生物发酵在食品添加剂中的开发利用现状

张 泳

（广东容大生物股份有限公司，广东清远 511517）

随着现代社会的进步发展以及人们生活物质水平的不断提高，现代食品行业的发展过程中也更加关注各种新技术的应用，以便更好地满足当前人们对食品的色香味以及营养与安全等方面的需求。食品添加剂是现代食品中不可或缺的重要元素，既可以人工合成，又可以取材于自然，而生物发酵技术的应用可以从植物中提取添加剂，相比传统的化学处理办法其更环保健康，操作成本也较低，目前已成为食品工业的重要生产技术手段。同时相关技术人员需加强研发工作，积极挖掘生物发酵技术在食品添加剂中的应用价值，以便进一步推动我国食品行业的发展与进步。

1 食品添加剂概述

食品添加剂是指在食品加工过程中为改善食品的色香味以及防腐、保鲜和加工工艺的需要而添加到食品中的人工合成或天然物质。食品添加剂在食品加工领域中应用广泛，具体表现出以下优点。①可以改善食品的感官性状。消费者对食物的色、香、味等要求越来越高，食品生产者可以使用着色剂、护色剂、漂白剂等添加剂改变食物的色香味，使食物更吸引人。②防止食品变质延长货架期。很多食品从生产加工到销售往往会经过较长的一段时间，为使食品保持较好的口感与外观，食品生产者可以使用防腐剂等食品添加剂延长食品的保存期，而且防腐剂还能避免微生物污染，一些抗氧化剂的使用也能提高食物的稳定性。③增加食品的品种、增强食品的方便性。目前市场上有很多方便食品，如方便面、方便粉丝、方便饭等都十分便利，成为很多消费者的选择，在食品中添加不同的着色剂、增香剂、调味剂等类型的食品添加剂，为人们提供多种类型的方便食品。④有利于食品加工。由于不同食品有不同的特性，在加工时要想食品呈现出生产者想要的形式就需要使用一些特殊的添加剂，如起泡剂、助滤剂、稳定剂和凝固剂等。稳定剂中的羧甲基纤维素钠可与醋、酱油、肉汁和素菜汁等形成性能稳定的乳化分散液，其主要是对动植物油、蛋白质与水溶液起到趋化作用，使其可以形成性能稳定的匀质乳状液。由此可见，食品添加剂已成为现代食品工业中不可缺少的原材料，保障食品添加剂的环保健康对保障消费者的消费安全有着重要的现实意义[1]。

2 生物发酵在食品添加剂中的应用情况

生物发酵技术主要是从植物中直接提取出相关的食品添加剂，其具有环保健康等优势特点，在食品加工行业中的应用也越来越广泛。随着人们健康观念的转变，健康天然的食物成分已成为消费者主要追求的目标，因此生物发酵在食品添加剂中的应用价值也更高。如著名的人造肉生产企业ImpossibleFoods公司利用发酵法生产素食用大豆血红素，这种成分可使人造肉变红，使其质感更接近真实的肉，考虑到成本过高，该公司的研发人员将大豆中产生血红素的基因移植到酵母细胞中，再通过发酵产生大豆血红素。嘉吉公司也利用生物发酵生产了EverSweet甜菊糖甜味剂，其在生产中使用了一种“面包酵母”来生产与甜叶菊叶片中一样的RebM 和RebD 分子。可见，生物发酵工程在食品添加剂生产中的应用已受到国内外企业的高度重视，以此也能进一步推动现代食品工业的绿色发展。

3 生物发酵在食品添加剂中的开发利用

3.1 酸味剂制备

酸味物质在食品加工中的应用较广泛，除作为食品中的酸味调节剂、矫正剂，在当前的生产中还常用于化妆品、药物制造、香精香料的制作过程中。目前常见的酸味剂有柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、醋酸、乳酸和酒石酸等，传统的酸味剂获取方式主要是通过化学方法，目前采用生物发酵技术能有效提高酸味剂的制备质量。如在柠檬酸的制备中，主要是在适宜的条件下，利用假丝酵母或黑曲霉菌的无毒菌株经固体或液体发酵葡萄糖、淀粉、甜菜糖蜜等原料，结束发酵后可使用热水提取柠檬酸，再经过分离工序即可得到柠檬酸。乳酸发酵为厌氧发酵，其主要用作食品和饮料的酸味剂、防腐剂、还原剂等，在清凉饮料、糖果、糕点的生产和鱼、肉、蔬菜的加工和保藏中有着较高的应用价值。关于酸味剂的制备，只需控制好不同菌种的发酵条件即可制备成功[2]。

3.2 调味品制备

调味剂是指能赋予食品酸、甜、苦、辣、鲜、麻和涩等特殊味道的一类食品添加剂，常用的酱油、醋、味精等都属于调味品，主要是通过微生物发酵后得到的产物。在实际操作中，需要选择适宜的菌株，以豆粕、高粱、麸皮等为原料在一定条件下发酵产生呈味物质，再通过一定的技术处理方式就能得到调味品。此外，甜味剂的应用也较广泛，其主要作用是赋予食品甜味，添加了甜味剂的食品能够带给消费者较好的味觉体验，使食物形成一定的风味，还能使食物保持一定的新鲜度。如当前食品加工中常用的甜菊糖，这是一种植物无热量代糖品，可用作矫味剂，掩盖一些药物或食品的怪味和苦味，其来源是菊科植物甜叶菊的叶子，叶子中含有甜菊醇糖苷的混合物，是一种天然的甜味剂。据研究分析，甜菊糖的甜度是蔗糖的200 ～350 倍，但热量却只有蔗糖的1/300，而且甜菊糖基本不会在人体内残留，可以用来制作一些低热量的食品供给糖尿病、肥胖人群、三高患者等特殊人群食用。此外，赤藓糖醇为自然界相对分子质量最小的糖醇，是国际上的新型功能甜味剂，在当前的赤藓糖醇生产过程中，其主要由耐高渗酵母、类酵母真菌等微生物通过将淀粉水解为葡萄，经过后续分离、纯化等工艺获得[3]。

3.3 着色剂制备

着色剂主要是赋予食品丰富的颜色，给人们带来视觉上的良好体验。目前常用的天然着色剂有辣椒红素、番茄红素、栀子色素和姜黄素等，还有柠檬黄、胭脂红等合成的着色剂，微生物发酵的着色剂主要有类胡萝卜素、红曲红色素、维生素B 等。类胡萝卜素中β-胡萝卜素的应用较常见，其主要是一种橘黄色脂溶性化合物，自然界中分布较广，且比较稳定。在应用过程中可通过调节其浓度来改变颜色，因此可涵盖由红色至黄色的所有色系，尤其是在一些油性产品或蛋白质性产品的开发中有着较高的应用价值，如对人造奶油、胶囊、素食产品和速食面的调色。β-胡萝卜素还可以经过微胶囊处理转化为水溶性色素，几乎可以应用在所有的食品加工中，而且还含有丰富的氨基酸、维生素、天然保湿因子、微量元素及其他生物活性物质，添加在食品中还能增加食品的营养元素。红曲主要是以大米为原料利用红曲霉发酵产生红曲色素，是当前生产中较为常用且廉价的纯天然食用色素，其主要是采用通气曲池进行固体培养。红曲对肉毒梭状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和灰色链霉菌有一定的抑制作用，可用于食品的防腐，因此在酿造、制备保健药及生产色素等方面有着较高的应用价值[4]。

3.4 增稠、乳化、稳定剂制备

增稠、乳化、稳定剂的添加可有效改善食品的感官性状，提高其商品价值，常使用的有黄原胶、瓜尔豆胶、明胶和果胶等天然材料，还有合成的藻酸丙二醇酯、羟丙基淀粉醚等。在生物发酵技术的应用中，采用微生物发酵的产物主要有黄原胶，其是由野油菜黄单孢发酵葡萄等物质在pH 6.0 ～7.0环境中培养50 ～100 h 产生的微生物胞外多糖，杀菌后用有机溶剂提取，烘干粉碎等工艺制得商用黄原胶。在其制备过程中，最常用的生物反应器是通气搅拌罐，常用的培养基包括以葡萄糖、蔗糖和淀粉为主的碳源，以蛋白豚、豆饼粉、鱼粉为主的氨源以及无机盐、微量元素、谷氨酸等促进剂。此外，黄原胶易溶于冷热水，低浓度黏度很高，常添加于乳品、饮料、果冻等食品中，应用效果较好[5]。

3.5 食品用香精香料制备

食品用香精香料在当前的食品加工中应用较广泛，主要是增加食品的香气香味，还能改善口感，可将相同的食物做出不同的口感，给消费者带来更多的风味体验。食用香料分为天然香料、合成香料，根据国际香料工业组织规定，生物技术香料属于天然香料范畴，因此在香精香料的制备过程中也越来越重视生物发酵技术的应用，如内酯是广泛存在于自然界中具有生物活性的一类香精香料，在其制备过程中可以利用生物合成法，即利用真菌和酵母菌的自身代谢作用，在静置期合成和积累细胞生长非必需的次生代谢产物——内酯。生物转化法是指以羟基脂肪酸、非羟基脂肪酸和脂肪酸酯等为底物，在微生物体内酶的作用下转化成1-羟基脂肪酸，再进一步转化为内酯。此外，奶味香精在食品加工中的应用也较常见，目前可以采用微生物发酵法，利用乳杆菌、乳链球菌等微生物，以牛奶或稀奶油为底物，发酵生产奶味香精，其香气自然、柔和，与天然牛奶十分接近，应用在食品生产中表现出较好的赋香效果，从而提高产品的质量[6]。

4 结语

综上所述，生物发酵技术具有操作简便、成本较低、发酵效果好等诸多优点，目前已成为食品添加剂制备中的重要技术手段，在调味品、着色剂等食品添加剂的制备中发挥着重要的作用，有力地推动了我国食品行业的发展。同时，相关技术人员要不断加强研发力度，树立创新意识，积极开拓生物发酵技术在食品加工中的应用，从而进一步提升食品工业的发展水平。