发酵工程在食品工业中的应用
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[摘 要]本文简要综述了现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，这些都为新型食品的开发和推广提供了理论依据。
[中图分类号]TS210 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432（2013）34-0062-02
1 发酵工程在食品工业中的发展
自20世纪70年代以来，不仅以细胞工程、酶工程和发酵工程为核心内容的现代生物技术，广泛应用于食品生产与开发，而且现代生物技术也成为了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。作为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，发酵工程是生物工程技术的重要组成部分。它包括培育优良菌种、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。现酵工程对食品工业的影响主要表现在利用现酵技术改造传统发酵食品以及加速开发高附加值的现酵产品。它的足迹涉及新食品配料、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。
2 发酵工程在食品工业中的应用
2.1 传统的食品加工工艺的改造
在现酵技术改造传统发酵食品中，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。例如在国外的啤酒生产中，大多数采用了固定化酵母的连续发酵工艺，它可将啤酒的发酵时间缩短至1d，甚至更低的90rain。在我国的传统酿造制品黄酒、酱类、豆腐乳等，均利用优选的菌种发酵，不仅提高了原料的利用率，缩短了发酵周期，而且改良了风味品质。与此同时，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，并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和前进的方向。
2.2 单细胞蛋白的生产
单细胞蛋白（Sole Cell Protein，SCP）主要指酵母、细菌、真菌等微生物蛋白质资源。人们已公认SCP是最具应用前景的蛋白质新资源之一，是因为微生物菌体的蛋白质含量高，同时还含有多种维生素。这对于解决世界蛋白质资源不足问题方面将发挥重要作用。同时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，走在前列的是美国、日本、墨西哥等国，他们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，到目前为止，已建立了大规模的养殖生产基地。
2.3 功能性食品的开发
功能性食品是指在特定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，以实现“医食同源”的目的。不仅能够调节膳食结构，而且能够益寿延年。因此，这类功能性食品在保健食品产业中形成了一个新的主流。
2.3.1 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，从而大量索取。在应用中，人工发酵培养虫草菌已在中国医学科学院药物研究所实现，成果卓著。在分析产品的化学成分和药理等方面发现，它与天然冬虫夏草类同，临床上应用对高脂血症、障碍、慢性支气管炎等均有疗效，而治疗障碍优于天然冬虫夏草。
2.3.2 γ-亚麻酸的制备
γ-亚麻酸是人体必需的一种不饱和脂肪酸，对人体许多组织特别是脑组织的生长发育至关重要。γ-亚麻酸具有明显的降血压、降低血清甘油三酯和胆固醇水平的功效。目前以月见草为其主要来源，但是月见草有明显的缺陷，如种子的产量和含油量很不稳定、受气候和产地等条件影响较大、生产周期较长、精炼成本高等。所以开始利用经筛选高含油的鲁氏毛霉、少根根霉等蓄积油脂较高的菌株为发酵剂，以豆粕、玉米粉、麸皮等作培养基，经液体深层发酵法制备γ-亚麻酸。采用的发酵温度为30℃，时间为2d，干燥菌体中油脂含量25%～35%，其中γ-亚麻酸含量为12%～15%，它与植物源相比具有产量稳定、周期短、成本低、工艺简单等优越性，便于大规模使用。
2.3.3 微生态制剂的制备
许多微生物菌体本身可作为保健食品的功能性配料或添加剂，例如乳酸菌（乳杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、双歧杆菌属和片球菌属等）和醋酸菌等，其中双歧杆菌作为微生态调节剂在保健食品中的应用最为广泛，主要的生理功能：第一，抑制和杀死肠道病原菌，从而改善肠道的微生态环境；第二，阻断肠道内致癌物质的生成，产生具有抗肿瘤特性的胞外多糖，同时分泌双歧杆菌素和类溶菌物质，提高巨噬细胞的吞噬能力，增强机体免疫力和抗病能力，在肠道内自然合成多种维生素。双歧型微态制剂一般多用于婴儿双歧杆菌，制备工艺一般采用将双歧杆菌纯培养物进行反复接种培养以恢复其活力，并将活化后的菌种接种到以脱脂乳为主的菌种继代培养基中，依次进行三角瓶和种子罐培养，利用冷冻干燥机进行冷冻干燥即制成双歧杆菌微生态制剂。
2.3.4 有机形式的微量元素的制备
人体必需的微量元素包括硒、铬、锗、碘、锌、铁等，其中硒、锗、铬3种元素与目前严重危害人类健康的肿瘤、心血管疾病和糖尿病等关系较大，因此也成为保健食品研究的热点之一。由于无机形式的硒、锗、铬活性很低，同时具有不同程度的毒性，所以其应用于保健品首先要通过生物方法将无机形式的这些元素转化成有机形式微量元素。转化方法主要有植物转化法（富硒苹果、富硒水稻、富硒茶叶等）、植物种子发芽转化法（如富硒麦芽或富硒豆芽等）和微生物转化法（如富硒酵母或富硒食用菌等）等。经研究发现，酵母细胞对硒具有富集作用（吸收率约75%）。利用这一特点，可以在特定培养环境下及不同阶段在培养基中加入硒，使它被酵母吸收利用而转化为酵母细胞内的有机硒，然后由酵母自溶制得产品。富硒酵母95%以上的硒是以有机硒形式存在的，其抗衰老及抑制肿瘤功能较亚硒酸钠显著，而其毒性却大大低于亚硒酸钠。
2.3.5 超氧化物歧化酶（SOD）的制备
SOD广泛存在于动植物和微生物细胞中，目前国内SOD的生化制品主要是从动物血液的红细胞中提取的。SOD不仅能清除人体内过多的氧自由基，起到延缓衰老，提高人体免疫能力并增强对各种疾病的抵抗力的作用，而且作为一种临床药物，在治疗由于自由基的损害而引发的多种疾病时效果显著，可与放化疗结合治疗癌症、治疗骨髓损伤、炎症及消除肌肉疲劳等。并且临床应用证明SOD作为人体组织细胞的正常成分是安全的、有效的，可以广泛应用于化妆品、牙膏和保健食品中。
2.3.6 L-肉碱的制备
L-肉碱（Candtme）的化学名称是L-3-羟基4-三甲铵丁酸，普遍存在于机体组织内，是我国新批准的营养强化剂。因为它能促进脂肪酸的运输和氧化，所以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。现如今发酵法和酶法已经取代了传统的化学生产法，利用根霉、毛霉、青霉进行固态发酵，在可溶性淀粉、硝酸钠、磷酸二氢钾和小麦麸皮组成的固体培养基中，25℃培养4d-7d，L-肉碱的产量为12%～48%，优于过去。
2.4 微生物油脂的生产
人们日常食用的油脂大部分是由芝麻、花生、油菜子、大豆等油料作物榨取的植物油脂，还有一部分是由猪、牛及羊等动物熬制的动物油脂，很少考虑到微生物油脂。其实，在许多微生物中都含有油脂，含油率从最低的2%～3%到60%～70%，且大多数微生物油脂富含多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated Fat Acids，PUFA），有益于人体健康。目前，富含AA和DHA的微生物油脂已在美国、日本、英国、法国等国上市，微生物油脂的应用已形成趋势。
2.5 新糖源的开发
微生物发酵生产的新型强力甜味剂有甜度高、热量低的特点，能够满足肥胖症、肝肾病以及糖尿病人对低糖食品的要求。其产生的真菌中所含多糖如金针菇多糖、银耳多糖、香菇多糖、灵芝多糖、猴头菇多糖、茯苓多糖、虫草多糖等，具有免疫激活、抗肿瘤、抗衰老、降血糖、降血脂、保肝、防血栓等多种功能。以上真菌的菌丝体可采取深层发酵培养制取，然后提取真菌多糖，并且淀粉经酶解成葡萄糖后，由嗜高渗酵母发酵后经过浓缩、结晶、分离、干燥等过程制得赤藓糖醇。
3 食品工业的展望
放眼未来，食品工业将成为现代生物技术中应用最广阔、最活跃、最富有挑战性的领域。随着现酵工程技术在食品领域的广泛应用，食品工业将不再被认为是传统农业食品，它将在人们日常生活中占据重要的地位。现代食品工业的蓬勃发展，已显示出发酵工程技术的巨大生命力，我们不仅要充分利用世界生物技术迅猛发展的契机，重视发酵工程技术的研究，而且要促进我国食品工业的改革，实现我国食品工业健康有序的发展。
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