發(fā)酵工程在食品領域的應用.doc

目錄1發(fā)酵工程22傳統(tǒng)的食品加工工藝23發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應用33.1發(fā)酵工程與番茄紅素33.2發(fā)酵工程與“人造肉”43.3發(fā)酵工程與農產品加工64應用前景展望74.1 大力開發(fā)食品添加劑新品種84.2 開發(fā)微生物保健食品9 11 發(fā)酵工程在食品領域的應用劉璐璐(洛陽師范學院，09生物科學班)摘要：發(fā)酵工程又稱為微生物工程，是指 傳統(tǒng)的發(fā)酵技術與DNA重組、細胞融合、分子修飾和改造等技術結合并發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術。隨著社會的發(fā)展，發(fā)酵工程已經在許多領域起到了重要的作用，給人類帶來不可估量的經濟和社會效益，本文討論了發(fā)酵工程在食品領域，并對其應用前景進行了展望。關鍵詞：發(fā)酵工程 食品工業(yè) 現(xiàn)代發(fā)酵技術 新型食品LiuLuLu(luoyang normal college, 09 biological science class)Abstract: also called microorganism fermentation engineering project, it is to point to the traditional fermentation technology and DNA restructuring, cell fusion, molecular modification and reconstruction technique combining with modern and developed the fermentation technology. With the development of society, the fermentation engineering in many fields has played an important role, causing immeasurable economic and social benefits, this paper discussed the fermentation engineering in the food field, and the prospect of application is discussed.Keywords: fermentation engineering food industry modern fermentation technology new-type food1發(fā)酵工程通常認為生物工程包括基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程和酶工程，這四個方面互為促進、相互聯(lián)系?；蚬こ毯图毎こ淌巧锛夹g的主導領域，是發(fā)酵工程、酶工程的基礎；而發(fā)酵工程和酶工程又是基因工程、細胞工程研究成果的實際應用。其中發(fā)酵工程占有重要的位置，這才可以從生物工程的過程看出來，只有通過發(fā)酵工程，才能使由基因工程或細胞工程獲得的具有某種所需性狀的目的菌株實現(xiàn)工業(yè)化生產，最終達到基因克隆或細胞融合，獲得生產效益和經濟效益。可見發(fā)酵工程是生物技術產業(yè)化的基礎。發(fā)酵工程又稱為微生物工程，是指 傳統(tǒng)的發(fā)酵技術與DNA重組、細胞融合、分子修飾和改造等技術結合并發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術?，F(xiàn)代發(fā)酵工程包括微生物資源開發(fā)利用；微生物菌種的選育、培養(yǎng)；固定化細胞計數(shù)；生物器設計；發(fā)酵條件的利用及自動化控制；產品的分離提純等技術。發(fā)酵工程是古老而大有潛力的工業(yè)技術，生物技術中的基因工程、酶工程、單克隆抗體、生物量的研究轉化等研究成果為它注入新的內容，使傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝煥發(fā)“青春”，賦予了微生物發(fā)酵技術新的生命力，使微生物發(fā)酵制品的品種不斷增加。目前，現(xiàn)代發(fā)酵工程技術已作為一種新興的工業(yè)體系發(fā)展起來，已深入到生產的各個行業(yè)，如工業(yè)、農業(yè)、礦業(yè)、醫(yī)藥、食品、能源和環(huán)境保護等。本文簡要綜述了現(xiàn)代發(fā)酵工程技術在食品領域的應用及其進展。2傳統(tǒng)的食品加工工藝傳統(tǒng)的食品加工工藝一般是采用化學合成法和傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝，從植物中萃取食品添加劑成本高，而且來源有限；而化學合成法生產食品添加劑雖成本低，但化學合成率低，周期長，而且可能危害人類健康，而傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝產量低，質量也不能得到很好的保護，多年來人們一直用酵母發(fā)酵生產酒精，對傳統(tǒng)釀造制品，如醬油、醋、黃酒、豆腐乳等，原料利用率很低，發(fā)酵周期長，風味和品種也比較單一，而這些缺點，運用現(xiàn)代發(fā)酵工藝都可以得到明顯的改善3發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應用3.1發(fā)酵工程與番茄紅素番茄紅素是由11個共軛雙鍵及2個非共軛碳碳雙鍵構成的高度不飽和直鏈型烴類化合物，具有預防癌癥、防治心血管疾病、緩解骨質疏松癥和提高免疫等重要的生理功能。番茄紅素的生產方法主要有提取法、化學合成法和微生物發(fā)酵法。由于番茄紅素含量低，提取法無法滿足市場需求；化學合成法存在收率低、產物不穩(wěn)定以及合成成本高等缺點；發(fā)酵法被認為是生產番茄紅素最有潛力的方法發(fā)酵法利用特定微生物的代謝將淀粉、葡萄糖、黃豆餅粉等廉價原料轉化為番茄紅素，不受原材料、地理環(huán)境和氣候等因素影響，工藝簡單、生產周期短、生產效率高、生產成本低，且產物質量可控，并減少了對環(huán)境的污染。最重要的是發(fā)酵法生產的番茄紅素3.2發(fā)酵工程與“人造肉”近年來，國內外市場上出現(xiàn)了一種引人注目的新食品，它們的樣子很象雞、鴨、魚或豬肉，但卻不是通過飼養(yǎng)畜禽而獲得的制品，也不是耕種收獲的五谷雜糧，而是利用現(xiàn)代發(fā)酵工程技術制成的，因此，人們將他稱為“人造肉”?，F(xiàn)代發(fā)酵工程，就是利用微生物的許多特殊本領，通過現(xiàn)代的工程技術手段來生產人類有用的物質，或者把微生物直接運用于工業(yè)生產的一類技術。它是以培養(yǎng)微生物發(fā)酵為主的，因此又叫微生物工程。我們知道，蛋白質是生命活動的基礎，一切有生命的地方都有蛋白質，微生物也不例外。不過到目前為止，能夠擔當生產微生物蛋白的菌種還不多，主要是一些不會引起疾病的細菌、酵母和微型藻菜。這些生物的結構非常簡單，一個個體就是一個細胞，用發(fā)酵法生產這些單細胞微生物，就可以得到大量的單細胞蛋白質。在生產單細胞白質的工廠里，人們?yōu)槲⑸锇才帕俗钸m宜的居住環(huán)境，這就是一個個大小不等的發(fā)酵罐，罐里存放著適合不同類微生物“胃FI”的食料，保證它們在這里能“吃飽喝足”，迅速繁殖。當發(fā)酵罐里的微生物繁殖到足夠數(shù)量時，便可收集起來加工利用了。用發(fā)酵工程生產單細胞蛋白質，繁殖速度快。如一頭體重500 kg的牛，每天只能合成05 kg蛋白質，而500 kg的活菌體，只要條件合適，在24 h內能夠生產1 250 kg蛋白質。而且生產單細胞蛋白質的原料十分豐富，如農作物的秸稈，農副產品加工業(yè)的大量廢水、廢渣，以及石油產品、甲醇等，都可用來發(fā)酵生產單細胞蛋白。單細胞蛋白具有很高的營養(yǎng)價值。它的蛋白質含量高，可達細胞干重的70 ，比一般植物高46倍；而且單細胞蛋白質里氨基酸的種類比較齊全，有幾種在一般糧食里缺少的氨基酸，在單細胞蛋白里卻大量存在。另外，還含有多種維生素，這也是一般食物所不及的。正是由于單細胞蛋白具有這些突出的優(yōu)點，現(xiàn)在人們用它加上相應的調味品做成雞、魚、豬肉的代用品，不僅外形相象，而且味道鮮美，營養(yǎng)也不亞于天然的魚肉制品；用它摻和在餅干、飲料、奶制品中，則能提高這些傳統(tǒng)食品的營養(yǎng)價值。在畜禽的飼料中，只要添加3 一10的單細胞蛋白，便能大大提高飼料的營養(yǎng)價值和利用率。用來喂豬可增加瘦肉率；用來養(yǎng)雞能多產蛋；用來飼養(yǎng)奶牛還可提高產奶量。在井岡霉素、肌苷、抗菌素等發(fā)酵工業(yè)生產中，它又可以代替糧食原料。因此，單細胞蛋白用途廣泛，前途遠大。隨著世界人口的不斷增長，糧食和飼料不足的情況日益嚴重。面對這一嚴峻的現(xiàn)實，開發(fā)利用單細胞蛋白已成為增產糧食的新途徑。若以蛋白質含量計算，1 kg單細胞蛋白相當于1 kg一15 kg的大豆。建立一座5個100 t發(fā)酵罐的工廠，可以年產5 000 t單細胞蛋白，相當于3 330 hm 耕地上種植大豆的產量。單細胞蛋白的生產向人們展示美好的前景，在現(xiàn)代科學技術的培育下，也許有不了多久，用單細胞蛋白制成的飯菜，就會出現(xiàn)在你家的餐桌上。3.3發(fā)酵工程與農產品加工3.3.1甜高粱莖稈液態(tài)發(fā)酵在液態(tài)發(fā)酵過程中，由于甜高粱汁液中氮源、無機鹽含量不能滿足酵母菌的需求，大多數(shù)研究者通過在汁液中添加氮源和無機鹽來研究最佳的發(fā)酵工藝條件。從節(jié)省水資源、降低勞動強度和減少費用的角度?？紤]，液態(tài)發(fā)酵中高密度發(fā)酵更具競爭力。當可溶性固形物含量從16g100g升高到31glOOg時，可節(jié)約585的用水，同時減少環(huán)境污染，提高設備利用率，而且高密度發(fā)酵可以增加發(fā)酵速率和酒精得率。Bvochora 1等研究了在甜高梁汁液和磨碎的甜高粱籽?；旌弦褐屑尤胝崽?濃度34glOOml混合液)進行高密度液態(tài)發(fā)酵，酒精的最大得率能達到168(vv)。高密度液態(tài)發(fā)酵有利于提高從甜高梁莖稈汁液中獲取燃料乙醇的收益。甜高梁莖稈汁液高密度發(fā)酵工業(yè)化生產往往采用固定化酵母發(fā)酵工藝，固定化技術應用于酒精發(fā)酵的機理是利用活細胞或酶的高度密集，從而比普通游離狀態(tài)的細胞成倍地增長，加快反應速度、縮短反應周期和提高工作效率。載體內部的酵母受外界影響較少，并不斷增殖向外擴散，載體內部一直保持原有品質，而且擁有較好的抗污染能力。從固定化人手來高發(fā)酵強度是一種切實可行的方法。劉榮厚 等研究了在搖床和流化床反應器上進行固定化酵母汁液酒精發(fā)酵，取得了很好的效果，為燃料乙醇的發(fā)展提供了科學依據(jù)。3.3.2紅薯飲料用紅薯與鮮奶配合發(fā)酵制成的紅薯酸奶，有紅薯的特有香味，還增加了酸奶纖維素、維生素和多種微量元素，減少脂肪含量，既可達到動植物營養(yǎng)互補，又能降低生產成本，是一種風味獨特的滋補飲料。3.3.3膨化玉米粉酸奶玉米是一種含多種營養(yǎng)成分的高產經濟作物，含有大量的氨基酸、脂肪和粗纖維。經擠壓、膨化、粉碎后的玉米粉除以上特點外，由于采取了高溫高壓短時的加工方法，營養(yǎng)成分幾乎未被破壞，原料經糊化處理后，更易消化吸收，擠壓后的淀粉和蛋白質均易受酶作用而發(fā)生水解，產品lZl感細膩，風味好。以膨化后的玉米粉為原料，配以脫脂乳，用乳酸菌進行發(fā)酵制成膨化玉米粉乳酸發(fā)酵制品，酸甜適lZl，lZl感細膩，有乳香和玉米清香，含有大量對人體有益的活性乳酸菌。3.3.4中華獼猴桃果醋中華獼猴桃營養(yǎng)價值高，被譽為“水果之王”。中華獼猴桃果醋生產工藝流程：獼猴桃一洗凈一粉碎一蒸煮一加麩曲一榨汁一果汁一加酒母一酒精發(fā)酵一加醋酸菌液一醋酸發(fā)酵一過濾一高溫殺菌一裝瓶一成品。4應用前景展望 發(fā)酵食品是人類巧妙地利用有益微生物加工制造的一類食品，通過發(fā)酵使食品中原有的營養(yǎng)成分發(fā)生改變并產生獨特的風味簡單來說，加入的微生物就像一臺臺小小的加工機，對食物的每個細胞挨個進行處理，增加一些有營養(yǎng)的物質、去除一些沒營養(yǎng)的物質，順便改變味道和質地。發(fā)酵時微生物分泌的酶能裂解細胞壁，提高營養(yǎng)素的利用程度。肉和奶等動物性食品，在發(fā)酵過程中可將原有的蛋白質進行分解，易于消化吸收。微生物還能合成一些B族維生素，特別是維生素B12，動物和植物自身都無法合成這一維生素，只有微生物能“生產”。發(fā)酵食品一般脂肪含量較低，因為發(fā)酵過程中要消耗碳水化合物的能量，是減肥人士的首選健康食品。在發(fā)酵過程中，微生物保留了原來食物中的一些活性成分，如多糖、膳食纖維、生物類黃酮等對機體有益的物質，還能分解某些對人體不利的因子，如豆類中的低聚糖、脹氣因子等。微生物新陳代謝時產生的不少代謝產物，多數(shù)有調節(jié)機體生物功能的作用，能抑制體內有害物的產生。4.1 大力開發(fā)食品添加劑新品種根據(jù)國際上對食品添加劑的要求，今后要從兩個方面加大開發(fā)的力度：用生物法代替化學合成的食品添加劑，迫切需要開發(fā)的有保鮮劑、香精香料、防腐劑、天然色素等。要大力開發(fā)功能性食品添加劑，如具有免疫調節(jié)、延緩衰老、抗疲勞、耐缺氧、抗輻射、調節(jié)血脂、調整腸胃功能性組分。4.2 開發(fā)微生物保健食品微生物食品有著悠久的歷史，醬油、食醋、飲料、酒、蘑菇等屬于這個領域，它們與雙歧桿菌飲料、酵母片劑、發(fā)酵乳制品等微生物醫(yī)療保健品一樣，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。利用微生物生產食品具有獨特的特點，繁殖過程快，在一定條件下可大規(guī)模生產，要求營養(yǎng)物質簡單。食用菌的投入與產出比高于其他經濟作物，食用菌不僅營養(yǎng)豐富，還含有許多保健功能成分，應大力發(fā)展食用菌保健食品。 展望21世紀基因食品的發(fā)展，未來生物技術不僅有助于實現(xiàn)食品的多樣化，而且有助于生產特定的營養(yǎng)保健食品，進而治病健身。在與環(huán)境協(xié)調方面，生物技術還有助于食品工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。參考文獻：【1】李卓才，魯波，尹紅，等番茄紅素化學合成的研究進展J合成化學，2006，14(2)：1l8121【2】 Bhosale PEnvironmental and cultural stimulants in the production of carotenoids from microorganismsJApplMicrobiol Biotechnol，2004，63：351361【3】王航，袁其朋，張黛黛發(fā)酵法生產番茄紅素培養(yǎng)方法的改進及優(yōu)化J北京化工大學學報，2006，33：3841【4】劉榮厚甜高粱莖稈汁液固定化酵母酒精發(fā)酵的研究【J農業(yè)工程學報，2005，(9)：137140【5】陳洪章現(xiàn)代發(fā)酵工程技術在食品領域的應用研究進展J中國釀造，2005，(12)：2124【6】MammaLCata1UsingSorghumStarchasaCarbonSourceJEngineeringinLifeSciences，1995，(4)：369372【7】金濱鋒現(xiàn)代生物技術在食