發(fā)酵工程在食品領(lǐng)域的應(yīng)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(yīng)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(nóng)產(chǎn)品加工64應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)用劉璐璐(洛陽師范學(xué)院，09生物科學(xué)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(shù)與DNA重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等技術(shù)結(jié)合并發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)。隨著社會(huì)的發(fā)展，發(fā)酵工程已經(jīng)在許多領(lǐng)域起到了重要的作用，給人類帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，本文討論了發(fā)酵工程在食品領(lǐng)域，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：發(fā)酵工程 食品工業(yè) 現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù) 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(rèn)為生物工程包括基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程和酶工程，這四個(gè)方面互為促進(jìn)、相互聯(lián)系?；蚬こ毯图?xì)胞工程是生物技術(shù)的主導(dǎo)領(lǐng)域，是發(fā)酵工程、酶工程的基礎(chǔ)；而發(fā)酵工程和酶工程又是基因工程、細(xì)胞工程研究成果的實(shí)際應(yīng)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(xì)胞工程獲得的具有某種所需性狀的目的菌株實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，最終達(dá)到基因克隆或細(xì)胞融合，獲得生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益?？梢姲l(fā)酵工程是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。發(fā)酵工程又稱為微生物工程，是指 傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)與DNA重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等技術(shù)結(jié)合并發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)?，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(xì)胞計(jì)數(shù)；生物器設(shè)計(jì)；發(fā)酵條件的利用及自動(dòng)化控制；產(chǎn)品的分離提純等技術(shù)。發(fā)酵工程是古老而大有潛力的工業(yè)技術(shù)，生物技術(shù)中的基因工程、酶工程、單克隆抗體、生物量的研究轉(zhuǎn)化等研究成果為它注入新的內(nèi)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(shù)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(shù)已作為一種新興的工業(yè)體系發(fā)展起來，已深入到生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、醫(yī)藥、食品、能源和環(huán)境保護(hù)等。本文簡(jiǎn)要綜述了現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用及其進(jìn)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(xué)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(xué)合成法生產(chǎn)食品添加劑雖成本低，但化學(xué)合成率低，周期長(zhǎng)，而且可能危害人類健康，而傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝產(chǎn)量低，質(zhì)量也不能得到很好的保護(hù)，多年來人們一直用酵母發(fā)酵生產(chǎn)酒精，對(duì)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(zhǎng)，風(fēng)味和品種也比較單一，而這些缺點(diǎn)，運(yùn)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(yīng)用3.1發(fā)酵工程與番茄紅素番茄紅素是由11個(gè)共軛雙鍵及2個(gè)非共軛碳碳雙鍵構(gòu)成的高度不飽和直鏈型烴類化合物，具有預(yù)防癌癥、防治心血管疾病、緩解骨質(zhì)疏松癥和提高免疫等重要的生理功能。番茄紅素的生產(chǎn)方法主要有提取法、化學(xué)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(chǎng)需求；化學(xué)合成法存在收率低、產(chǎn)物不穩(wěn)定以及合成成本高等缺點(diǎn)；發(fā)酵法被認(rèn)為是生產(chǎn)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(jià)原料轉(zhuǎn)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(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低，且產(chǎn)物質(zhì)量可控，并減少了對(duì)環(huán)境的污染。最重要的是發(fā)酵法生產(chǎn)的番茄紅素3.2發(fā)酵工程與“人造肉”近年來，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)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(shù)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(lǐng)，通過現(xiàn)代的工程技術(shù)手段來生產(chǎn)人類有用的物質(zhì)，或者把微生物直接運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)的一類技術(shù)。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(zhì)是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，一切有生命的地方都有蛋白質(zhì)，微生物也不例外。不過到目前為止，能夠擔(dān)當(dāng)生產(chǎn)微生物蛋白的菌種還不多，主要是一些不會(huì)引起疾病的細(xì)菌、酵母和微型藻菜。這些生物的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，一個(gè)個(gè)體就是一個(gè)細(xì)胞，用發(fā)酵法生產(chǎn)這些單細(xì)胞微生物，就可以得到大量的單細(xì)胞蛋白質(zhì)。在生產(chǎn)單細(xì)胞白質(zhì)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(gè)個(gè)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?cè)谶@里能“吃飽喝足”，迅速繁殖。當(dāng)發(fā)酵罐里的微生物繁殖到足夠數(shù)量時(shí)，便可收集起來加工利用了。用發(fā)酵工程生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)，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(zhì)，而500 kg的活菌體，只要條件合適，在24 h內(nèi)能夠生產(chǎn)1 250 kg蛋白質(zhì)。而且生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)的原料十分豐富，如農(nóng)作物的秸稈，農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)的大量廢水、廢渣，以及石油產(chǎn)品、甲醇等，都可用來發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。單細(xì)胞蛋白具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。它的蛋白質(zhì)含量高，可達(dá)細(xì)胞干重的70 ，比一般植物高46倍；而且單細(xì)胞蛋白質(zhì)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(xì)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(xì)胞蛋白具有這些突出的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在人們用它加上相應(yīng)的調(diào)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(yíng)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值。在畜禽的飼料中，只要添加3 一10的單細(xì)胞蛋白，便能大大提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和利用率。用來喂豬可增加瘦肉率；用來養(yǎng)雞能多產(chǎn)蛋；用來飼養(yǎng)奶牛還可提高產(chǎn)奶量。在井岡霉素、肌苷、抗菌素等發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，它又可以代替糧食原料。因此，單細(xì)胞蛋白用途廣泛，前途遠(yuǎn)大。隨著世界人口的不斷增長(zhǎng)，糧食和飼料不足的情況日益嚴(yán)重。面對(duì)這一嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)，開發(fā)利用單細(xì)胞蛋白已成為增產(chǎn)糧食的新途徑。若以蛋白質(zhì)含量計(jì)算，1 kg單細(xì)胞蛋白相當(dāng)于1 kg一15 kg的大豆。建立一座5個(gè)100 t發(fā)酵罐的工廠，可以年產(chǎn)5 000 t單細(xì)胞蛋白，相當(dāng)于3 330 hm 耕地上種植大豆的產(chǎn)量。單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)向人們展示美好的前景，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的培育下，也許有不了多久，用單細(xì)胞蛋白制成的飯菜，就會(huì)出現(xiàn)在你家的餐桌上。3.3發(fā)酵工程與農(nóng)產(chǎn)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(jī)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(jī)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(dòng)強(qiáng)度和減少費(fèi)用的角度?？紤]，液態(tài)發(fā)酵中高密度發(fā)酵更具競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)可溶性固形物含量從16g100g升高到31glOOg時(shí)，可節(jié)約585的用水，同時(shí)減少環(huán)境污染，提高設(shè)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粒混合液中加入蔗糖(濃度34glOOml混合液)進(jìn)行高密度液態(tài)發(fā)酵，酒精的最大得率能達(dá)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(chǎn)往往采用固定化酵母發(fā)酵工藝，固定化技術(shù)應(yīng)用于酒精發(fā)酵的機(jī)理是利用活細(xì)胞或酶的高度密集，從而比普通游離狀態(tài)的細(xì)胞成倍地增長(zhǎng)，加快反應(yīng)速度、縮短反應(yīng)周期和提高工作效率。載體內(nèi)部的酵母受外界影響較少，并不斷增殖向外擴(kuò)散，載體內(nèi)部一直保持原有品質(zhì)，而且擁有較好的抗污染能力。從固定化人手來高發(fā)酵強(qiáng)度是一種切實(shí)可行的方法。劉榮厚 等研究了在搖床和流化床反應(yīng)器上進(jìn)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(xué)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(dá)到動(dòng)植物營(yíng)養(yǎng)互補(bǔ)，又能降低生產(chǎn)成本，是一種風(fēng)味獨(dú)特的滋補(bǔ)飲料。3.3.3膨化玉米粉酸奶玉米是一種含多種營(yíng)養(yǎng)成分的高產(chǎn)經(jīng)濟(jì)作物，含有大量的氨基酸、脂肪和粗纖維。經(jīng)擠壓、膨化、粉碎后的玉米粉除以上特點(diǎn)外，由于采取了高溫高壓短時(shí)的加工方法，營(yíng)養(yǎng)成分幾乎未被破壞，原料經(jīng)糊化處理后，更易消化吸收，擠壓后的淀粉和蛋白質(zhì)均易受酶作用而發(fā)生水解，產(chǎn)品lZl感細(xì)膩，風(fēng)味好。以膨化后的玉米粉為原料，配以脫脂乳，用乳酸菌進(jìn)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(xì)膩，有乳香和玉米清香，含有大量對(duì)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，被譽(yù)為“水果之王”。中華獼猴桃果醋生產(chǎn)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(yīng)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(yíng)養(yǎng)成分發(fā)生改變并產(chǎn)生獨(dú)特的風(fēng)味簡(jiǎn)單來說，加入的微生物就像一臺(tái)臺(tái)小小的加工機(jī)，對(duì)食物的每個(gè)細(xì)胞挨個(gè)進(jìn)行處理，增加一些有營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)、去除一些沒營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)，順便改變味道和質(zhì)地。發(fā)酵時(shí)微生物分泌的酶能裂解細(xì)胞壁，提高營(yíng)養(yǎng)素的利用程度。肉和奶等動(dòng)物性食品，在發(fā)酵過程中可將原有的蛋白質(zhì)進(jìn)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(dòng)物和植物自身都無法合成這一維生素，只有微生物能“生產(chǎn)”。發(fā)酵食品一般脂肪含量較低，因?yàn)榘l(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(duì)機(jī)體有益的物質(zhì)，還能分解某些對(duì)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(shí)產(chǎn)生的不少代謝產(chǎn)物，多數(shù)有調(diào)節(jié)機(jī)體生物功能的作用，能抑制體內(nèi)有害物的產(chǎn)生。4.1 大力開發(fā)食品添加劑新品種根據(jù)國(guó)際上對(duì)食品添加劑的要求，今后要從兩個(gè)方面加大開發(fā)的力度：用生物法代替化學(xué)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(diào)節(jié)、延緩衰老、抗疲勞、耐缺氧、抗輻射、調(diào)節(jié)血脂、調(diào)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(gè)領(lǐng)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(chǎn)食品具有獨(dú)特的特點(diǎn)，繁殖過程快，在一定條件下可大規(guī)模生產(chǎn)，要求營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)簡(jiǎn)單。食用菌的投入與產(chǎn)出比高于其他經(jīng)濟(jì)作物，食用菌不僅營(yíng)養(yǎng)豐富，還含有許多保健功能成分，應(yīng)大力發(fā)展食用菌保健食品。 展望21世紀(jì)基因食品的發(fā)展，未來生物技術(shù)不僅有助于實(shí)現(xiàn)食品的多樣化，而且有助于生產(chǎn)特定的營(yíng)養(yǎng)保健食品，進(jìn)而治病健身。在與環(huán)境協(xié)調(diào)方面，生物技術(shù)還有助于食品工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。參考文獻(xiàn)：【1】李卓才，魯波，尹紅，等番茄紅素化學(xué)合成的研究進(jìn)展J合成化學(xué)，2006，14(2)：1l8121【2】 Bhosale PEnvironmental and cultural stimulants in the production of carotenoids from microorganismsJApplMicrobiol 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