发酵工程在食品工业中的应用

发酵工程在食品工业中的应用

摘要：本文从传统微生物发酵在食品工业中的历史及现代发酵工程的发展，提出了发酵工程在生物工程中占有重要地位。只有通过发酵工程，才能使由基因工程或细胞工程获得的具有某种所需性状的目的菌株实现工业化生产，最终达到基因克隆或细胞融合，获得生产效益和经济效益，发酵工程是生物技术产业化的基础。简要综述了现代发酵工程技术在食品领域的应用及其进展，包括改造传统的食品加工工艺、单细胞蛋白(SCP)的生产、开发功能性食品和微生物油脂的生产等。关键词：发酵工程食品工业应用

微生物广泛存在于自然界中，以微生物供应或制造食品并不是什么新的概念。现在发酵食品已经成为食品王业中的重要分支，就广义而言，凡是利用微生物的作用制取的食品都可称为发酵食品。现代科技中利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下，通过现代化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类需要的产品称为发酵工程，亦称微生物工程。

微生物在食品中的应用有三种方式：

(1)、微生物菌体发酵是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的产品，包括用于面包工业的酵母发酵，单细胞蛋白，活性乳酸菌剂等。

(2)、微生物酶发酵，利用发酵法制备微生物酶是当今发酵工业的重要组成部分，包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶、脂肪酶、凝乳酶等。

(3)、微生物代谢产物，包括初级代谢产物一供菌体利用、中级和级次产物如酒类、食醋、有机酸、维生素供人们利用。

近几年基因工程和细胞工程等现代生物技术为发酵工程的发展提供了新技术。重组DNA技术和细胞融合技术，使微生物从来不能产生的一些物质变成了发酵产品，为发酵工程开辟了新的领域。本文简要介绍发酵工程在食品工业中的应用。

一、传统发酵在食品工业中的历史

发酵技术起源干古老的酿造食品工业，如：清酒、啤酒、葡萄酒、黄酒、白酒、酱油、醋、腐乳以及干酪等的制造。我们的祖先为了生存和发展，很早就发现了利用微生物的发酵作用（古代虽然不清楚微生物的知识）可以提高食物的消化性、保藏性、嗜好性，创造了一系列的发酵工艺和发酵食品。例如，以粮食为原料发酵制成的烧酒、白酒、豆豉、酱、醋等被称为是固体发酵的起源。

我国传统发酵食品是中华食文化的代表，不仅至今为国人之生活必需，而且无论过去和现在都深刻影响着整个人类饮食文明。中国人历来视“柴、米、油、盐、酱、醋、茶”为生活的基本保障，其中酱、醋、茶都和发酵有关。我国传统发酵食品主要种类如下表所示：

中国传统发酵食品有着非常丰富的内涵，其种类之多，方法之妙在其他国家都是罕见的。除了各种酒类产品之外，在人们的日常饮食中发酵食品几乎无处不在。我国各地的泡菜、腌渍菜有很好的保健效果。例如赵丽珺利用降胆固醇能力较强的乳酸菌SUF-1发酵泡菜，并通过体外实验证实泡菜具有一定的降胆固醇效果。

二、现代发酵工程在食品工业中的发展

自20世纪70年代以来，随着基因工程为核心内容，包括细胞工程、酶工程和发酵工程的现代生物技术广泛应用于食品生产与开发，食品工业也有了飞速的发展。利用现代生物技术不仅能改造食品资源、同时还能改进传统工艺，改良食品品质、提高产品加工深度，增加食品包装功能并将其产业化。现代生物技术也将成为解决食品工业生产所带来的环保和健康等问题的有效途径。发酵工程是生物工程技术的重要组成部分，是生物技术产业的重要环节，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。包括培育优良菌种、发酵生产某些代谢产物、生产微生物菌体、改造某些天然物质等。

目前，现代发酵工程技术已作为一种新兴的工业体系发展起来，已深入到生产的各个行业，如工业、农业、矿业、化工、医药、食品、

能源和环境保护等。现代发酵工程对食品工业的影响主要表现在利用现代发酵技术改造传统发酵食品以及加速开发高附加值的现代发酵产品。涉及到新食品配料、食品加工催化剂、饮料稳定剂、D-氨基酸及其衍生物制造等诸多食品工业领域。

三、发酵工程在食品工业中的应用

3.1改造传统的食品加工工艺

利用现代发酵技术改造传统发酵食品最典型的是使用双酶法糖化工艺取代传统的酸法水解工艺，用于味精生产。可提高原料利用率10％左右。在啤酒生产中，国外采用固定化酵母的连续发酵工艺进行啤酒酿造。可将啤酒的发酵时间缩短至1d，甚至90rain。我国对传统酿造制品，如黄酒、酱类、豆腐乳等利用优选的菌种发酵．提高了原料的利用率，缩短了发酵周期，改良了风味品质。此外，利用发酵工程生产天然色素、天然新型香味剂等食品添加剂，逐步取代人工合成的色素和香精，这也是当前食品添加剂研究的方向。如甜味剂中的木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等；酸味剂中的苹果酸、琥珀酸等；氨基酸中各种必需氨基酸；增稠剂中的黄原胶、普鱼兰、茁霉多糖、热凝性多糖等；风味剂中的多种核苷酸、琥珀酸钠、香茅醇、双乙酰；芳香剂中的脂肪酸酯、异丁醇等；色素中的类胡萝卜素、红曲色素、虾青素、番茄红素等；维生素中的维生素C、维生素B12、核黄素、肉碱；生物活性添加剂中的各种保键活菌、活性多肽等；防腐剂中的乳链菌肽、杀菌肽、瓜蟾抗菌肽、防御素等。

3.2生产单细胞蛋白

单细胞蛋白(SoleCellProtein，SCP)主要指酵母、细菌、真菌等微生物蛋白质资源。由于微生物菌体的蛋白质含量高，同时还含有多种维生素。因此人们已公认SCP是最具应用前景的蛋白质新资源之一，对于解决世界蛋白质资源不足问题方面将发挥重要作用。用于生产SCP的微生物以酵母和藻类为主。也有一些是采用细菌、丝状真菌和放线菌等菌种。现在许多国家都在积极进行球藻及螺旋藻SCP的开发，如美国、日本、墨西哥等国所生产的螺旋藻食品既是高级营养品．又是减肥品，在国际市场上很受欢迎。我国螺旋藻的开发研究始于20世纪70年代。目前已建立了大规模的养殖生产基地。发展前景看好。

3.3开发功能性食品

所谓功能性食品是指在某些食品中含有某些有效成分，它们具有对人体生理作用产生功能性影响及调节之功效，实现“医食同源”，使人们的膳食具有良好的营养性、保健性和治疗性，从而达到健康及延年益寿的目的。因此，这类功能性食品在保健食品产业中形成一个新的主流，也是它发展的必然趋势。

3.3.1 大型真菌的开发

功能性的有效成分主要来自那些名贵中药材如灵芝、冬虫夏草、茯苓、香菇、蜜环菌等药用真菌，因为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，这是发展功能性食品的一个最主要原料来源。一方面直接取白天然源的药用真菌，用于功能性食品的开发；另一方面通过发酵途径实行工业化生产，大量索取。灵芝、冬虫夏草菌发酵培养都取得成功，如河北省科学院微生物研究