生物油脂的生产工艺包括：菌种筛选、原料选择、菌体培养和油脂提取精制。生产原料以廉价原料为主，如工业/食品废弃物、农作物秸秆和高糖植物。提取方法中，有机溶剂萃取法是目前工业主流。
在食品领域，微生物油脂可作为功能性食品原料，如DHA藻油用于婴幼儿乳粉；也可作为食品添加剂或替代原料，如酵母油脂可替代可可脂，生产类可可脂；特定碳源下可合成低热量膳食甘油三酯。
在能源领域，微生物油脂可用于生产第三代生物柴油，绿色环保、无毒可降解。丝孢酵母以乙酸钠为碳源生产的脂质，可作为生物柴油原料；解脂耶氏酵母以纯化甘油为碳源，其脂肪酸谱符合生物柴油要求。
当前,新型食品发酵技术已经应用于如碎肉、全切肉、鸡蛋、牛乳、奶酪、海鲜、油脂等各类食品的生产。未来食品行业的创新一定是围绕食物供给、环境保护、质量安全、营养健康、消费需求等问题而产生的,加工制造安全、美味、平价、健康、高效且可持续的食品是未来人类生存和发展的重要保障。而新型食品发酵技术,必将成为未来食品行业创新的重要驱动。
资料来源：张浩玉 杨瑞先. 食品发酵技术[M].北京：中国轻工业出版社.
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