微生物在食品添加剂中的应用

微生物在食品添加剂中的应用

摘要综述了食品微生物在增稠剂、乳化剂、防腐剂、食品色素、增鲜剂、营养强化剂等食品添加剂生产中的应用，并对其应用前景进行了展望。

关键词微生物；食品添加剂；应用

食品添加剂指一类“为改善食品品质和色、香、味以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化学合成或者天然物质”。食品添加剂对于食品工业的发展起着非常重要的作用，它能增加食品的保藏性、防止腐败变质；改善食品的感官性状；有利于食品加工操作、适应生产的机械化和连续化；保持或提高食品的营养价值；满足其他特殊需要[1]。

早期，食品添加剂一般以化学合成为主。近年来，随着生活水平的提高，人们越来越崇尚回归自然，安全健康的绿色食品成为食品发展的潮流；而化学合成添加剂的安全性问题日益暴露出来，这与绿色食品的发展格格不入，开发天然、无毒的食品添加剂成为研究的热点。天然食品添加剂来源主要有动物、植物、微生物。但是由于动植物的生产周期较长，生产效率低，受环境的影响大，而且提高动植物生产食品添加剂的手段较难实现，而微生物由于自身的特点使其在生产食品添加剂方面具有许多独到的优点：①生产周期短、效率高；②生产原料便宜，一般为农副产品，成本低；③培养微生物不受季节、气候影响；④微生物反应条件温和，生产设备简单；⑤有较易实现的提高微生物产品质量和数量的方法[2]。因此，通过微生物生产食品添加剂成为极具前途的产业，近十几年来，研究、开发并利用微生物生产食品添加剂已经得到了很大的发展。现将微生物在食品添加剂生产中的主要应用介绍如下。

1微生物多糖应用于增稠剂、乳化剂的生产

利用生物技术开发的新型发酵产品—微生物多糖，以其安全、无毒、理化性质独特等优良特性，越来越受到人们的关注。到目前为止，已大量投产并得到广泛应用的微生物多糖主要有黄原胶，结冷胶、短梗霉多糖、热凝胶，它们已作为乳化剂、悬浮剂、增稠剂、稳定剂、胶凝剂等广泛应用于食品工业中。常见微生物多糖在食品中的应用及生产菌种见表1。

微生物多糖是微生物工业的新产品，它比动物多糖、植物多糖有更广泛的应用，而且它的生产受地理环境、气候、自然灾害等因素的影响较小，生产周期短，产量及质量都很稳定，性价比较高，其各方面的性能不仅优良而且有着其他多糖

不具备的特殊功用。它具有化学合成食品添加剂所无法比拟的优点，在很大程度上能满足人们对天然无公害食品的需求。

2微生物在食品防腐剂生产中的应用

在传统食品保藏中，一般通过加入化学防腐剂来延长产品保质期；但是随着人民生活水平的提高，化学防腐剂的安全隐患愈来愈受到人们的关注，人们逐渐把注意力转向天然防腐剂的开发和应用上来，利用微生物制取天然生物防腐剂已成为食品保藏研究的热点，从微生物资源中开发天然食品防腐剂具有十分广阔的前景。目前，通过微生物代谢生产的天然防腐剂有乳酸链球菌生产的乳链球菌素（Nisin）、链霉菌生产的那他霉素、曲霉发酵的曲酸、枯草杆菌提取的枯草杆菌素和白色链霉菌生产的ε-聚赖氨酸等（见表2）。

与传统的化学防腐剂相比，微生物防腐剂具有安全、天然、健康的特点，而且微生物生长迅速，合成速度快，生长基因稳定，产生菌对其抗菌物质具有自身免疫性。以纳他霉素与山梨酸钾比较为例：①纳他霉素对霉菌和酵母抑制功效是山梨酸钾的100～200倍，即20mg/kg的那他霉素相当于1 000～2 000mg/kg 的山梨酸钾。②纳他霉素适用pH值范围宽，纳他霉素与常用的山梨酸钾等防腐剂相比，在pH值3~9范围内都有活性，其适用范围更宽。③无特殊感官性状，那他霉素是白色、无气味、无味道的粉状物。它对产品的口感特性无任何影响[11]。

又如ε-聚赖氨酸（Poly-lysine），它是一类由L-赖氨酸中ε-氨基和α-羟基通过酰胺键结合而成的多聚氨基酸，对霉菌、酵母菌、细菌都有明显的抑制作用，且抑菌效率高，一般在浓度大于或等于50μg/mL就能起作用，Neda对ε-聚赖氨酸进行了毒理学研究，经慢性和亚急性喂饲小鼠试验证明：ε-聚赖氨酸没有毒性，甚至当喂饲量达到20 000 mg/kg的高剂量水平时也不会产生任何不利效果或基因突变。此外ε-聚赖氨酸对生殖系统、神经系统、免疫系统，以及胚胎的发育、后代的生长，甚至第2代的胚胎发育都不会产生毒性，因此是一种安全的天然防腐剂。在日本，ε-聚赖氨酸已被批准上市，被应用于海水产、酿造品、方便食品等的保鲜防腐。

但是，目前我国批准使用的微生物防腐剂只有纳他霉素（Natamycin）和乳链球菌素（Nisin）等少数几种，品种比较单一，而且微生物防腐剂的生产还存在一些亟需解决的问题，如高产菌种的分离、抑菌物质鉴定、抑菌物质毒理学试验等。

3微生物应用于增鲜剂的生产

微生物应用于保鲜剂的生产应用主要有：味精、酵母降解提取物（酵母浸膏）及其他，如果汁保鲜剂—葡萄糖氧化酶等。

酵母抽提物被誉为第3代调味剂，是以新鲜的面包酵母、啤酒酵母或圆酵母为原料，采用生物酶解技术，将酵母细胞内的蛋白质、核酸等进行生物降解精制而成的复合型天然调味料。工艺流程如下[15]：

由于富含多种氨基酸、肽类物质、维生素等营养成分，已被广泛地应用于调味品，肉制品，焙烤食品中作为增鲜剂，以提高风味。

葡萄糖氧化酶是用黑曲霉等经过发酵后制得的淡黄色透明液体酶制剂，其分子量为15万左右。其固体酶制剂在0℃下保存可稳定2年以上，葡萄糖氧化酶的最大特点是能消耗氧气催化葡萄糖氧化，葡萄糖氧化酶是一种天然的食品添加剂，食用安全。主要作用是可去除果汁中的氧气，防止产品氧化变质，抑制褐变，延长果汁的贮藏期，葡萄糖氧化酶具有酶的专一性，不会与果汁中的其他物质产生反应。在果汁中加入20mg/kg的葡萄糖氧化酶，Vc残存81.2%，比对照不加酶残存35.3%提高2倍多。同时葡萄糖氧化酶与增效剂联合使用，抗氧化和抑制褐变效果更好[16]。

4微生物应用于食品色素的生产

近年来，微生物生产天然色素的开发、研究越来越受到人们的重视[17]。很多真菌、细菌等微生物在菌体生长过程中能够生成不同颜色和结构的色素，其中以红曲色素、β-胡萝卜素和天然蓝色素等研究最为广泛。微生物色素较之以植物、动物为原料生产的色素，其优点在于克服了动植物生长受季节、气候等限制。

生产β-胡萝卜素的菌种主要有：克拉克须霉菌（Phy comyoces blakeskeanus）、三孢布拉霉菌（Blakeslea trispora）、红酵母（Rhodotorula）[18]。巴西Nattell报道甘蔗汁发酵培养粘红酵母（Rhocbtorula glutinis）20h振荡培养，生物量高达1.5g干细胞/L，产量为2.5mg/g干细胞。王岁楼利用实验室保藏的红酵母RY-9，考察了皂化时NaOH浓度、用量、皂化时间及乳化剂的配比和用量等因素对红酵母胡萝卜素水溶性和吸收率的影响，获得了水溶性胡萝素粉制剂，该制品纯度高、稳定性和水溶性良好，β-胡萝卜素含量为300～800 μg／g[19]。三孢布拉霉菌（Blakeslea trispora）生长速度迅速，生物量高，产β-胡萝卜素能力强，培养5~6d，总胡萝卜素产量在1g/L以上，80%-90%是β-胡萝卜素，是实现工业化的好菌种[18]。

生产红曲色素的菌种是红曲霉属（Monascus Van Tie ghen），南京农业大学利