发酵技术在提升谷物类食材营养吸收率中的应用措施

一、引言

谷物类食材是人类饮食的重要组成部分，富含碳水化合物、蛋白质、维生素及矿物质等多种营养成分，在维持人体健康和提供能量方面发挥着关键作用。然而，谷物中存在的抗营养因子、复杂的大分子结构等问题，导致其营养成分难以被人体充分吸收利用。随着人们对健康饮食需求的不断提升，如何提高谷物类食材的营养吸收率成为食品科学领域的研究热点。发酵技术作为一种历史悠久且不断创新发展的生物技术，通过微生物的代谢活动，能够有效改变谷物的化学成分、组织结构和理化性质，显著提升谷物类食材的营养吸收率，为解决谷物营养利用难题提供了有效途径。深入研究发酵技术在提升谷物类食材营养吸收率中的应用措施，对于优化谷物加工工艺、开发高营养谷物食品、推动谷物产业健康发展具有重要的理论意义和实践价值。

二、发酵技术提升谷物营养吸收率的理论基础

2.1 微生物代谢作用

发酵过程中，微生物利用谷物中的碳水化合物、蛋白质等营养物质进行生长和代谢，产生多种酶类、有机酸、维生素等代谢产物。这些代谢产物不仅增加了谷物的营养价值，还在改善谷物营养吸收方面发挥着重要作用。同时，微生物产生的蛋白酶、淀粉酶等可以将谷物中的大分子蛋白质和淀粉分解为小分子的多肽、氨基酸和寡糖，更易于人体消化吸收。

2.2 抗营养因子降解

谷物中普遍存在植酸、单宁、蛋白酶抑制剂等抗营养因子，这些物质会与营养成分结合，影响人体对蛋白质、矿物质等营养的吸收。发酵过程中，微生物分泌的植酸酶、单宁酶等可以特异性地降解这些抗营养因子。以植酸为例，植酸酶能够将植酸分解为肌醇和磷酸，释放出与植酸结合的矿物质，减少植酸对矿物质吸收的抑制作用，从而提高谷物的营养价值和营养吸收率。

2.3 营养成分转化与富集

发酵过程中，微生物的代谢活动还可以促进谷物中营养成分的转化与富集。同时，微生物对谷物蛋白质的分解和重组，可以改变蛋白质的氨基酸组成，使其更接近人体所需的氨基酸模式，提高蛋白质的营养价值和生物利用率。此外，发酵还可以产生一些具有特殊生理功能的活性物质，如γ- 氨基丁酸、短链脂肪酸等，进一步增强谷物的营养保健功能。

三、不同发酵方式及其作用机制

3.1 自然发酵

自然发酵是利用环境中天然存在的微生物菌群对谷物进行发酵的方式。这种发酵方式具有成本低、操作简单等优点，但由于微生物种类和数量难以控制，发酵过程不稳定，产品质量参差不齐。在自然发酵过程中，谷物表面及环境中的乳酸菌、酵母菌、霉菌等多种微生物共同作用，通过复杂的代谢网络对谷物成分进行分解和转化。

3.2 纯种发酵

纯种发酵是指在严格的无菌条件下，接种单一或特定组合的优良微生物菌株进行发酵的方式。与自然发酵相比，纯种发酵具有发酵过程可控、产品质量稳定等显著优势。通过筛选具有特定功能的微生物菌株，如产酶能力强的乳酸菌、产香效果好的酵母菌等，可以定向调控发酵过程，实现对谷物营养成分的精准改造。

3.3 混合发酵

混合发酵是将两种或两种以上不同功能的微生物菌株混合接种进行发酵的方式。这种发酵方式可以充分发挥不同微生物之间的协同作用，实现优势互补，达到更好的发酵效果。例如，将乳酸菌和酵母菌进行混合发酵，乳酸菌产生的有机酸可以为酵母菌的生长提供适宜的酸性环境，促进酵母菌的发酵代谢；而酵母菌发酵产生的二氧化碳和风味物质又可以改善发酵产品的质地和口感。同时，不同微生物产生的多种酶类和代谢产物能够更全面地对谷物营养成分进行分解、转化和修饰，进一步提升谷物的营养吸收率和产品品质。

四、发酵技术提升谷物营养吸收率的应用措施

4.1 优化发酵工艺参数

发酵温度、时间、pH 值、水分含量等工艺参数对发酵过程和发酵效果有着重要影响。合理优化这些参数是提升谷物营养吸收率的关键。一般来说，不同的微生物菌株具有不同的最适生长和代谢温度，在发酵过程中应根据所选用的微生物确定合适的发酵温度。发酵时间也需要精确控制，时间过短，发酵不充分，营养成分的转化和抗营养因子的降解不彻底；时间过长，则可能导致营养成分的过度分解和风味劣变。此外，调节合适的pH 值和水分含量，能够为微生物提供良好的生长环境，促进其代谢活动，从而提高发酵效率和营养提升效果。

4.2 筛选优良发酵菌株

优良的发酵菌株是实现高效发酵、提升谷物营养吸收率的核心要素。筛选具有高产酶能力、耐不良环境、安全性高的微生物菌株至关重要。可以通过从自然发酵样品中分离筛选、对现有菌株进行诱变育种或基因工程改造等方法，获得性能优良的发酵菌株。采用基因工程技术，将特定的功能基因导入微生物菌株中，赋予其新的功能特性。同时，在筛选过程中，要严格遵循食品安全标准，确保所选用的发酵菌株对人体安全无害。

4.3 创新发酵方式与技术

随着科技的不断进步，新型发酵方式和技术不断涌现，为提升谷物营养吸收率提供了新的思路和方法。此外，将发酵技术与其他加工技术相结合，如发酵与挤压技术结合、发酵与超高压技术结合等，能够进一步协同提升谷物的营养品质和加工性能。发酵与挤压技术结合，在挤压过程中的高温高压条件下，发酵产生的小分子物质和活性成分能够更好地与谷物成分结合，同时进一步改善谷物的组织结构，提高营养吸收率；发酵与超高压技术结合，可以在不破坏营养成分的前提下，更有效地促进微生物的代谢活动，加速营养成分的转化和抗营养因子的降解。

4.4 控制发酵过程污染

在发酵过程中，防止杂菌污染是保证发酵产品质量和安全的重要环节。杂菌污染不仅会影响发酵微生物的正常生长和代谢，导致发酵失败，还可能产生有害代谢产物，降低谷物的营养价值和食用安全性。因此，需要采取严格的卫生管理措施，包括对发酵设备、原料、生产环境等进行严格的清洁和消毒，在发酵过程中保持良好的操作规范，如严格的无菌操作、控制发酵车间的空气质量等。同时，可以通过添加天然抑菌剂或采用物理抑菌方法，如紫外线照射、脉冲电场处理等，抑制杂菌的生长繁殖，确保发酵过程的顺利进行和发酵产品的质量安全。

五、结论

发酵技术通过微生物的代谢活动，在降解谷物抗营养因子、分解大分子营养物质、转化和富集营养成分等方面具有独特优势，是提升谷物类食材营养吸收率的有效手段。不同的发酵方式各有特点，在实际应用中，应根据谷物种类、产品需求和生产条件，合理选择发酵方式，并通过优化发酵工艺参数、筛选优良发酵菌株、创新发酵方式与技术、控制发酵过程污染等应用措施，充分发挥发酵技术的优势，实现谷物营养品质的提升和高效利用。随着科学技术的不断发展，发酵技术在谷物加工领域将具有更广阔的应用前景，未来还需要进一步深入研究发酵机制，开发新型发酵技术和产品，为满足人们日益增长的健康饮食需求提供有力支持。

参考文献：

[1] 王江洁 . 烹调加工对食物营养价值的影响分析 [J]. 现代食品 .2023,29(2).

[2] 杨文华 . 传统烹调工艺对食物营养价值的影响 [J]. 现代食品 .2023,29(5).

[3] 李楠楠 , 范志红 . 烹调加工对鱼类营养价值的影响 [J]. 中国食物与营养 .2011,(2).