食品行業中發酵工程的應用

□ 楊再良 貴州大學明德學院生物系

發酵工程，是指在現代工程技術手段的運用下，利用微生物的某些特定功能為人類生產有用的產品，或直接把微生物應用于工業生產過程的一種新技術。在整個生物工程領域，發酵工程的地位十分顯著。發酵工程的內容包括菌種的選育、培養基的配制、滅菌、擴大培養和接種、發酵過程和產品的分離提純等方面。

1 發酵工程的特點及發展狀況

發酵工程所具備的特點主要包含以下幾點：①發酵過程中，可同時進行多個發酵反應，即便同一設備中也不會存在干擾的情況，能完成所需發酵產品的生產；②發酵無需在高溫高壓下即可進行反應，所需條件相對溫和，不存在較高的設備精度要求，也不會有較大的能源消耗；③原料多以糖類、麥芽和淀粉等農副產品為主，十分常見，能充分利用這類農副產品；④能對各種反應做出選擇，即在特點官能團中能予以精確反應；⑤發酵具有相對專一的產生物質，不會有太多廢料產生，因此不會對環境造成太大污染。

現代生物技術是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，在整個生物工程中發酵工程的地位十分顯著，主要負責優良菌種的培育、微生物菌體的生產、發酵生產代謝產物、天然物質改造等[1]。發酵工程屬于在工業生產有效應用微生物的高科技技術，現代生物技術在飲料穩定劑、新食品配料及衍生物制造等領域中都有所涉及，影響十分廣泛。

2 發酵工程在食品行業中的應用

2.1 改造傳統食品加工工藝

利用現代發酵技術改造傳統發酵食品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。國外是以“液體的面包”來稱呼啤酒，傳統發酵方法需求較長的時間，難以滿足啤酒廠家現代化啤酒生產要求。而應用固定化酵母連續發酵工藝后，可大幅度縮短啤酒發酵時間。而在發酵工程不斷應用與發展下，啤酒發酵效果僅需90 min即可完成。不斷發展的發酵工藝，再加上提高原料利用率、縮短發酵周期、提升風味品質等各種優勢的存在，使得發酵工程逐漸被運用在醬類、黃酒和豆腐乳等傳統食品制造業中。此外，在食品發酵過程中，利用發酵工程生產天然色素和天然香味型劑等食品添加劑，逐步取代人工合成的色素和味精，已成為未來食品添加劑的主要發展方向。

2.2 生產單細胞蛋白

單細胞蛋白（微生物蛋白）是在大量石油肥料和工農業肥料的運用下，通過人工培育所產生的微生物菌體。隨著我國科學技術的不斷發展，推動了我國酵母產品的進一步發展。其中，單細胞蛋白作為微生物蛋白質的資源，目前在各種各樣的食品中逐漸得到了廣泛運用，也被人們稱之為一種極具發展前景的蛋白質新資源[2]。人體所需的硒酵母、鉻酵母等，在單細胞蛋白中大量存在，單細胞蛋白的出現能有效解決蛋白質資源緊缺的問題。隨著全球科學技術的不斷發展，國外發達國家也對單細胞蛋白的應用展開了更深入的探索。

2.3 開發功能性保健食品

功能性食品，是指對人體具有增強機體防御機能、調節生理節律、預防疾病和促進康復等有關生理調節功能的加工食品。功能性食品的研發為“醫食同源”這一目的的實現奠定了基礎。功能性食品不但能實現膳食結構的調整，還具備益壽延年的功效。故而，此類功能性食品的研發逐漸成為保健食品行業發展的新潮流。

2.3.1 開發大型真菌

功能性食品有效成分的來源是以靈芝、香菇、茯苓、蜜環菌和冬蟲夏草等民貴中藥材中的藥用真菌為主，這是因為這類真核微生物具有抗癌、防衰老、抗腫瘤及調節機體免疫功能的有效成分。就功能性食品的原料來源而言，可從野外采摘或人工種植的真菌實體直接提取，供于開發功能性食品；或是在發酵途徑的應用下進行工業化生產，將人們所需的藥用真菌提取出來。目前，人工發酵培育蟲草菌已取得顯著的成果，人工發酵培育的蟲草菌有著類同于天然冬蟲夏草的化學成分和藥理功效，可完全取代天然冬蟲夏草，廣泛應用于治療慢性支氣管炎、性功能障礙和高脂血癥等疾病。相關研究表明，在性功能障礙治療方面，人工發酵培育的蟲草菌所發揮的效果優于天然冬蟲夏草。

2.3.2 制備微生態制劑

鏈球菌屬、片球菌屬、乳桿菌屬、雙岐桿菌屬和明串珠菌屬等乳酸菌及醋酸菌等大部分微生物菌體自身即可用作保健食品添加劑或功能性配料。在保健食品中，作為微生態調節劑的雙歧桿菌更是得到了廣泛應用，其生理功能主要如下：①能抑制或殺死腸道病原菌，進而改善腸道微生態環境；②可阻斷腸道內致癌物質的生成，形成胞外多糖（具有抗腫瘤特性），同時還會分泌類溶菌物質和雙歧桿菌素，促使巨噬細胞具有更強的吞噬能力，可實現機體免疫力、抗病能力的增強，并在腸道內完成多種微生物的自然合成[3]。雙歧型微態制劑一般選用嬰兒雙歧桿菌，制備工藝為反復接種培養雙歧桿菌純培養物，使其活力得以恢復，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，依次完成三角瓶、種子罐培養后，利用冷凍干燥機進行冷凍干燥后，便完成了雙歧桿菌微生態制劑的制作。

2.3.3 制備有機形式的微量元素

鐵、鋅、碘、硒、鍺和鉻等微量元素是人體的必需物質，而硒、鍺、鉻3種與對人體健康造成重大危險的糖尿病、腫瘤和心血管疾病等密切相關，故而保健食品行業也將微量元素作為重要研究內容。硒、鍺、鉻處于無機形式下活性極低，并有不同程度的毒性，要想將其應用于保健品中，首先需在微生物轉化法、植物種子發芽轉化法、植物轉化法等生物方法的運用下將這類無機形式的元素轉化為有機形式微量元素。相關研究表明，酵母細胞對硒具有富集作用，吸收率約為75%，在特定培養環境下及各個階段中將硒加入培養基內，使其被酵母充分吸收、利用并轉化為酵母細胞內的有機硒，通過酵母自溶即可得到有機形式的微量元素。

2.4 開發新糖源

隨著人們生活水平的不斷提高，人們的傳統飲食思想也在不斷改變，以往僅是以吃飽、吃好為目標的思想已逐漸被吃得更健康、益壽延年的新思想所取代。因此，通過微生物發酵所制作的新糖源逐漸被大家所認識并接受。相對于傳統糖而言，新糖源具有更好的口感、更高的甜度及更低的熱量等，可有效滿足糖尿病、肥胖癥和肝腎病患者對低糖食品的需求。

3 結語

隨著現代發酵工程技術在食品領域的進一步應用，食品行業在人們日常生活中所占據的地位更為顯著。在生物技術快速發展的背景下，我們要重視對發酵工程技術進行更加深入的研究，同時需積極改革食品行業，為我國食品領域的進一步發展提供動力。