發酵工程技術在食品開發中的應用

◎ 匡小波

（江西富祥藥業股份有限公司，江西 景德鎮 333000）

經濟發展大大提高了人們的生活水平，同時人們也越來越關注“舌尖上的安全”。在進行食品開發的過程中，利用現代發酵工程技術，能生產出質量更高、更安全健康的發酵食品，還能豐富發酵食品的種類，同時滿足人們的品質需求和飲食多元化需求[1]?，F代生物工程包含了基因、細胞、發酵工程以及酶工程這幾大類。其中，基因工程與細胞工程是典型的生物技術工程，而發酵則是基因與細胞工程的重要實施載體，只有利用發酵工程才能使基因工程與細胞工程所選育的菌種實現工業化生產，體現出生物工程的經濟效益。

1 發酵工程技術概述

發酵工程技術實質上是發酵技術與基因工程、細胞工程相結合，通過DNA重組、細胞融合以及分子修飾等手段，充分發揮微生物的特性，生產出相關產品，或者是將微生物直接作用于生產過程的一項技術[2]。發酵工程包含的內容有選育菌種、選擇培養基、滅菌、發酵以及提純等?，F代發酵工程技術的應用為傳統發酵技術注入了新的活力，增加了微生物發酵制品的種類，構建了更為龐大的發酵工程體系。

2 發酵工程技術在食品開發中的應用

2.1 在食品添加劑開發中的應用

在食品開發與加工生產的過程中，為了使食品更具風味，做到色香味俱全，經常會用到相應的食品添加劑。但是傳統的食品添加劑，如食用色素，通常源于植物中提取或是化學合成[3]。植物提取不僅成本高且原料的來源有限，化學合成雖然成本低，但是存在一定的安全風險。因此發酵工程技術已經成為當前食品添加劑開發中的技術首選。利用微生物發酵來生產食用色素，在保證安全性的同時又降低了使用成本。

2.1.1 氨基酸

氨基酸屬于一種有機化合物，其中包含了氨基與羧基，前者屬于堿性，后者屬于酸性，這是蛋白質的基本組成部分，也是人體所需要的營養成分。在氨基酸碳鏈中，α-氨基酸包含了酸甜苦鮮等幾種不同的口感，其中谷氨酸單鈉及甘氨酸則是調味品中應用較為廣泛的成分。在進行氨基酸合成與生產的過程中便可以利用微生物發酵的方法，如通過對1紅酵母菌種的二級發酵來獲取L-苯丙氨酸[4]，再例如通過黃色短桿菌發酵獲得谷氨酸單鈉。此外還可以通過工程菌培育的方法進行特定氨基酸的合成，相比于傳統的化學合成，微生物發酵能進一步提高產量，降低經濟 成本。

2.1.2 維生素

維生素屬于一種微量物質，是人體所必需的營養成分，可以通過飲食方式進行補充。維生素在人體生長發育、代謝當中作用顯著。嚴格來講，維生素屬于一類營養元素，在體內既不參與構成人體細胞，也不為人體提供能量。維生素不能由體細胞合成，即使合成含量也非常少，必須要通過食物來供給，如在進行食品開發與加工生產的過程中可以通過外部添加的方式予以補充。同樣，可以利用發酵工程技術來進行維生素的獲取。例如，通過阿氏假囊酵母類微生物的發酵可以獲得維生素B2[5]；通過培育黃桿菌或丙酸桿菌，經過分離提純可以獲得維生素B12；通過弱氧化醋酸桿菌、氧化葡萄糖酸桿菌的發酵可以獲取 維生素C。

2.1.3 防腐劑

防腐劑會對微生物的活動產生抑制作用，進而達到防腐效果，屬于一種常見的食品添加劑，主要通過對微生物的正常的酶系運動產生破壞作用，抑制酶活性，從而達到防腐的目的。除此之外還有一類防腐劑主要用于保持食品原有的品質和營養價值，例如苯甲酸、山梨酸等[6]。防腐劑在食品生產中具有非常重要的應用價值。隨著技術的不斷進步，在傳統化學合成防腐劑的基礎上，利用微生物發酵又發現了細菌素、乳酸菌素等抑菌物質。細菌素是一種由細菌產生的抑菌物質，多為多肽類復合物，能抑制霉菌的產生。乳酸菌素是由乳酸菌、乳酸桿菌發酵而成的，能抑制腸道致病菌，促進正常菌群的生長。

2.1.4 核苷酸

核苷酸屬于一種化合物，具有非常重要的生物學功能，不僅影響能量代謝，還與人體免疫有著密切的關系。通過發酵工程技術的應用，可以利用微生物發酵產生核苷和嘌呤核苷酸。例如可以通過酵母發酵后，利用熱水提取核酸后再經過酶水解獲得腺嘌呤核苷酸以及次黃嘌呤核苷酸。

2.2 在傳統發酵產品改良中的應用

在食品開發與生產領域，還可以將現代發酵工程技術用于對傳統發酵食品的改良，尤其是在釀造醬油、食醋以及酒精類產品的加工生產中。①對于醬油的釀造，可以利用曲霉發酵工藝來實現醬油釀造的改良，曲霉的使用能極大地提升原料中蛋白質的利用率，經過研究發現，使用曲霉后，原料中蛋白質利用率能高達85%。②利用固定醋酸菌的方法進行食醋釀造，不僅能顯著提升醋化能力，還能縮短發酵的周期，提高食醋的生產效率，降低釀造成本。除了醬油和食醋之外，像腐乳、黃豆醬這一類的發酵食品，都可以通過培育相應的菌種發酵制得，不僅能減少發酵時間，還可以改良發酵食品的風味和品質。③對于酒精類產品，以啤酒的生產為例，可以用固定微生物細胞的方法來代替傳統的啤酒發酵工藝，通過吸附包埋法來固定處理微生物，能極大地提升啤酒發酵效率，降低設備能耗，從而提高啤酒的生產效益和經濟價值。

2.3 在單細胞蛋白開發中的應用

蛋白質是生命運動必需的物質，人體可以通過飲食來增加蛋白質的攝入量，合成人體所需要的蛋白質。人們所攝入的蛋白質大多是來源于動植物，當前，在蛋白質攝入方面存在全球性的資源緊缺問題。為了更好地解決這一問題，就要實現對新的蛋白質資源的開發。經過研究發現，除了植物和動物蛋白之外，還存在微生物蛋白，也就是單細胞蛋白。單細胞蛋白中最重要的就是酵母蛋白、細菌蛋白和藻類蛋白，其中酵母蛋白的蛋白質含量在40%～60%，細菌蛋白的蛋白質含量在60%～70%，藻類蛋白的蛋白質含量可以高達90%。對于藻類蛋白而言，其中的螺旋藻及小球藻最為突出，其屬于微藻類型，在這兩種藻類中，除了必需的含硫氨基酸量比較少，其他的人體必需氨基酸含量非常豐富，且含有大量的活性成分，因此當前有許多機構和國家正在積極進行藻類食品的開發。單細胞蛋白在食品開發中可以用于制造人造肉，并且基于一些單細胞蛋白良好的抗氧化性，還可以用于開發和生產嬰幼兒食品。除此之外，單細胞蛋白的應用還能對食物中的一些性質產生改變作用，例如將活性酵母加入紅餅，酵母的濃縮蛋白可以顯著提升食品的鮮味，可以用作食品增鮮劑。

2.4 在甜味劑加工中的應用

甜味劑屬于較為常見的添加劑，能增加食品或者飲料當中的甜味。在食品開發中，甜度是重要指標，為了使食品或飲料更加適口，使食品獲得更好的風味，通常會加入一定量的甜味劑。甜味劑的種類較多，一般分為天然甜味劑和人工合成甜味劑，相較于天然甜味劑，人工合成甜味劑的成本要更低，因此使用范圍也更加廣泛。但是近年來研究證明，攝入過多的甜味劑尤其是人工合成的甜味劑會對人體造成一定的損傷，并且對于患有肥胖癥以及糖尿病的病人而言，其必須嚴格控制甜味劑的攝入。為了同時滿足人們對食品健康和風味的需求，相關研究人員在微生物發酵技術的支持下開發了一些新型的甜味劑，也稱為新糖源。常見的新糖源有木糖醇和赤蘚糖醇。利用酵母發酵法，將假絲酵母以木糖為原料進行發酵可以生產出木糖醇。赤蘚糖醇可通過小麥或者玉米基于酶降解來獲取，工藝流程主要包括淀粉液化、葡萄糖獲取、生產菌株發酵、過濾、色層分離、凈化、濃縮、結晶、分離、干燥，最后得到赤蘚糖醇[7]。

2.5 在保健食品開發中的應用

保健食品也被稱為功能性食品，主要是指有著較強保健性能或能幫助人體獲取更多微生物的食品。此類食品的適用范圍具有局限性，主要針對特定人群，能對機體起到一定的調節效果，但并不能對疾病起到治療作用，也不會對人體產生危害。當前，越來越多的人開始重視身體保健，保健食品市場得到了快速發展。發酵技術在保健食品開發中的合理應用，能最大限度地保障保健食品的健康與安全。例如類胡蘿卜素的開發。類胡蘿卜素主要包括β-胡蘿卜素、蝦青素以及番茄紅素等，這些都是人體所需要的重要微量元素，具有一定的抗氧化性，還可以增強人體的免疫力。對于類胡蘿卜素的獲取，可以通過酵母發酵以及真菌發酵來取得。再例如乳酸菌食品的開發。乳酸菌是基于對碳水化合物進行發酵而形成大量乳酸的一種菌群。乳酸菌也是人體必須具備的微生物之一，能對人體的生理功能起到一定的調節作用，其主要分布在人體腸道菌群當中。人體攝入一定的乳酸菌或是含有乳酸菌的食品，能對腸道起到良好的調節作用，從而促進腸道中的菌群穩定及平衡，抑制有害菌繁殖。日常生活中常見的乳酸菌食品有酸奶、酸乳酪，乳酸發酵的果蔬汁及乳酸菌飲料等。應用發酵工程技術能以淀粉等可再生資源為原料，通過發酵法來實現乳酸的大規模生產，由于其原材料豐富，且生產過程簡單，成本低廉，安全性高，是乳酸生產領域最為重要的一項技術。

3 結語

隨著生物技術的快速發展，現代發酵工程技術在食品開發領域中的應用前景較為廣闊，發酵工程技術的應用為食品行業向工業化方向邁進提供了技術支撐，為食品開發行業的健康有序發展提供了諸多有利條件。