发酵工程在食品领域中的应用

发酵工程在食品领域的应用

摘要：传统的发酵工程是以非纯种微生物进行的自然发酵，或以纯种微生物进行的工业化发酵。现代发酵工程作为现代生物技术的重要组成部分，具有广阔应用前景。本文以下将介绍微生物发酵在新食品的配料、食品添加剂、功能性食品的开发等相关的食品领域中的应用以及对发酵工程在食品领域的应用做了展望。

关键词：发酵工程；食品领域；应用

发酵工程在食品领域的应用广泛。如啤酒是用大麦芽和酒花经啤酒酵母发酵而成。酒类饮料生产中常以谷物或水果味原料经不同的微生物（酵母菌、曲霉等）发酵，加工制成不同的酒。酸奶是在鲜奶里加入了乳酸菌经发酵而成。醋是利用米、麦、高粱等淀粉原料或直接用酒精接入醋酸杆菌发酵加工而成。酱是利用麦、麸皮、大豆等原料经多种微生物（曲霉、酵母菌和细菌）的协同作用制成。现代发酵工程包括微生物资源开发利用；微生物菌种的选育、培养；固定化细胞技术；生物反应器设计；发酵条件的利用及自动化控制；产品的分离提纯等技术。

1、生产传统的发酵产品

传统的发酵产品是指传统食品发展中一直存在的应用发酵技术的食品，如料酒、酱油、酒精等。在传统食品的生产中，发酵技术是生产过程中的核心部分。发酵技术的是否成熟，时刻关系到产品的好坏[1]。

1.1酒类酿造

酒类主要是酿造酒和蒸馏酒。原料经发酵后，不需再蒸馏而可直接饮用的酒称为酿造酒，如啤酒、葡萄酒、黄酒、日本清酒、果酒等。将发酵液或酒酿经过蒸馏得到蒸馏酒，如白酒、白兰地、威士忌、朗姆、伏特加等。传统的发酵方法在时间上较长，无法有效地满足啤酒厂家在现阶段啤酒生产的实际需求。但利用固定化酵母的连续发酵工艺，可有效地减少啤酒所需要发酵的实际时间。

1.2调味品生产

运用发酵工艺可以生产酱油、酱品、豆腐乳、豆豉、醋等调味品[2]。现阶段，发酵工艺也有很大提高，发酵工程在我国的酱油、酱类、豆腐乳等传统的制造行业中得到广泛应用。发酵工程最大的一个优点是可有效地缩短发酵的周期，大大地提升原料的利用率，并在一定程度上提高相关产品的品质[3]。

2、食品添加剂的生产

发酵工程在食品的发酵过程中能生产出天然色素和天然香味型剂，这些天然色素和天然香味型剂可以取代人工合成色素与味精，是未来食品添加剂发展的方向。现在市面上常见的各种食用色素以及香料等都是通过发酵工程技术而生产的食品添加剂[4]。江苏化工学院全易等[5]自制得选择性优良且价廉的糖化酶和异淀粉酶,生产出低甜度、低热量、高粘度、不被微生物发酵的甜味麦芽糖醇。食品防腐剂枯草芽孢杆菌是一种非致病型细菌，在生产代谢过程中产生的抗菌肽，可抑制食品中真菌、细菌、酵母菌的生长，且无毒、无残留、抑菌效果显著、无耐药性[6]。

3、功能性食品的开发

我们不仅需要将药用的天然真菌直接作用至功能性食品的开发上，而且还需要批量的生

产此类食品，但是这种真菌的培养是非常困难的，因此如果通过发酵工程技术就能有效地解决此类问题[7]。

3.1大型真菌的开发

功能性食品的有效成分主要来自名贵中药材如灵芝、冬虫夏草、茯苓、香菇、蜜环菌等药用真菌，原因在于这些真核微生物含调节机体免疫机能、抗癌或抗肿瘤、防衰老的有效成分。功能性食品的主要原料来源一方面是直接取自天然源的药用真菌，用于功能性食品的开发；另一方面是通过发酵途径实行工业化生产，从中提取我们所需要的药用真菌[4]。比如膳食纤维利用巴氏醋酸菌、木醋杆菌等微生物发酵法生产的细菌纤维素具有很好的持水性、粘稠性、稳定性及生物可降解性，是良好的功能食品素材[8]。

3.2 L-肉碱的制备

L-肉碱营养补充剂，能促进脂肪酸的运输和氧化，可以应用在运动员食品中，以提高其耗氧量和氧化代谢能力，从而增强机体耐受力，同时可用在特殊群体中如婴幼儿食品、老年食品和减肥健美食品中。在1996年，瑞士在捷克的工厂[9] 就利用γ -丁基甜菜碱为底物转化生成L -肉碱，在假单胞菌、农杆菌等微生物中含有γ -丁基甜菜碱转化酶的菌株。

3.3类胡萝卜素

类胡萝卜素主要包括番茄红素、β-胡萝卜素及虾青素等，由于它们都具有保健功效（抗氧化性能、抗肿瘤、增强免疫力等），得到了人们的广泛关注[10]。其中，虾青素可以由红发夫酵母、藻类、细菌等微生物发酵后获得。此外，类胡萝卜素也可利用三孢布拉霉和红酵母等发酵后获得[11]。

4、发酵工程与农产品加工

4.1甜高粱茎秆液态发酵

高密度液态发酵有利于提高从甜高梁茎秆汁液中获取燃料乙醇的收益。甜高梁茎秆汁液高密度发酵工业化生产往往采用固定化酵母发酵工艺，固定化技术应用于酒精发酵的机理是利用活细胞或酶的高度密集，从而比普通游离状态的细胞成倍地增长，加快反应速度、缩短反应周期和提高工作效率。刘荣厚[12]等研究了在摇床和流化床反应器上进行固定化酵母汁液酒精发酵，取得了很好的效果，为燃料乙醇的发展提供了科学依据。

4.2南瓜乳发酵饮料

南瓜乳发酵饮料是以南瓜汁、脱脂乳为主要原料，配以糖尿病患者专用的新型甜味剂-液体木糖醇及其他辅料，经乳酸菌发酵制成的一种新型保健饮品，尤其适合肥胖症、糖尿病患者食用。南瓜乳发酵饮料不但具有发酵乳的风味和营养保健成分，而且含有南瓜有效活性成分，具有降血糖、降血脂、改善胃肠功能等功效[13]。

5、发酵在食品领域应用的意义

通过微生物的发酵，可以将微生物里分泌的酶对细胞壁进行裂解，从而提高了营养素的利用率[14]。对于肉类和奶类食品如果不经过处理就食用的话，那么对消化系统不好，但是经过微生物的发酵，可以将其中的蛋白质进行分解，有利于消化吸收。通过微生物的发酵，还可以产生一些对人体有益的B族的维生素，而这些维生素在动植物的自身来讲是无法合成的，只有通过微生物的发酵才能够产生。

在对有些食品进行发酵的过程中，可以将其中的碳水化合物消耗掉，那么食品中的脂肪含量就比较低，非常适合宜胖人士食用，并且对身体健康还有好处。对食品进行发酵的过程中，不仅可以产生很多的有益物质，同时还可以将食品中对人体不利的物质进行分解。在发酵的过程中，通过微生物的作用，可以产生很多的代谢物，这些代谢物在人体内部有很好的调节功能，抑制有害物质的产生。