發酵工程在食品工業中的應用

[摘 要]本文簡要綜述了現代發酵工程技術在食品領域的應用及其進展，包括改造傳統的食品加工工藝、單細胞蛋白（SCP）的生產、開發功能性食品和微生物油脂的生產等，這些都為新型食品的開發和推廣提供了理論依據。

[關鍵詞]發酵工程；食品工業；應用

[中圖分類號]TS210 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-6432（2013）34-0062-02

1 發酵工程在食品工業中的發展

自20世紀70年代以來，不僅以細胞工程、酶工程和發酵工程為核心內容的現代生物技術，廣泛應用于食品生產與開發，而且現代生物技術也成為了解決食品工業生產所帶來的環保和健康等問題的有效途徑。作為一門利用微生物的生長和代謝活動來生產各種有用物質的工程技術，發酵工程是生物工程技術的重要組成部分。它包括培育優良菌種、發酵生產某些代謝產物、生產微生物菌體、改造某些天然物質等。現代發酵工程對食品工業的影響主要表現在利用現代發酵技術改造傳統發酵食品以及加速開發高附加值的現代發酵產品。它的足跡涉及新食品配料、飲料穩定劑、D-氨基酸及其衍生物制造等諸多食品工業領域。

2 發酵工程在食品工業中的應用

2.1 傳統的食品加工工藝的改造

在現代發酵技術改造傳統發酵食品中，最典型的是使用雙酶法糖化工藝取代傳統的酸法水解工藝。例如在國外的啤酒生產中，大多數采用了固定化酵母的連續發酵工藝，它可將啤酒的發酵時間縮短至1d，甚至更低的90rain。在我國的傳統釀造制品黃酒、醬類、豆腐乳等，均利用優選的菌種發酵，不僅提高了原料的利用率，縮短了發酵周期，而且改良了風味品質。與此同時，利用發酵工程生產天然色素、天然新型香味劑等食品添加劑，并逐步取代人工合成的色素和香精，這也是當前食品添加劑研究和前進的方向。

2.2 單細胞蛋白的生產

單細胞蛋白（Sole Cell Protein，SCP）主要指酵母、細菌、真菌等微生物蛋白質資源。人們已公認SCP是最具應用前景的蛋白質新資源之一，是因為微生物菌體的蛋白質含量高，同時還含有多種維生素。這對于解決世界蛋白質資源不足問題方面將發揮重要作用。同時也有一些是采用細菌、絲狀真菌和放線菌等菌種。現在許多國家都在積極進行球藻及螺旋藻SCP的開發，走在前列的是美國、日本、墨西哥等國，他們所生產的螺旋藻食品既是高級營養品，又是減肥品，在國際市場上很受歡迎。我國螺旋藻的開發研究始于20世紀70年代，到目前為止，已建立了大規模的養殖生產基地。

2.3 功能性食品的開發

功能性食品是指在特定食品中含有某些有效成分，它們具有對人體生理作用產生功能性影響及調節之功效，以實現“醫食同源”的目的。不僅能夠調節膳食結構，而且能夠益壽延年。因此，這類功能性食品在保健食品產業中形成了一個新的主流。

2.3.1 大型真菌的開發

功能性食品的有效成分主要來自名貴中藥材如靈芝、冬蟲夏草、茯苓、香菇、蜜環菌等藥用真菌，原因在于這些真核微生物含調節機體免疫機能、抗癌或抗腫瘤、防衰老的有效成分。功能性食品的主要原料來源一方面是直接取自天然源的藥用真菌，用于功能性食品的開發；另一方面是通過發酵途徑實行工業化生產，從而大量索取。在應用中，人工發酵培養蟲草菌已在中國醫學科學院藥物研究所實現，成果卓著。在分析產品的化學成分和藥理等方面發現，它與天然冬蟲夏草類同，臨床上應用對高脂血癥、性功能障礙、慢性支氣管炎等均有療效，而治療性功能障礙優于天然冬蟲夏草。

2.3.2 γ-亞麻酸的制備

γ-亞麻酸是人體必需的一種不飽和脂肪酸，對人體許多組織特別是腦組織的生長發育至關重要。γ-亞麻酸具有明顯的降血壓、降低血清甘油三酯和膽固醇水平的功效。目前以月見草為其主要來源，但是月見草有明顯的缺陷，如種子的產量和含油量很不穩定、受氣候和產地等條件影響較大、生產周期較長、精煉成本高等。所以開始利用經篩選高含油的魯氏毛霉、少根根霉等蓄積油脂較高的菌株為發酵劑，以豆粕、玉米粉、麩皮等作培養基，經液體深層發酵法制備γ-亞麻酸。采用的發酵溫度為30℃，時間為2d，干燥菌體中油脂含量25%～35%，其中γ-亞麻酸含量為12%～15%，它與植物源相比具有產量穩定、周期短、成本低、工藝簡單等優越性，便于大規模使用。

2.3.3 微生態制劑的制備

許多微生物菌體本身可作為保健食品的功能性配料或添加劑，例如乳酸菌（乳桿菌屬、鏈球菌屬、明串珠菌屬、雙歧桿菌屬和片球菌屬等）和醋酸菌等，其中雙歧桿菌作為微生態調節劑在保健食品中的應用最為廣泛，主要的生理功能：第一，抑制和殺死腸道病原菌，從而改善腸道的微生態環境；第二，阻斷腸道內致癌物質的生成，產生具有抗腫瘤特性的胞外多糖，同時分泌雙歧桿菌素和類溶菌物質，提高巨噬細胞的吞噬能力，增強機體免疫力和抗病能力，在腸道內自然合成多種維生素。雙歧型微態制劑一般多用于嬰兒雙歧桿菌，制備工藝一般采用將雙歧桿菌純培養物進行反復接種培養以恢復其活力，并將活化后的菌種接種到以脫脂乳為主的菌種繼代培養基中，依次進行三角瓶和種子罐培養，利用冷凍干燥機進行冷凍干燥即制成雙歧桿菌微生態制劑。

2.3.4 有機形式的微量元素的制備

人體必需的微量元素包括硒、鉻、鍺、碘、鋅、鐵等，其中硒、鍺、鉻3種元素與目前嚴重危害人類健康的腫瘤、心血管疾病和糖尿病等關系較大，因此也成為保健食品研究的熱點之一。由于無機形式的硒、鍺、鉻活性很低，同時具有不同程度的毒性，所以其應用于保健品首先要通過生物方法將無機形式的這些元素轉化成有機形式微量元素。轉化方法主要有植物轉化法（富硒蘋果、富硒水稻、富硒茶葉等）、植物種子發芽轉化法（如富硒麥芽或富硒豆芽等）和微生物轉化法（如富硒酵母或富硒食用菌等）等。經研究發現，酵母細胞對硒具有富集作用（吸收率約75%）。利用這一特點，可以在特定培養環境下及不同階段在培養基中加入硒，使它被酵母吸收利用而轉化為酵母細胞內的有機硒，然后由酵母自溶制得產品。富硒酵母95%以上的硒是以有機硒形式存在的，其抗衰老及抑制腫瘤功能較亞硒酸鈉顯著，而其毒性卻大大低于亞硒酸鈉。

2.3.5 超氧化物歧化酶（SOD）的制備

SOD廣泛存在于動植物和微生物細胞中，目前國內SOD的生化制品主要是從動物血液的紅細胞中提取的。SOD不僅能清除人體內過多的氧自由基，起到延緩衰老，提高人體免疫能力并增強對各種疾病的抵抗力的作用，而且作為一種臨床藥物，在治療由于自由基的損害而引發的多種疾病時效果顯著，可與放化療結合治療癌癥、治療骨髓損傷、炎癥及消除肌肉疲勞等。并且臨床應用證明SOD作為人體組織細胞的正常成分是安全的、有效的，可以廣泛應用于化妝品、牙膏和保健食品中。

2.3.6 L-肉堿的制備

L-肉堿（Candtme）的化學名稱是L-3-羥基4-三甲銨丁酸，普遍存在于機體組織內，是我國新批準的營養強化劑。因為它能促進脂肪酸的運輸和氧化，所以可以應用在運動員食品中，以提高其耗氧量和氧化代謝能力，從而增強機體耐受力；同時可用在特殊群體中如嬰幼兒食品、老年食品和減肥健美食品中。現如今發酵法和酶法已經取代了傳統的化學生產法，利用根霉、毛霉、青霉進行固態發酵，在可溶性淀粉、硝酸鈉、磷酸二氫鉀和小麥麩皮組成的固體培養基中，25℃培養4d-7d，L-肉堿的產量為12%～48%，優于過去。

2.4 微生物油脂的生產

人們日常食用的油脂大部分是由芝麻、花生、油菜子、大豆等油料作物榨取的植物油脂，還有一部分是由豬、牛及羊等動物熬制的動物油脂，很少考慮到微生物油脂。其實，在許多微生物中都含有油脂，含油率從最低的2%～3%到60%～70%，且大多數微生物油脂富含多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated Fat Acids，PUFA），有益于人體健康。目前，富含AA和DHA的微生物油脂已在美國、日本、英國、法國等國上市，微生物油脂的應用已形成趨勢。

2.5 新糖源的開發

微生物發酵生產的新型強力甜味劑有甜度高、熱量低的特點，能夠滿足肥胖癥、肝腎病以及糖尿病人對低糖食品的要求。其產生的真菌中所含多糖如金針菇多糖、銀耳多糖、香菇多糖、靈芝多糖、猴頭菇多糖、茯苓多糖、蟲草多糖等，具有免疫激活、抗腫瘤、抗衰老、降血糖、降血脂、保肝、防血栓等多種功能。以上真菌的菌絲體可采取深層發酵培養制取，然后提取真菌多糖，并且淀粉經酶解成葡萄糖后，由嗜高滲酵母發酵后經過濃縮、結晶、分離、干燥等過程制得赤蘚糖醇。

3 食品工業的展望

放眼未來，食品工業將成為現代生物技術中應用最廣闊、最活躍、最富有挑戰性的領域。隨著現代發酵工程技術在食品領域的廣泛應用，食品工業將不再被認為是傳統農業食品，它將在人們日常生活中占據重要的地位。現代食品工業的蓬勃發展，已顯示出發酵工程技術的巨大生命力，我們不僅要充分利用世界生物技術迅猛發展的契機，重視發酵工程技術的研究，而且要促進我國食品工業的改革，實現我國食品工業健康有序的發展。

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